1 前言 控制系統(tǒng)是包裝機(jī)械的重要組成部分，它的作用在于對整個自動工作循環(huán)進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，包括：使各種包裝運(yùn)動按一定順序進(jìn)行；必要的壓力、溫度、時間、速度的調(diào)節(jié)及其控制；各種質(zhì)量檢測，自動安全保護(hù)，自動計(jì)量、計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)；物料的供停，故障的自動報警等控制。 常規(guī)控制系統(tǒng)有：機(jī)械式、氣(液)動式和電控式等。其中，電控式應(yīng)用最廣。這些控制系統(tǒng)的控制方式大多是單一的，具有一定的局限性。如電控式，控制主要采用繼電器接觸器電路和儀表控制方法，即使是一些大型企業(yè)生產(chǎn)的包裝設(shè)備也仍然采用開關(guān)電路板或單元組合儀表方式(控制原理見)，其控制水平較低，已難以適應(yīng)現(xiàn)代食品包裝的控制要求。 為提高我國包裝機(jī)械的綜合技術(shù)水平，使我國的包裝走向世界，必須采用先進(jìn)控制技術(shù)來提高其自動化水平。發(fā)展集機(jī)、電、氣、光等高新技術(shù)為一體的包裝設(shè)備將是一種必然趨勢。 筆者通過單條活魚包裝機(jī)[為連續(xù)式多規(guī)格多功能單條活魚自動換氣充氧(液)裝袋機(jī)]的設(shè)計(jì)研制，采用新型模塊化設(shè)計(jì)方法，很好地將機(jī)、電、氣、光技術(shù)進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)、優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)了對該機(jī)的最優(yōu)控制。該機(jī)在國內(nèi)外尚屬首臺，已在新加坡某魚場投入使用，效果良好。這種控制方法適用于抽氣／充氣(液)軟包裝設(shè)備的自動控制。 2 設(shè)備工藝要求及控制要求 2．1 工藝要求 (1)包裝袋規(guī)格為3"、4"、5"、6"、和7"；(2)包裝材料為無毒可熱封薄膜；(3)因是活魚包裝，不僅要求包裝袋內(nèi)有水，還需抽去袋內(nèi)空氣形成真空再充入氧氣(配液)，以保證活魚存放時間；(4)要求連續(xù)工作；(5)包裝規(guī)格變換方便；(6)除人工投魚外，其余操作全部自動完成。 2．2 控制要求 本機(jī)采用多功能模塊化組合式的設(shè)計(jì)方法，機(jī)器總功能分解為供膜、成型、定量供水、導(dǎo)向、牽引、縱封、光電定長、橫封切和輸出九大模塊。各功能模塊的構(gòu)成、作用以及機(jī)器總體結(jié)構(gòu)模塊圖見筆者論文。 結(jié)合機(jī)器工藝要求，將各功能模塊按一定的工作順序進(jìn)行優(yōu)化組合后，得到機(jī)器工作循環(huán)圖，見圖1。 由此，對其控制系統(tǒng)提出以下要求：(1)人工投料(魚)后的投料信號控制；(2)每袋裝水量的控制；(3)縱封、橫封切的壓力、溫度控制；(4)袋長控制；(5)抽氣／充氣(液)的定量控制；(6)各模塊執(zhí)行件的動作順序控制。 3 控制方法 3．1 總體方案 本機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，各功能模塊的控制相對簡單。控制的關(guān)鍵及難點(diǎn)在于如何發(fā)揮機(jī)、電、氣、光各種技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)行優(yōu)化組合，使各模塊執(zhí)行件的運(yùn)動相互協(xié)調(diào)、有序動作。本方案采用PLC作為整機(jī)的控制，并設(shè)置數(shù)據(jù)設(shè)定顯示單元，很好地解決了這一問題，控制快速、穩(wěn)定、可靠，參數(shù)調(diào)整方便、快捷。 3．2 機(jī)械控制 實(shí)現(xiàn)供膜、成型、成品輸出的自動控制。其中，供膜由供膜架、滾筒支軸、滾筒、卷筒支軸、卷筒支塊等機(jī)械裝置完成；成型主要由集料斗與成型器為一體的成型下料斗完成；成品輸出由出料斗槽等機(jī)械裝置完成。 此外，縱封、橫封切的熱封壓力控制通過調(diào)整縱封頭或橫封切頭的位置實(shí)現(xiàn)。 3．3 電氣控制 實(shí)現(xiàn)縱封、橫封切熱封溫度的自動控制。系統(tǒng)由兩套智能化數(shù)據(jù)溫度指示調(diào)節(jié)儀、測溫元件(熱電偶)和加熱元件(電熱管)等部件組成。其控制原理框圖見圖2。 3．4 氣動控制 實(shí)現(xiàn)抽氣／充氣(液)以及縱封、預(yù)夾封(橫封前)和橫封切的自動控制。氣動系統(tǒng)主要由三聯(lián)體、壓力表、電磁閥、真空發(fā)生器、真空過濾器、氣缸以及接頭、管路等組成。電磁閥的接通與斷開以及氣缸的動作由PLC控制。其控制原理框圖見圖3。 3．5 光電控制 實(shí)現(xiàn)袋長的定長控制。其控制原理為：經(jīng)縱封后的筒狀薄膜由牽引輪拉動向下運(yùn)動。牽引輪的動力來自于控制電機(jī)(永磁低速同步電機(jī))，它可實(shí)現(xiàn)瞬間啟動、停機(jī)和磁保持定位。薄膜在向下運(yùn)動過程中通過光電色標(biāo)定位后進(jìn)入橫封切部件。 為保證工作時光電色標(biāo)定位準(zhǔn)確可靠，對包裝膜的色標(biāo)寬度(沿薄膜前進(jìn)方向的寬度)有一定要求。色標(biāo)過寬，影響光電管第二次接收信號；相反，色標(biāo)過窄，色標(biāo)經(jīng)過時間短于延時時間，則一直延時，出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 3．6 其它控制 包括人工投料(魚)后的投料信號控制、每袋裝水量的控制以及水箱進(jìn)、出水控制。其中，投料后的投料信號控制由霍爾開關(guān)實(shí)現(xiàn)。其控制過程如下：人工投料后，即按動霍爾開關(guān)感應(yīng)片，由霍爾開關(guān)發(fā)出信號，啟動一次自動工作循環(huán)；每袋裝水量的控制由自動定量的水箱實(shí)現(xiàn)。其控制原理為：打開進(jìn)水閥，水箱內(nèi)的浮子帶動霍爾開關(guān)上的感應(yīng)片上升，霍爾開關(guān)檢測頭位置可任意設(shè)定。當(dāng)感應(yīng)片到達(dá)檢測頭時，發(fā)出信號，控制進(jìn)水閥關(guān)閉，完成一袋水的定量；水箱的進(jìn)水、出水控制，則分別采用電磁閥控制。 3．7 整機(jī)控制——PLC控制 本機(jī)采用PLC作為控制中樞，自動控制機(jī)器全部模塊執(zhí)行件的順序動作。并設(shè)有數(shù)據(jù)設(shè)定顯示單元，實(shí)現(xiàn)屏顯操作。此外，考慮到機(jī)器調(diào)試與操作需要，設(shè)有手動／自動的切換。 PLC控制原理框圖見圖4。 4 新型控制方法的主要優(yōu)點(diǎn) 新型控制方法與常規(guī)控制方法相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)機(jī)器采用模塊化設(shè)計(jì)，對各模塊執(zhí)行件的動作協(xié)調(diào)配合要求較高。采用PLC作為整機(jī)的神經(jīng)中樞，對各模塊動作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，很好地解決了這一問題；(2)控制系統(tǒng)設(shè)有數(shù)據(jù)設(shè)定顯示單元，人機(jī)交互性好，一些動作的延時時間可直接在顯示板上設(shè)定，操作方便、快捷；(3)縱封、預(yù)夾封和橫封切封頭的運(yùn)動采用先進(jìn)的氣動元件實(shí)現(xiàn)，工作穩(wěn)定可靠；(4)縱封、橫封切熱封溫度控制運(yùn)用負(fù)反饋控制原理，控制及時、準(zhǔn)確、穩(wěn)定；(5)采用機(jī)、電、氣、光技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)、優(yōu)化組合的控制方式，控制效果好，并省卻了大量的機(jī)械裝置，簡化了機(jī)器結(jié)構(gòu)；(6)袋長控制采用光電定位，PLC控制，牽引輪由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了袋長的定長控制，理論上袋長可無級變化。該控制方式較常規(guī)控制簡單得多。 5 結(jié)語 通過模塊化設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下的連續(xù)式多規(guī)格多功能單條活魚自動換氣充氧(液)包裝機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制，證明了：抽氣／充氣(液)軟包裝機(jī)控制系統(tǒng)采用微電腦控制下的機(jī)、電、氣、光一體化結(jié)構(gòu)，控制效果好，人機(jī)交互性好，操作靈活、簡便，工作穩(wěn)定、可靠，形成了一個智能化、柔性化的自動包裝系統(tǒng)，適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展對包裝機(jī)械的新要求，具有良好的市場前景。