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摘要：以單條活魚包裝機為例，介紹了一種新型控制方法。該方法是以模塊化設計思想為指導，用可編程控制器(以下簡稱“PLC”為控制中樞，集機、電、氣、光各種技術(shù)為一體，進行優(yōu)化組合，實現(xiàn)整機的最優(yōu)控制。此方法適用于抽氣／充氣(液)軟包裝機的自動控制。關(guān)鍵詞：軟包裝；控制方法；PLC；優(yōu)化組合；最優(yōu)控制1  前言        控制系統(tǒng)是包裝機械的重要組成部分，它的作用在于對整個自動工作循環(huán)進行控制和協(xié)調(diào)，包括：使各種包裝運動按一定順序進行；必要的壓力、溫度、時間、速度的調(diào)節(jié)及其控制；各種質(zhì)量檢測，自動安全保護，自動計量、計數(shù)的實現(xiàn)；物料的供停，故障的自動報警等控制。        常規(guī)控制系統(tǒng)有：機械式、氣(液)動式和電控式等。其中，電控式應用最廣。這些控制系統(tǒng)的控制方式大多是單一的，具有一定的局限性。如電控式，控制主要采用繼電器接觸器電路和儀表控制方法，即使是一些大型企業(yè)生產(chǎn)的包裝設備也仍然采用開關(guān)電路板或單元組合儀表方式(控制原理見)，其控制水平較低，已難以適應現(xiàn)代食品包裝的控制要求。        為提高我國包裝機械的綜合技術(shù)水平，使我國的包裝走向世界，必須采用先進控制技術(shù)來提高其自動化水平。發(fā)展集機、電、氣、光等高新技術(shù)為一體的包裝設備將是一種必然趨勢。        筆者通過單條活魚包裝機[為連續(xù)式多規(guī)格多功能單條活魚自動換氣充氧(液)裝袋機]的設計研制，采用新型模塊化設計方法，很好地將機、電、氣、光技術(shù)進行優(yōu)勢互補、優(yōu)化組合，實現(xiàn)了對該機的最優(yōu)控制。該機在國內(nèi)外尚屬首臺，已在新加坡某魚場投入使用，效果良好。這種控制方法適用于抽氣／充氣(液)軟包裝設備的自動控制。2  設備工藝要求及控制要求2．1  工藝要求    (1)包裝袋規(guī)格為3"、4"、5"、6"、和7"；(2)包裝材料為無毒可熱封薄膜；(3)因是活魚包裝，不僅要求包裝袋內(nèi)有水，還需抽去袋內(nèi)空氣形成真空再充入氧氣(配液)，以保證活魚存放時間；(4)要求連續(xù)工作；(5)包裝規(guī)格變換方便；(6)除人工投魚外，其余操作全部自動完成。2．2  控制要求        本機采用多功能模塊化組合式的設計方法，機器總功能分解為供膜、成型、定量供水、導向、牽引、縱封、光電定長、橫封切和輸出九大模塊。各功能模塊的構(gòu)成、作用以及機器總體結(jié)構(gòu)模塊圖見筆者論文。    結(jié)合機器工藝要求，將各功能模塊按一定的工作順序進行優(yōu)化組合后，得到機器工作循環(huán)圖，見圖1。        由此，對其控制系統(tǒng)提出以下要求：(1)人工投料(魚)后的投料信號控制；(2)每袋裝水量的控制；(3)縱封、橫封切的壓力、溫度控制；(4)袋長控制；(5)抽氣／充氣(液)的定量控制；(6)各模塊執(zhí)行件的動作順序控制。3  控制方法3．1  總體方案        本機采用模塊化設計方法，各功能模塊的控制相對簡單?？刂频年P(guān)鍵及難點在于如何發(fā)揮機、電、氣、光各種技術(shù)優(yōu)勢，進行優(yōu)化組合，使各模塊執(zhí)行件的運動相互協(xié)調(diào)、有序動作。本方案采用PLC作為整機的控制，并設置數(shù)據(jù)設定顯示單元，很好地解決了這一問題，控制快速、穩(wěn)定、可靠，參數(shù)調(diào)整方便、快捷。3．2  機械控制        實現(xiàn)供膜、成型、成品輸出的自動控制。其中，供膜由供膜架、滾筒支軸、滾筒、卷筒支軸、卷筒支塊等機械裝置完成；成型主要由集料斗與成型器為一體的成型下料斗完成；成品輸出由出料斗槽等機械裝置完成。        此外，縱封、橫封切的熱封壓力控制通過調(diào)整縱封頭或橫封切頭的位置實現(xiàn)。3．3  電氣控制        實現(xiàn)縱封、橫封切熱封溫度的自動控制。系統(tǒng)由兩套智能化數(shù)據(jù)溫度指示調(diào)節(jié)儀、測溫元件(熱電偶)和加熱元件(電熱管)等部件組成。其控制原理框圖見圖2。 3．4  氣動控制        實現(xiàn)抽氣／充氣(液)以及縱封、預夾封(橫封前)和橫封切的自動控制。氣動系統(tǒng)主要由三聯(lián)體、壓力表、電磁閥、真空發(fā)生器、真空過濾器、氣缸以及接頭、管路等組成。電磁閥的接通與斷開以及氣缸的動作由PLC控制。其控制原理框圖見圖3。 3．5  光電控制        實現(xiàn)袋長的定長控制。其控制原理為：經(jīng)縱封后的筒狀薄膜由牽引輪拉動向下運動。牽引輪的動力來自于控制電機(永磁低速同步電機)，它可實現(xiàn)瞬間啟動、停機和磁保持定位。薄膜在向下運動過程中通過光電色標定位后進入橫封切部件。        為保證工作時光電色標定位準確可靠，對包裝膜的色標寬度(沿薄膜前進方向的寬度)有一定要求。色標過寬，影響光電管第二次接收信號；相反，色標過窄，色標經(jīng)過時間短于延時時間，則一直延時，出現(xiàn)失控現(xiàn)象。3．6  其它控制        包括人工投料(魚)后的投料信號控制、每袋裝水量的控制以及水箱進、出水控制。其中，投料后的投料信號控制由霍爾開關(guān)實現(xiàn)。其控制過程如下：人工投料后，即按動霍爾開關(guān)感應片，由霍爾開關(guān)發(fā)出信號，啟動一次自動工作循環(huán)；每袋裝水量的控制由自動定量的水箱實現(xiàn)。其控制原理為：打開進水閥，水箱內(nèi)的浮子帶動霍爾開關(guān)上的感應片上升，霍爾開關(guān)檢測頭位置可任意設定。當感應片到達檢測頭時，發(fā)出信號，控制進水閥關(guān)閉，完成一袋水的定量；水箱的進水、出水控制，則分別采用電磁閥控制。3．7  整機控制——PLC控制        本機采用PLC作為控制中樞，自動控制機器全部模塊執(zhí)行件的順序動作。并設有數(shù)據(jù)設定顯示單元，實現(xiàn)屏顯操作。此外，考慮到機器調(diào)試與操作需要，設有手動／自動的切換。    PLC控制原理框圖見圖4。 4  新型控制方法的主要優(yōu)點        新型控制方法與常規(guī)控制方法相比較，具有以下優(yōu)點：(1)機器采用模塊化設計，對各模塊執(zhí)行件的動作協(xié)調(diào)配合要求較高。采用PLC作為整機的神經(jīng)中樞，對各模塊動作進行協(xié)調(diào)控制，很好地解決了這一問題；(2)控制系統(tǒng)設有數(shù)據(jù)設定顯示單元，人機交互性好，一些動作的延時時間可直接在顯示板上設定，操作方便、快捷；(3)縱封、預夾封和橫封切封頭的運動采用先進的氣動元件實現(xiàn)，工作穩(wěn)定可靠；(4)縱封、橫封切熱封溫度控制運用負反饋控制原理，控制及時、準確、穩(wěn)定；(5)采用機、電、氣、光技術(shù)優(yōu)勢互補、優(yōu)化組合的控制方式，控制效果好，并省卻了大量的機械裝置，簡化了機器結(jié)構(gòu)；(6)袋長控制采用光電定位，PLC控制，牽引輪由步進電機驅(qū)動，實現(xiàn)了袋長的定長控制，理論上袋長可無級變化。該控制方式較常規(guī)控制簡單得多。5  結(jié)語        通過模塊化設計思想指導下的連續(xù)式多規(guī)格多功能單條活魚自動換氣充氧(液)包裝機的控制系統(tǒng)設計研制，證明了：抽氣／充氣(液)軟包裝機控制系統(tǒng)采用微電腦控制下的機、電、氣、光一體化結(jié)構(gòu)，控制效果好，人機交互性好，操作靈活、簡便，工作穩(wěn)定、可靠，形成了一個智能化、柔性化的自動包裝系統(tǒng)，適應市場經(jīng)濟發(fā)展對包裝機械的新要求，具有良好的市場前景。轉(zhuǎn)載自：中國自動化網(wǎng)