近年來國內各行業普遍提高了對包裝重要性的認識,機電一體化技術已越來越受到各方麵的關注,規模化生產的企業日益增多,作為傳統行業之一的包裝工業,呈快速發展態勢,在機電一體化技術迅速發展的今天,包裝機已全部實現了自動化。
自動定量包裝生產線介紹
乙烯自動定量包裝生產線包括稱重、供袋、裝袋、折邊、縫紉、放倒、壓平、金屬檢測及碼垛等工作步驟。全自動定量包裝機是集機電一體化、光電檢測、步進電機自動跟蹤糾偏等功能於一體,計量精確,符合行業標準,並且具有性能穩定、操作維護方便、效率高等特點,保證自動定量包裝線穩定。
乙烯自動定量包裝生產線,可以實現自動製袋、自動上料、自動計量、自動封裝等多項功能,並可對生產過程進行實時監控,完成自動診斷、自動報警和數據上傳等功能。根據工藝要求,乙烯自動定量包裝生產線的稱重控製係統由人機界麵操作及顯示係統、製袋控製係統、送料稱重控製係統、封裝控製係統組成。20世紀50年代中期,出現了現代分理論,其中最常用的方法是動態規劃和極小值原理[1].
主要環節是自動定量稱重,精度為0.2%(25kg±0.05kg),速度為600袋Πh(6s1袋)。采用微機控製靜重法,包括粗流、中流、細流、截流控製及降量補償與修正,執行器件為高速汽缸。
稱重控製係統工作原理及工作時序
自動化水平在製造工業中不斷提高,應用範圍正在拓展。包裝行業中自動化操作正在改變著包裝過程的動作方式。實現自動控製的包裝稱重控製係統能夠極大地提高生產效率和產品質量,顯著消除包裝工序造成的誤差,有效減輕職工的勞動強度並降低能源和資源的消耗。自動定量包裝線的關鍵在於依據生產加工或包裝過程,設計出一個能夠得以實現自動控製的結構方案。自動裝置的選擇取決於這一過程的需求及特性。促進包裝自動化設計的主要動力在於產品生產總的通過量。生產線的速度越快,應用自動抓手和分類裝置有助於降低自動器的工作負荷,而跟隨包裝件的標準自動器可能會越少。生產線速度不但影響到處理產品的自動化裝置,對可視檢驗也有影響。為了達到有效可視檢測技術,必須表明幾項相關問題,其中包括:零件圖形一致性、檢測可重複性、傳遞速度一致性,需要完成檢測的數量和合適的軟件程序等。這些因素突出地影響到一個可視係統的形式和成本。按一般規則,需檢測的數量越多,視頻運轉速度就越快,這樣就會導致更複雜更昂貴的結構方案。當視頻裝置與自動機構組合成一體後,整個自動器就能連續一致地並以可重複方式實現包裝件的定向和展現。
送料稱重控製係統:送料計量啟動信號為ON時,送料開始,送料用伺服電機根據觸摸屏設定的參數工作。檢測填充量,伺服電機根據計量值的不同完成加速填充粗流、均速填充中流、微量填充細流,填充結束進給到位。在全部的送料過程中,觸摸屏實時跟蹤、顯示各個數據變化,一旦有故障,不合理的數據出現,整個機器就會停止,並強行報警。
乙烯自動定量包裝線的稱重過程采用粗流、中流、細流三級投料方式。
粗流及中流為定時控製,時間可由麵扳撥盤選擇,它決定了稱重速度,若粗流為017s,中流為1s,調整內錐體的高度,使落料為90%左右,得最快稱重速度。細流為稱重控製,落料速度為018kgΠs,它主要影響稱重精度。當計算機判定到25kg時副操作閥關閉,細流結束。
為了對下一次稱量補償,設置了靜止1s的階段,讓一直處於振蕩狀態的稱體振幅減小,然後進行重量複測,得到差值,並連同前7次稱量時差值曆史記錄一並考慮,算出修正量,實現降量跟蹤補償。
最後旋轉汽缸動作,打開稱重箱下部的排料閥門,016s後關閉,把稱好的料卸入編織袋。
稱重控製係統誤差分析
影響保證稱重係統稱重精度的主要環節是荷重傳感器、供橋電源、橋路放大器及模數轉換。
荷重傳感器致關重要,選用新西蘭PT公司產品WB100型,梁式結構,應變全橋,精度0.05%,溫度誤差容限0.035%,滯後誤差0.03%。
應變橋供電采用恒壓方式,由二級反饋式穩壓構成,穩定度為0.01%(電源波動10%),0.02%(負載變化0～100%),0.001(溫度範圍0～40%)。
橋路放大器由兩級構成,前級采用交叉耦合差動跟隨集成運算放大器,具有高度穩定性,後級采用倒向比例放大,總體增益1000倍,非線性誤差0.001%,增益溫度係數為10×10-6Π℃,輸入偏置電壓溫漂0125μvΠ℃。
模數轉換選用積分型高精度12bitAΠD芯片ICL7109,非線性誤差0.024%,溫度係數為5×10-6Π℃[2]。
按環境溫度變化範圍20±20℃考慮。
分項誤差
可見按最大可能誤差綜合亦能滿足係統要求,在前述分析中可見溫度附加誤差(γ1的第二項,γ2的第三項,γ3的二、三項,γ4的第二項)是總誤差的主部,在微機稱重時采用測差法,即隨時記憶零點,情況將得到很大改善。
實際工作中由於稱重速度很快,另一項不容忽視的誤差是由衝擊振動所引起的,必須采取有效措施[3]。
4　包裝稱重係統衝擊振動的處理
電子稱機械部分40kg的稱重箱連同傳力應變梁基本上是一個二階振動係統,在粗流落料的衝擊下立刻進入振蕩狀態,固有頻率大致為40Hz,整個工作循環6s內振幅仍不能削減到零,是影響稱重精度中的最危險因素,為此主要采取3項措施:
加入有源濾波器
前述橋路放大器的第二級,除對恒定分量放大8倍之外,還兼有三階有源濾波的功能。對40Hz的交變信號形成60db的衰減,因此,雖然稱體一直處於振蕩狀態,但送給模數轉換的信號隻有較小的波動,為同時保持快速性,要精心設計和調節參數,使衰減帶斜率很陡。
積分型AΠD轉換
ICL7109上是雙積分型12bit模數轉換器,對交變信號具有原理性的平均作用,但要選擇積分時間為交變信號周期的整倍數,這裏調整時鍾電路的RC常時,使積分周期為200ms,不但對通過有源濾波器的40Hz的殘餘振動信號有抑製作用,而且對工頻幹擾又可有效的消減,但轉換速度就顯得十分不夠了,因細流速度為018gΠms,200ms可流出160g,這顯然與50g的誤差容限不相適應,故此細流過程中差200g滿25kg以前為稱重控製,末一段根據所差的數量設置一定的延時截流來結束稱重,前題是細流K8凯发登录入口應該恒定。
衝擊量修正
上述措施仍不足以完全消除稱重控製係統衝擊誤差,故此設置了靜止1s並複測重量,得本次衝擊誤差,每次衝擊誤差都是在衰減振動過程中隨機測得的,基本符合正態分布,因此連同前7次衝擊誤差的曆史記錄作均方根處理,得出最佳衝擊補償量,作為下一次的修正。
結　語
乙烯自動定量包裝生產線經過長時間的調試和生產實驗得到實際應用。國產化的自動定量包裝生產線最大特點就是最適合於中國國情,整個係統完全參照中國人的習慣,最適合於國人工程開發、係統設計、硬件組態和軟件編製。本稱重控製係統的計算機選用工業級8位單片機8031,引入多種防護措施後抗幹擾能力良好,經72h連續運行考核無任何異常,最高速度可調致5s一袋,精度優於012%,功能完善、性能可靠,具有先進、經濟、實用、可靠、靈活的顯著特點,不僅提高了係統的安全性和經濟性,而且大大提高了稱重控製係統的靈活性,為不同客戶的不同需求提供了靈活的解決方案。與引進的西德、日本計量稱相比毫不遜色。

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