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近年來國內(nèi)各行業(yè)普遍提高了對(duì)包裝重要性的認(rèn)識(shí),機(jī)電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)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(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的今天,包裝機(jī)已全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
自動(dòng)定量包裝生產(chǎn)線介紹
乙烯自動(dòng)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(dòng)定量包裝機(jī)是集機(jī)電一體化、光電檢測、步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)跟蹤糾偏等功能于一體,計(jì)量精確,符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并且具有性能穩(wěn)定、操作維護(hù)方便、效率高等特點(diǎn),保證自動(dòng)定量包裝線穩(wěn)定。
乙烯自動(dòng)定量包裝生產(chǎn)線,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制袋、自動(dòng)上料、自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)封裝等多項(xiàng)功能,并可對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,完成自動(dòng)診斷、自動(dòng)報(bào)警和數(shù)據(jù)上傳等功能。根據(jù)工藝要求,乙烯自動(dòng)定量包裝生產(chǎn)線的稱重控制系統(tǒng)由人機(jī)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(jì)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(dòng)態(tài)規(guī)劃和極小值原理[1].
主要環(huán)節(jié)是自動(dòng)定量稱重,精度為0.2%(25kg±0.05kg),速度為600袋Πh(6s1袋)。采用微機(jī)控制靜重法,包括粗流、中流、細(xì)流、截流控制及降量補(bǔ)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(shí)序
自動(dòng)化水平在制造工業(yè)中不斷提高,應(yīng)用范圍正在拓展。包裝行業(yè)中自動(dòng)化操作正在改變著包裝過程的動(dòng)作方式。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(zhì)量,顯著消除包裝工序造成的誤差,有效減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度并降低能源和資源的消耗。自動(dòng)定量包裝線的關(guān)鍵在于依據(jù)生產(chǎn)加工或包裝過程,設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠得以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)方案。自動(dòng)裝置的選擇取決于這一過程的需求及特性。促進(jìn)包裝自動(dòng)化設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)恿υ谟诋a(chǎn)品生產(chǎn)總的通過量。生產(chǎn)線的速度越快,應(yīng)用自動(dòng)抓手和分類裝置有助于降低自動(dòng)器的工作負(fù)荷,而跟隨包裝件的標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)器可能會(huì)越少。生產(chǎn)線速度不但影響到處理產(chǎn)品的自動(dòng)化裝置,對(duì)可視檢驗(yàn)也有影響。為了達(dá)到有效可視檢測技術(shù),必須表明幾項(xiàng)相關(guān)問題,其中包括:零件圖形一致性、檢測可重復(fù)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(gè)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(yùn)轉(zhuǎn)速度就越快,這樣就會(huì)導(dǎo)致更復(fù)雜更昂貴的結(jié)構(gòu)方案。當(dāng)視頻裝置與自動(dòng)機(jī)構(gòu)組合成一體后,整個(gè)自動(dòng)器就能連續(xù)一致地并以可重復(fù)方式實(shí)現(xiàn)包裝件的定向和展現(xiàn)。
送料稱重控制系統(tǒng):送料計(jì)量啟動(dòng)信號(hào)為ON時(shí),送料開始,送料用伺服電機(jī)根據(jù)觸摸屏設(shè)定的參數(shù)工作。檢測填充量,伺服電機(jī)根據(jù)計(jì)量值的不同完成加速填充粗流、均速填充中流、微量填充細(xì)流,填充結(jié)束進(jìn)給到位。在全部的送料過程中,觸摸屏實(shí)時(shí)跟蹤、顯示各個(gè)數(shù)據(jù)變化,一旦有故障,不合理的數(shù)據(jù)出現(xiàn),整個(gè)機(jī)器就會(huì)停止,并強(qiáng)行報(bào)警。
乙烯自動(dòng)定量包裝線的稱重過程采用粗流、中流、細(xì)流三級(jí)投料方式。
粗流及中流為定時(shí)控制,時(shí)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(diào)整內(nèi)錐體的高度,使落料為90%左右,得最快稱重速度。細(xì)流為稱重控制,落料速度為018kgΠs,它主要影響稱重精度。當(dāng)計(jì)算機(jī)判定到25kg時(shí)副操作閥關(guān)閉,細(xì)流結(jié)束。
為了對(duì)下一次稱量補(bǔ)償,設(shè)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(jìn)行重量復(fù)測,得到差值,并連同前7次稱量時(shí)差值歷史記錄一并考慮,算出修正量,實(shí)現(xiàn)降量跟蹤補(bǔ)償。
最后旋轉(zhuǎn)汽缸動(dòng)作,打開稱重箱下部的排料閥門,016s后關(guān)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(zhuǎn)換。
荷重傳感器致關(guān)重要,選用新西蘭PT公司產(chǎn)品WB100型,梁式結(jié)構(gòu),應(yīng)變?nèi)珮?精度0.05%,溫度誤差容限0.035%,滯后誤差0.03%。
應(yīng)變橋供電采用恒壓方式,由二級(jí)反饋式穩(wěn)壓構(gòu)成,穩(wěn)定度為0.01%(電源波動(dòng)10%),0.02%(負(fù)載變化0～100%),0.001(溫度范圍0～40%)。
橋路放大器由兩級(jí)構(gòu)成,前級(jí)采用交叉耦合差動(dòng)跟隨集成運(yùn)算放大器,具有高度穩(wěn)定性,后級(jí)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(zhuǎn)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(xiàng)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(xiàng),γ2的第三項(xiàng),γ3的二、三項(xiàng),γ4的第二項(xiàng))是總誤差的主部,在微機(jī)稱重時(shí)采用測差法,即隨時(shí)記憶零點(diǎn),情況將得到很大改善。
實(shí)際工作中由于稱重速度很快,另一項(xiàng)不容忽視的誤差是由沖擊振動(dòng)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(dòng)的處理
電子稱機(jī)械部分40kg的稱重箱連同傳力應(yīng)變梁基本上是一個(gè)二階振動(dòng)系統(tǒng),在粗流落料的沖擊下立刻進(jìn)入振蕩狀態(tài),固有頻率大致為40Hz,整個(gè)工作循環(huán)6s內(nèi)振幅仍不能削減到零,是影響稱重精度中的最危險(xiǎn)因素,為此主要采取3項(xiàng)措施:
加入有源濾波器
前述橋路放大器的第二級(jí),除對(duì)恒定分量放大8倍之外,還兼有三階有源濾波的功能。對(duì)40Hz的交變信號(hào)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(zhuǎn)換的信號(hào)只有較小的波動(dòng),為同時(shí)保持快速性,要精心設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)參數(shù),使衰減帶斜率很陡。
積分型AΠD轉(zhuǎn)換
ICL7109上是雙積分型12bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器,對(duì)交變信號(hào)具有原理性的平均作用,但要選擇積分時(shí)間為交變信號(hào)周期的整倍數(shù),這里調(diào)整時(shí)鐘電路的RC常時(shí),使積分周期為200ms,不但對(duì)通過有源濾波器的40Hz的殘余振動(dòng)信號(hào)有抑制作用,而且對(duì)工頻干擾又可有效的消減,但轉(zhuǎn)換速度就顯得十分不夠了,因細(xì)流速度為018gΠms,200ms可流出160g,這顯然與50g的誤差容限不相適應(yīng),故此細(xì)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(shè)置一定的延時(shí)截流來結(jié)束稱重,前題是細(xì)流流量應(yīng)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(shè)置了靜止1s并復(fù)測重量,得本次沖擊誤差,每次沖擊誤差都是在衰減振動(dòng)過程中隨機(jī)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(bǔ)償量,作為下一次的修正。
結(jié)　語
乙烯自動(dòng)定量包裝生產(chǎn)線經(jīng)過長時(shí)間的調(diào)試和生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)得到實(shí)際應(yīng)用。國產(chǎn)化的自動(dòng)定量包裝生產(chǎn)線最大特點(diǎn)就是最適合于中國國情,整個(gè)系統(tǒng)完全參照中國人的習(xí)慣,最適合于國人工程開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件組態(tài)和軟件編制。本稱重控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)選用工業(yè)級(jí)8位單片機(jī)8031,引入多種防護(hù)措施后抗干擾能力良好,經(jīng)72h連續(xù)運(yùn)行考核無任何異常,最高速度可調(diào)致5s一袋,精度優(yōu)于012%,功能完善、性能可靠,具有先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠、靈活的顯著特點(diǎn),不僅提高了系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)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(jìn)的西德、日本計(jì)量稱相比毫不遜色。

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