多膜智能包裝機的設計與實現

臧克友

摘要：目前我國經濟水平和科技水平發展十分快速，由于電商市場規模的擴大，服裝行業的銷量也在穩步提升。隨規模擴大而來的問題，是包裝方面的效率不足。目前市場的主要打包方式還是嚴重依賴人工，存在著以效率低下為代表的諸多問題。針對這一系列問題，設計一款高度自動化的智能包裝機就顯得尤為重要。本文以實現多材料、多尺寸兼容為目標，對多膜包裝機進行拆解闡述。該多膜包裝機的設計，符合包裝行業智能化、自動化的發展趨勢，為提高包裝效率提供了一種可行方案，對包裝生產自動化具有重要意義。

關鍵詞：多膜;智能包裝機;設計與實現

引言

隨著包裝機市場的迅速發展，為了提高包裝機工作的智能化，本文針對 多膜智能包裝機的控制系統進行了研究，以 PLC 為基礎搭建了相關工作的控制系統，針對主電機三相異步電動機、直流放卷電動機、東元伺服電機和氣缸等工作時，對泡罩包裝機 多膜智能包裝機中的 PVC 供給和成型階段有關控制系統做了設計研究，實現對包裝機械工作平臺自動化控制系統的智能包裝設計，完成包裝機工作的命令傳輸以及在集成處理器中進行包裝機工作時的智能化設計。仿真結果表明，該控制系統的應用，明顯的提高了包裝機工作的智能化。

1多膜包裝機的主體架構

多膜包裝機的機械結構由物體輸送機構、熱封切機構和膜卷供應機構三部分構成。物體輸送機構的功能是移動被包裝物至包裝處;熱封切機構的功能是切斷包裝膜，完成封裝;膜卷供應機構的功能是分開和供應包裝膜。物體輸送機構是由控制電路、輸送帶、步進電機及其電機驅動組成。其中控制電路由電機控制電路和物體檢測電路組成，當光電傳感器檢測到輸送帶上有服裝，開啟輸送帶，將服裝和包裝薄膜一同輸送至熱封切機構。熱封切機構是由刀具支架、L 型熱封切刀、Max31865模塊、PT100 鉑電阻、步進電機和曲柄搖桿機構組成。熱封和切袋都是由熱封切刀的機械運動完成的。L 型熱封切刀由鎳鉻合金電阻絲做成，安裝在刀具支架上，步進電機通過曲柄遙感機構控制刀具支架上下運動。L 型熱封切刀、12V 恒壓電源和大功率 MOS 管串聯在一起，電流通過時，電阻絲持續加熱，PT100 鉑電阻緊貼電阻絲，Max31865 不斷檢測鉑電阻阻值并將其轉化為數字信號傳輸給單片機，當溫度達到設定的薄膜熱封切分溫度時，單片機控制熱封切刀相連的步進電機動作，完成對薄膜的熱封切分動作。當熱封切刀溫度超過工作溫度時，斷開恒電壓源，從而達到降低熱封切刀溫度的目的;而機器停止工作時，則采用自然冷卻。

2加熱系統

多膜智能包裝機熱封橫切機構主要形式為回轉加熱切割式，主要由旋轉軸、橫切刀和加熱電極等機構組成。橫封切刀內部嵌入一部分電阻絲，通過對電阻絲進行加熱的方式實現切刀加熱。包裝機熱封橫切系統應與熱封性能相適應，如果熱封溫度過高會導致食品包裝袋體出現燒結、起泡，如果溫度過低會導致封口不牢固出現包裝不嚴實，使得食品出現質量問題，因此對熱封溫度進行精確控制對于包裝食品質量至關重要。此部分程序的作用是在包裝機啟動后，實現對電阻絲溫度的恒溫控制。由于電阻絲需要實時精確控制溫度，所以單獨采用單片機進行控制。電阻絲隨溫度變化阻值發生變化，Max31865 模塊對其阻值進行測量與 A/D 轉換，并通過 SPI通訊方式，將數字信號傳遞給單片機 B。單片機通過讀取的數字信號，通過計算，調整繼電器的斷開和閉合時間，另外將數字信號通過 SPI 通訊方式傳給 OLED 屏幕，屏幕將目前檢測到的溫度、設定溫度等信息顯示在屏幕上。

3控制系統硬件設計

人機界面用來設備安裝調試，手動自動模式操作和監視設備運行，PLC是控制系統的核心，接受旋轉編碼器、光電開關和傳感器的反饋信息，按照程序流程控制各個控制對象;控制對象有主電機、PVC 放卷電機、夾持步進電機、藥粒填充電機、步進電機、加熱板氣缸、成型氣囊、夾持氣缸、熱封氣缸、加熱板加熱、打字字頭加熱、熱封輥加熱，主電機是三相異步電機，夾持步進電機和步進電機是伺服電機，藥粒填充電機是直流電機。旋轉編碼器的角度信息來控制各個電機和氣缸啟停和動作，熱電偶溫度反饋，光電開關反饋 PVC 是否有余量，從而控制放卷電機。伺服電機選用東元伺服電機 JSMA-LC08AB，額定功率 750 W，最大轉速 3 000 r/min，相應的伺服驅動器選用與之搭配的 JSDA-20 驅動器形式，伺服驅動器采用單一外部脈波命令位置操作模式，即驅動器為位置回路，進行定位控制，外部脈波命令輸入模式是接收上位控制器輸出的脈波命令來達成定位功能。位置命令由 CN1 端子輸入;內置 PID功能，可以根據調節模式自整定 PID 參數。除此之外還需要 2 個繼電器模組，1 個電源濾波器，2個 2 000 Ω 的電阻。

4高速信號的處理方式

絕對式編碼器選用德國 Hohner10 線制，分辨率為，即編碼器每轉一圈共有1024個脈沖計數。絕對值編碼器之所以能實現斷電保持位置是由于采用了格雷碼的編碼方式，每個位置對應唯一的格雷碼，通過算法將二進制格雷碼轉換成自然二進制碼，（1）保留格雷碼的最高位作為自然二進制碼的最高位，而次高位自然二進制碼為高位自然二進制碼與次高位格雷碼相異或（2）而自然二進制碼的其余各位與次高位自然二進制碼的求法相類似。這樣讀取的MW1010中的二進制即為0-1023任意脈沖值（絕對值編碼器的十根信號線接 PLC的 I0.0-I1.1 十個點）。通過公式將 0-1023 脈沖數映射到 0～309。

5機械運動、檢測系統軟件流程

機械運動、檢測控制系統是通過單片機 A、步進電機、光電傳感器相互配合，實現對服裝的包裝。程序工作流程：人工將待包裝的服裝放在輸送帶 1 上，當光電傳感器 1 檢測到有物體時，單片機通過輸出PWM?控制物體傳送機構和薄膜供應機構中的電機配合運動，將待包裝服裝運往已經打開的對折膜中。光電傳感器 2 檢測到服裝和薄膜到達設定的合適的熱切封位置后，物體傳送機構和薄膜供應機構停止工作。同時，單片機 A 輸出 PWM 控制電機 3 正轉，帶動 L 型熱封切刀下落，完成對服裝的熱封和切袋。熱切封完成后，單片機 A 輸出 PWM 控制電機 4 反轉，抬起熱封切刀，并輸出PWM 控制物體傳送機構運動，將成品運走。當傳感器 3 檢測到物體后，記件數加 1。完成整個包裝流程。

6系統運行分析

對包裝機工作時控制系統的應用性能進行實驗分析，以 多膜智能包裝機泡罩包裝工作時的信息為樣本數據，該控制系統設計在進行泡罩包裝機包裝工作時趨于穩定，達到穩態所需時間短，輸出最優控制，響應時間較快，使得控制精度得到提高，即相對于復雜、時變性的控制系統，該控制具有更加有效的控制效果，可以穩定有效地進行工作輸出。

結語

包裝機的電控系統進行軟硬件上的分析。新型控制系統數據處理能力更強，系統可靠性更高，且人機界面更加友好，維修方便，進一步提高了包裝機的有效作業率。隨著人們生活水平的提高，對于服裝的需求量日益增大。在龐大的服裝數量和種類以及中小型企業較弱承擔能力面前，只有自適應包裝物規格的多膜包裝機才能滿足這樣的需求。

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