热收缩薄膜包装机自动控制系统的研究

作     者：唐健 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖维荣

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：膜包机 分瓶控制 五次多项式 电子凸轮曲线 样条曲线 

摘      要：随着中国制造2025战略的推进以及我国制造业的不断升级,电气设备的自动化程度提升十分重要,包装设备企业需要对热收缩薄膜包装机进行升级和改造。本文通过对实际热收缩薄膜包装机控制系统的研究,根据河北某机械设备公司的热收缩薄膜包装机实际项目,设计和研发设备的分瓶控制与送切膜控制,进行控制系统软硬件方案的设计,实现热收缩薄膜包装机的自动化升级改造,提高设备的实用性。传统热收缩薄膜包装机采用气缸实现分瓶控制,采用离合器绑定切刀进行切膜,结构简单但运行速度慢。本文采用伺服驱动器控制永磁同步电机的电气控制来实现,设备自动将输送的瓶子分成规定规格,输送并切断定长薄膜,包围瓶组一周,经烘箱热收缩,输出包装成品。整个包装过程自动化程度高,包装效果稳定,速度快,包装参数可以通过人机交互界面进行设置修改,由控制器配合伺服系统进行多轴同步控制。本文对热收缩薄膜包装机分瓶控制和送切膜控制的过程进行了深入的分析,详细分析了分瓶和切膜过程的运行规律。针对常规膜包机分瓶精度不高和调整性差的现状,设计了分瓶电子凸轮曲线,提出了分瓶曲线自动计算方法。根据分瓶过程的特点采用了五次多项式结合三次样条插值曲线来实现分瓶电子凸轮曲线,很好地提高了分瓶精度,减缓了瓶子之间的挤压,实现了柔性分瓶。针对切膜过程对切刀的同步控制要求,根据切刀轴周长和切膜长度的关系,采用五次多项式设计并实现了切刀凸轮曲线,提高了高速送膜时切膜的准确性。本文对热收缩薄膜包装机控制系统的软硬件进行了完善的设计,采用了实时通讯现场总线Powerlink,强大的可编程计算机控制器PCC,先进的伺服驱动器ACOPOS和高性能同步电机以及X20系列IO模块实现系统的各项输入输出信号。以软件开发平台Automation Studio为基础,进行了系统软件硬件配置,以及分时多任务操作系统中任务循环时间的设置。设计了相关下位程序,包括系统主程序设计,底层轴控设计,分瓶控制和送切膜控制子程序设计。根据用户需求及设备的功能设计了人机界面,显示设备实际状态信息,传输用户指令。热收缩薄膜包装机经上述改造升级,通过现场设备的长期调试,测试结果表明设备分瓶精确,面对不同瓶型具备调整能力,切膜精准,能够稳定快速地完成包装工作。