现代包装技术日益向着高度机械化和自动化的方向发展,各类物品的包装作业, 大多数都采用了自动包装机械和自动包装生产线来完成。相比之下, 农产品的包装发展稍有不足, 本文结合小杂粮生产的实际情况研制了小杂粮自动定量包装系统的控制系统。

1 自动控制系统介绍

可编程控制器[1] 在机电一体化产品中应用范围极广, 具有工作可靠、可与工业现场信号直接输入输出连接、组合灵活、编程容易、安装简单、维修方便、运行迅速等优点。

1. 1 组成

本系统主要由主控单元、电子称重计量单元[ 2] 、物料传输单元和封口单元等组成。主控单元是由 PLC[3] 及其相应的控制执行电路组成的, 主要实现了定量称重包装系统各个工序的自动控制功能。电子称重计量单元是由称重传感器及相应的测量和显示仪表构成, 实现了小杂粮的称重分包和单包装质量数字显示。物料传输单元主要是由电动机控制的链传动系统组成, 实现了对包装件的传送。封口单元按产品和包装的不同自动执行封包动作。

1. 2 原理

本系统以传感器的输出信号为判断依据, 实现物料的自动定量包装[4- 5] 。其基本工作过程分为称量、排料、传输和封口4 个阶段。称量开始时[6- 7], PLC 控制器控制料斗的进料阀打开, 当称量斗中物料达到加料阈值时, 进料阀关闭, 称量过程完成。接着套上包装袋, 并启动夹具, 打开称量斗的排料阀, 物料进入包装袋中, 当排料完成后关闭排料阀。夹具装置松开, 装有物料的包装袋落到输送带上, 由传输单元送至封口单元。

2 硬件设计

本系统硬件电路主要由称重、控制和执行 3 部分构成。在称量斗两侧的受力支撑点外各安装一个称重传感器, 用来测量称量斗中每次称量物料的质量, 并将其转换成电压信号输出。电压信号通过放大处理后, 通过 A /D 转换模块, 将所测得的模拟量转换成数字信号, 输入到 PLC 中央处理器, 通过换算即可得到物料质量, 通过 T D200 文本显示器显示出来。

3 软件设计

系统软件由一个主程序和若干个子程序组成。主程序包图3 控制流程Fig. 3 Flow chart o f co nt rol括 系 统 初 始化、传 感器自动回零、物料定量控制、过冲 量 自 动 修正、卸料、物料传输和封口等控制模块。

3. 1 零点漂

移自整定在进料和排料过程 中,有时会有少量的物料粘于称量斗壁, 导致零点漂移。为修正称量误差, 在每次进料之前, 由PLC 控制自动称量空斗质量 m0 , 并把 m0 作为下一次进料称量质量( m)的参考零点。通过运算可得到物料的实际质量 m= m - m0。这样可以保证每次实际进料量的值, 不会由于外因引起的零点漂移而受到的影响。

3. 2 进料阈值设定

采用快速进料和微调进料, 既可以保证进料速度, 又可增加包装计量准确性。快速进料阈值设定为目标值的 85% , 使进料速度快。微调进料可以保证加料的精确度, 微调进料阈值等于目标值减去过冲量。

3. 3 过冲量自整定[ 8]

当微调进料阀停止加料时, 从料口到称量斗之间有一段飞流物料! , 这部分物料最终将落入包装袋中, 使实际质量超过定量包装的目标值, 同时在加料过程中, 由于物料的冲击, 会过成瞬时质量增加, 这种现象称为过冲量。实际加料量等于微调进料和过冲量之和。本系统采用负反馈偏差控制技术来实现自动修正过冲量。基本原理是根据上次称量值与目标值的偏差来调整本次称量过程中产生的过冲量, 通过调整微进料阀门启闭时间, 来减小称量值与目标值的偏差, 以提高定量包装的精度。

3. 4 良好的人机交互界面

系统具有良好的人机交互界面, 通过按钮可选择几种生产线上常见的小杂粮种类和包装目标值。通过修改程序可实现其它品种的自动包装。本系统通过 TD200 实现了称量结果的动态显示, 包装袋装满后自动实现声光报警。

4 结论

通过以上论述, 完成了小杂粮定量称重自动包装系统的设计。其特点在于, 系统以传感器的输出信号为判断依据, 以PLC 为控制中枢, 以链传动为物料的传送单元器, 配以相关的执行驱动器件, 使系统可自动运行; 并实现了零点漂移自整定和过冲量自整定等功能; 具有良好的人机界面和编程功能, 使得该系统可适用于不同的小杂粮定量包装。现场使用一年来,系统稳定可靠。

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