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近年來國內各行業(yè)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面的關注,規(guī)模化生產(chǎn)的企業(yè)日益增多,作為傳統(tǒng)行業(yè)之一的包裝工業(yè),呈快速發(fā)展態(tài)勢,在機電一體化技術迅速發(fā)展的今天,包裝機已全部實現(xiàn)了自動化。
自動定量包裝生產(chǎn)線介紹
乙烯自動定量包裝生產(chǎn)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于一體,計量精確,符合行業(yè)標準,并且具有性能穩(wěn)定、操作維護方便、效率高等特點,保證自動定量包裝線穩(wěn)定。
乙烯自動定量包裝生產(chǎn)線,可以實現(xiàn)自動制袋、自動上料、自動計量、自動封裝等多項功能,并可對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控,完成自動診斷、自動報警和數(shù)據(jù)上傳等功能。根據(jù)工藝要求,乙烯自動定量包裝生產(chǎn)線的稱重控制系統(tǒng)由人機界面操作及顯示系統(tǒng)、制袋控制系統(tǒng)、送料稱重控制系統(tǒng)、封裝控制系統(tǒng)組成。20世紀50年代中期,出現(xiàn)了現(xiàn)代分理論,其中最常用的方法是動態(tài)規(guī)劃和極小值原理[1].
主要環(huán)節(jié)是自動定量稱重,精度為0.2%(25kg±0.05kg),速度為600袋Πh(6s1袋)。采用微機控制靜重法,包括粗流、中流、細流、截流控制及降量補償與修正,執(zhí)行器件為高速汽缸。
稱重控制系統(tǒng)工作原理及工作時序
自動化水平在制造工業(yè)中不斷提高,應用范圍正在拓展。包裝行業(yè)中自動化操作正在改變著包裝過程的動作方式。實現(xiàn)自動控制的包裝稱重控制系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)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并降低能源和資源的消耗。自動定量包裝線的關鍵在于依據(jù)生產(chǎn)加工或包裝過程,設計出一個能夠得以實現(xiàn)自動控制的結構方案。自動裝置的選擇取決于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于產(chǎn)品生產(chǎn)總的通過量。生產(chǎn)線的速度越快,應用自動抓手和分類裝置有助于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(chǎn)線速度不但影響到處理產(chǎn)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、檢測可重復性、傳遞速度一致性,需要完成檢測的數(shù)量和合適的軟件程序等。這些因素突出地影響到一個可視系統(tǒng)的形式和成本。按一般規(guī)則,需檢測的數(shù)量越多,視頻運轉速度就越快,這樣就會導致更復雜更昂貴的結構方案。當視頻裝置與自動機構組合成一體后,整個自動器就能連續(xù)一致地并以可重復方式實現(xiàn)包裝件的定向和展現(xiàn)。
送料稱重控制系統(tǒng):送料計量啟動信號為ON時,送料開始,送料用伺服電機根據(jù)觸摸屏設定的參數(shù)工作。檢測填充量,伺服電機根據(jù)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(shù)據(jù)變化,一旦有故障,不合理的數(shù)據(jù)出現(xiàn),整個機器就會停止,并強行報警。
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制,時間可由面扳撥盤選擇,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。細流為稱重控制,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,讓一直處于振蕩狀態(tài)的稱體振幅減小,然后進行重量復測,得到差值,并連同前7次稱量時差值歷史記錄一并考慮,算出修正量,實現(xiàn)降量跟蹤補償。
最后旋轉汽缸動作,打開稱重箱下部的排料閥門,016s后關閉,把稱好的料卸入編織袋。
稱重控制系統(tǒng)誤差分析
影響保證稱重系統(tǒng)稱重精度的主要環(huán)節(jié)是荷重傳感器、供橋電源、橋路放大器及模數(shù)轉換。
荷重傳感器致關重要,選用新西蘭PT公司產(chǎn)品WB100型,梁式結構,應變全橋,精度0.05%,溫度誤差容限0.035%,滯后誤差0.03%。
應變橋供電采用恒壓方式,由二級反饋式穩(wěn)壓構成,穩(wěn)定度為0.01%(電源波動10%),0.02%(負載變化0～100%),0.001(溫度范圍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(wěn)定性,后級采用倒向比例放大,總體增益1000倍,非線性誤差0.001%,增益溫度系數(shù)為10×10-6Π℃,輸入偏置電壓溫漂0125μvΠ℃。
模數(shù)轉換選用積分型高精度12bitAΠD芯片ICL7109,非線性誤差0.024%,溫度系數(shù)為5×10-6Π℃[2]。
按環(huán)境溫度變化范圍20±20℃考慮。
分項誤差
可見按最大可能誤差綜合亦能滿足系統(tǒng)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。
實際工作中由于稱重速度很快,另一項不容忽視的誤差是由沖擊振動所引起的,必須采取有效措施[3]。
4　包裝稱重系統(tǒng)沖擊振動的處理
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系統(tǒng),在粗流落料的沖擊下立刻進入振蕩狀態(tài),固有頻率大致為40Hz,整個工作循環(huán)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,雖然稱體一直處于振蕩狀態(tài),但送給模數(shù)轉換的信號只有較小的波動,為同時保持快速性,要精心設計和調節(jié)參數(shù),使衰減帶斜率很陡。
積分型AΠD轉換
ICL7109上是雙積分型12bit模數(shù)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(shù),這里調整時鐘電路的RC常時,使積分周期為200ms,不但對通過有源濾波器的40Hz的殘余振動信號有抑制作用,而且對工頻干擾又可有效的消減,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以前為稱重控制,末一段根據(jù)所差的數(shù)量設置一定的延時截流來結束稱重,前題是細流流量應該恒定。
沖擊量修正
上述措施仍不足以完全消除稱重控制系統(tǒng)沖擊誤差,故此設置了靜止1s并復測重量,得本次沖擊誤差,每次沖擊誤差都是在衰減振動過程中隨機測得的,基本符合正態(tài)分布,因此連同前7次沖擊誤差的歷史記錄作均方根處理,得出最佳沖擊補償量,作為下一次的修正。
結　語
乙烯自動定量包裝生產(chǎn)線經(jīng)過長時間的調試和生產(chǎn)實驗得到實際應用。國產(chǎn)化的自動定量包裝生產(chǎn)線最大特點就是最適合于中國國情,整個系統(tǒng)完全參照中國人的習慣,最適合于國人工程開發(fā)、系統(tǒng)設計、硬件組態(tài)和軟件編制。本稱重控制系統(tǒng)的計算機選用工業(yè)級8位單片機8031,引入多種防護措施后抗干擾能力良好,經(jīng)72h連續(xù)運行考核無任何異常,最高速度可調致5s一袋,精度優(yōu)于012%,功能完善、性能可靠,具有先進、經(jīng)濟、實用、可靠、靈活的顯著特點,不僅提高了系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性,而且大大提高了稱重控制系統(tǒng)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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