自動包裝機主要應用於大量散裝物料的定量包裝，以方便運輸、銷售和使用，按照定量原理，可將自動包裝機分為稱重式和定容式兩大類。近年來，隨著自動檢測和控製技術的發展，對自動包裝機精度要求越來越高，利用稱重方式更便於提高包裝機稱量精度，本文主要針對稱重式自動包裝機對其定量功能進行設計與實現。
1.自動包裝機組成及工作原理

稱重式自動包裝機主要由儲料鬥、給料門、稱重傳感器、稱重鬥、卸料門、放料鬥等幾部分相互配合，完成供料、稱重、卸料動作，實現對物料的自動包裝過程，其整體結構圖儲料鬥中物料足夠，在重力的作用下進入重力供料裝置，完全打開料門進入大給料狀態。當到達給定大給料重量

時，關閉給料門，留一條狹縫，進入小給料狀態。當到達給定小給料重量時，完全關閉給料門，經過一定的空中落料，稱量鬥穩定，並且卡袋機構卡緊時，卸料門打開，物料進入放料鬥，再落入袋內，完成一個包裝循環 [1]。根據每次灌裝之後的實際重量，利用反饋控製算法，計算出下一個包裝循環時小給料重量，控製這個重量，使整個係統可以自動調整回目標重量。

2.定量稱重係統稱量部分設計

定量稱重係統是包裝機的核心部分，稱量部分完成對物料重量的稱量，來保證包裝的精度。本部分主要包括秤體、秤鬥、傳感器等。

■ 2.1 秤體

是鋼製的裝配式的箱體結構，它能支撐並把秤的全部部件包容在箱形結構內。箱體上裝有二扇較大的門，在安裝和維護時可以方便地接觸內部部件。在箱體的側麵開有二個通風口，可以用來安裝除塵係統。

■ 2.2 秤鬥

是在稱量循環中用來盛料的，秤鬥用二根垂直的杆懸掛著，杆的下端用螺栓與秤鬥固定，上端用二個軸承與傳感器相連。料鬥上裝有二塊擋板式卸料門，是用氣缸來控製的。當秤鬥門全部閉合時有一個接近開關提供關的信號，當秤鬥門還未關閉時又有連鎖裝置可以防止進料門動作。在稱量料鬥的底部裝有支撐架，用來安裝和校核時放置砝碼。秤鬥的側麵裝有一扇可開啟的門，以便清掃料鬥內部的積灰。

■ 2.3 稱重式傳感器

與稱量鬥相連，可以及時測得物料重量，本係統采用電阻應變式稱重傳感器，其結構為懸臂梁式。傳感器的下端用二個軸承與二根垂直的杆懸掛著的杆相連，杆的下端用螺栓與秤鬥固定。

3.定量稱重係統控製部分設計

稱重傳感器稱量物料重量，並將其轉換為電量，通過顯示器顯示實測值，控製係統通過順序單元和繼電器單元完成實測值 與設定值（大給料重量 、小給料重量 ）的比較，控製料門動作，最終使係統達到包裝目標重量 。本係統根據一般稱重控製係統自身周期性往複稱量的特點，采用智能補償算法對係統控製量進行預測調整，使包裝的實際重量符合生產要求。通過一次實際稱量重量與給定重量的誤差值，對下一次給料過程進行修正，從而保證物料的稱量誤差在最小的範圍內。並且通過幾次給料過程的修正，使得實際稱量值自動調整回給定值重量。

■ 3.1 稱重控製算法

設包裝目標重量為 ，大給料重量為 ，小給料重量為 ，實測重量為 ，終止提前給料量為 ，即： ( 式 1)

當落下物料的實測重量小於 時，大、小給料氣缸同時打開，為大給料狀態；當實測重量大於 時，大給料氣缸關閉，進入小給料狀態，以免產生超調。當實測重量等於時，即到達終止提前給料量時，關閉小給料氣缸，停止給料 [2]。其控製算法可用式 2 表示。  ( 式 2)

式中 S――兩步給料輸出

――實測重量

――大給料

――小給料

――大給料重量

――小給料重量

兩步給料狀態，可由下式表示：( 式 3)式中 ――動態誤差（即目標重量 與動態實測值之差）

――大小給料切換界限

――大給料狀態

――小給料狀態

每次包裝時，係統根據動態稱量誤差 及大小給料切換界限值 ，終止給料量 進行比較，按式 3 選擇不同的給料狀態。每次包裝完畢，待係統穩定，係統根據靜態稱量誤差 （ 為第 k 次稱重時的靜態稱量值）對終止給料提前量 進行補償，得到下次包裝的終止給料提前量 ，為下次包裝作好準備。這種稱重補償算法假設某種物料第 k ＋ 1 次稱量時，其終止給料提前量 能在對 的基礎上得以補償，這種補償取決於第 k 次稱量後的靜態誤差 及其變化量。

補償方法為： ( 式 4)

當稱量誤差超過允許誤差範圍 且有發散趨勢時，用多次誤差的統計值來修正 。當稱量誤差超過允許誤差範圍且有收斂趨勢時，采用恒值補償。當稱量誤差在允許範圍之內時，不對 進行補償。如式 5 所示。用常用的電纜即可；如果信號所傳輸的距離較遠，則可以采用屏蔽電纜。對於係統中負責通信的電纜，則對可靠性的要求更高，同時，考慮到部分通信電纜的信號頻率比較高，可以考慮采用專門的生產廠家所提供 的專用電纜；如果係統中的信號頻率較低，且整個係統的要求不高，則可以考慮采用帶屏蔽的雙絞線即可。在實際的部署與使用中，PLC 控製係統要盡可能地遠離較強的幹擾源，比如高頻焊機、比較大型的動力設備等。此外，還應該 PLC 控製設備與高壓電器進行分開存放，且存放櫃中的 PLC 要與動力線遠離。與 PLC 控製係統處於相同開關櫃中的其他電感性元件，比如常見的繼電器、接觸器線圈等，則應該與消弧電路並聯。

■ 2.5 軟件設計中的措施

在 PLC 控製係統中，如果采用更加合適的控製模型與算法，對整個係統的穩定性會得到大幅提升。通常，可以采用采樣值數字濾波的方式，實現對幹擾信號的有效濾除；采用不完全的微分方式，可以有效防止在控製過程中產生震蕩；如果采用選擇性的控製調解模式，則可以使接近危險區域的被控量脫離危險，將故障先兆及時排除，有效避免事故的發生。所以，對於所針對的不同對象，則應該采用多種或綜合控製算法模式，使得整個 PLC 控製係統的精度與穩定性得到保證。

3.利用冗餘技術提高可行性

對整個係統的安全性、可行性要求極高的地方，如果單單采用硬件的方式來提升係統可行性，會導致係統生產和使用成本的大幅增加，因此，就有必要采用冗餘技術來實現。

4.結束語

PLC 控製係統在使用過程中，所麵對的應用環境與條件存在較大的差異，且幹擾源也有很大的不同。所有，在具體的操作與應用開發環節中，則隻有采用更加適當的措施，才能促進整個係統以更加安全、可行的方式進行工作。

參考文獻

＊ [1] 司徒瑩 , 葉劍成 . 基於 PLC 的小零件流水線清洗控製係統 [J].自動化技術與應用 . 2016(09)

＊ [2] 胡鵬 , 錢進 , 徐凱 , 唐堅 , 陳靜 . 基於總線技術的中小型壓力機控製係統的智能化設計 [J]. 鍛壓裝備與製造技術 . 2016(04)

＊ [3] 孫陽陽 , 姚國鵬 , 鍾 . 700℃超超臨界燃煤發電機組關鍵部件驗證試驗平台控製係統設計 [J]. 熱力發電 . 2016(09)

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