基于PLC控制的竹簽自動包裝機設計分析

朱名強 馬耀名 藍日衛 覃薛宇 盧世奎

【摘 要】本文論述基于PLC控制的竹簽自動包裝機設計，提出采用先進的伺服電動機進行驅動，并配備多個舵機控制其輔助動作，由PLC對伺服電動機和舵機進行統一控制，完成進料、送料、壓封、剪切、輸送產品等任務，并設有溫度檢測與控制裝置、包裝產品自動計數裝置功能，從而提高自動化程度，提高生產效率。

【關鍵詞】PLC控制 竹簽 自動包裝機 伺服傳動 舵機

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2018）04C-0189-02

目前用于食品、燒烤等場合使用的竹簽均為一次性竹簽，使用量很大，而且對衛生的要求也比較高。由于包裝機械的輔助動作多采用液壓或氣動控制，此類控制方式需要額外配備液壓站或空氣站，成本太高，而且容易對產品造成二次污染，所以應采用更為先進的舵機對竹簽包裝機的輔助動作進行分別控制。基于此，本文設計了由PLC對伺服電動機和舵機進行統一控制的竹簽自動包裝機。

一、包裝機結構及工作原理

竹簽自動包裝機包括伺服電動機傳動系統、進料裝置、下包裝膜輸送裝置、上包裝膜輸送裝置、熱封裝置、切割裝置、成品輸出裝置、操作面板、PLC和機架，其中伺服電動機傳動系統設置在機架內靠下的位置，在伺服電動機傳動系統上方由左至右依次是下包裝膜輸送裝置、進料裝置、上包裝膜輸送裝置、熱封裝置、切割裝置和成品輸出裝置、操作面板設置在機架的一側。如圖1所示為包裝機整體結構示意圖。

伺服電動機傳動系統包括伺服電動機、主動輪、從動輪、鏈條、傳動輥，其中水平排列的主動輪和從動輪分別設置在機架的右端和左端，主動輪和從動輪均由一個滾筒和兩個齒輪組合而成，兩個齒輪分別設置在滾筒兩側且與滾筒同軸轉動，主動輪由伺服電動機驅動其順時針轉動，主動輪與從動輪之間通過兩側的兩條環繞鏈條進行同步傳動，兩鏈條分別與主動輪和從動輪兩側的齒輪相嚙合；在兩側的鏈條之間還設有多組水平排列的傳動輥，所有傳動輥均活動安裝在機架上并由兩側的鏈條驅動其同步轉動，所有傳動輥的上滾動面均與主動輪和從動輪的滾筒的上滾動面相平齊。

下包裝膜輸送裝置包括下卷筒膜和下膜整形輪，其中下膜整形輪設置在傳動輥的上方，下卷筒膜設置在下膜整形輪的左上方。

進料裝置包括料倉、推料機構和攪動機構，其中料倉為漏斗形，其左、右兩側板和前側板為直板，后側板為斜板，攪動機構設置在料倉上方并伸入料倉內對物料進行攪動，攪動機構設有一個攪動舵機，攪動舵機連接攪動偏心輪，攪動偏心輪偏心位置鉸接攪動推桿，攪動推桿的另一端鉸接攪動滑塊，攪動滑塊由攪動舵機控制其在料倉斜板上來回滑動；推料機構設置在料倉出口的下方，推料機構設有一個推料舵機，推料舵機連接推料偏心輪，推料偏心輪偏心位置鉸接推料推桿，推料推桿的另一端鉸接推料滑塊，推料滑塊由推料舵機控制其在一個水平滑槽上來回滑動，水平滑槽為一個方形長槽，其前端槽口正對著料倉的下部出口，水平滑槽前端口上部鉸接有一塊活動擋板，活動擋板的下方正對著下膜經整形后形成的弧形槽口。

上包裝膜輸送裝置包括上卷筒膜、上膜導向輪，其中上膜導向輪設置在傳動輥的上方，上卷筒膜設置在上膜導向輪的左上方。

熱封裝置包括熱封機構、熱封托板、熱封舵機、熱封偏心輪、熱封推桿，其中熱封舵機連接熱封偏心輪，熱封偏心輪偏心位置鉸接熱封推桿，熱封推桿鉸接熱封機構，熱封機構由熱封舵機控制其上下運動，熱封機構的內部還設有溫度傳感器；熱封托板固定安裝在熱封機構的下方，熱封機構一側還設有熱封位置傳感器。

切割裝置包括切割機構、切割托板、切割舵機、切割偏心輪、切割推桿，其中切割舵機連接切割偏心輪，切割偏心輪偏心位置鉸接切割推桿，切割推桿鉸接切割機構，切割機構由切割舵機控制其上下切割運動，切割機構的下方設有切割托板，切割機構的一側還設有切割位置傳感器。

成品輸出裝置包括一組上壓輥，上壓輥設置在最右端一組傳動輥的上方，上壓輥也由鏈條驅動其同步轉動，由上壓輥配合傳動輥將切割好的竹簽袋進行輸出，在成品輸出裝置的一側還設置有計數傳感器，檢測封裝竹簽袋的數量。

伺服電動機、攪動舵機、推料舵機、熱封舵機、切割舵機、熱封機構內的加熱器均受PLC控制，所述操作面板、溫度傳感器、熱封位置傳感器、切割位置傳感器、計數傳感器均與PLC相連接。

操作面板上設有對整機和各部件進行操控和設置的界面，界面上還具有自動計數和溫度顯示功能。

熱封機構采用四邊同時加熱的方式對包裝袋的四個邊同時進行熱封。

下膜整形輪的斷面輪廓下邊沿為外凸的圓弧線，以使從其下方通過的下膜形成向下彎曲的弧形槽口，以更好地在盛放竹簽。

料倉左右兩側板之間的寬度與竹簽的長度相匹配。

二、包裝機使用說明

1.將需要包裝的竹簽按料倉16的寬度方向橫向放入料倉16中。

2.將下卷筒膜8端頭向左拉出，下膜9穿過下膜整形輪10的下方，然后沿著傳動輥7的上滾動面依次穿過進料裝置、上包裝膜輸送裝置、熱封裝置、切割裝置和成品輸出裝置、然后固定在主動輪3的滾筒4的下方。

3.將上卷筒膜24端頭向左拉出，上膜25穿過上膜導向輪26的下方，再沿著下膜9的上方依次穿過熱封裝置，切割裝置和成品輸出裝置，然后同樣固定在主動輪3的滾筒4的下方，伺服電動機2啟動時上、下膜25、9同時隨主動輪3的滾筒5轉動而向右輸送。

4.通過在操作面板43上進行設定和操控，伺服電動機2帶動鏈條6間歇式循環行進，從而帶動上、下膜25、9沿傳動輥7由左向右間歇式行進，下膜9行進至進料裝置下方時暫停，攪動舵機13控制攪動滑塊17攪動料倉16內的竹簽使之落入料倉16下方的水平滑槽23中，推料舵機19控制推料滑塊22將竹簽從活動擋板18處向外推出，竹簽落入下膜9經整形后形成的弧形槽口內并沿弧形面整齊堆滿，由于每次落入水平滑槽23內的竹簽數量是一定的，所以每次被推出落至下膜9上的竹簽數量也是一定的。

5.盛好竹簽的下膜9繼續向右行進至熱封裝置的下方，此時下膜9和竹簽在上膜25的下方，在熱封位置傳感器27的反饋下，上、下膜25、9同時停止行進，熱封舵機28將熱封機構31向下推送，使上、下膜25、9對竹簽形成包合，熱封機構31內的加熱器啟動，對上、下膜25、9的四個邊進行熱封貼合。

6.熱封貼合完成后，上、下膜25、9一起繼續向右行進至切割裝置的下方，在切割傳感器43的反饋下停止，切割舵機33驅動切割機構36對上、下膜25、9進行切斷分包，形成獨立包裝的竹簽包39。

7.包裝好的竹簽包39經計數傳感器38完成計數后，由成品輸出裝置繼續向右輸送進入成品存放區域，完成一次竹簽包裝的作業流程。

8.在整機進行流水工作時，步驟4到步驟7各工位的工作是同步進行的，由PLC對各個工位的協同工作進行精確控制。

本文設計了基于PLC控制的竹簽自動包裝機，采用先進的伺服電動機進行驅動，并配備多個舵機控制其輔助動作，由PLC對伺服電動機和舵機進行統一控制，整機結構簡單，自動化程度高，使用成本低，全程不需要人工干預，既保證了竹簽的衛生，生產效率也大為提高，能夠很好地滿足市場的需求。

【參考文獻】

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[3]劉金娥，楊開.全自動定量包裝機的PLC控制系統[J].包裝工程，2016（1）

【作者簡介】朱名強（1985— ），男，廣西柳州人，工學碩士，廣西理工職業技術學院檢測技術與自動化裝置專業講師，研究方向：自動控制技術、電氣電子技術、實驗系統。

（責編 王 一）