基于重量控制的蒸包機(jī)研制

單一竅+鄭明剛+張?jiān)?/p>

摘 要 包子是中國人最喜愛的食物之一。傳統(tǒng)的包子機(jī)對(duì)重量的控制要憑借操作人員的經(jīng)驗(yàn)設(shè)置面料和餡料的輸送速度，通過試驗(yàn)后確定。對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)要求高。不適用于對(duì)品種大規(guī)模的生產(chǎn)需要。本文借助于靜態(tài)計(jì)量方式的動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)手段，研制了基于直接重量控制的新型包子機(jī)，使得對(duì)蒸包重量控制更加方便，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞 包子機(jī)；重量；動(dòng)態(tài)稱量技術(shù)

中圖分類號(hào) TH6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）164-0223-02

市面上現(xiàn)有的包子機(jī)存在著許多缺陷，如傳統(tǒng)機(jī)械在加工過程中傷害了面皮的筋性，使產(chǎn)品的彈韌性、持水性等都不能符合工藝要求，影響了產(chǎn)品質(zhì)量，影響了口感，所謂機(jī)器做的沒有人工做的好吃[1]。市場(chǎng)需要更為人性化、加工工藝更為科學(xué)的包子機(jī)。經(jīng)過革新與改良，本文研制的包子機(jī)功能更強(qiáng)大，性能更優(yōu)異，不僅提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本而且其自動(dòng)化程度更高，定量更準(zhǔn)確，性能更穩(wěn)定，包子成型效果更佳。

1 工作原理

基于重量控制的蒸包機(jī)包括：

餡料輸送部分：1）餡料輸送機(jī)構(gòu)；2）面料輸送機(jī)構(gòu)；3）餡面混合器；4）蒸包包合機(jī)構(gòu)；5）蒸包輸送機(jī)構(gòu)；6）蒸包重量測(cè)量機(jī)構(gòu)；7）抬升機(jī)構(gòu)；8）支點(diǎn)；9）機(jī)架；10）包合機(jī)構(gòu)和傳送帶抬升機(jī)構(gòu)同步電機(jī)；11）編碼器；12）凸輪；13）人機(jī)交互界面；14）餡料數(shù)量監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

面料輸送控制由PLC內(nèi)部PWM1模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流減速電機(jī)、傳動(dòng)鏈條、料斗、螺旋輥、輸料通道組成。餡料輸送控制由PLC內(nèi)部PWM2模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流減速電機(jī)、傳動(dòng)鏈條、料斗、螺旋輥、輸料通道組成。包合部分由PLC數(shù)字輸出點(diǎn)、固態(tài)繼電器、交流減速電機(jī)、凸輪連桿機(jī)構(gòu)、包合機(jī)構(gòu)傳送帶托起機(jī)構(gòu)組成。蒸包輸送部分由PLC數(shù)字輸出點(diǎn)、固態(tài)繼電器、交流減速電機(jī)、傳送機(jī)構(gòu)、傳送帶組成。重量檢測(cè)部分是由波紋管稱重傳感器、稱重變送器、模擬量處理模塊、凸輪回轉(zhuǎn)角度編碼器組成。

餡料檢測(cè)裝置由漫反射型光電開關(guān)、PLC數(shù)字輸入點(diǎn)組成。電氣控制部分采用西門子公司S7-1200系列PLC系統(tǒng)，人機(jī)交互界面通常采用昆侖通態(tài)的7寸彩色觸摸屏。

成型蒸包的重量取決于蒸包包合機(jī)構(gòu)4包合間隙內(nèi)，餡面柱狀流束通過包合機(jī)構(gòu)中心的長(zhǎng)短。本設(shè)備采用蒸包包合機(jī)構(gòu)4包合間隔固定，調(diào)節(jié)餡面柱狀流束速度的方式實(shí)現(xiàn)成型蒸包重量的調(diào)節(jié)。

本設(shè)備蒸包重量測(cè)量機(jī)構(gòu)6安裝在傳送帶抬起機(jī)構(gòu)的抬升機(jī)構(gòu)7和蒸包輸送機(jī)構(gòu)5之間。通過與抬起機(jī)構(gòu)凸輪同軸連接的編碼器11檢測(cè)蒸包輸送機(jī)構(gòu)5的狀態(tài)，以確定重量測(cè)量窗口。將測(cè)量窗口內(nèi)的重量信息傳送到PLC控制中心，由PLC利用PID控制策略對(duì)餡料和面料的輸送速度進(jìn)行調(diào)節(jié)[2]。

2 各部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能介紹

2.1 控制部分介紹

電氣控制系統(tǒng)由電源模塊、人機(jī)界面模塊、PLC采集運(yùn)算控制模塊、重量采集模塊、位置采集模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成。

2.2 重量采集部分

蒸包機(jī)生產(chǎn)的蒸包重量范圍是50g～150g，每分鐘生產(chǎn)蒸包40個(gè)，對(duì)其重量的計(jì)量需要采用高精度動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。

本裝置采用不定量式靜態(tài)稱重方式，保證了較高的計(jì)量精度；同時(shí)，根據(jù)凸輪位置分時(shí)計(jì)量，使整機(jī)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)工作模式下；為提高秤體安裝精度和降低成本，采用單支傳感器組件。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖參見圖2。系統(tǒng)由1）蒸包輸送帶；2）重量傳感器；3）抬升機(jī)構(gòu)；4）支點(diǎn)；5）凸輪；6）編碼器；7）包合機(jī)構(gòu)等組成。

面料和餡料被以一定的速度輸送到包合機(jī)構(gòu)上，傳送帶凸輪作用下抬起，在最高點(diǎn)，輸送帶停止，包合機(jī)構(gòu)動(dòng)作，蒸包落到傳送帶上，包合機(jī)構(gòu)和傳送帶抬升機(jī)構(gòu)凸輪采用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，保證包合與抬升同步動(dòng)作。傳送帶下降，到達(dá)最低點(diǎn)處，傳送帶停止，凸輪轉(zhuǎn)過20°凸輪角，開始測(cè)量。即從凸輪角230°開始計(jì)量重量，當(dāng)凸輪角360°時(shí)結(jié)束計(jì)量，勻速運(yùn)轉(zhuǎn)的凸輪進(jìn)入下一個(gè)工作周期。凸輪每轉(zhuǎn)一周用時(shí)1.5s，即1？500ms，所以1°的凸輪角對(duì)應(yīng)的時(shí)間是：Ts=1500/360=4.17ms，由于蒸包重量可以采用不定量計(jì)量方式，只在系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行分時(shí)的不定量靜態(tài)計(jì)量確保有較高的計(jì)量精度，并使整機(jī)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)連續(xù)工作狀態(tài)。一臺(tái)靜態(tài)秤的計(jì)量誤差可以表示為：△W=△W1+△W2+△W3+△W4？？？？？？？？？？？？？（1）式中：△W1為傳感器誤差，所選傳感器誤差為萬分之三；

△W2為二次儀表誤差，所選信號(hào)調(diào)節(jié)裝置誤差為萬分之五，計(jì)量模塊誤差為千分之一；

△W3為秤體力傳遞誤差；△W4為振動(dòng)、風(fēng)力等其他隨機(jī)干擾誤差。

分時(shí)靜態(tài)計(jì)量減少了一般傳送帶動(dòng)態(tài)計(jì)量中控制元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制誤差以及傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力矩對(duì)傳感器受力的影響。由公式（1）知，傳感器本身和二次儀表這兩部分誤差在整臺(tái)稱重系統(tǒng)中所占誤差的比重較小，而秤體力傳遞誤差△W3所占誤差比重最大[3]。

2.3 凸輪位置采集部分

凸輪位置采用增量編碼器采集，編碼器與凸輪同軸安裝，利用PLC內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)器1對(duì)編碼器脈沖計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)換為凸輪的旋轉(zhuǎn)角度。編碼器采用增量型編碼器，1024線，可分辨出360/1024=0.325°；高速計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)方式，工作模式為A/B計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方向增計(jì)數(shù)，復(fù)位信號(hào)高電平有效，輸入端定義：I0.0為A相，I0.1為B相，I0.3為Z相復(fù)位端。訪問地址為ID1000；PLC通過訪問ID1000讀取凸輪位置。

2.4 面料輸送部分

面料輸送速度控制由PLC內(nèi)部PWM1模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流減速電機(jī)、傳動(dòng)鏈條、料斗、螺旋輥、輸料通道組成。PLC內(nèi)部PWM1模塊的時(shí)基設(shè)置為微秒，調(diào)節(jié)分辨率為0.001；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)為0%PWM～85%PWM信號(hào)，對(duì)應(yīng)直流減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為0r/min～42r/min，所以面料輸送速度調(diào)節(jié)分辨率為42/1000=0.042r/min。

2.5 餡料輸送部分

餡料輸送速度控制由PLC內(nèi)部PWM2模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、直流減速電機(jī)、傳動(dòng)鏈條、料斗、螺旋輥、輸料通道組成。PLC內(nèi)部PWM2模塊的時(shí)基設(shè)置為微秒，調(diào)節(jié)分辨率為0.001；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)為0%PWM～85%PWM信號(hào)，對(duì)應(yīng)直流減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為0r/min～42r/min，所以面料輸送速度調(diào)節(jié)分辨率為42/1000=0.042r/min。

3 結(jié)論

經(jīng)實(shí)際使用，其以上介紹的幾個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使整機(jī)緊湊、精度較高、使用方便，滿足實(shí)際需求，不僅僅提高了工作效率，在很大程度上也降低了生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]薛實(shí)福，李慶祥.精密儀器設(shè)計(jì)北京[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2]馮秉瑞.計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用[M].哈工大教材，2012.

[3]甄正義，等.定盤包裝電子秤[C]//全國第二屆側(cè)力與稱孟技術(shù)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集，2013.