0引言

包裝是產品進入流通領域的必要條件,現代包 裝的普遍含義是:對不同批量的產品，選用某種有 保護性、裝飾性的包裝材料或包裝容器，並借助適 當的技術手段實施包裝作業，以達到規定的數量和 質量,同時設法改善外部結構,降低包裝成本，從而 在流通直至消費的整個過程中使之容易儲存搬運, 防止產品破壞變質，便於識別應用和回收廢料，不 斷促進擴大再生產。全自動包裝機可根據包裝物 品的要求，按照需要的形態、大小，得到規格一致的 包裝質量。設定程序後實現無人操作，產品進行自 動包裝工作,具有使用方便，高效節能、清潔環保等 優點。目前我國包裝機械企業規模偏小，技術裝備 不很完善，自我發展和技術設計開發能力較弱。隨 著計算機技術的發展，全自動包裝機械在食品、化 工、醫藥、輕工業等各行業中占據著越來越重要的 地位。

1全自動包裝機組成

自動包裝機一般分為半自動包裝機和全自動 包裝機兩種。由人工供給包裝材料和內裝物，但能 自動完成其它包裝工序的機器稱為半自動包裝機; 既能自動輸送供給包裝材料和內裝物，又能自動完 成主要包裝工序和其它輔助包裝工序的機器，稱為 全自動包裝機。

全自動包裝機由動力機、傳動部分和執行部分 組成。為了便於掌握和研究包裝機械的工作原理 與結構性能，通常又將包裝機械分成下列組成要素:

1） 被包裝物品的計量與供送係統。該係統是 指將包裝物品進行計量、整理、排列，並輸送至預定 工位的裝置係統。有的還完成被包裝物品的成型、 分割。

2） 主傳送係統。該係統是指將被包裝物品和 包裝材料由一個包裝工位順次傳送到下一個包裝 工位的裝置係統。

3） 包裝執行機構。該機構是指直接進行裹包、 充填、封口、貼標、捆紮和容器成型等包裝操作的 機構。

4） 成品輸出機構。該機構是指將包裝成品從 包裝機上卸下、定向排列並輸岀的機構，也可直接 由主傳送係統完成或靠成品自重卸下。

5） 動力機與傳動係統。其是指將動力機的動 力與運動傳遞給執行機構和控製元件，使之實現預 定動作的裝置係統。通常由機、電、光、液、氣等多 種形式的傳動、操作、控製以及輔助等裝置組成。

6） 控製係統。控製係統包括包裝過程及其參 數的控製，包裝質量、故障及安全的控製等。

本係統中，被包裝物品（也稱為布）的計量為物 品的長度或直徑等,其包裝材料為PE膜（也可為 紙、金屬等物品），采用緊密封接裝置，將被包裝物 品包裝起來。包裝機的進布工位與所設的輸送裝 置由在線升降係統和輸送帶組成，在線升降係統設 於進布工位上，兩端分別連接進布輸送係統和輸送 帶,以實現進布與封裝等工位的連續包裝。

2全自動包裝機係統設計

2.1硬件設計

選擇的模塊化中小型PLC係統S7 - 300,它能滿足中等性能要求的應用,應用領域相當 廣泛。其模塊化、無排風扇結構和易於實現分布, 易於用戶掌握等特點，使得成為各種從小 規模到中等性能要求控製任務的方便又經濟的方 案。所具有的多種性能遞增的CPU和 豐富的且帶有許多方便功能的I/O擴展模塊，使用 戶可以完全根據實際應用選擇合適的模塊。當任 務規模擴大並且愈加複雜時，可隨時使用附加的模 塊對PLC進行擴展。所具備的高電磁兼容 性和強抗振動、抗衝擊性，更使其具有最高的工業 環境適應性。它具有很強的計算能力

和完善的指 令集，以及通用MPI接口和SINEC LANS聯網的能 力，適用於高速的過程處理需要。本係統所用的主 機模塊是CPU 315 -2DP,可以通過MPI轉接電纜 或通訊模塊與計算機進行通訊,再加上其全麵的診 斷功能和完善的自我保護技術，使其具有較高的可 靠性。除此之外，它自帶的STEP7編程軟件功能強 大，使用方便,也使開發過程變得簡單快捷o

2.2軟件設計

由於包 裝的過程是順序動作，每一步動作均是在前一步動 作完成的基礎上,再進行下一步的操作，所以控製 程序采用了步進順控指令方法編程。

用PLC控製後，包裝機的自動運行如下：

1） 按下自動開關,前段進布輸送機啟動；

2） 當前段輸送帶進布檢知光電，主輸送帶 啟動；

3） 傳送到主輸送帶後,開始進行計高、計格；

4） 當布卷全部傳送到主輸送帶後，開始計長, 布卷到達中心後，主輸送帶停止運行；

5） 推杆原定位磁簧開關檢測到有布時，推杆 推出；

6） 推杆中定位磁簧開關檢測到有布時,主封吹 馬達啟動；

7） 上下放微動開關得到信號後，上下放馬達 啟動；

8） 推杆前定位磁簧開關檢測到布卷來時，推杆 退回；

9） 主封座表麵檢測物件安全後，主封座上升1/ 2個布座後停止，上放馬達停止運行；

10） 主封座上升停止後，主封刀下切，下放馬達 停止，主封吹馬達停止，主封座升降氣缸開始空油 轉換，開始計時；

11） 計時時間到，主封座退回，主封刀退回；

12） 主封座下降到位後，中段推杆開始推布，中 段輸送帶啟動；

13） 中段夾布微動開關檢測到布卷後，開始 夾布；

14） 夾布完成後，中段下方吹馬達啟動,左右側 吸料馬達啟動；

15） 左右側光電開關檢測到信號後，左右側封 內移，側封座上升1/2布座後，側封刀下；

16） 中段下方吹PE膜馬達停止,側封座升降氣 缸開始空油轉換，開始計時；

17） 計時時間到，側封刀退回，側封座退回；

18） 側封座退回到位後，左右側封外移,吸料馬 達停止運行；

19） 左右側封回到定位後，夾布器鬆開，中段輸 送帶運行，末段輸送帶運行，岀布滾筒機運行,開始 出布；

20） 光電開關檢測到出布後，前段輸送帶運行, 一個循環過程完成；

21）按下急停按鈕時，包裝機運行停止。

3不確定度分析評定

下麵對本係統設計的全自動包裝機包裝的定 量包裝商品（以下簡稱商品）作不確定度分析評定， 以標注100g的商品淨含量檢驗為例，依據JJF 1070-2005的規定，其淨含量檢測的基本原理為： 淨含量=總重-皮重。

數學模型：8 = q_i-Q_n=GW_i- P_i-Q_n

式中：5為商品淨含量的偏差;g：為商品的實際 含量;。“為商品的標注淨含量；C吃為商品的實際 總重;R為商品的皮重。

靈敏係數為1或-1。

3.1樣本實際總重重複性測量的不確定度

1）實際總重重複性測量引入的不確定度分 量^un

2. 電子天平測量重複性引入的不確定度分 量"12

選用的電子天平最大稱量500g,最小分度值 O.Olg,最大讀數誤差半區間0.005g,假設均勻分 布，包含因子k =石,tt₁₂ = 0. 005/歸=0. 003 g,自由 度 p₁₂ =50_o

3. 合成標準不確定度明：

“I = J此 + 拓=a/0- 002² + 0. 003² = 0.004g

v _ M

知/"11 ^{+ u}\i^^vn

=0. 004⁴/(0. 002⁴/90 + 0. 003⁴/50) =142

3.2標注淨含畳的不確定度分■叱

根據JJF 1070—2005表3規定，標注淨含量 100g的允許短缺量為4. 5% ,

T = 0. 9g,標注淨含量為一確定值，則：叱= 0. 000g,自由度 “2 —*8 _o

3.3皮重標準偏差引入的不確定度分量％

皮重重複性測量由表1可見，皮重標準偏差不 確定度分量：/ =0・000g,*L8。除皮方法與皮 重抽樣量大小引入的標準不確定度可不予單獨考 慮。現僅有電子天平測量重複性引入的標準不確 定度分量«32 =«12 =°- 003g,自由度％ =50。

3.4合成標準不確定度

U_c = CjU) + C2«2 + C3U3

u_c = 7o. 004² + 0. 000² + 0.003² = 0. 005g

M U[/ + U3/v₃

=0. 005⁴/(0. 004V142 + 0. 003⁴/50) = 182, 自由度取100

i₉₅(100) =1.984

3.5擴展不確定度

U = i₉₅( 100) x u_c = 1. 984 xO. 005 «0. Olg

4結束語

實現包裝的主要手段是使用包裝機械。目前 我國包裝機械產品普遍存在質量不穩定、性能單 一、成本高、技術含量低等狀況。現代社會對物品 的包裝要求越來越高，為使包裝出的物品整齊、美 觀並且具有良好的包裝質量,要求包裝機具有精確 的動作、定位準確度高及高效率和一定的柔性，因 此對包裝機的控製要求是越來越高。傳統的繼電 器已經不能滿足現代生產的要求了，所以研製高 效、經濟、且有一定柔性的新型包裝機械是市場的 迫切需要。本文介紹了一種全自動包裝機的工作 原理及其設計過程，進行了全自動包裝機的係統設 計;對定量包裝的商品淨含量的檢驗測量不確定度 進行了評定，對定量包裝中測量不確定度評價提供 了借鑒。

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