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1、引言光机电一体化技术!是当今装备制造业不可缺的综合性先进技术!它将光电子技术“先进的生产工程技术“微电子技术“自动化“计算机和信息管理技术融为一体! 渗透到机械工业中去!令造出的机械产品结构更简化!更紧凑!功能更完善!控制更灵活自如!操作更方便!性能更稳定!运行速度大大加快!制造周期大大缩短!技术含量和附加值大大提高# 在国外发达国家!光机电一体化技术无处不有! 几乎渗透到每种机械中!而我国!过去由于关闭自守!与国际交流少!这种综合性先进技术的应用起步较晚!在大中型制造业企业中虽已广泛应用!但在小企业中还显得不那么普遍$ 本文想就这一综合性新技术在本公司开发的一种盒装饮料无菌包装机的应用作一简
2、单介绍!试图抛砖引玉!求得与会专家学者的赐教$!机器的总体定位和主要性能 与技术要求我们公司研究开发的这种盒装饮料无菌包装机!是根据我国幅员辽阔!经济尚欠发达!中小企业多!投资能力有限!但社会需求量大等国情!和国家有关部门及专家对今后包装机械发展方向关于%无菌包装设备应侧重对液体1 $) /0?/,$),./0-$)1 (4 A1B14/,1 /%?1C D6 E(F#$ %?)A B?&C(A+D EF“GHI J78()9,()!KC( DC!-.-/00J+&C(*?A9 TD T,U“ V= Q8(?=C,( C 9C?8A9“ IASAM,PLA(= Q,+A)+,89 C ALA+
3、)A9MC)&= L?&C(A AMA?=+C?C=D C(=A)+M N&,MA =A?&(CO8A C( L?&C(A T8CM9C() C(98=+D“H16 I(4C=G MC)&= L?&C(A AMA?=+C?C=D C(=A)+M N&,MA =A?&(CO8AW 9AC)(W PPMC?=C,(W AP=C? P?)A1-包装与食品机械!“#年第!卷第!期复合纸卷!间歇放卷向前牵引!粘贴密封条!初次灭菌!搭接成筒!封底!裁切!套模!成形!脱模!再次灭菌!充填!封顶!整形!粘角!送出!装箱图$工艺流程方框图来所造机器的占地应适合中小企业现有厂房的实际情况!在%&!#&!的车间能摆
4、设得下“!# 机器的耗能总功率不超过!&()!%*“+$!“+都能根据用户订货选择确定“% 生产能力每分钟%,包以上!变频调速“#% 包装环境状态及产品保鲜期无菌包装!果蔬汁类货架期-!个月以上!纯牛奶$豆奶货架期.个月以上!酸奶*个月以上“,% 产品形状砖形$斧形$苗条形$屋形“.% 传动与控制方式机械传动与气压传动相结合! 光电检测!/01控制!工作过程屏幕显示!并设置保护$故障警示等“2% 机器外观及构造外形呈长方形柜式! 两侧设有多个视窗!便于观察机器运转情况“ 除安装机架外!其余外壳均用不锈钢板冲压或液压成形! 凡是与包材$包装物料接触的均采用不锈钢材料制造“*% 额定操作工人 !&
5、%人!3人看机!$人检验装箱!3人协调生产(!% 机器的主要功能自动完成包材的间歇放卷$步进拉纸$放置和搭接粘贴密封条$卷接成筒$单向封口$切断$盒子顶部成形$盒子消毒$定量充填封顶$整形粘角$送出全过程)(% 机器的工作原理与工作过程预先装好的卷筒复合纸! 在自动控制下按设定的要求间歇放卷和步进牵引!经加热装置预热!经贴条机构粘贴密封条!经双氧水槽浸洗!经干燥装置烘干完成初次灭菌!经成形器卷接成筒!经封口器封底! 经剪切机构切断! 经送盒装置套入盒模!模架转动!经成形器完成底部成形和顶部预成形!转到充填区脱模!落到充填的盒模上!再次灭菌!移至充填器前!完成定量充填!随即封顶!进入顶部成形区!
6、经加热完成屈角和粘角!然后送出机外供装箱“(#% 包装的工艺流程如图$所示(,% 机器的结构组成“% 机身主要由机架$控制箱$控制面板$视窗$门$调整地脚螺柱等组成“!% 构造主要由传动(电动%机构$变速系统$气压传动系统$光电检测与控制系统$放卷机构$加热装置$高频和超声波发生器$贴条装置$灭菌系统$成筒装置$封底机构$剪切机构$套模机构$成形器$迂迴输送装置$脱模机构$充填装置$封顶机构$整形粘角机构$横向送出产品机构等组成“(.% 多功能的全盘考虑本机器要达到既可做砖形包产品又可做屋形$苗条形$斧形包产品的目的!在成形和封合等有区别的部位的机构要做到能通用的尽量通用!不能通用的要做到调整
7、品种$规格时!操作简便快捷和可靠! 尽量不要增加或变换部件和装置!通过优化设计解决这个问题“$4!机器的主要性能与技术要求(-% 适用包装材料/5 6纸6 /5 6铝箔6 /5 6 ,7 .层复合材料“厚度在&8!97 “4%!“(!% 包装物料液体奶$果汁$蔬菜汁$豆奶$中草药制剂等液体或半流体食品“(% 机器的自动化程度该机包装生产过程为全自动连续式“(#% 包装容量!,“37 ,“3可调“(,% 包装产品的外观棱线分明流畅!图案博接误差“4!“(.% 各项量值的显示经设定后自动恒定和显示“(2% 各种故障的警示出现故障时能自动显示和报警!故障排除后显示与报警自动消失“#.光机电一体化技术
8、在一种盒装饮料无菌包装机中的应用!吴章荣!自动控制系统的设计 和新技术的应用!“#自动化的设计突出光机电一体化在本机器中的应用“#$ 自动化水平总目标的确定运用目前世界上先进的科技与手法%将微电脑&信息处理&电磁感应&超声波&气动&气敏&光&机&电于一体化%令机器达到全自动化&智能化%实现高速度&高效率&高稳定性&高回报率“ 技术水平达到国内领先“#!$ 技术路线采用可编程序控制器作为控制核心%使用光电开关&接近开关&空气开关&气油压式自动纠偏系统&张力检测器&张力控制器&电磁阀&温度传感器&温度控制器&高频发生器&超声波发生器&颜色套准控制系统&液位传感器&计数器等%通过可编程序控制器扩展模
9、块实时采集数据%使用变频器%电磁离合器&气动元件%气油压元件&接触器作为执行机构“ 根据机器的要求%优化控制时序%达到高速%可靠的控制性能“#%$ 控制原理与控制过程$ 放卷张力的控制 由张力检测器对包材的张力进行实时检测%将信息传给可编程序控制器#下简称&($%经数据处理%传给张力控制器%由张力控制器执行调整放卷的张力%使张力始终保持在一个适合的水平值“!$ 齐边控制 由气油压式自动对边系统的检测器对行进中的纸卷一边进行实时检测%将测得的信息反馈给动力主机%由动力主机根据检测器的气敏情况%切换电磁阀使油压缸推动放卷小台车左右移动%使卷材始终按没定的边线行进“%$ 每个包装长度的控制 由光电开
10、关#传感器$ 对着步进中的包装材料印好的光标进行检测%把测到的信号传给&(%经&(处理发出信息控制主传动的电磁离合器和制动器%实现间歇运动%确保光标与光标之间的长度为每个包装的长度%把误差控制在最小值“)$ 封合温度的控制 由温度传感器对工作的温度进行检测% 将测得值反馈给温度控制仪%由温度控制仪把工作所需温度锁定在事先设置的数值内“*$ 储料缸的液位控制 由液位传感器对缸内的液体上下限位进行检测% 将测得的信息传给&(%由&(处理后指令加料泵工作或停止工作%以使缸内的物料保持在设定的范围内%防止溢出和缩小充填量的误差%提高定量的精确度“+$ 盒子封底&裁切&底部成形&顶部预成形&盒子消毒&充
11、填&封顶和折角&粘角等动作的控制% 由组合凸轮与接近开关组成动作匹配中心%匹配中心按各个动作的先后顺序和时间长短把信号传给&(%&(经过识别运算按设定的要求指令各个动作的气动元件工作%各气动元件上的接近开关又把工作的信号反馈给&(%&(处理后指令气动元件上的电磁阀排气%使气动元件复位待命“ 凸轮组上的各个凸轮对着接近开关走一圈后%又重复原先的给付信号的工作%使&(又发出指令让各气动元件工作%工作完毕又复位待命%周而复始%连续工作“,$ 故障诊断和警示 在各个可能出现故障导致机器出次品或废品的地方设置电子监控保护装置%让其一旦出现故障便自动停机%故障一日未排除%机器就无法启动%例如放卷%在合适的
12、位置装上检测仪% 包材快用完会提示工人准备换卷%一旦包材用完%工人未及时换&接纸时%发出信号给&(%&(指令主传动停车%屏幕上故障处同时显示包材用完的提示又如充填部位%装上盒子检测仪%如果没有盒子%会把信息传给&(%由&(指令充填机构不充填再如盒子成形器上对着工位装上能识别颜色的光电开关%发现盒子不能脱模时%会发出信号给&(%让&(指令机器停车%屏幕上故障显示处会打出盒子不脱模的提示%让操作工排除后重新开机再如在粘贴封口条装置旁边%装上检测器%一旦发现纸边没有粘上封口条%就会把信息告知&(%&(也会指令机器停车%屏幕上的故障显示处会出现无封口条的字样%同时发出蜂鸣声%待操作工把封口条接好%重新
13、开机进行包装生产“-$ 各主要控制系统如图!. *所示图 %机器制造的要点%“$关键部件及装置的特殊要求成形器(根据不同品种的盒子的周长%筒状成形器的直径可以扩大或缩小%长度的变化可移动光电定位器方状成形器可由中心向外扩张增),包装与食品机械!“#年第!卷第!期大或向内收紧缩小! 长度变化可以通过移动定位机构获得! 封口器及附件“根据砖形#苗条形与屋形的区别“可以上下调整和配合启动附加的顶部成形装置! 加热装置“必须配置符合卫生要求的空气净化器和高质量的符合卫生要求的电热元件! 气动元件“一定要选择质量好#性能可靠的产品!$%!控制系统 &$ 动力形式 采用变频电机代替传统的异步进电动机“使其
14、变速自如“运行可靠平稳“耗能降低!$ 中央控制 采用模块式可编程序控制器“以满足控制功能的增加之需要进行扩展!$ 封合热能 分别采用热风#电磁感应和超#声波! !“ 张力控制 采用进口的张力检测器和张力自动控制器! “ 图案校正 采用颜色套准控制系统! #“ 定位 采用双色标志光电开关和接近开关! $“ 封口条的纠偏 采用自行研制的跟踪自动纠偏装置! %“ 恒温 采用先进的温控器! &“ 执行机构 采用真空吸盘和气动元件#液压元件#液压泵#电磁阀#电磁离合器和制动器! (“ 启动停止 采用指示式按钮开关和触摸屏两用方式! “ 液位控制 采用先进可靠的液位检测器! )“ 无盒不灌装 采用红外线检
15、测技术! !应用效果与体会该机是在原来分体卧式生产线的基础上设计制造的$其工作原理与原生产线不变$只是将其缩为一机完成$减少机器占地面积$提高自动化程度$节省人力和便于操控! 从调试到使用情况看达到较为理想的设计要求$生产厂和用户较为满意! !*实现了多功能$填补了国内空白既可生产砖形包产品$又可生产新型屋顶包产品$还可以生产苗条形和斧形产品! !*)实现了光机电一体化运用微电子技术$采用光电开关#接近开关#热电偶#张力检测器#张力控制器#液位检测器等为传感手段$采集传递各个工序及环节的信息$以+,-为处理指挥中心$以气动元件#液压元件#电磁阀#电磁离合器和制动器为执行机构$形成一个有机的控制
16、整体$使机器的自动化程度和工作效率大为提高$机械的零部件大大减少$既可节省制造成本$又可缩短加工周期!*.达到了无菌包装要求据包装消毒牛奶试验$对包装的产品作微生物检测$致病菌#大肠杆菌和细菌均为零$常温下放置了$个月未见变质和胀包现象! !*!造形美观本机由于设置了大视窗$大挡板$材质又是沙光不锈钢板折压成形$焊接后又进行了打磨#抛光$配以高级电器和元件$外观显得格外漂亮和大方! 包装过程又由于采用了盒子预成形工艺$包装的产品外形两面对称$棱线分明$砖形似砖$屋形象屋$斧形如斧! !*“产品封合效果好$强度高由于采用了超声波和电磁感应新热能$封口处无明显烫伤和渗漏现象! 每个包装可承受!(公斤以上的压力! !*#产量适中包装速度达到)(!.(盒/0$适合中小企业和目前世界上为满足现代商品包装多样化$需要多品种#小批量的通用包装机械的发展要求! “结束语光机电一体化技术在包装机械中的应用$我国起步较晚$很多
