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0引言

包裝是產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域的必要條件,現(xiàn)代包 裝的普遍含義是:對不同批量的產(chǎn)品，選用某種有 保護(hù)性、裝飾性的包裝材料或包裝容器，并借助適 當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段實施包裝作業(yè)，以達(dá)到規(guī)定的數(shù)量和 質(zhì)量,同時設(shè)法改善外部結(jié)構(gòu),降低包裝成本，從而 在流通直至消費(fèi)的整個過程中使之容易儲存搬運(yùn), 防止產(chǎn)品破壞變質(zhì)，便于識別應(yīng)用和回收廢料，不 斷促進(jìn)擴(kuò)大再生產(chǎn)。全自動包裝機(jī)可根據(jù)包裝物 品的要求，按照需要的形態(tài)、大小，得到規(guī)格一致的 包裝質(zhì)量。設(shè)定程序后實現(xiàn)無人操作，產(chǎn)品進(jìn)行自 動包裝工作,具有使用方便，高效節(jié)能、清潔環(huán)保等 優(yōu)點(diǎn)。目前我國包裝機(jī)械企業(yè)規(guī)模偏小，技術(shù)裝備 不很完善，自我發(fā)展和技術(shù)設(shè)計開發(fā)能力較弱。隨 著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，全自動包裝機(jī)械在食品、化 工、醫(yī)藥、輕工業(yè)等各行業(yè)中占據(jù)著越來越重要的 地位。

1全自動包裝機(jī)組成

自動包裝機(jī)一般分為半自動包裝機(jī)和全自動 包裝機(jī)兩種。由人工供給包裝材料和內(nèi)裝物，但能 自動完成其它包裝工序的機(jī)器稱為半自動包裝機(jī); 既能自動輸送供給包裝材料和內(nèi)裝物，又能自動完 成主要包裝工序和其它輔助包裝工序的機(jī)器，稱為 全自動包裝機(jī)。

全自動包裝機(jī)由動力機(jī)、傳動部分和執(zhí)行部分 組成。為了便于掌握和研究包裝機(jī)械的工作原理 與結(jié)構(gòu)性能，通常又將包裝機(jī)械分成下列組成要素:

1） 被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)。該系統(tǒng)是 指將包裝物品進(jìn)行計量、整理、排列，并輸送至預(yù)定 工位的裝置系統(tǒng)。有的還完成被包裝物品的成型、 分割。

2） 主傳送系統(tǒng)。該系統(tǒng)是指將被包裝物品和 包裝材料由一個包裝工位順次傳送到下一個包裝 工位的裝置系統(tǒng)。

3） 包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)是指直接進(jìn)行裹包、 充填、封口、貼標(biāo)、捆扎和容器成型等包裝操作的 機(jī)構(gòu)。

4） 成品輸出機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)是指將包裝成品從 包裝機(jī)上卸下、定向排列并輸岀的機(jī)構(gòu)，也可直接 由主傳送系統(tǒng)完成或靠成品自重卸下。

5） 動力機(jī)與傳動系統(tǒng)。其是指將動力機(jī)的動 力與運(yùn)動傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制元件，使之實現(xiàn)預(yù) 定動作的裝置系統(tǒng)。通常由機(jī)、電、光、液、氣等多 種形式的傳動、操作、控制以及輔助等裝置組成。

6） 控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包括包裝過程及其參 數(shù)的控制，包裝質(zhì)量、故障及安全的控制等。

本系統(tǒng)中，被包裝物品（也稱為布）的計量為物 品的長度或直徑等,其包裝材料為PE膜（也可為 紙、金屬等物品），采用緊密封接裝置，將被包裝物 品包裝起來。包裝機(jī)的進(jìn)布工位與所設(shè)的輸送裝 置由在線升降系統(tǒng)和輸送帶組成，在線升降系統(tǒng)設(shè) 于進(jìn)布工位上，兩端分別連接進(jìn)布輸送系統(tǒng)和輸送 帶,以實現(xiàn)進(jìn)布與封裝等工位的連續(xù)包裝。

2全自動包裝機(jī)系統(tǒng)設(shè)計

2.1硬件設(shè)計

選擇的模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7 - 300,它能滿足中等性能要求的應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng) 廣泛。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和易于實現(xiàn)分布, 易于用戶掌握等特點(diǎn)，使得成為各種從小 規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方 案。所具有的多種性能遞增的CPU和 豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用 戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任 務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模 塊對PLC進(jìn)行擴(kuò)展。所具備的高電磁兼容 性和強(qiáng)抗振動、抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè) 環(huán)境適應(yīng)性。它具有很強(qiáng)的計算能力

和完善的指 令集，以及通用MPI接口和SINEC LANS聯(lián)網(wǎng)的能 力，適用于高速的過程處理需要。本系統(tǒng)所用的主 機(jī)模塊是CPU 315 -2DP,可以通過MPI轉(zhuǎn)接電纜 或通訊模塊與計算機(jī)進(jìn)行通訊,再加上其全面的診 斷功能和完善的自我保護(hù)技術(shù)，使其具有較高的可 靠性。除此之外，它自帶的STEP7編程軟件功能強(qiáng) 大，使用方便,也使開發(fā)過程變得簡單快捷o

2.2軟件設(shè)計

由于包 裝的過程是順序動作，每一步動作均是在前一步動 作完成的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行下一步的操作，所以控制 程序采用了步進(jìn)順控指令方法編程。

用PLC控制后，包裝機(jī)的自動運(yùn)行如下：

1） 按下自動開關(guān),前段進(jìn)布輸送機(jī)啟動；

2） 當(dāng)前段輸送帶進(jìn)布檢知光電，主輸送帶 啟動；

3） 傳送到主輸送帶后,開始進(jìn)行計高、計格；

4） 當(dāng)布卷全部傳送到主輸送帶后，開始計長, 布卷到達(dá)中心后，主輸送帶停止運(yùn)行；

5） 推桿原定位磁簧開關(guān)檢測到有布時，推桿 推出；

6） 推桿中定位磁簧開關(guān)檢測到有布時,主封吹 馬達(dá)啟動；

7） 上下放微動開關(guān)得到信號后，上下放馬達(dá) 啟動；

8） 推桿前定位磁簧開關(guān)檢測到布卷來時，推桿 退回；

9） 主封座表面檢測物件安全后，主封座上升1/ 2個布座后停止，上放馬達(dá)停止運(yùn)行；

10） 主封座上升停止后，主封刀下切，下放馬達(dá) 停止，主封吹馬達(dá)停止，主封座升降氣缸開始空油 轉(zhuǎn)換，開始計時；

11） 計時時間到，主封座退回，主封刀退回；

12） 主封座下降到位后，中段推桿開始推布，中 段輸送帶啟動；

13） 中段夾布微動開關(guān)檢測到布卷后，開始 夾布；

14） 夾布完成后，中段下方吹馬達(dá)啟動,左右側(cè) 吸料馬達(dá)啟動；

15） 左右側(cè)光電開關(guān)檢測到信號后，左右側(cè)封 內(nèi)移，側(cè)封座上升1/2布座后，側(cè)封刀下；

16） 中段下方吹PE膜馬達(dá)停止,側(cè)封座升降氣 缸開始空油轉(zhuǎn)換，開始計時；

17） 計時時間到，側(cè)封刀退回，側(cè)封座退回；

18） 側(cè)封座退回到位后，左右側(cè)封外移,吸料馬 達(dá)停止運(yùn)行；

19） 左右側(cè)封回到定位后，夾布器松開，中段輸 送帶運(yùn)行，末段輸送帶運(yùn)行，岀布滾筒機(jī)運(yùn)行,開始 出布；

20） 光電開關(guān)檢測到出布后，前段輸送帶運(yùn)行, 一個循環(huán)過程完成；

21）按下急停按鈕時，包裝機(jī)運(yùn)行停止。

3不確定度分析評定

下面對本系統(tǒng)設(shè)計的全自動包裝機(jī)包裝的定 量包裝商品（以下簡稱商品）作不確定度分析評定， 以標(biāo)注100g的商品凈含量檢驗為例，依據(jù)JJF 1070-2005的規(guī)定，其凈含量檢測的基本原理為： 凈含量=總重-皮重。

數(shù)學(xué)模型：8 = q_i-Q_n=GW_i- P_i-Q_n

式中：5為商品凈含量的偏差;g：為商品的實際 含量;。“為商品的標(biāo)注凈含量；C吃為商品的實際 總重;R為商品的皮重。

靈敏系數(shù)為1或-1。

3.1樣本實際總重重復(fù)性測量的不確定度

1）實際總重重復(fù)性測量引入的不確定度分 量^un

2. 電子天平測量重復(fù)性引入的不確定度分 量"12

選用的電子天平最大稱量500g,最小分度值 O.Olg,最大讀數(shù)誤差半?yún)^(qū)間0.005g,假設(shè)均勻分 布，包含因子k =石,tt₁₂ = 0. 005/歸=0. 003 g,自由 度 p₁₂ =50_o

3. 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度明：

“I = J此 + 拓=a/0- 002² + 0. 003² = 0.004g

v _ M

知/"11 ^{+ u}\i^^vn

=0. 004⁴/(0. 002⁴/90 + 0. 003⁴/50) =142

3.2標(biāo)注凈含畳的不確定度分■叱

根據(jù)JJF 1070—2005表3規(guī)定，標(biāo)注凈含量 100g的允許短缺量為4. 5% ,

T = 0. 9g,標(biāo)注凈含量為一確定值，則：叱= 0. 000g,自由度 “2 —*8 _o

3.3皮重標(biāo)準(zhǔn)偏差引入的不確定度分量％

皮重重復(fù)性測量由表1可見，皮重標(biāo)準(zhǔn)偏差不 確定度分量：/ =0?000g,*L8。除皮方法與皮 重抽樣量大小引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可不予單獨(dú)考 慮。現(xiàn)僅有電子天平測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確 定度分量«32 =«12 =°- 003g,自由度％ =50。

3.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

U_c = CjU) + C2«2 + C3U3

u_c = 7o. 004² + 0. 000² + 0.003² = 0. 005g

 

M U[/ + U3/v₃

=0. 005⁴/(0. 004V142 + 0. 003⁴/50) = 182, 自由度取100

i₉₅(100) =1.984

3.5擴(kuò)展不確定度

U = i₉₅( 100) x u_c = 1. 984 xO. 005 «0. Olg

4結(jié)束語

實現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機(jī)械。目前 我國包裝機(jī)械產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量不穩(wěn)定、性能單 一、成本高、技術(shù)含量低等狀況。現(xiàn)代社會對物品 的包裝要求越來越高，為使包裝出的物品整齊、美 觀并且具有良好的包裝質(zhì)量,要求包裝機(jī)具有精確 的動作、定位準(zhǔn)確度高及高效率和一定的柔性，因 此對包裝機(jī)的控制要求是越來越高。傳統(tǒng)的繼電 器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的要求了，所以研制高 效、經(jīng)濟(jì)、且有一定柔性的新型包裝機(jī)械是市場的 迫切需要。本文介紹了一種全自動包裝機(jī)的工作 原理及其設(shè)計過程，進(jìn)行了全自動包裝機(jī)的系統(tǒng)設(shè) 計;對定量包裝的商品凈含量的檢驗測量不確定度 進(jìn)行了評定，對定量包裝中測量不確定度評價提供 了借鑒。

 

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