食品自動包裝機的設計與開發

劉偉峰

摘要：近年來隨著人們生活水平的提高，人們越來越重視食品的安全與包裝外觀，自動包裝機是食品行業不可或缺的設備。設計了一臺能自動完成送料、送膜、制袋及縱橫封等工序的食品包裝機，介紹了其基本結構和工藝流程，并以PLC為核心設計了包裝機的控制系統，實現各個軸的協調運動。

關鍵詞：食品自動包裝機;設計;開發

引言

隨著我國人民生活水平的提高，對食品的需求量越來越大，如方便面、掛面、果蔬等，對食品的質量以及安全等要求也越來越高。其中，包裝精美、品質安全的食品也越來越受到消費者的關注。隨著機電一體化技術的不斷進步，對包裝機的生產效率、穩定性以及可靠性提出了更高的要求，因此如何實現包裝機的智能化、自動化以及功能多樣化已成為國內外包裝機研究的重點。

1包裝機的工藝流程

食品包裝機的包裝膜輸送和物料傳送是同步進行的，由光電傳感器與接近傳感器分別對包裝膜和物料的位置進行檢測，光電傳感器對切點信號實時傳送，根據信號實時調速，保證橫切刀準確地切到色標位置。包裝膜由送膜機構送入制袋成型器，在制袋成型器內被卷成筒狀，物料由物料輸送機構推入已成型的包裝膜內，然后裝有物料的包裝膜被繼續推入縱封機構，對縱縫進行封合，然后進入橫封橫切機構，完成橫向封口與切斷，至此完成整個包裝工序，最后由成品輸出機構輸出。

2食品自動包裝機的設計與開發

2.1上位機觸摸屏

上位機觸摸屏（HMI）是目前最簡單、最方便、最直接的人機交互方式。觸摸屏不僅僅是整個控制系統的外觀展示，更是整個系統運行穩定的重要保障。操作者在通過觸摸屏輸入控制指令的同時也可以對現場的運行情況進行實時監測。該包裝機的工作環境復雜多變，為了保證設備能夠在復雜的工作環境中穩定可靠運行，同時考慮到其實用性和成本等特點，該控制系統中上位機選用EVIEWMT6500T系列觸摸屏。該款觸摸屏支持3個串口通信，通過RS232/RS485進行通訊，擴展存儲器支持SD卡和U盤，最高支持2GB，擁有520Hz的32位RISC超快的處理速度。經過實際運用可知，該款觸摸屏具有較高的可靠性和可操作性，能夠滿足食品包裝機的多功能要求。

2.2樣機試驗

根據設計制作試驗樣機，試運行發現，此包裝機性能穩定，操作簡單，參數設定方便快捷，能夠適用于多種材質的包裝膜，適用于餅干、面包等各類有規則的塊狀食品包裝，樣機及觸摸屏顯示如圖8所示。試驗得到，此包裝機的包裝速度與物料的大小有關，最快能達到250袋/min，能夠適用的包裝膜最寬達到400mm，包裝產品合格率為99.5%，且包裝產品外形精美，所有控制均可通過觸摸屏由軟件實現，方便功能調節和技術升級。

2.3出料、稱重及補償裝置

出料裝置結構主要運用容積法進行出料。具體原理如下：用氣缸推動大容器內的物料向上運輸，物料會通過料倉側面的開口落入軌道中，最后落至暫存料斗。在大調節板上開了槽口，用于調節大三角塊與大調節板之間的相對高度，從而達到容積可調節的目的。稱重裝置是為了使每罐食品的質量達標。當應變式壓力傳感器受到壓力時，產生形變，阻值變化，產生不平衡電壓，因此反應出暫存料斗內的食品質量。暫存料斗的出口被擋片擋住，達到堅果出料后不直接落入罐子的目的。此外，為了保證食品能順利落入罐子中，添加了一對氣缸進行撥料。稱重裝置會對暫存料斗內的食品進行初步測量，計算出與所需食品質量的差值，計算好后發送信號給單片機，然后進行補償。為了達到體積小，機構簡單的目的，提出容積補償方式。重量補償裝置原理與出料方式相同，氣缸從下往上推動容器，到達指定高度后物料從側面沿著軌道落至暫存料斗。與出料裝置相比只是縮小了容積，從而達到重量補償的目的。補償裝置安放在落料裝置旁邊，相比其他方式，不需要額外部件，節約體積與成本。

2.4軟件設計

自動包裝機控制系統軟件設計主要包上位機觸摸屏程序以及下位機程序。在人機界面中主要包括初始界面、操控界面、報警界面。其中，初始界面包含了食品包裝機名牌界面、語言設置界面;操控界面包含了手動操作、運行畫面、定量設定、系統參數、參數設定等;報警界面由歷史報警記錄以及在食品包裝過程中，下位機程序的穩定性對于當前報警記錄組成。包裝質量和包裝效率至關重要。食品包裝控制系統的主程序流程中，在食品包裝機運行前，首先，要對橫封和縱封溫度進行判定，判定橫封和縱封溫度是否達到當前所設置的目標溫度，然后對安全門和手動、自動狀態進行判斷，當安全門關閉且處于手動狀態時，進行單軸獨立運行;若啟動的是自動按鈕時，參數設置后進行各子程序循環運行。

2.5包裝機的結構

包裝機主要由控制系統、動力系統和執行機構等組成。執行機構包括物料輸送機構、送膜機構、制袋成型器、縱封機構、橫封橫切機構和輸出機構等。物料輸送機構：物料輸送機構主要由鏈條、鏈輪、支撐裝置、分割桿和張緊裝置組成。伺服電機通過鏈輪帶動鏈條向前運動，鏈條上的物料隨之運動，分割桿以一定間隔鉸接在鏈條上，使物料以固定間距有序進入制袋成型器，鏈條運動一段時間可能會出現松弛現象，可以用張緊裝置張緊。送膜機構：送膜機構主要由牽引輸送機構、拉膜張緊裝置、支撐機構和導向機構組成，固定在支撐桿上的卷盤薄膜，通過導輥輪導向和張緊輪張緊，到達牽引輸送機構（主要由驅動輥和壓膜輥組成），通過牽引輸送機構牽引到制袋成型器。對于有商標圖案的薄膜，送膜機構上裝有色標傳感器，通過信號反饋，對薄膜進行調節，確保合理的封切位置，保證產品的美觀。包裝機在工作過程中，送膜速度會時快時慢，拉膜張緊裝置會使包裝膜一直保持一定的張緊力。制袋成型器：制袋成型器是食品包裝機的關鍵部件，它的作用是將平面的包裝膜變為筒狀。制袋成型器主要由支架、成型板、連接板、制袋翼片、調節手輪等組成。包裝膜進入制袋成型器后，由制袋翼片和成型板將膜卷成筒狀，并預留縱封封邊，制袋成型器決定了包裝產品的外觀尺寸，可以通過調節手輪調節袋的大小。縱封機構：物料輸送機構將物料送入成型了的包裝膜中，然后裝有物料的包裝膜進入縱封機構進行縱向封合。設計的包裝機采用輥式縱封結構，主要由縱封輥、加熱裝置和驅動機構組成。縱封輥由兩個有一定錐度的圓柱型滾輪組成，它不僅能對產品進行縱向封合，而且能起到拉膜牽引的作用，保證了包裝膜的連續性，輥輪表面有網紋滾花，用于保證封合質量，輥輪內部裝有加熱裝置，能夠使包裝膜更好地粘合。橫封橫切機構：橫封橫切是食品包裝的最后一道工序，它是將裝有物料并縱封好的包裝膜以一定長度進行橫封封口并切斷。設計的包裝機采用回轉式橫封機構，主要由上下橫封座、切刀和發熱管等組成，此裝置是將橫封結構與切斷合二為一，結構簡單，有利于減小整體結構尺寸。

結語

設計了一臺能自動完成送料、送膜、制袋及縱橫封等工序的食品包裝機，介紹了其基本結構和工藝流程，并對各個部件的結構做了簡單介紹;以PLC為核心，設計了包裝機的控制系統，實現各個軸的協調運動。通過樣機試驗，此包裝機能夠適用于多種材質的包裝膜，適用于餅干、面包等各類有規則的塊狀食品包裝，且具有高的效率和精度，操作簡單，對于不同尺寸規格的產品都具有很好的包裝效果，擁有廣闊的市場前景，對我國食品包裝行業的發展也具有積極的促進意義。

參考文獻

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