一種新型PLC 聯合控制包封設備的設計與應用研究

2021-05-02 12:52:16GunhoiKim

科技創新與應用 2021年12期

陳旭，Gun-hoi Kim

（全州大學機械與汽車工程系，韓國全州 430074）

現在市場上采用小型塑膜包裝的模型包封效率低下且包封精度不高，鑒于目前勞動密集型、小微產業生產率不高的現狀，設計搭建一種包封模型。

該設計采用一種立式組合擠壓包封模式，通過PLC 自動控制系統使這臺機器從堆疊的面包片中把所需切片面包喂入生產系統，通過皮帶輸送機將面包片喂入奶油卸料裝置、定位裝置、包封塑模裝置下，直至完成整個成型過程。

最后評估其奶油夾心面包包封系統原型的效能。所考慮的預期性能是：卸下的奶油重量范圍為45±3g，奶油夾心面包的包封能力至少為每分鐘8 片。同時評估奶油的出料精度、夾心面包的包封效率及原型包封系統的經濟可行性。

1 包封設備的系統結構與流程

1.1 搭建系統結構

夾心面包包封系統（H1840×L2610×W640mm）是定制設計制造的全自動順序程序系統（圖1）。該系統包括：控制單元、帶式輸送機、下切面包彈出單元、卸料單元、上切面包彈出單元、定位單元、包封單元和控制單元，通過可編程邏輯控制器（PLC 控制面板）進行控制。

1.2 包封設備工作流程

圖1 系統結構流程圖

下切片面包彈出裝置是由食品安全透明塑料板制成的一個方形容器（W530×D140×H535mm）、一個彈出板和四個擋板組成（圖2）向帶式輸送機的輸送方向水平移動，當推板完全彈出時垂直安裝在每個柱子上的阻塞桿由氣缸帶動下放至凹槽處使面包片放置在帶式輸送機上，隨后彈出板回縮至原始位置。

卸料裝置由料斗、腔體、四個卸料噴嘴、電動機和旋轉連接桿組成，通過PLC 控制電動機旋轉帶動出料軸的旋轉桿運動，將奶油從料斗中拉出到腔體。腔體內的奶油通過兩個活塞的往復運動推動，四個噴嘴將腔室中的奶油排到切片面包上，上切片面包彈出裝置的原理和結構與下切片面包彈出裝置相似，只是比前者方形容器高67mm，允許從帶式輸送機表面垂直的空間輸送。

圖2 下切片面包彈出裝置示意圖

定位裝置由一個矩形框架和兩個氣缸組成，氣缸控制矩形框架的水平和垂直往復運動，將奶油夾心面包推送到包封裝置下。定位單元與帶式輸送機聯鎖，定位四個奶油夾心面包，定位單元的操作由帶式輸送機的開/關控制初始化（圖3）。

圖3 定位裝置示意圖

包封單元由四個氣壓缸和型腔模具組成。型腔模具的設計是一個可垂直移動的半模，而底板被替換為下半固定模架（圖4），四個夾心面包放在一個扁平的鋁床上（即下半固定模架），被四個模腔的邊緣覆蓋，同時壓力機被抽出時面包屑是通過空腔模具的外部擠壓剪切而產生的。

2 PLC 流程設計

設備采用西門子PLC 控制系統，該系統主要是通過控制柜完成數據信息采集并處理模擬信號，通過變頻器完成電機轉速的動態調節（如圖4 所示）[1]。

根據流程圖設計電氣控制電路（圖5），其中包括開關按鈕、位移傳感器、延時繼電器等元器件，利用EPLAN軟件繪制部分電機主回路和控制回路，并進行測試（如圖6 所示）。

3 實驗測試及分析

實驗前依據旋轉桿的旋轉周數估算從卸料裝置噴嘴排出的奶油量，用電子秤測量了紙杯中收集到的奶油重量，扣除了紙杯的自重。此試驗重復30 次，取每個噴嘴的數據，并將奶油的重量范圍進行比較將其歸類，確定超出范圍與奶油排放總量的比率。包封率是指包封奶油夾心面包的成功次數。用型腔膜具包封的不完整性被歸為失敗包封（包括表面無法粘合）。在本實驗中，通過觀察切片面包的外觀狀態來評估包封失效。