封口機的杯體輸送部分改良及其控制系統設計

潘麗愛，杜秋磊

(長春大學 機械與車輛工程學院，長春 130022)

0 引言

隨著科技的發展和人們生活水平的提高，人們對食品的質量和衛生要求越來越高。因此，為了使產品得以密封保存，保持產品質量，避免產品流失，需要對包裝容器進行封口，我們把將充填有包裝物的容器進行封口的機械稱為封口機，它是一種時代的產物。目前封口機的種類很多，根據包裝材料的力學性能分為柔性容器封口裝置和剛性容器封口機。根據容器的形狀塑料材質的封口機又可分為袋裝和杯狀封口機。而杯狀封口機它主要適用于豆漿，奶茶等冷熱飲品的，因其結構簡單、體積小，操作方便被廣泛使用。［1］

本文主要是針對杯狀封口機，在了解其工作原理和結構組成的基礎上，對封口機進行改良設計，特別是對其杯子輸送系統進行設計，使其由原來的一杯一封口，變為現在的四杯可自動進行封口，并對其自動控制系統進行設計，使其自動化程度提高，更方便使用，彌補了傳統杯狀封口機的設計不足。

1 封口機的結構

1.1 原有封口機的結構［2］:

它主要是由電動機，凸輪傳動機構，壓頭，送料機構以及送杯機構通過機架連接組成如圖1所示。

圖1 主要構造及名稱1-收膜軸 2-機箱 3-放膜軸 4-電器箱5-安全擋板 6-下膜 7-托盤

圖2 改進后的送料結構簡圖

1.2 改進后的結構

改進后的封口機其主體部分的結構與原封口機相同。如圖2所示。為了提高封口效率和降低工人的勞動強度，主要對其封口機的托盤部分和壓桿部分進行改進設計。托盤部分由原來的托杯板，只能送進一個杯子，手動控制;改為采用步進電動機控制，可放入四個杯子，依次進行自動封口加工。壓桿部分原有封口機采用手柄，手動完成封口和切斷，改進后采用步進電動機，通過控制系統實現自動封口和切斷。

2 控制系統的設計

2.1 封口機的控制原理

將裝好的物品，放入帶有壓電傳感器的托盤，壓電傳感器工作，發出電信號，經放大電路放大后，經比較達到要求，輸出信號。PLC輸入接口2收到信號，輸出接口2根據編好的數據輸出脈沖信號，步進電動機Ⅰ開始工作使托盤旋轉到固定位置。檢測傳感器檢測到托盤到達指定位置，發出信號，經放大電路輸出信號。PLC輸入接口3收到信號，它同時控制輸出接口3和輸出接口4。輸出接口3根據編好的數據輸出脈沖信號，步進電動機Ⅱ完成指定工作();輸出接口4根據編好的數據輸出脈沖信號，打開指示燈泡，此時由于步進電動機Ⅱ工作，手動開關禁止使用;同時關閉檢測傳感器，當步進電動機Ⅱ完成任務后，燈泡滅，檢測傳感器打開。

如果只完成一個指定任務時，可通過手動開關單獨打開步進電動機Ⅰ，取出封好的物品。

封口機的控制原理圖見圖3。

圖3 封口機的控制原理圖

2.2 控制系統的功能

(1)自檢功能。每次將裝好物品的杯子放入托盤，開始工作，檢測傳感器檢測杯子是否到待封口的位置，并發出信號。

(2)報警功能。在自動運行過程中，燈泡既保證系統的正常工作，又能控制檢測傳感器的開關。

3 封口機的PLC控制原理［3－4］

3.1 封口機PLC的梯形圖及外部接線

封口機的PLC的梯形圖見圖4，PLC外部接線圖見圖5。

本PLC控制原理是:當按接于外部的按鈕SB，驅動第一梯級X1常開接點閉合，通過串聯與其后的T1。(T1收到信號立刻開始倒計時，計時結束后，常閉接頭打開，電動機1停止工作)由于各接點的閉合，接通Y1閉合，X1、Y1形成回路，繼電器驅動電動機1工作。

當按外部的信號打開FR1，通過串聯與其后的T2。(T2收到信號立刻開始倒計時，計時結束后，常閉接頭打開，電動機2停止工作)由于各接點的閉合，接通Y2閉合，X2、Y2形成回路，繼電器驅動電動機2工作。

當按外部的信號打開FR3，通過串聯與其后的T3，T5。T3，T5收到信號立刻開始倒計時，由于各接點的閉合，接通Y3閉合，X3、Y3形成回路，繼電器驅動電動機2工作。T3計時結束后，常閉接頭打開，電動機2停止工作;T4計時結束后，常開接頭閉合，電動機2又開始工作;T5計時結束后，常閉接頭打開，電動機2停止工作。

當按外部的信號打開FR3，通過串聯與其后的T6。T6收到信號立刻開始倒計時，由于各接點的閉合，接通Y4閉合，X3、Y4形成回路，繼電器驅動指示燈泡工作，此時禁止任何操作。T6計時結束后，常閉接頭打開，指示燈泡停止工作。

圖4 封口機的PLC的梯形圖

圖5 PLC外部接線圖

3.2 PLC語句表［5］

1 LD X1;2 ANI T1;3 ANI Y1;4 OR Y1;5 OUT Y1;6 LD X2;7 ANI T2;8 ANI Y2;9 OR Y2;10 OUT Y2;11 LD X3;12 ANI X3;13 ANI T3;14 OR Y3;15 OR T4;16 OR Y4;17 ANI T5;18 ANI Y3;19 OR T4;20 OUT Y3;21 LD X3;22 ANI X3;23 OR Y4;24 ANI T6;25 ANI Y4;26 OUT Y4。

4 結語

本文主要是針對杯狀封口機，在了解其工作原理和結構組成的基礎上，對封口機進行改良設計，特別是對其杯子輸送系統進行設計，使其由原來的一杯一封口，變為現在的四杯可自動進行封口，并對其自動控制系統進行設計，詳細說明了封口機的PLC的控制原理，并繪制了其等效電路和外部接線圖，寫出了PLC的指令。此款封口機杯體輸送及控制系統的設計不僅使其自動化程度提高，更方便使用，而且還彌補了傳統杯狀封口機的設計不足。

［1］孫建鋒.桌上型全自動塑杯封口機的設計［J］.包裝與食品機械，2001，18(6):7-9.

［2］都臘梅，曾曉紅，袁友偉.立式制袋充填包裝機封口機構的智能化設計［J］.中國包裝工業，2001(4):16-18.

［3］林小峰.可編程序控制器原理及應用［M］.北京:高等教育出版社，1991.

［4］郭和偉.三種用PLC控制的防止相間短路的電動機正反轉控制電路［J］.木工機床，2003(3):35-37.

［5］胡學林，宋宏.電氣控制與PLC［M］.北京:冶金工業出版社，1997.