合成型制袋自动包装机的模块化设计

合成型制袋自动包装机的模块化设计

传统型机的连续自动充装箱式电阻计的控制方法是通过辅助电脑分析和调整来实现的。实际生产中,由于其传动系统复杂,因此制造、安装较困难,而且操作调整很繁琐。因此表现出有一定的缺陷:其一,对应于不同的袋长,需要选择相应的间隔齿轮配对挂轮组,这决定了袋长只能有级选择,不能任意适应;其二,袋长规格变化时,必须调整偏心链轮的偏心距,以确保封切线速与纵封一致。实际上,由于机械传动的误差,以及纵封速度变化调节的因素,很难保证封切点的横纵封速度绝对同步;其三,在检测色标时,光电传感器的控制不成问题,但对于凸轮同步开关组以及差动传动机构,不可避免存在制造及装配上的误差,加上人为调整的误差,将较易影响色标的定位精度。为了解决以上问题,笔者采用全新的模块化组合的设计方案,摒弃繁琐的差速器、偏心链轮及凸轮同步调整等机械传动机构,配合智能化控制系统,既可以达到简化传动系统,提高自动化程度的效果,又可使调整操作更灵活简便。为方便讨论,以下以笔者研究设计的DDP-360等切对合成型制袋自动包装机为例,对利用智能化可编程控制技术的模块化设计方案加以论述。对于自动化的包装设备,多点位动作的相互协调配合非常重要,通过刚性化的机械传动实现多点位动作协调的传统技术已略显过时。电子电脑技术的飞速发展为机械设计提供了全新的理念,我们完全可以把一台复杂的设备加以分解,省略中间所有传动机构,提取各点位的执行机构作为模块,赋予其独立的动力源,然后通过神经中枢———微电脑系统控制各模块实现协调动作。这正是所谓的柔性化设计。模块化组合的设备,其优点显而易见,灵活的模块化结构使机器的功能和适应性得以扩展,即在同一设备的母体上,可以配备或更换不同的模块来实现功能的转换。同时,模块化的组合,可使设备实现自我诊断,快速确定故障点,维修调整更容易,而且具有明确针对性,不牵涉和影响正常模块。采用模块化设计的DDP-360包装机,以等切对合成型技术生产美观的四边封袋型。整机通过微电脑编程系统控制,按需配备可调量杯式容积计量模块或组合式电子秤模块,实现屏显操作,只需输入数字就可设定袋长、速度及装填重量等。包装工作原理如图1所示。机器主要由薄膜退卷输送装置、对中分切装置、制袋成型装置、纵封装置、横封切断装置、卸料装置、物料计量充填装置以及微电脑电控系统组成。整机为灵活的模块式组合结构,其中送膜、分切、纵封、横封、卸料、装填均采用独立的微电机驱动,各为整体,相互间完全没有复杂的机械传动,通过微电脑处理系统编程控制,使各个独立的装置协调动作。包装采用单筒卷膜,如图示,由供纸电机5驱动供纸辊3松卷,薄膜经系列导辊后送入缺口导板7。在进入直角缺口前,薄膜被分切滚刀10对中分切,一分为二的薄膜由缺口翻折,分别经左右导辊9、11转向导引后,形成对合状态。然后,薄膜在入料筒12和成型器13的联合导引下形成对合筒型,受纵封滚轮14的连续牵引并实现纵缝封合。纵封后的袋筒进入横封装置15,被横封切断,同时,装填物料。最后包装成品被输送机17送出。3横向控制器运算与控制由上述包装工作原理可知,在连续式自动制袋装填包装机中,横封运动速度的控制在整个包装过程中是最复杂和最重要的。它要求在一个周期中做变速运动,既要保证封切位置准确,又要保证在封切点横封和纵封线速一致,同时,要保证每一个横封周期刚好送入一个袋长。已知的传统的控制方式是非常复杂的,而且不准确。在DDP-360机型中,采用了微电脑编程控制系统控制步进电机来完成这一工作,可达到圆满的效果,不但灵活方便,而且精确可靠。以下重点讨论横封和纵封协调动作的控制方案。采用微电脑编程控制的设计方案如下:纵封牵引由微电机驱动,变频调整转速。以纵封牵引速度为基准,由旋转编码器准确测速,然后根据袋长等要求,综合色标检测信号,通过微电脑控制步进电机调整横封周期的运行速度。横封和纵封协调动作的控制流程如图2所示。由图可见,纵封速度随时接受旋转编码器的检测,而微电脑系统随时接收信号,再综合封切起点信号、封切位置信号和色标检测信号,经处理器运算后,通过驱动装置控制步进电机运转。具体设计运算和控制过程如下:首先设定纵封线速为v,制袋长度为l,横封辊直径为Dh,横封辊转一圈封切一次。横封辊运动轨迹如图3所示,其中阴影区α为横封与纵封线速同步区域,M点为同步行程起始点,T点为封切点,N点为同步行程终止点。在此区域,横封辊转动角度为α(°),相应其圆周行程为(πDhα)/360。设计横封辊每一个圆周行程以两个速度运行,其中于α同步区域线速为vt,于β非同步区域线速度为vx。根据包装工艺要求,在任何情况下应使vt=v。而vx可分以下两种情况求得:(1)封切时,色标正确到位,即横封辊旋转一周的时间等于纵封牵引送入一个标准袋长的时间,则有代入vt=v,则可求得(2)色标检测信号与封切点位置(T点)信号出现偏差时,即在封切点出现色标超前或滞后现象,因此要求下一个送入的袋长相应作出补偿行程,以便纠正偏差。由上述可知横封辊于α范围内与纵封速度同步,并且于T点即α/2处实施封切。在α范围内,由M点到N点,步进电机运行总步数为(αi)/θb,式中θb为步进电机的步距,i为步进电机到横封辊的传动比。由M点到封切位置T点,步进电机运行步数为(αi)/(2θb)。设kb为α范围内步进电机运行的任一步,即设kS为色标检测信号与封切T点位置信号出现偏差时,其偏差值对应步进电机的步数,则有出现偏差时,下一个封切周期要求纵封牵引送入袋长的补偿长度为代入(4)式可得横封辊旋转一周的时间应等于纵封牵引送入一个实际袋长的时间,于是有代入vt=v,可得综合(5)式和(7)式可见,在编程控制中,只需要设定袋长l值和纵封牵引速度v值,则可通过微处理器运算,控制横封辊在封切周期中的运行速度vx和vt,从而实现具有双向补偿色标偏差的运动,精确控制分切点落在色标位置。反映到机器的操作控制中:在启动机器前,首先设定袋长l值以及纵封速度v值,两值均可在适用范围内任意无级调整。机器运行时,微处理器通过传感器采集纵封速度的数据,同步行程起始点M和终点N的位置信号,综合色标检测信号和封切点T的位置信号,可以辨别色标位置超前或滞后,并确定其量值,通过运算,对控制脉冲频率进行修正,驱动步进电机在封切周期内作双速运动,除了确保在同步行程vt=v外,在非同步行程控制vx作相应的增速或减速,使得封切位置准确定位在色标上,同时保证一个封切周期满足一个袋长的要求。4自动调整和灵活调整的特点综上所述,采用模块化及微电脑编程控制设计的连续式自动制袋充填包装机具(有一系列优点:(1)横封装置采用步进电机,通过编程控制,确保封切位置精确可靠,并且满足高速包装的要求,完全实现自动调整。(2)纵封速度在一定范围内无级可调,作为基准值输入微电脑系统,横封速度据此作出相应变化,因此袋长的选择在理论上是无级任意的。无需如传统机型般,改变袋长