刘伟峰

摘要：近年来随着人们生活水平的提高，人们越来越重视食品的安全与包装外观，自动包装机是食品行业不可或缺的设备。设计了一台能自动完成送料、送膜、制袋及纵横封等工序的食品包装机，介绍了其基本结构和工艺流程，并以PLC为核心设计了包装机的控制系统，实现各个轴的协调运动。

关键词：食品自动包装机;设计;开发

引言

随着我国人民生活水平的提高，对食品的需求量越来越大，如方便面、挂面、果蔬等，对食品的质量以及安全等要求也越来越高。其中，包装精美、品质安全的食品也越来越受到消费者的关注。随着机电一体化技术的不断进步，对包装机的生产效率、稳定性以及可靠性提出了更高的要求，因此如何实现包装机的智能化、自动化以及功能多样化已成为国内外包装机研究的重点。

1包装机的工艺流程

食品包装机的包装膜输送和物料传送是同步进行的，由光电传感器与接近传感器分别对包装膜和物料的位置进行检测，光电传感器对切点信号实时传送，根据信号实时调速，保证横切刀准确地切到色标位置。包装膜由送膜机构送入制袋成型器，在制袋成型器内被卷成筒状，物料由物料输送机构推入已成型的包装膜内，然后装有物料的包装膜被继续推入纵封机构，对纵缝进行封合，然后进入横封横切机构，完成横向封口与切断，至此完成整个包装工序，最后由成品输出机构输出。

2食品自动包装机的设计与开发

2.1上位机触摸屏

上位机触摸屏（HMI）是目前最简单、最方便、最直接的人机交互方式。触摸屏不仅仅是整个控制系统的外观展示，更是整个系统运行稳定的重要保障。操作者在通过触摸屏输入控制指令的同时也可以对现场的运行情况进行实时监测。该包装机的工作环境复杂多变，为了保证设备能够在复杂的工作环境中稳定可靠运行，同时考虑到其实用性和成本等特点，该控制系统中上位机选用EVIEWMT6500T系列触摸屏。该款触摸屏支持3个串口通信，通过RS232/RS485进行通讯，扩展存储器支持SD卡和U盘，最高支持2GB，拥有520Hz的32位RISC超快的处理速度。经过实际运用可知，该款触摸屏具有较高的可靠性和可操作性，能够满足食品包装机的多功能要求。

2.2样机试验

根据设计制作试验样机，试运行发现，此包装机性能稳定，操作简单，参数设定方便快捷，能够适用于多种材质的包装膜，适用于饼干、面包等各类有规则的块状食品包装，样机及触摸屏显示如图8所示。试验得到，此包装机的包装速度与物料的大小有关，最快能达到250袋/min，能够适用的包装膜最宽达到400mm，包装产品合格率为99.5%，且包装产品外形精美，所有控制均可通过触摸屏由软件实现，方便功能调节和技术升级。

2.3出料、称重及补偿装置

出料装置结构主要运用容积法进行出料。具体原理如下：用气缸推动大容器内的物料向上运输，物料会通过料仓侧面的开口落入轨道中，最后落至暂存料斗。在大调节板上开了槽口，用于调节大三角块与大调节板之间的相对高度，从而达到容积可调节的目的。称重装置是为了使每罐食品的质量达标。当应变式压力传感器受到压力时，产生形变，阻值变化，产生不平衡电压，因此反应出暂存料斗内的食品质量。暂存料斗的出口被挡片挡住，达到坚果出料后不直接落入罐子的目的。此外，为了保證食品能顺利落入罐子中，添加了一对气缸进行拨料。称重装置会对暂存料斗内的食品进行初步测量，计算出与所需食品质量的差值，计算好后发送信号给单片机，然后进行补偿。为了达到体积小，机构简单的目的，提出容积补偿方式。重量补偿装置原理与出料方式相同，气缸从下往上推动容器，到达指定高度后物料从侧面沿着轨道落至暂存料斗。与出料装置相比只是缩小了容积，从而达到重量补偿的目的。补偿装置安放在落料装置旁边，相比其他方式，不需要额外部件，节约体积与成本。

2.4软件设计

自动包装机控制系统软件设计主要包上位机触摸屏程序以及下位机程序。在人机界面中主要包括初始界面、操控界面、报警界面。其中，初始界面包含了食品包装机名牌界面、语言设置界面;操控界面包含了手动操作、运行画面、定量设定、系统参数、参数设定等;报警界面由历史报警记录以及在食品包装过程中，下位机程序的稳定性对于当前报警记录组成。包装质量和包装效率至关重要。食品包装控制系统的主程序流程中，在食品包装机运行前，首先，要对横封和纵封温度进行判定，判定横封和纵封温度是否达到当前所设置的目标温度，然后对安全门和手动、自动状态进行判断，当安全门关闭且处于手动状态时，进行单轴独立运行;若启动的是自动按钮时，参数设置后进行各子程序循环运行。

2.5包装机的结构

包装机主要由控制系统、动力系统和执行机构等组成。执行机构包括物料输送机构、送膜机构、制袋成型器、纵封机构、横封横切机构和输出机构等。物料输送机构：物料输送机构主要由链条、链轮、支撑装置、分割杆和张紧装置组成。伺服电机通过链轮带动链条向前运动，链条上的物料随之运动，分割杆以一定间隔铰接在链条上，使物料以固定间距有序进入制袋成型器，链条运动一段时间可能会出现松弛现象，可以用张紧装置张紧。送膜机构：送膜机构主要由牵引输送机构、拉膜张紧装置、支撑机构和导向机构组成，固定在支撑杆上的卷盘薄膜，通过导辊轮导向和张紧轮张紧，到达牵引输送机构（主要由驱动辊和压膜辊组成），通过牵引输送机构牵引到制袋成型器。对于有商标图案的薄膜，送膜机构上装有色标传感器，通过信号反馈，对薄膜进行调节，确保合理的封切位置，保证产品的美观。包装机在工作过程中，送膜速度会时快时慢，拉膜张紧装置会使包装膜一直保持一定的张紧力。制袋成型器：制袋成型器是食品包装机的关键部件，它的作用是将平面的包装膜变为筒状。制袋成型器主要由支架、成型板、连接板、制袋翼片、调节手轮等组成。包装膜进入制袋成型器后，由制袋翼片和成型板将膜卷成筒状，并预留纵封封边，制袋成型器决定了包装产品的外观尺寸，可以通过调节手轮调节袋的大小。纵封机构：物料输送机构将物料送入成型了的包装膜中，然后装有物料的包装膜进入纵封机构进行纵向封合。设计的包装机采用辊式纵封结构，主要由纵封辊、加热装置和驱动机构组成。纵封辊由两个有一定锥度的圆柱型滚轮组成，它不仅能对产品进行纵向封合，而且能起到拉膜牵引的作用，保证了包装膜的连续性，辊轮表面有网纹滚花，用于保证封合质量，辊轮内部装有加热装置，能够使包装膜更好地粘合。横封横切机构：横封横切是食品包装的最后一道工序，它是将装有物料并纵封好的包装膜以一定长度进行横封封口并切断。设计的包装机采用回转式横封机构，主要由上下横封座、切刀和发热管等组成，此装置是将横封结构与切断合二为一，结构简单，有利于减小整体结构尺寸。

结语

设计了一台能自动完成送料、送膜、制袋及纵横封等工序的食品包装机，介绍了其基本结构和工艺流程，并对各个部件的结构做了简单介绍;以PLC为核心，设计了包装机的控制系统，实现各个轴的协调运动。通过样机试验，此包装机能够适用于多种材质的包装膜，适用于饼干、面包等各类有规则的块状食品包装，且具有高的效率和精度，操作简单，对于不同尺寸规格的产品都具有很好的包装效果，拥有广阔的市场前景，对我国食品包装行业的发展也具有积极的促进意义。

参考文献

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