枕式包装机电气控制系统设计综述
摘要：设计了枕式包装机的电气控制系统，采用了PLC为控制器，通过PLC技术、变频调速技术，人机界面监控技术、标准Modbus通信技术等来控制枕式包装机系统，完成包装纸传 动、物体包装、材料切割及分袋等控制任务，同时也介绍了枕式包装机的机械结构组成和控制要求。用PLC控制伺服电机，实现了在枕式包装机包装过程中完成自动下料。伺服电机可通过外部设定实现不同定位，效果精确、稳定、可靠。 关键字：枕式包装机；PLC；控制系统 Abstract: The electric control system of pillow packaging machine is designed. PLC is used as controller. the pillow packaging machine system is controlled by PLC technology, variable frequency speed control technology, man-machine interface monitoring technology and standard Modbus communication technology. the control tasks of packing paper transmission, object packaging, material cutting and bag separation are completed. the mechanical structure and control requirements of pillow packaging machine are also introduced. Plc is used to control the servo motor to realize the automatic blanking in the packing process of pillow packing machine. The servo motor can realize different positioning through external setting, and the effect is accurate, stable and reliable. This is the first time I#39;ve had a job.1选题的目的及意义
枕式包装机主要是用于固体物包装的常用设备，主要完成成型、定位、制袋、包装和封口控制系统等功能，是一种包装能力非常强,且能适合多种规格产品包装的连续式包装机。它广泛应用于工厂企业，其工作系效率的高低直接影响整个生产线的效率。以前，国内的枕式包装机电子控制部分比较落后，控制台大面笨重，各量采用数码管(LED)分散显示，操作繁琐。而利用计算过光电隔离输出机对包装过程中的各个部件进行控制，实现全自动包装，可以达到快速、准确和提高生产效益的目的。 在现代工业中，包装机械的应用十分广泛。在某种意义上，包装机械对许多行业的发展起着至关重要的作用。近些年来全自动包装机械的研发、使用和推广备受关注，许多高新技术和智能控制算法在包装机械中得以应用，包装机械的智能化、自动化、多功能化水平不断提高。与传统包装机械相比，自动包装机械在包装质量、包装效率、废品率等方面具有十分明显的优势。自动包装机械运动过程的智 能化控制是保证其可靠性、稳定性的关键。总体来说，自动包装机的运动控制主要包括各轴的单独控制以及多轴的同步控制。基于智能控制器和伺服系统可以保证各轴运动的准确性，在此基础上采用多轴同步控制算法，例如主从同步控制、相邻交叉耦合控制等，以及一些智能控制算法，如神经网络控制、滑模控制、模糊控制，来确保多轴同步控制的准确性。随着科学技术的发展，自动控制系统在包装机械中得到广泛的使用，它能够有效地提高包装机械的工作效率，以及工作精度，大大提高了生产效率。PLC 具有体积小，可靠性高，编程方便等优点，采用 PLC 对包装传送系统进行控制，电路简单且便于更换零件。 随着科学技术的发展，自动控制系统在包装机中得到了广泛的应用，能有效提高工作效率，以及工作精度，大大提高了生产效率。随着我国经济的快速发展，包装工业也在迅速发展，但与发达国家相比较有一定的差距，无论是在品种还是技术水平和产品质量方面。因此我们不能忽视包机械落后状况对于我国包装行业整体的发展的负面影响。 同时食品包装机应该向着多功能方向发展，才能适应市场，糖果、巧克力的包装形式应随市场而定，包装技术应随产品特性而定。如果产品定位为高端礼品，那么包装形式就要吸引入，设计高档，如纸制、木制或金属的包装盒都是上选。对于大众消费类产品，包装形式则应相对简单，如枕式袋的包装就颇受商家青睐，其形式简单、技术成熟、包装效率高且价格便宜。当然不少枕式包装机广家都能随时调整自己的方案。2国内外同类研究现状
枕式包装机因其拥有智能自动化、生产效率高等优点，在食品、医药、农业、电子等领域中被广泛使用，对一些行业的发展起到了促进作用，因此枕式包装机的发展被越来越被广泛关注。随着机电一体化技术的不断进步，对包装机的生产效率、稳定性以及可靠性提出了更高的要求，因此如何实现包装机的智能化、自动化以及功能多样化已成为国内外包装机研究重点。三伺服枕式包机又称为卧式自动包装机，能够依次自动的完成物料填充、封口、切断等一系列的动作。枕式包装机控制系统经历了单变频器、单变频与单伺服、双伺服以及三伺服 4个发展阶段。文中是以第 3 阶段设计出的包装机本体为基础，在设计控制系统时秉持使该包装机智能、自动化程度高的设计理念，提出了一种基于 PLC 的三伺服枕式包装机控制系统。以 CJ1W-NC414 运动控制模块作为控制器的核心，配合伺服系统以及色标传感器等先进的技术，实现了包装三轴同步控制。采用 CJ1W-TC001 温度控制单元实现包装机横封和纵封的温度精确控制。通过维纶 TK6050ip 触摸屏对整个控制系统进行实时监控、参数设置以及在线显示。该系统成功应用于在三伺服枕式包装机中，提高了包装机的包装精度、速度以及自动化程度 。 虽然包装机械自动化程度高但是受振动、拉拽等因素的影响，其定位精度会有所下降。例如：包装材料上定位色标的印刷误差、机械传动、包装材料拉伸等容易造成实际封切位置偏离色标，进而出现误差。为了解决此问题以消除误差实现精准封切，包装机械控制系统必须具有色标自动定位功能。所谓色标定位是指利用传感器、自动控制等技术保证封合切断装置能够适当地作用在包装膜色标点处。通常情况下，色标定位涉及到速度匹配、位置匹配 2 个方面。其中速度匹配，即切点处包装膜进给速度和封合切断装置线速度相等，可避免包装膜的 “拉拽”、“堆积”；位置匹配，即切点和色标点重合，可避免包装物料损坏、刀具损伤，同时可降低次品率。针对包装机械的色标定位问题，文中以枕式包装机为例，详细论述色标自动定位方法。基于 PLC 设计相关控制系统并进行实验研究，以验证所述方法和系统的可行性、有效性。 包装机机多为低速、高能耗的幕后产品。传统的枕式包装机必须成市机多为低速、高能耗的幕后产品。传繞的枕式包装机必须应市揭的需要而改进，根据相关调查数据，枕式包装机生产速度应稳定在40~230 包/min,详细数据视具体消况面定。除了提高速度外，我们还需实现枕式包装机的常功能化，使其与计量装置相配套，集制投、充填、填口、打印、计数于一体，具有自动纠偏、自动报警保护功能，以最大限度降低损耗。 目前各国对包装机械的发展十分重视，集机、电、气、光、仪为一体的高新技术产品不断涌现。生产高效率化，资源高利用化，产品节能化，高新技术实用化，科研成果商业化已经成为世界各国包装机械发展的趋势。其中美国的包装机械以大型为特色，因为美国的包装机械用户以大型生产企业为主，靠大批量生产来降低生产成本。德国的包装机械在设计制造技术性能等方面均名列前茅，一些大公司生产的包装机械及机、电、仪表及微机控制于一体，采用光电感应，以光标控制，并配有防静电装置。日本的包装机械制造厂以中小企业为主。意大利的包装机械设备向来以产品灵活，技术先进而闻名世界。近年来意大利的包装机械在世界获得了巨大的成功，受到了全世界的青睐。 专家指出，随着方便面生产行业对产能提高的迫切需求不断升级，前段面线的生产速度日益提高，后段包装的速度、自动化程度逐渐成为限制该行业发展的瓶颈。方便面后段包装线中最为重要的是枕式包装机和自动装箱机。我国的枕式包装机起步较发达国家较晚，起步于上世纪 70 年代末 80 年代初。用于方便面的枕式包装机是其中最为普通的一种。枕式包装机经历了由单变频、双变频、双伺服、三伺服的发展阶段。目前国内大部分方便面生产厂家使用的还是单变频机械式的枕式包装机，仅康师傅、统一等规模较大的生产企业使用三轴伺服枕式包装机，另外有能力生产性能稳定的三轴伺服枕式包装机的厂家也屈指可数。全自动装箱机是方便面后段包装设备中另一主要的组成部分，该类设备在过去五六年间迅速得到应用，并发展升级到较高水平。但是我国的装箱机设计生产起步较晚，目前和欧美发达国家的同类产品相比，在自动化程度、人机交互性能、设备外观等方面仍存在较大差距。目前国内大部分方便面生产厂家使用的还是半自动装箱机，生产全自动装箱机的厂家也寥寥可数。面对方便面行业的规模化发展，如何开发符合生产企业高标准需求的方便面生产后段全自动包装设备成为包括大森在内的方便面设备厂商苦苦思索的。 国外公开了一种用于制造具有包含thercin的物品的密封包装的包装机，该包装机包括密封杆和砧座，该砧座被安装成沿着圆形路径相对旋转，使得密封杆和砧座在空间上保持它们的取向恒定。密封条和砧座的弹性安装允许延长与形成包装的热塑性纤维网的接触时间。密封杆和机器的其它部件可以通过驱动链由普通的变速电机驱动，该驱动链在操作部件之间保持恒定的速比。通过安装在秤组件上的夹具可以提高秤的精度，夹具与砧座配合以在密封和切割取料板的同时保持纸幅。密封杆组件可包括两个刻度杆，其中一个刻度杆切割并密封以形成包装，并且还形成手柄切口，而另一个刻度杆形成横向密封以将袋的主要部分与手柄切口部分密封。3研究内容
枕式包装机要完成成型、定位、包装和封口等功能 ,主要包括以下几个系统部分 : (1)封切系统 :枕式包装机的封切系统由横封(上、下)和纵封(左右两个)组成 ,其作用就是对包装物进行横向和纵向的封装。 (2)加热系统 :系统需要对横封刀和纵封刀进行加热 ,并进行温度控制, 采用台达温度表采集并控制封切刀的温度。 (3)变频调速系统 :变频器驱动横切刀达到封切目的,其速度决定该包装机的包装度。 (4)纵封送料系统 :纵封送料系统由伺服驱动送料辊 ,与横切送料系统配合, 根据包装膜的袋长等技术指标达到准确送膜并封切(横切到包装膜的色标位置)的要求。 (5)电气控制系统 :电源采用单相 220V 50Hz 供电 ,主机的电气系统主要由 PLC 、变频器、伺服系统、人机界面等组成。并在横封刀轴上安装一个接近开关 ,位置为横切点 ;在送膜轴上安装一光电开关(在包装膜上黑色光标通过时起作用);在纵封送料系统的主轴安装一个 360 线编码器, 对袋长进行计长(通过PLC 高速计数实现)。 传统的枕式包装机主要采用差速齿轮箱的结构，优点是运行稳定；缺点是噪音较大，机械容易损坏，封装精度的调整很麻烦。随着微电子技术、计算机技术、传感器技术的发展，PLC 技术日益成熟，应用也更加广泛。包装机主机系统可以采用 P L C 作为控制系统核心，可以使得包装速度高，定位准确，系统更加可靠、稳定，符合、满足现在包装的发展要求。系统通过人机界面上对应划面设置袋长（包装膜两个光标之间的距离），袋长设定也可以通过启动系统袋长自动量测来实现。按下袋长自动量测按钮时，伺服系统以固定的速度启动，驱动纵封系统送料。当光电开关检测到包装膜的第一个光标的时候开始计长，当运行到下一个光标到来时停止计长，并把计算出来的长度显示到人机界面上。按下存储按钮时，就把该长度送进 PLC，作为当前封切时包装膜的长度，系统采用 PLC 通讯方式采集变频器的命令频率 F 和输出频率 H，通过求这两个频率的平均值（依此来避免采集单一输出频率时的延时），作为变频器的当前频率。通过计算得到电机的当前运行速度V，根据机械结构的传动比可以计算出当前横切刀的旋转速度 R（转 / 分）。 系统软件主要包括触摸屏程序设计、PLC 控制程序设计等。此处重点介绍 PLC 控制程序设计方法，例如伺服驱动控制、色标自动定位、串行通讯等。控制器主要用于处理各种反馈信号并根据处理结果控制伺服驱动器，以协调包装机械各执行机构动作。伺服驱动器为闭环控制系统，通过内置编码器检测位置和速度等信号，将其反馈到 PLC 以保证电机运动的精确性。伺服驱动器接收控制器所传送脉冲信号，其中脉冲频率用于控制器电机转速、脉冲数目用于控制电机旋转角度。另外，控制器还可根据色标、刀位检测信号判断封切位置是否在误差允许范围内。 参考文献 [1]蒋伟锋.基于XC3_24RT_EPLC的枕式包装机控制系统设计.现代制造. 2013(27):160-161 [2]李晓伟.台达机电产品在自动枕式包装机上的应用.可编程控制器与工厂自动化.2006.26(11):83-84 [3]李敏.基于PLC的三伺服枕式包装机控制系统设计.包装工程.2017.(7):183-187 [4]赵燕.枕式包装机控制系统设计. 包装与食品机械,2015,33(2):42-45 [5]刘一扬.枕式包装机色标自动定位方法. 包装工程,2017,38(11):159-164 [6] 王中元.枕式包装机运动分析及控制系统设计. 包装工程,2017(1):163-168 [7] 吕月娥.枕式包装机控制系统的设计与实现. 机电一体化,2003,9(3):32-36 [8] 江山.休闲食品包装机械的发展趋势.中国食品报. 2009年12月14日 [9]王薇.方便面生产包装自动化设备领域获创新突破.中国食品报.2015年04月01日 [10] 张延波.PLC在枕式包装机控制系统中的应用.山东科学.2006年6月 [11] 郑秋明.基于PLC的自动下料系统在枕式包装机中的应用.自动化控制与装备.（2013年35期） [12] Ejidio Stella,Vicenze,Italy US4134245 Packaging machine.Jan.16,1979 [13] Masaru Yamamoto,Iruma,Japan US4907399 Automatic packaging method.Mar.13,1990 资料编号：[83109]以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
