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(yè)不可或缺的設(shè)備。設(shè)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(jié)構(gòu)和工藝流程，并以PLC為核心設(shè)計了包裝機的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各個軸的協(xié)調(diào)運動。

關(guān)鍵詞：食品自動包裝機;設(shè)計;開發(fā)

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(zhì)量以及安全等要求也越來越高。其中，包裝精美、品質(zhì)安全的食品也越來越受到消費者的關(guān)注。隨著機電一體化技術(shù)的不斷進(jìn)步，對包裝機的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定性以及可靠性提出了更高的要求，因此如何實現(xiàn)包裝機的智能化、自動化以及功能多樣化已成為國內(nèi)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(jìn)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(jìn)行檢測，光電傳感器對切點信號實時傳送，根據(jù)信號實時調(diào)速，保證橫切刀準(zhǔn)確地切到色標(biāo)位置。包裝膜由送膜機構(gòu)送入制袋成型器，在制袋成型器內(nèi)被卷成筒狀，物料由物料輸送機構(gòu)推入已成型的包裝膜內(nèi)，然后裝有物料的包裝膜被繼續(xù)推入縱封機構(gòu)，對縱縫進(jìn)行封合，然后進(jìn)入橫封橫切機構(gòu)，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(gòu)輸出。

2食品自動包裝機的設(shè)計與開發(fā)

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(tǒng)的外觀展示，更是整個系統(tǒng)運行穩(wěn)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(xiàn)場的運行情況進(jìn)行實時監(jiān)測。該包裝機的工作環(huán)境復(fù)雜多變，為了保證設(shè)備能夠在復(fù)雜的工作環(huán)境中穩(wěn)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(tǒng)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(jìn)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(jīng)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(jù)設(shè)計制作試驗樣機，試運行發(fā)現(xiàn)，此包裝機性能穩(wěn)定，操作簡單，參數(shù)設(shè)定方便快捷，能夠適用于多種材質(zhì)的包裝膜，適用于餅干、面包等各類有規(guī)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(guān)，最快能達(dá)到250袋/min，能夠適用的包裝膜最寬達(dá)到400mm，包裝產(chǎn)品合格率為99.5%，且包裝產(chǎn)品外形精美，所有控制均可通過觸摸屏由軟件實現(xiàn)，方便功能調(diào)節(jié)和技術(shù)升級。

2.3出料、稱重及補償裝置

出料裝置結(jié)構(gòu)主要運用容積法進(jìn)行出料。具體原理如下：用氣缸推動大容器內(nèi)的物料向上運輸，物料會通過料倉側(cè)面的開口落入軌道中，最后落至?xí)捍媪隙贰Ｔ诖笳{(diào)節(jié)板上開了槽口，用于調(diào)節(jié)大三角塊與大調(diào)節(jié)板之間的相對高度，從而達(dá)到容積可調(diào)節(jié)的目的。稱重裝置是為了使每罐食品的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。當(dāng)應(yīng)變式壓力傳感器受到壓力時，產(chǎn)生形變，阻值變化，產(chǎn)生不平衡電壓，因此反應(yīng)出暫存料斗內(nèi)的食品質(zhì)量。暫存料斗的出口被擋片擋住，達(dá)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(jìn)行撥料。稱重裝置會對暫存料斗內(nèi)的食品進(jìn)行初步測量，計算出與所需食品質(zhì)量的差值，計算好后發(fā)送信號給單片機，然后進(jìn)行補償。為了達(dá)到體積小，機構(gòu)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(dá)指定高度后物料從側(cè)面沿著軌道落至?xí)捍媪隙?。與出料裝置相比只是縮小了容積，從而達(dá)到重量補償?shù)哪康?。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(jié)約體積與成本。

2.4軟件設(shè)計

自動包裝機控制系統(tǒng)軟件設(shè)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(shè)置界面;操控界面包含了手動操作、運行畫面、定量設(shè)定、系統(tǒng)參數(shù)、參數(shù)設(shè)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(wěn)定性對于當(dāng)前報警記錄組成。包裝質(zhì)量和包裝效率至關(guān)重要。食品包裝控制系統(tǒng)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(jìn)行判定，判定橫封和縱封溫度是否達(dá)到當(dāng)前所設(shè)置的目標(biāo)溫度，然后對安全門和手動、自動狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)安全門關(guān)閉且處于手動狀態(tài)時，進(jìn)行單軸獨立運行;若啟動的是自動按鈕時，參數(shù)設(shè)置后進(jìn)行各子程序循環(huán)運行。

2.5包裝機的結(jié)構(gòu)

包裝機主要由控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)等組成。執(zhí)行機構(gòu)包括物料輸送機構(gòu)、送膜機構(gòu)、制袋成型器、縱封機構(gòu)、橫封橫切機構(gòu)和輸出機構(gòu)等。物料輸送機構(gòu)：物料輸送機構(gòu)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(jìn)入制袋成型器，鏈條運動一段時間可能會出現(xiàn)松弛現(xiàn)象，可以用張緊裝置張緊。送膜機構(gòu)：送膜機構(gòu)主要由牽引輸送機構(gòu)、拉膜張緊裝置、支撐機構(gòu)和導(dǎo)向機構(gòu)組成，固定在支撐桿上的卷盤薄膜，通過導(dǎo)輥輪導(dǎo)向和張緊輪張緊，到達(dá)牽引輸送機構(gòu)（主要由驅(qū)動輥和壓膜輥組成），通過牽引輸送機構(gòu)牽引到制袋成型器。對于有商標(biāo)圖案的薄膜，送膜機構(gòu)上裝有色標(biāo)傳感器，通過信號反饋，對薄膜進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保合理的封切位置，保證產(chǎn)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(guān)鍵部件，它的作用是將平面的包裝膜變?yōu)橥矤睢Ｖ拼尚推髦饕芍Ъ?、成型板、連接板、制袋翼片、調(diào)節(jié)手輪等組成。包裝膜進(jìn)入制袋成型器后，由制袋翼片和成型板將膜卷成筒狀，并預(yù)留縱封封邊，制袋成型器決定了包裝產(chǎn)品的外觀尺寸，可以通過調(diào)節(jié)手輪調(diào)節(jié)袋的大小?？v封機構(gòu)：物料輸送機構(gòu)將物料送入成型了的包裝膜中，然后裝有物料的包裝膜進(jìn)入縱封機構(gòu)進(jìn)行縱向封合。設(shè)計的包裝機采用輥式縱封結(jié)構(gòu)，主要由縱封輥、加熱裝置和驅(qū)動機構(gòu)組成?？v封輥由兩個有一定錐度的圓柱型滾輪組成，它不僅能對產(chǎn)品進(jìn)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(xù)性，輥輪表面有網(wǎng)紋滾花，用于保證封合質(zhì)量，輥輪內(nèi)部裝有加熱裝置，能夠使包裝膜更好地粘合。橫封橫切機構(gòu)：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(jìn)行橫封封口并切斷。設(shè)計的包裝機采用回轉(zhuǎn)式橫封機構(gòu)，主要由上下橫封座、切刀和發(fā)熱管等組成，此裝置是將橫封結(jié)構(gòu)與切斷合二為一，結(jié)構(gòu)簡單，有利于減小整體結(jié)構(gòu)尺寸。

結(jié)語

設(shè)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(jié)構(gòu)和工藝流程，并對各個部件的結(jié)構(gòu)做了簡單介紹;以PLC為核心，設(shè)計了包裝機的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各個軸的協(xié)調(diào)運動。通過樣機試驗，此包裝機能夠適用于多種材質(zhì)的包裝膜，適用于餅干、面包等各類有規(guī)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(guī)格的產(chǎn)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(yè)的發(fā)展也具有積極的促進(jìn)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]戴宏民，戴佩燕，周均.中國包裝機械發(fā)展的成就及問題[J].包裝學(xué)報，2012，4（1）：61-65.

[2]秦保振.小袋自動充填包裝機的發(fā)展趨勢和多列小袋自動充填包裝機的特點[J].機電信息，2004，24：21-23.

[3]孔凡真.世界包裝機械市場需求概況[J].中國包裝，2010，30（12）：28.