多膜智能包装机的设计与实现
臧克友
摘要：目前我国经济水平和科技水平发展十分快速，由于电商市场规模的扩大，服装行业的销量也在稳步提升。随规模扩大而来的问题，是包装方面的效率不足。目前市场的主要打包方式还是严重依赖人工，存在着以效率低下为代表的诸多问题。针对这一系列问题，设计一款高度自动化的智能包装机就显得尤为重要。本文以实现多材料、多尺寸兼容为目标，对多膜包装机进行拆解阐述。该多膜包装机的设计，符合包装行业智能化、自动化的发展趋势，为提高包装效率提供了一种可行方案，对包装生产自动化具有重要意义。
关键词：多膜;智能包装机;设计与实现
引言
随着包装机市场的迅速发展，为了提高包装机工作的智能化，本文针对 多膜智能包装机的控制系统进行了研究，以 PLC 为基础搭建了相关工作的控制系统，针对主电机三相异步电动机、直流放卷电动机、东元伺服电机和气缸等工作时，对泡罩包装机 多膜智能包装机中的 PVC 供给和成型阶段有关控制系统做了设计研究，实现对包装机械工作平台自动化控制系统的智能包装设计，完成包装机工作的命令传输以及在集成处理器中进行包装机工作时的智能化设计。仿真结果表明，该控制系统的应用，明显的提高了包装机工作的智能化。
1多膜包装机的主体架构
多膜包装机的机械结构由物体输送机构、热封切机构和膜卷供应机构三部分构成。物体输送机构的功能是移动被包装物至包装处;热封切机构的功能是切断包装膜，完成封装;膜卷供应机构的功能是分开和供应包装膜。物体输送机构是由控制电路、输送带、步进电机及其电机驱动组成。其中控制电路由电机控制电路和物体检测电路组成，当光电传感器检测到输送带上有服装，开启输送带，将服装和包装薄膜一同输送至热封切机构。热封切机构是由刀具支架、L 型热封切刀、Max31865模块、PT100 铂电阻、步进电机和曲柄摇杆机构组成。热封和切袋都是由热封切刀的机械运动完成的。L 型热封切刀由镍铬合金电阻丝做成，安装在刀具支架上，步进电机通过曲柄遥感机构控制刀具支架上下运动。L 型热封切刀、12V 恒压电源和大功率 MOS 管串联在一起，电流通过时，电阻丝持续加热，PT100 铂电阻紧贴电阻丝，Max31865 不断检测铂电阻阻值并将其转化为数字信号传输给单片机，当温度达到设定的薄膜热封切分温度时，单片机控制热封切刀相连的步进电机动作，完成对薄膜的热封切分动作。当热封切刀温度超过工作温度时，断开恒电压源，从而达到降低热封切刀温度的目的;而机器停止工作时，则采用自然冷却。
2加热系统
多膜智能包装机热封横切机构主要形式为回转加热切割式，主要由旋转轴、横切刀和加热电极等机构组成。横封切刀内部嵌入一部分电阻丝，通过对电阻丝进行加热的方式实现切刀加热。包装机热封横切系统应与热封性能相适应，如果热封温度过高会导致食品包装袋体出现烧结、起泡，如果温度过低会导致封口不牢固出现包装不严实，使得食品出现质量问题，因此对热封温度进行精确控制对于包装食品质量至关重要。此部分程序的作用是在包装机启动后，实现对电阻丝温度的恒温控制。由于电阻丝需要实时精确控制温度，所以单独采用单片机进行控制。电阻丝随温度变化阻值发生变化，Max31865 模块对其阻值进行测量与 A/D 转换，并通过 SPI通讯方式，将数字信号传递给单片机 B。单片机通过读取的数字信号，通过计算，调整继电器的断开和闭合时间，另外将数字信号通过 SPI 通讯方式传给 OLED 屏幕，屏幕将目前检测到的温度、设定温度等信息显示在屏幕上。
3控制系统硬件设计
人机界面用来设备安装调试，手动自动模式操作和监视设备运行，PLC是控制系统的核心，接受旋转编码器、光电开关和传感器的反馈信息，按照程序流程控制各个控制对象;控制对象有主电机、PVC 放卷电机、夹持步进电机、药粒填充电机、步进电机、加热板气缸、成型气囊、夹持气缸、热封气缸、加热板加热、打字字头加热、热封辊加热，主电机是三相异步电机，夹持步进电机和步进电机是伺服电机，药粒填充电机是直流电机。旋转编码器的角度信息来控制各个电机和气缸启停和动作，热电偶温度反馈，光电开关反馈 PVC 是否有余量，从而控制放卷电机。伺服电机选用东元伺服电机 JSMA-LC08AB，额定功率 750 W，最大转速 3 000 r/min，相应的伺服驱动器选用与之搭配的 JSDA-20 驱动器形式，伺服驱动器采用单一外部脉波命令位置操作模式，即驱动器为位置回路，进行定位控制，外部脉波命令输入模式是接收上位控制器输出的脉波命令来达成定位功能。位置命令由 CN1 端子输入;内置 PID功能，可以根据调节模式自整定 PID 参数。除此之外还需要 2 个继电器模组，1 个电源滤波器，2个 2 000 Ω 的电阻。
4高速信号的处理方式
绝对式编码器选用德国 Hohner10 线制，分辨率为，即编码器每转一圈共有1024个脉冲计数。绝对值编码器之所以能实现断电保持位置是由于采用了格雷码的编码方式，每个位置对应唯一的格雷码，通过算法将二进制格雷码转换成自然二进制码，（1）保留格雷码的最高位作为自然二进制码的最高位，而次高位自然二进制码为高位自然二进制码与次高位格雷码相异或（2）而自然二进制码的其余各位与次高位自然二进制码的求法相类似。这样读取的MW1010中的二进制即为0-1023任意脉冲值（绝对值编码器的十根信号线接 PLC的 I0.0-I1.1 十个点）。通过公式将 0-1023 脉冲数映射到 0～309。
5机械运动、检测系统软件流程
机械运动、检测控制系统是通过单片机 A、步进电机、光电传感器相互配合，实现对服装的包装。程序工作流程：人工将待包装的服装放在输送带 1 上，当光电传感器 1 检测到有物体时，单片机通过输出PWM 控制物体传送机构和薄膜供应机构中的电机配合运动，将待包装服装运往已经打开的对折膜中。光电传感器 2 檢测到服装和薄膜到达设定的合适的热切封位置后，物体传送机构和薄膜供应机构停止工作。同时，单片机 A 输出 PWM 控制电机 3 正转，带动 L 型热封切刀下落，完成对服装的热封和切袋。热切封完成后，单片机 A 输出 PWM 控制电机 4 反转，抬起热封切刀，并输出PWM 控制物体传送机构运动，将成品运走。当传感器 3 检测到物体后，记件数加 1。完成整个包装流程。
6系统运行分析
对包装机工作时控制系统的应用性能进行实验分析，以 多膜智能包装机泡罩包装工作时的信息为样本数据，该控制系统设计在进行泡罩包装机包装工作时趋于稳定，达到稳态所需时间短，输出最优控制，响应时间较快，使得控制精度得到提高，即相对于复杂、时变性的控制系统，该控制具有更加有效的控制效果，可以稳定有效地进行工作输出。
结语
包装机的电控系统进行软硬件上的分析。新型控制系统数据处理能力更强，系统可靠性更高，且人机界面更加友好，维修方便，进一步提高了包装机的有效作业率。随着人们生活水平的提高，对于服装的需求量日益增大。在庞大的服装数量和种类以及中小型企业较弱承担能力面前，只有自适应包装物规格的多膜包装机才能满足这样的需求。
参考文献：
[1] 王龙， 曹恒， 陈诚， 等. PLC控制的热封机温度控制系统开发与研究[J]. 制造业自动化， 2020， 37（1）：
7-10.
[2] 吴晓敏. 枕式包装机端封机构力学特性的研究[D]. 武汉：湖北工业大学， 2020：
7-9.
[3] 姚重阳， 郭鹏伟. 枕形包装机色标定位方法与实现[J]. 武汉工业学院学报， 2018 （4）：
18-21.