現代包裝技術日益向著高度機械化和自動化的方向發展,各類物品的包裝作業, 大多數都采用了自動包裝機械和自動包裝生產線來完成。相比之下, 農產品的包裝發展稍有不足, 本文結合小雜糧生產的實際情況研製了小雜糧自動定量包裝係統的控製係統。

1 自動控製係統介紹

可編程控製器[1] 在機電一體化產品中應用範圍極廣, 具有工作可靠、可與工業現場信號直接輸入輸出連接、組合靈活、編程容易、安裝簡單、維修方便、運行迅速等優點。

1. 1 組成

本係統主要由主控單元、電子稱重計量單元[ 2] 、物料傳輸單元和封口單元等組成。主控單元是由 PLC[3] 及其相應的控製執行電路組成的, 主要實現了定量稱重包裝係統各個工序的自動控製功能。電子稱重計量單元是由稱重傳感器及相應的測量和顯示儀表構成, 實現了小雜糧的稱重分包和單包裝質量數字顯示。物料傳輸單元主要是由電動機控製的鏈傳動係統組成, 實現了對包裝件的傳送。封口單元按產品和包裝的不同自動執行封包動作。

1. 2 原理

本係統以傳感器的輸出信號為判斷依據, 實現物料的自動定量包裝[4- 5] 。其基本工作過程分為稱量、排料、傳輸和封口4 個階段。稱量開始時[6- 7], PLC 控製器控製料鬥的進料閥打開, 當稱量鬥中物料達到加料閾值時, 進料閥關閉, 稱量過程完成。接著套上包裝袋, 並啟動夾具, 打開稱量鬥的排料閥, 物料進入包裝袋中, 當排料完成後關閉排料閥。夾具裝置鬆開, 裝有物料的包裝袋落到輸送帶上, 由傳輸單元送至封口單元。

2 硬件設計

本係統硬件電路主要由稱重、控製和執行 3 部分構成。在稱量鬥兩側的受力支撐點外各安裝一個稱重傳感器, 用來測量稱量鬥中每次稱量物料的質量, 並將其轉換成電壓信號輸出。電壓信號通過放大處理後, 通過 A /D 轉換模塊, 將所測得的模擬量轉換成數字信號, 輸入到 PLC 中央處理器, 通過換算即可得到物料質量, 通過 T D200 文本顯示器顯示出來。

3 軟件設計

係統軟件由一個主程序和若幹個子程序組成。主程序包圖3 控製流程Fig. 3 Flow chart o f co nt rol括 係 統 初 始化、傳 感器自動回零、物料定量控製、過衝 量 自 動 修正、卸料、物料傳輸和封口等控製模塊。

3. 1 零點漂

移自整定在進料和排料過程 中,有時會有少量的物料粘於稱量鬥壁, 導致零點漂移。為修正稱量誤差, 在每次進料之前, 由PLC 控製自動稱量空鬥質量 m0 , 並把 m0 作為下一次進料稱量質量( m)的參考零點。通過運算可得到物料的實際質量 m= m - m0。這樣可以保證每次實際進料量的值, 不會由於外因引起的零點漂移而受到的影響。

3. 2 進料閾值設定

采用快速進料和微調進料, 既可以保證進料速度, 又可增加包裝計量準確性。快速進料閾值設定為目標值的 85% , 使進料速度快。微調進料可以保證加料的精確度, 微調進料閾值等於目標值減去過衝量。

3. 3 過衝量自整定[ 8]

當微調進料閥停止加料時, 從料口到稱量鬥之間有一段飛流物料! , 這部分物料最終將落入包裝袋中, 使實際質量超過定量包裝的目標值, 同時在加料過程中, 由於物料的衝擊, 會過成瞬時質量增加, 這種現象稱為過衝量。實際加料量等於微調進料和過衝量之和。本係統采用負反饋偏差控製技術來實現自動修正過衝量。基本原理是根據上次稱量值與目標值的偏差來調整本次稱量過程中產生的過衝量, 通過調整微進料閥門啟閉時間, 來減小稱量值與目標值的偏差, 以提高定量包裝的精度。

3. 4 良好的人機交互界麵

係統具有良好的人機交互界麵, 通過按鈕可選擇幾種生產線上常見的小雜糧種類和包裝目標值。通過修改程序可實現其它品種的自動包裝。本係統通過 TD200 實現了稱量結果的動態顯示, 包裝袋裝滿後自動實現聲光報警。

4 結論

通過以上論述, 完成了小雜糧定量稱重自動包裝係統的設計。其特點在於, 係統以傳感器的輸出信號為判斷依據, 以PLC 為控製中樞, 以鏈傳動為物料的傳送單元器, 配以相關的執行驅動器件, 使係統可自動運行; 並實現了零點漂移自整定和過衝量自整定等功能; 具有良好的人機界麵和編程功能, 使得該係統可適用於不同的小雜糧定量包裝。現場使用一年來,係統穩定可靠。

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