【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一般而言，轉(zhuǎn)速提高 15%~20%，就將帶來一系列復(fù)雜問題。 提高生產(chǎn)率除提高轉(zhuǎn)速外，還可以從另外的渠道設(shè)法解決： ① 采用連續(xù)工作或多頭工作方式。包裝機(jī)械工作方式有間歇式和連續(xù)式，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng) 爭(zhēng)取設(shè)計(jì)成連續(xù)式工作，也就提高了生產(chǎn)率；一臺(tái)設(shè)備內(nèi)也可有多條生產(chǎn)線生產(chǎn)，生產(chǎn)同一產(chǎn)品或幾種不同產(chǎn)品，但必須提高可靠性。 ② 降低廢品率，提供故障分析系統(tǒng)。廢品給生產(chǎn)造成的損失是巨大的，不僅產(chǎn)品損失，也有材料損失。因此要盡量大力降低廢品率；包裝機(jī)械出售時(shí)還應(yīng)為維修服務(wù)提供故障分析系統(tǒng)，即進(jìn)行模態(tài)分析尋找故障，或通過 Internal 網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，最大限度滿足客戶需要。今后要使包裝機(jī)械進(jìn)一步智能化，即設(shè)備自己尋找故障，自己去解決故障，以降低廢品率及故障率，使正常的生產(chǎn)率得以提高。 ③ 使產(chǎn)品生產(chǎn)機(jī)械 和包裝機(jī)械一體化。許多產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)束時(shí)接著就進(jìn)行包裝，這樣也有利于提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率，如德國生產(chǎn)的巧克力生產(chǎn)設(shè)備及包裝設(shè)備就是由一個(gè)系統(tǒng)控制完成的。兩者一體化關(guān)鍵是要解決好在生產(chǎn)率上相互匹配，其中包裝機(jī)械往往成為生產(chǎn)的瓶頸，因此要提供不同生產(chǎn)率的設(shè)備。 適應(yīng)產(chǎn)品變化，設(shè)計(jì)出具有良好柔性和靈活性的設(shè)備 為使包裝機(jī)械具有良好的柔性和靈活性，提高自動(dòng)化程度，必須大量采用微電腦技術(shù)、模塊技術(shù)和單元組合形式。為適應(yīng)包裝產(chǎn)品品種和包裝類型的變化，包裝機(jī)械設(shè)備的柔性和靈活性常表現(xiàn)在以下三個(gè)方面： ① 量的靈活性。既能包裝單個(gè)產(chǎn)品，也能適應(yīng)不同批量產(chǎn)品的包裝。 ② 構(gòu)造的靈活性。整臺(tái)設(shè)備采用單元組成，換用一個(gè)或幾個(gè)單元，即可適應(yīng)產(chǎn)品的變化。 ③ 供貨的靈活性。采用單元組合，將各單元組合在一起供貨，如糖果包裝機(jī)，在一個(gè)共同基礎(chǔ)上，組合不同的單元，三個(gè)進(jìn)料口，四種不同的折疊包裝形式，這樣一臺(tái)機(jī)器就可同時(shí)包裝 8~10 種不同的糖果。由多個(gè)機(jī)械手操作，在一臺(tái)攝像機(jī)的監(jiān)控下，指揮其動(dòng)作，按指令以不同的方式對(duì)不同種類的糖果進(jìn)行包裝。若產(chǎn)品改變了，只要改變攝像機(jī)內(nèi)的程序即可，從而使設(shè)備具有良好的柔性和靈活性 。 提供成套設(shè)備 德國的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)，以用戶需求為前提，為生產(chǎn)企業(yè)提供結(jié)構(gòu)性及經(jīng)濟(jì)性完整的系統(tǒng)方案，并用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)演示操作給用戶看，征求用戶意見后進(jìn)行修改。在為用戶提供生產(chǎn)自動(dòng)線或生產(chǎn)流水線設(shè)備時(shí)，尤其注重成套設(shè)備的完整性，無論是高技術(shù)、高附加值設(shè)備，還是較簡(jiǎn)單的設(shè)備，都按配套性要求提供。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 自動(dòng)充填包裝機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專業(yè)機(jī)電 075 Page 11 德國包裝機(jī)械廠家也將提供成套設(shè)備作為自己的努力目標(biāo)。如一條飲料灌裝線，有 200 多個(gè)微電腦件，有許多管線顯示屏，有 100 多種控制各種包裝動(dòng)作的軟件程序。為滿足 1200 瓶 /分的生產(chǎn)率還須兩條線 共同工作，因此整個(gè)飲料灌裝線的生產(chǎn)需占半個(gè)足球場(chǎng)的面積，并要求所有設(shè)備均能在一個(gè)廠家內(nèi)裝置。聯(lián)想到我國當(dāng)前包裝機(jī)械生產(chǎn)一大弱勢(shì)就是生產(chǎn)單機(jī)多，而成套流水線少；主機(jī)多，輔機(jī)少，配套性差。德國的這種做法很值得我們借鑒。 普遍使用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù) 隨著新產(chǎn)品開發(fā)速度的不斷加快，德國包裝機(jī)械設(shè)計(jì)普遍采用了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，即將各種機(jī)器元素以數(shù)據(jù)庫方式存入計(jì)算機(jī)，把圖紙數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)即可自動(dòng)合成為三維模型。再把實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)和指標(biāo)輸進(jìn)去，把各種可能發(fā)生的故障輸進(jìn)去，計(jì)算機(jī)三維模型即可 仿照真實(shí)工作情況進(jìn)行操作，演示出能達(dá)到的生產(chǎn)率是多少，廢品有多少，生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)是否能匹配生產(chǎn)，瓶頸在何處，客戶根據(jù)顯示屏上顯示的曲線一目了然，并可根據(jù)客戶的意見修改模型。計(jì)算機(jī)合成速度很快，因此修改工作迅速方便，直到使客戶或設(shè)計(jì)者滿意。采用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)，大大縮短了包裝機(jī)械的開發(fā)設(shè)計(jì)周期。 包裝機(jī)械設(shè)計(jì)不僅要重視其功能和效率，也要注重其經(jīng)濟(jì)性。但是經(jīng)濟(jì)性不完全是機(jī)械設(shè)備本身的成本，更重要的是運(yùn)轉(zhuǎn)成本，因?yàn)樵O(shè)備折舊費(fèi)只占成本的 6%~8%，其它的就是運(yùn)轉(zhuǎn)成本。 縱觀美國和德國的發(fā)展趨勢(shì)，雖然 各有特色，但自動(dòng)化、高效化、節(jié)能化將是包裝機(jī)械生產(chǎn)商共同的追求。 包裝機(jī)械的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn) 立式袋成型 — 充填 — 封口機(jī)是包裝機(jī)械中應(yīng)用最廣泛，批量最大的紀(jì)行之一，其特點(diǎn)是被包裝物料的供料筒設(shè)置在制袋器內(nèi)側(cè)，制袋與填充物料由上至下沿豎直方向進(jìn)行。該行機(jī)主要由定量裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、橫封和縱封裝置、成型器、充填關(guān)及薄膜牽拉供送機(jī)構(gòu)等部件組成。 其工作原理為：放置在支撐裝置上的卷筒薄膜繞經(jīng)導(dǎo)輥組、張緊裝置，由光電檢測(cè)裝置控制裝置對(duì)包裝材料上商標(biāo)圖案為之進(jìn)行檢測(cè)后，通過成型器卷成薄膜圓筒裹包在充填館的表面 。先用縱向熱封器對(duì)卷成圓筒的接口部件薄膜型縱向熱封，得到密封管筒，然后管狀薄膜移動(dòng)到橫向熱封器處進(jìn)行橫封，構(gòu)成包裝袋筒。 計(jì)量裝置把計(jì)量好的物品，通過上部充填管充填入包裝袋內(nèi)，再由橫向熱封器熱封并在居中切斷，形成包裝袋單元，同時(shí)形成下一個(gè)筒袋的底部封口。為了方便包裝過程連續(xù)進(jìn)行，由包裝材料牽拉進(jìn)給機(jī)構(gòu)，按工作節(jié)拍并由光電檢測(cè)裝置，進(jìn)行包裝材料的牽拉送進(jìn)。 2．外電路各功能模塊的設(shè)計(jì) 機(jī)器的控制電路主要是對(duì)下料、拉袋、供紙的時(shí)間控制。 充填。下料由電機(jī)帶動(dòng)螺旋桿完成。當(dāng)離合器吸合時(shí)，螺旋桿轉(zhuǎn) 動(dòng)將包裝物料推下；制動(dòng)器吸合時(shí)，螺旋桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，無物料被推下。通過對(duì)離合器、制動(dòng)器吸合時(shí)間的控制達(dá)到準(zhǔn)確的計(jì)量值。因此，必須確定離合器開始吸合和持續(xù)時(shí)間。對(duì)此，本系統(tǒng)采用了位置傳感器和智能型電子計(jì)數(shù)器（計(jì)時(shí)器）。傳感器（原理）固定在主電機(jī)主軸上，使它在主電機(jī)封合動(dòng)作完成即制袋完成時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)。利用這一信號(hào)啟動(dòng)離合器、開始 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 自動(dòng)充填包裝機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專業(yè)機(jī)電 075 Page 12 拉袋，并傳入電子計(jì)數(shù)器。電子計(jì)數(shù)器是一種預(yù)置式計(jì)數(shù)器，由本身單片機(jī)控制。用戶可以方便的設(shè)置計(jì)數(shù)值。當(dāng)傳感器信號(hào)傳入，計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)，到達(dá)用戶設(shè)定值后產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)。用此信號(hào)使制動(dòng)器吸合 ，從而使螺旋桿停止推料。 拉紙 /封合：拉紙、封合、切斷有主電機(jī)提供動(dòng)力。主電機(jī)配有離合器、制動(dòng)器。離合器吸合時(shí)進(jìn)行拉袋；制動(dòng)器吸合時(shí)進(jìn)行封合、切斷?？刂圃砗统涮畈糠窒嗤簜鞲衅餍盘?hào)使拉袋開始，計(jì)數(shù)器信號(hào)使拉袋停止，封合、切斷開始。另外，為適用有光標(biāo)紙操作，增加了光電檢測(cè)器。光電檢測(cè)器是一種利用光發(fā)射接收原理檢測(cè)紙袋不同顏色的儀器。當(dāng)紙袋被拉到光標(biāo)位置時(shí)，光電檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行封合、切斷操作。以上傳感器、計(jì)數(shù)器、光電檢測(cè)器三個(gè)信號(hào)連同操作員對(duì)機(jī)器的控制信號(hào)都接入主控板，交由 CPU 處理，控制離合 器、制動(dòng)器。 其中，拉袋時(shí)間必須長(zhǎng)于推料時(shí)間，以使每次所推的物料充填到一個(gè)包裝紙袋中。其時(shí)序關(guān)系如圖所示： 拉袋 封合 拉袋 封合 清零 計(jì)數(shù)到 清零 計(jì)數(shù)到 推料 停止 推料 停止 清零 計(jì)數(shù)到 清零 計(jì)數(shù)到 0 TIME 供紙：供紙電路相對(duì)獨(dú)立，是為拉紙進(jìn)行的輔助性設(shè)計(jì)。由小功率供紙電機(jī)提供動(dòng)力。由一無觸點(diǎn)開關(guān)控制電機(jī)電源導(dǎo)通、截止。如圖所示： 供紙電機(jī) 鐵棒 無觸點(diǎn)開關(guān) 拉紙 當(dāng)拉紙使鐵棒提升與無觸點(diǎn)開關(guān)分離，供紙電機(jī)電源導(dǎo)通，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)供紙。供紙使鐵棒位置下降。當(dāng)鐵棒與無觸點(diǎn)開關(guān)接觸后，開關(guān)返回信號(hào)使電機(jī)電源截止，停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 封合溫度控制：封合是電熱管給封合體加溫，封合體與包裝袋接觸時(shí)，使兩層包裝紙袋粘合在一起。不同包裝材料對(duì)溫度要求不同，同一紙袋縱、橫兩個(gè)方向要求也不同，因此，本系統(tǒng)采用了兩套溫度控制系統(tǒng)。利用 8 位單片機(jī)自己作溫控系統(tǒng)，不能形成批量生產(chǎn)所以造價(jià)高、性能不穩(wěn)定。經(jīng)了解 ，市場(chǎng)上有溫控儀銷售。有一智能型溫控儀以單片機(jī)為控制核心，用戶可以方便的設(shè)置所需溫度，使用十分方便，且計(jì)量精度高，有數(shù)據(jù)保持功能，價(jià)格比自己設(shè)計(jì)要低。本系統(tǒng)采用了此型號(hào)儀器，大大簡(jiǎn)化了控制板和控制程序。連接十分簡(jiǎn)便，只需將縱、橫兩個(gè)方向電熱管分別接到一個(gè)溫控儀上，分別控制就能到令人滿意的效果。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 自動(dòng)充填包裝機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專業(yè)機(jī)電 075 Page 13 3．主控板的設(shè)計(jì) 主控板是整個(gè)控制電路的核心，它將上一章所述位置傳感器、計(jì)數(shù)器、計(jì)量器和操作人員對(duì)機(jī)器的控制信號(hào)綜合處理，控制機(jī)器的下料電機(jī)和主電機(jī)的電磁離合器、電磁制動(dòng)器，供紙電機(jī)的電源，完成拉紙、充填 、封合、切斷等機(jī)器動(dòng)作。主控板的結(jié)構(gòu)框圖如下所示：（電源） 輸入 輸出 計(jì)數(shù)器、計(jì)量器、位置傳感器、光電檢測(cè)器、無觸點(diǎn)開關(guān)等信號(hào)通過插頭輸入到主控板。下料、供紙可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器輸出；而拉紙、封合和操作人員的控制信號(hào)交由 CPU綜合處理，驅(qū)動(dòng)繼電器輸出。 下料控制 下料控制信號(hào)有兩個(gè)：位置傳感器信號(hào) Clear 和計(jì)數(shù)器信號(hào) Count。 Clear 信號(hào)啟動(dòng)電磁離合器， Count 信號(hào)啟動(dòng)電磁制動(dòng)器控制信號(hào)通過光電隔離完成電平轉(zhuǎn)換。另外可以通過光電耦合器進(jìn)行外電路與主控板電路 的隔離。外電路安裝在機(jī)器內(nèi)部，線路復(fù)雜，可能受制造工藝和其他不確定因素影響而出現(xiàn)問題。進(jìn)行隔離可以使外電路問題不影響主控板，避免主要控制元件的損壞，使主控板更安全、穩(wěn)定。芯片內(nèi)發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電流約為10mA 左右，所以串聯(lián)一個(gè) 1k 電阻起限流作用。當(dāng)信號(hào)有效時(shí)發(fā)光二極管沒有電流通過不發(fā)光，芯片輸出高電平；反之，二極管發(fā)光，電源、電阻、芯片形成回路，輸出到繼電器低電平 10k 上拉電阻在回路形成 TTL 信號(hào)。 PhotoMOS 繼電器有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端。當(dāng)輸入端有 正向壓降時(shí)，繼電器兩輸出端導(dǎo)通， 24V 電 壓通過插件輸出到電磁離合器等設(shè)備。輸入端低電平時(shí) 430Ω 電阻起限流作用，避免電流過大損壞繼電器。綜上所述：當(dāng) Clear/Count 有效時(shí)，繼電器接通 24V 電壓；當(dāng) Clear/Count 無效時(shí)，無電壓輸出。（清零以后開始接受計(jì)數(shù)信號(hào)，計(jì)數(shù)信號(hào)到以后，不接受 ） 供紙控制 輸入信號(hào)為無觸點(diǎn)開關(guān)信號(hào)，控制 220V 電源輸出線路 輸入信號(hào)通過光光電隔離芯片進(jìn)行內(nèi)外電路隔離。 電阻在光 MOS 芯片導(dǎo)通時(shí)分壓以正常驅(qū)動(dòng)繼電器。接頭插接 220V 電源線。輸入信號(hào)有效，繼電器兩端導(dǎo)通兩輸出線之 間有 220V 電壓驅(qū)動(dòng)供紙電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)供紙。反之，兩輸出線間無電壓輸出供紙電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)共紙。 其中，電阻、電容串聯(lián)組成阻容吸收回路，吸收關(guān)斷電壓對(duì)繼電器輸出端起保護(hù)作用。壓敏電阻當(dāng)輸出端電壓過高時(shí)導(dǎo)通，使電壓降低保護(hù)外部供紙電機(jī)。 拉紙控制： 輸入信號(hào)為操作人員調(diào)整機(jī)器、光標(biāo)選擇的開關(guān)信號(hào)，位置傳感器信號(hào) Clear、計(jì)數(shù)器信號(hào) Count 和光電檢測(cè)器信號(hào)。以上 5 個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)入 CPU， CPU 輸出兩個(gè)信號(hào)分別通過繼電器控制主電機(jī)的電磁離合器、制動(dòng)器。 各信號(hào)通過光 MOS 芯片進(jìn)行內(nèi)外電路隔離和電平轉(zhuǎn)換分別 進(jìn)入 CPU 并口 P1 各位，高電平有效。 、 分別為離合器、制動(dòng)器控制位，為負(fù)邏輯，為零時(shí)繼電器兩輸入端導(dǎo)通，輸出線上是 24V 電壓；反之，為高電平，輸出線無電壓輸出。 在這一控制線路中 CPU 是工作主要承擔(dān)者，處于核心地位，因此 CPU 的選擇十分重要。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和完善，單片機(jī)采用了大量新技術(shù)。各種新型號(hào)、新功能的單片機(jī)不斷涌現(xiàn)。特別是采用先進(jìn) CMOS 工藝制造的低電壓低功耗單片機(jī)溫度、電壓適用范圍廣，抗干擾能力強(qiáng)，這給設(shè)計(jì)者廣泛的選擇余地。針對(duì)本系統(tǒng)要求，結(jié)合性能、價(jià)格等因素， 綜合比較了多種常用單片機(jī)型