包装机械设计中的控制技术

       包装机械是发展包装工业的基础，我国包装机械在品种、数量、性能、档次上均很难满足包装工业发展的需要。包装机械中的自动控制技术，直接影响包装机械的结构、工作可靠性、包装产品质量、生产效率、能量消耗和操作环境等，是发展包装机械的关键技术，受到业内人士的普遍重视，应当认真研究。

1 包装机械对控制的要求

       按国际标准化组织ISO 的定义，将完成包装工序的机械统称为包装机械。因此它所包括的范畴很宽，种类繁多。我国国家标准分为12 大类，各类有不同的功能与特点。

       从控制的角度来说，可以将包装机械分为单工位和多工位2 种类型。所谓单工位包装机械是指所有包装操作是在一个工位上完成，当一件（组）物品完成全部包装并输出后，下一件（组）物品才能进入机器开始包装。而多工位包装机，其物品从输入到输出，需经多个工位，在不同工位上依次完成各个包装操作，全部包装操作是分散在不同工位上同时进行，其生产效率可以很高。包装机械类型不同，工作特点与控制要求当然也不同。本文主要讨论多工位包装机。

       按包装机械的结构，可以将它分成8 个组成部分：

       主传送系统、驱动与传动系统、被包装物品的计量与供送系统、包装材料供送系统、包装操作执行机构、产品输出机构、机身、检测与控制系统。应当说，除机身外，各个部分都与检测及控制有密切关系。不同包装机械各部分的功能及具体控制要求有所不同，下面对多工位包装机的控制要求进行综合分析、介绍，了解这些，对读者设计包装机控制系统是有帮助的。

       1.1 主传送系统的控制

       根据被包装物品的情况，主传送系统可设计成连续运动或间隙运动两种形式，二者在机构组成和运动特征上存在区别。因此对驱动装置的选择，如驱动力矩、速度调节、反转、制动等，要求也不同。对多工位间隙运动的包装机，为了保证高速工作，各工位规定有不同的任务，而且检测工位与处理工位往往不一致，控制系统设计需对应满足其要求。包装物品由主传送系统传送，各种包装辅助材料由供送系统传送，它们之间的动作必须协调配合，控制上应严格保持一致。

       1.2 检测、执行机构动作时间准确配合

       多工位间隙运动包装机，物品由一个工位移到另一个工位作间隙步进运动，主要包装操作在物品静止时（间停时）完成，因此执行机构的动作必须控制在间停时间段的某一时间片内完成。

       另外，有些包装材料不是连续传送的，对这种包装材料的检测需要准确定时。如卷烟包装机中盒皮的供送，要待其下到规定位置时去进行检测才有效，盒皮未下到位或盒皮已下过位去检测均无效，这就要求严格的时间配合。

       1.3 包装材料供送系统的控制

       供送系统要及时将材料传送给主传送系统上的包装物品使用，但生产上出现某些情况时有时又要求它不传送。如卷烟包装机中无烟支则不下铝纸、盒皮和小花；又如无料不送袋，断瓶不充填，缺盒不上标等均属这种情况。再有如连续供料不正常（如连缺盒皮多张），则要求停机，这既是保证正常生产的需要，也是节约主、辅材料的要求。控制系统设计应满足这些要求。

       1.4 动作顺序

       包装机械或包装自动线集机、电、气、液于一体，机构复杂，各机构之间各组成部分之间的动作有一定次序需严格配合，不允许混乱。包装自动线又有刚性（无中间的存贮装置）和柔性之分，前者会因某一环节短暂停车而影响全线正常工作。控制系统设计应满足此要求。

       1.5 速度调节

       包装机械在自动/ 手动/ 调试等工作方式时，对设备运行速度有不同的要求，应选择相应的驱动装置及调速方案以满足其要求。
   
       1.6 安全保障

       包装机械为提高生产效率多设计成高速、连续工作的运行方式，对操作人员安全，设备安全（ 如易堵物品引起的设备损坏）及防止误操作等，均要求有较完善的安全保护措施及相应的故障报警显示，以防事故发生及便于寻找故障。

2 包装机械控制系统的设计

       多数包装机械机构复杂、动作精确、工位多、各机构之间的运动关系有着极严格的要求，控制设计必须与机械设计紧密配合，各用其“长”，以取得最好的总体效果。这是在控制系统设计时首先应当明确的。

       近年来微型计算机、单片机、可编程序控制器（PLC），在包装机控制系统中得到了广泛的应用。特别是PLC 以其工作可靠、编程易学、安装方便、维修工作量小等优点更受到青睐。针对上面包装机械对控制所提出的要求。总结笔者的经验，对包装机相关PLC 控制程序的设计方法，介绍如下。

       2.1记忆控制

       为了能与多工位间隙运动包装机中各工位相对应，还能实现各工位的逐位移动，并纪录各工位检测到的状况（ 以便将前面工位纪录的信息用于后面工位进行控制），在PLC 程序设计中采用移位寄存器可以很方便的实现。

       图1 为GDXl 烟小包机主传送系统的控制程序例，包装l 盒烟分为82 个工步，控制程序中用前后两个（ 段）移位寄存器来对应，前段对应35 个工步，后段对应47 个工步，两段通过M242 连在一起构成82 位，选取移位信号使得与主传动的工步移动同步。图l 中前、后段移位信号可以相同或不相同，这样可以视工艺需要分别控制前、后段移位或不移位。如卷烟包装机中当前段检测到有空盒，会令后段不移位。利用移位寄存器中的位具有记忆功能，图l 中示出了检测位与处理位不相同时，控制程序的处理方法。如图l 示，当检测到不合格品时，令M202 置l，待其移动3 位（步）令M205 为l 时，可通过@l0 输出处理。如烟机设计中在M202 位检测到烟支有缺支、空头时，这包烟移至M205 位时即行剔除。同理，读者不难推出利用移位寄存器来实现各种不同记忆控制的编程方法。如利用移位寄存器实现供料连续不正常时命令停机的程序等。