面粉包装机械手设计研究

李建伟++马晓录

摘 要：面粉包装机的设计和制造是面粉加工行业的一个重要的创新点，具有实力的面粉企业会不断在原有机器上改进工艺，提高生产效率。同时，农机生产企业也会不断提高设备效率，面向小型面粉厂进行推广。

关键词：PLC控制；包装工艺；PID模糊控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.223

0 引言

对于企业来说，面粉包装的机械化能再提高面粉包装效率的同时大大节省劳动力成本。采用机械化包装的面粉，不仅包装效率极高，且包装的品质十分稳定。采用PLC控制的更加先进和高效面粉包装机械手的设计，是各大面粉厂家进行研发的重点目标，也是小型面粉生产厂家对产业结构升级换代的一个必由之路。

1 主要功能设计

面粉包装机械手需完成指定的工作循环，同时要根据循环过程中的反馈对循环进行协调。具有调节压力、时间、温度和速度的功能，具有质量检测、自动计量计数、完整的安全策略和根据客户需要提供的可视化操作平台等功能。

控制系统由PLC控制确定精度，并可以根据生产要求调节各项系统参数，本系统采用变频调节技术，可以让机械手系统在效率和节约方面调节侧重。总体来说设计包含软件和硬件两大部分，其中，软件控制部分包含的主要内容即对利用智能模糊PID控制结合快速逼近算法实现的封口过程的精确定位研究，结合此项工作进行PLC硬件选型，编写控制程序。如果需要，同时应开发相应的人机界面来实现监控和手动调节功能。硬件部分的设计需：（1）闭环系统的整体设计；（2）电机、变频器、PLC控制器和光电编码器等硬件的选型；（3）根据系统要求，确定系统I/O设备数量，模拟量的通道数量；（4）建立带有说明的I/O功能分配表。

2 设备组成及包装工艺

如图1所示，开机时，电机启动，通过传动机构带动拉膜带匀速转动，该速度可根据包装规格调整。拉膜外侧是高弹力胶带，内侧为正向齿形带，这种结构可以极大地加强薄膜与皮带的摩擦力，包装材料随着机械手运转向下运动，经过纠偏槽到达成型机，这样就可以对其进行桶状处理，进而加热、加压和纵向热封。

封构机在运行前回到原始位置，包装材料色标达到传感器时，传感器启动横向封口电机，每个封口器都有前后两部分组成，且采用弹簧链接。在工作循环中，两个横向封口机构能够进行互相挤压产生一定的圧缩行程，采用这种设计，使两个横封头的回转中心的中心距小于两者的回转半径和。竖直方向上封口机的运动会完成包装袋的横向热封和切断，同时，启动计量螺杆，横封机构回位，等待传感器采集的下一个色标指令。

关于包装工艺，主要涉及供料、横向封装、纵向封装和切断四个方面。本设计主要以各类传感器输入和异步电机通过PLC的控制配合，将生产需求转化为精准控制的过程，达到对生产工艺可控化。

3 PLC设计

首先是确定控制方案和选型。根据统计，本设计系统具有14个开关量输入，7个输出，4个模拟量输入和两个输出，根据I/O点数需求及冗余设计，选择EM232模拟量I/O模块和EM231热电偶PID模块。这样，基本保证了光标检测、手动运行、联锁自动运行、电机速度反馈等。开关量可以控制设备的产品输送管路电磁阀、输送监视系统、横封纵封电机和信号指示系统等。4个模拟量控制热电偶温度输入和横封纵封的加热器温度等。利用MOBUS总线RS485通信调节变频器输出频率控制包装机电机的转速从而达到对工艺的控制。

在此硬件结构基础上，我们开发了手动和自动两种控制模式。手动模式中，操作员跳过PLC主机启停相应异步电机从而达到控制灌装量的目的。控制器、执行器件等开始执行相应循环。同时，操作员操作循环可以保存相关参数，进行自动模式下的循环过程。手动模式的主要目的是调试和修改生产参数。

自动模式中，PLC根据预设参数，自动执行循环包装流程。该模式下，操作员依旧可以通过修改参数干预循环过程，但此过程不打断生产。只需在调整完成后监视生产情况和指示灯，在遇紧急情况是介入停机或采取其他操作。同时，自动模式还具有光标模式，按照给定长度进行封装，无需横向封装的绝对准确。

参考文献：

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作者简介：李建伟（1980-），女，河南衛辉人，本科，现在鹤壁汽车工程职业学院任教，主要研究方向：机电技术。