近年来国内各行业普遍提高了对包装重要性的认识,机电一体化技术已越来越受到各方面的关注,规模化生产的企业日益增多,作为传统行业之一的包装工业,呈快速发展态势,在机电一体化技术迅速发展的今天,包装机已全部实现了自动化。
自动定量包装生产线介绍
乙烯自动定量包装生产线包括称重、供袋、装袋、折边、缝纫、放倒、压平、金属检测及码垛等工作步骤。全自动定量包装机是集机电一体化、光电检测、步进电机自动跟踪纠偏等功能于一体,计量精确,符合行业标准,并且具有性能稳定、操作维护方便、效率高等特点,保证自动定量包装线稳定。
乙烯自动定量包装生产线,可以实现自动制袋、自动上料、自动计量、自动封装等多项功能,并可对生产过程进行实时监控,完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。根据工艺要求,乙烯自动定量包装生产线的称重控制系统由人机界面操作及显示系统、制袋控制系统、送料称重控制系统、封装控制系统组成。20世纪50年代中期,出现了现代分理论,其中最常用的方法是动态规划和极小值原理[1].
主要环节是自动定量称重,精度为0.2%(25kg±0.05kg),速度为600袋Πh(6s1袋)。采用微机控制静重法,包括粗流、中流、细流、截流控制及降量补偿与修正,执行器件为高速汽缸。
称重控制系统工作原理及工作时序
自动化水平在制造工业中不断提高,应用范围正在拓展。包装行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式。实现自动控制的包装称重控制系统能够极大地提高生产效率和产品质量,显著消除包装工序造成的误差,有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。自动定量包装线的关键在于依据生产加工或包装过程,设计出一个能够得以实现自动控制的结构方案。自动装置的选择取决于这一过程的需求及特性。促进包装自动化设计的主要动力在于产品生产总的通过量。生产线的速度越快,应用自动抓手和分类装置有助于降低自动器的工作负荷,而跟随包装件的标准自动器可能会越少。生产线速度不但影响到处理产品的自动化装置,对可视检验也有影响。为了达到有效可视检测技术,必须表明几项相关问题,其中包括:零件图形一致性、检测可重复性、传递速度一致性,需要完成检测的数量和合适的软件程序等。这些因素突出地影响到一个可视系统的形式和成本。按一般规则,需检测的数量越多,视频运转速度就越快,这样就会导致更复杂更昂贵的结构方案。当视频装置与自动机构组合成一体后,整个自动器就能连续一致地并以可重复方式实现包装件的定向和展现。
送料称重控制系统:送料计量启动信号为ON时,送料开始,送料用伺服电机根据触摸屏设定的参数工作。检测填充量,伺服电机根据计量值的不同完成加速填充粗流、均速填充中流、微量填充细流,填充结束进给到位。在全部的送料过程中,触摸屏实时跟踪、显示各个数据变化,一旦有故障,不合理的数据出现,整个机器就会停止,并强行报警。
乙烯自动定量包装线的称重过程采用粗流、中流、细流三级投料方式。
粗流及中流为定时控制,时间可由面扳拨盘选择,它决定了称重速度,若粗流为017s,中流为1s,调整内锥体的高度,使落料为90%左右,得最快称重速度。细流为称重控制,落料速度为018kgΠs,它主要影响称重精度。当计算机判定到25kg时副操作阀关闭,细流结束。
为了对下一次称量补偿,设置了静止1s的阶段,让一直处于振荡状态的称体振幅减小,然后进行重量复测,得到差值,并连同前7次称量时差值历史记录一并考虑,算出修正量,实现降量跟踪补偿。
最后旋转汽缸动作,打开称重箱下部的排料阀门,016s后关闭,把称好的料卸入编织袋。
称重控制系统误差分析
影响保证称重系统称重精度的主要环节是荷重传感器、供桥电源、桥路放大器及模数转换。
荷重传感器致关重要,选用新西兰PT公司产品WB100型,梁式结构,应变全桥,精度0.05%,温度误差容限0.035%,滞后误差0.03%。
应变桥供电采用恒压方式,由二级反馈式稳压构成,稳定度为0.01%(电源波动10%),0.02%(负载变化0～100%),0.001(温度范围0～40%)。
桥路放大器由两级构成,前级采用交叉耦合差动跟随集成运算放大器,具有高度稳定性,后级采用倒向比例放大,总体增益1000倍,非线性误差0.001%,增益温度系数为10×10-6Π℃,输入偏置电压温漂0125μvΠ℃。
模数转换选用积分型高精度12bitAΠD芯片ICL7109,非线性误差0.024%,温度系数为5×10-6Π℃[2]。
按环境温度变化范围20±20℃考虑。
分项误差
可见按最大可能误差综合亦能满足系统要求,在前述分析中可见温度附加误差(γ1的第二项,γ2的第三项,γ3的二、三项,γ4的第二项)是总误差的主部,在微机称重时采用测差法,即随时记忆零点,情况将得到很大改善。
实际工作中由于称重速度很快,另一项不容忽视的误差是由冲击振动所引起的,必须采取有效措施[3]。
4　包装称重系统冲击振动的处理
电子称机械部分40kg的称重箱连同传力应变梁基本上是一个二阶振动系统,在粗流落料的冲击下立刻进入振荡状态,固有频率大致为40Hz,整个工作循环6s内振幅仍不能削减到零,是影响称重精度中的最危险因素,为此主要采取3项措施:
加入有源滤波器
前述桥路放大器的第二级,除对恒定分量放大8倍之外,还兼有三阶有源滤波的功能。对40Hz的交变信号形成60db的衰减,因此,虽然称体一直处于振荡状态,但送给模数转换的信号只有较小的波动,为同时保持快速性,要精心设计和调节参数,使衰减带斜率很陡。
积分型AΠD转换
ICL7109上是双积分型12bit模数转换器,对交变信号具有原理性的平均作用,但要选择积分时间为交变信号周期的整倍数,这里调整时钟电路的RC常时,使积分周期为200ms,不但对通过有源滤波器的40Hz的残余振动信号有抑制作用,而且对工频干扰又可有效的消减,但转换速度就显得十分不够了,因细流速度为018gΠms,200ms可流出160g,这显然与50g的误差容限不相适应,故此细流过程中差200g满25kg以前为称重控制,末一段根据所差的数量设置一定的延时截流来结束称重,前题是细流流量应该恒定。
冲击量修正
上述措施仍不足以完全消除称重控制系统冲击误差,故此设置了静止1s并复测重量,得本次冲击误差,每次冲击误差都是在衰减振动过程中随机测得的,基本符合正态分布,因此连同前7次冲击误差的历史记录作均方根处理,得出最佳冲击补偿量,作为下一次的修正。
结　语
乙烯自动定量包装生产线经过长时间的调试和生产实验得到实际应用。国产化的自动定量包装生产线最大特点就是最适合于中国国情,整个系统完全参照中国人的习惯,最适合于国人工程开发、系统设计、硬件组态和软件编制。本称重控制系统的计算机选用工业级8位单片机8031,引入多种防护措施后抗干扰能力良好,经72h连续运行考核无任何异常,最高速度可调致5s一袋,精度优于012%,功能完善、性能可靠,具有先进、经济、实用、可靠、灵活的显著特点,不仅提高了系统的安全性和经济性,而且大大提高了称重控制系统的灵活性,为不同客户的不同需求提供了灵活的解决方案。与引进的西德、日本计量称相比毫不逊色。

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