李建偉++馬曉錄

摘 要：面粉包裝機的設(shè)計和制造是面粉加工行業(yè)的一個重要的創(chuàng)新點，具有實力的面粉企業(yè)會不斷在原有機器上改進工藝，提高生產(chǎn)效率。同時，農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)也會不斷提高設(shè)備效率，面向小型面粉廠進行推廣。

關(guān)鍵詞：PLC控制；包裝工藝；PID模糊控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.223

0 引言

對于企業(yè)來說，面粉包裝的機械化能再提高面粉包裝效率的同時大大節(jié)省勞動力成本。采用機械化包裝的面粉，不僅包裝效率極高，且包裝的品質(zhì)十分穩(wěn)定。采用PLC控制的更加先進和高效面粉包裝機械手的設(shè)計，是各大面粉廠家進行研發(fā)的重點目標，也是小型面粉生產(chǎn)廠家對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級換代的一個必由之路。

1 主要功能設(shè)計

面粉包裝機械手需完成指定的工作循環(huán)，同時要根據(jù)循環(huán)過程中的反饋對循環(huán)進行協(xié)調(diào)。具有調(diào)節(jié)壓力、時間、溫度和速度的功能，具有質(zhì)量檢測、自動計量計數(shù)、完整的安全策略和根據(jù)客戶需要提供的可視化操作平臺等功能。

控制系統(tǒng)由PLC控制確定精度，并可以根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)各項系統(tǒng)參數(shù)，本系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，可以讓機械手系統(tǒng)在效率和節(jié)約方面調(diào)節(jié)側(cè)重?？傮w來說設(shè)計包含軟件和硬件兩大部分，其中，軟件控制部分包含的主要內(nèi)容即對利用智能模糊PID控制結(jié)合快速逼近算法實現(xiàn)的封口過程的精確定位研究，結(jié)合此項工作進行PLC硬件選型，編寫控制程序。如果需要，同時應(yīng)開發(fā)相應(yīng)的人機界面來實現(xiàn)監(jiān)控和手動調(diào)節(jié)功能。硬件部分的設(shè)計需：（1）閉環(huán)系統(tǒng)的整體設(shè)計；（2）電機、變頻器、PLC控制器和光電編碼器等硬件的選型；（3）根據(jù)系統(tǒng)要求，確定系統(tǒng)I/O設(shè)備數(shù)量，模擬量的通道數(shù)量；（4）建立帶有說明的I/O功能分配表。

2 設(shè)備組成及包裝工藝

如圖1所示，開機時，電機啟動，通過傳動機構(gòu)帶動拉膜帶勻速轉(zhuǎn)動，該速度可根據(jù)包裝規(guī)格調(diào)整。拉膜外側(cè)是高彈力膠帶，內(nèi)側(cè)為正向齒形帶，這種結(jié)構(gòu)可以極大地加強薄膜與皮帶的摩擦力，包裝材料隨著機械手運轉(zhuǎn)向下運動，經(jīng)過糾偏槽到達成型機，這樣就可以對其進行桶狀處理，進而加熱、加壓和縱向熱封。

封構(gòu)機在運行前回到原始位置，包裝材料色標達到傳感器時，傳感器啟動橫向封口電機，每個封口器都有前后兩部分組成，且采用彈簧鏈接。在工作循環(huán)中，兩個橫向封口機構(gòu)能夠進行互相擠壓產(chǎn)生一定的圧縮行程，采用這種設(shè)計，使兩個橫封頭的回轉(zhuǎn)中心的中心距小于兩者的回轉(zhuǎn)半徑和。豎直方向上封口機的運動會完成包裝袋的橫向熱封和切斷，同時，啟動計量螺桿，橫封機構(gòu)回位，等待傳感器采集的下一個色標指令。

關(guān)于包裝工藝，主要涉及供料、橫向封裝、縱向封裝和切斷四個方面。本設(shè)計主要以各類傳感器輸入和異步電機通過PLC的控制配合，將生產(chǎn)需求轉(zhuǎn)化為精準控制的過程，達到對生產(chǎn)工藝可控化。

3 PLC設(shè)計

首先是確定控制方案和選型。根據(jù)統(tǒng)計，本設(shè)計系統(tǒng)具有14個開關(guān)量輸入，7個輸出，4個模擬量輸入和兩個輸出，根據(jù)I/O點數(shù)需求及冗余設(shè)計，選擇EM232模擬量I/O模塊和EM231熱電偶PID模塊。這樣，基本保證了光標檢測、手動運行、聯(lián)鎖自動運行、電機速度反饋等。開關(guān)量可以控制設(shè)備的產(chǎn)品輸送管路電磁閥、輸送監(jiān)視系統(tǒng)、橫封縱封電機和信號指示系統(tǒng)等。4個模擬量控制熱電偶溫度輸入和橫封縱封的加熱器溫度等。利用MOBUS總線RS485通信調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率控制包裝機電機的轉(zhuǎn)速從而達到對工藝的控制。

在此硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，我們開發(fā)了手動和自動兩種控制模式。手動模式中，操作員跳過PLC主機啟停相應(yīng)異步電機從而達到控制灌裝量的目的?？刂破?、執(zhí)行器件等開始執(zhí)行相應(yīng)循環(huán)。同時，操作員操作循環(huán)可以保存相關(guān)參數(shù)，進行自動模式下的循環(huán)過程。手動模式的主要目的是調(diào)試和修改生產(chǎn)參數(shù)。

自動模式中，PLC根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)，自動執(zhí)行循環(huán)包裝流程。該模式下，操作員依舊可以通過修改參數(shù)干預(yù)循環(huán)過程，但此過程不打斷生產(chǎn)。只需在調(diào)整完成后監(jiān)視生產(chǎn)情況和指示燈，在遇緊急情況是介入停機或采取其他操作。同時，自動模式還具有光標模式，按照給定長度進行封裝，無需橫向封裝的絕對準確。

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作者簡介：李建偉（1980-），女，河南衛(wèi)輝人，本科，現(xiàn)在鶴壁汽車工程職業(yè)學院任教，主要研究方向：機電技術(shù)。