挂面纸包装的控制系统设计Word文档下载推荐.docx

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目前，国内的挂面包装主要有以下几种形式：

卷纸包装、卷纸加收缩膜包装、塑料膜自动包装等。

卷纸包装就是将散状的挂面让人工在外面将其裹紧，经反复揉搓、墩紧，使之形成一个紧密的圆柱体。

这种包装形式是伴随着挂面的发展走过了漫长的历程。

因此在普通消费者的心目中形成了深刻的认知，甚至许多老年人认为只有这种包装形式的才是挂面。

这一陈旧的市场定位使得这一包装形式牢牢占据着挂面包装的统治地位。

随着国家对食品卫生的监管越来越严厉，这种半裸装的食品已很难再进入主流的卖场，这就出现了纸包装外面再用收缩膜二次包装这一包装形式。

而挂面全自动塑料膜包装虽然具有自动化程度高、产品包装费用低、节省人力资源、产品保质期长等诸多优势，但由于其外形呈矩形，与传统的圆柱形挂面包装相差过大，一直得不到广大消费者的认可，因此占得市场份额较少。

因此本文主要对挂面的纸包装机进行整体流程的控制设计以及它的部分计算。

通过查阅相关资料，运用专业基础理论和专业知识，对挂面包装机进行控制设计计算，对前面的传输部分、进纸机构部分和计量装置进行选择。

再通过对包装的整个流程的了解，确定各个部分的控制过程，通过运动分析确定挂面纸包装机的包装动作，对其进行时间控制。

同时，根据所需要的控制流程，在PLC的选择上进行确定，绘制出一些相关的流程图和PLC控制图，以及包装的时序图。

对挂面采用全自动纸包装，不但节省了人力资源而且还能够减少对环境的污染。

挂面包装的概况与现状分析

挂面包装的概况

近年来，随着用工成本的不断上升，广大中小挂面加工企业开始面临生存危机，挂面的包装已经成为企业发展的瓶颈，但传统的保守观念及微薄的企业利润又制约着各自购买全自动包装设备，这就使得整个挂面行业处于转型的进退两难境地。

挂面包装的现状。

而挂面全自动塑料膜包装虽然具有自动化程度高、产品包装费用低、节省人力、产品保质期长等诸多优势，但由于其外形呈矩形，与传统的圆柱形挂面包装相差过大，一直得不到广大消费者的认可，因此，占得市场份额较少。

挂面包装机械的现状。

由于挂面卷纸包装在市场上的强势地位，广大挂面生产厂迫切需要一种能够实现用纸来包装挂面的全自动包装机。

面对这一巨大的市场需求，国内外众多包装机械制造企业无不投入了巨大的人力、财力进行研发，但由于这一产品的特殊性，这种包装机的研发难度极高。

10多年来，虽有很多家公司研制出一些相关的机型，但经试用，无一过关，现在这种包装机的研制，基本上处于停滞状态。

而挂面的塑料膜包装机早在上世纪70年代就由日本引入中国，它可以经过计量、提升、自动包装等工序一次完成挂面的自动包装。

安全卫生，包装速度快，计量准确，包装成本低，节约大量人力，可以说是一种理想的自动包装设备；

但由于一来市场不太认可这种包装形式，同时该种包装设备价格昂贵，严重影响了这种包装机械的推广。

进入10年来，仅有为数不多的挂面生产企业采用该设备。

后来，开始有一些国内的企业仿造这种包装机械，该机的国产化虽然降低了设备的价格，但质量也与进口产品相差较大，因此很多年来该设备销量很少，大多数挂面生产厂并不认可这一设备，挂面手工卷纸包装仍然占据主导地位。

近几年来，一个新兴的包装机械制造企业——青岛英力特包装机械有限公司介入这一领域。

该公司以强大的研发能力、过硬的产品质量，不断推出一代又一代的挂面包装机械设备，使得这一领域的情形有所改观。

特别是该公司最新开发的挂面圆柱形塑料膜包装机，该机包装的挂面采用塑料膜包装，包装后的外形与手工纸包装近似，也是较紧密的圆柱形，而且还可以实现从计量、提升、包装为一体的全自动化生产，可以说兼顾了市场的审美习惯及生产的自动化需求。

该设备的研发成功，吸引了国内众多挂面生产厂的注意，也引起了相关专家们的重视：

由中国食品科学技术学会牵头，组织国内顶级专家于今年7月7日在青岛市对该设备进行了鉴定，与会专家和企业家代表完全肯定了该机的性能，对该机的成功研发给予较高评价，为这一设备的推广打下了良好的基础。

挂面包装的现状分析

挂面包装的历史机遇。

无论挂面的塑料膜包装具有多大的优势，挂面的纸包装以其强大的市场需求仍占据主导地位，这就使得挂面包装机的推广举步维艰。

但近年来，随着用工成本的上升，优质劳动力已变得炙手可热，挂面包装的变革已面临着历史机遇。

目前，挂面纸包装的工人工资已升至1500元/月左右，即每包装一份挂面，人工费就需要0.03元～0.06元（每份包装的克重不同，人工费用不同），就是这样，挂面企业的包装工人也在大量流失，挂面企业付出大量的培训费用，辛辛苦苦培养出来的熟练包装工人，还越来越多地流失到其他报酬更好、技术含量也相对较高的行业中去。

据了解，几乎所有的挂面生产企业熟练包装工人的流失率都在50%以上。

一些待遇较差的中小挂面生产企业的流失率更高达80%～90%，这一现状已严重威胁到挂面生产企业的生存。

这一严酷的现实迫使广大挂面生产企业纷纷采用包装机械来包装挂面，挂面包装机械的推广面临最好的历史机遇。

后段自动化的推广需要全社会支持，挂面人工卷纸包装除了需要使用大量的优质劳动力和较高的人工费用以外，单纯的包装材料成本也是很高的。

以目前主流的纸包装外加收缩膜二次包装这一包装形式为例，一个500克包装的挂面包装纸的价格约为0.05元，外包的收缩膜价格约为0.04元，两者合计为0.09元，如果再加上人工包装费用约为0.03元，这样共计包装费用就达到了0.12元左右。

而且外包装收缩膜需要使用热风收缩炉这一设备。

由于这一设备的功率一般都在15千瓦～20千瓦左右，使用该设备需要耗费大量的电力，而普通的塑料膜包装机包装的塑包挂面，500克包装的包装膜只需0.07元～0.08元左右（包装膜的价格与包装膜的厚度有关），并且由于是全自动包装，使用人力较少，人工成本基本上可忽略不计。

而青岛海科佳电子设备制造有限公司最近出品的挂面圆柱形塑膜包装机包装的挂面，500克包装的包装膜成本仅需0.05元，比传统的塑膜包装节约包装费用40%以上，比手工卷纸包装更是有大幅度节约，经济效益、社会效益都相当明显。

挂面全自动包装机及后序的自动装箱机、自动码垛机等共同组成了挂面生产车间的后段全自动化系统，采用上述系统后，可最大限度地节省人力、节省包装费用。

挂面的称量包装是挂面行业的重要生产环节。

过去采用机械称量、人工装袋，劳动强度大、速度慢、度低。

近几年，挂面的称量包装生产虽然采用继电器控制系统实现了自动化，但线路复杂、可靠性低、动态精度低，所以为了在快速自动称量包装中提高动态精度，实现生产的全部自动化，应用可编程序控制器（PLC）作为动态称量包装测控设备，简化了线路，提高了可靠性和精度。

从上面的对比来看，塑膜全自动包装机在各项指标中都具有相当大的优势。

尽管还有一些不尽如人意之处，但是从整个行业升级的大局来看，尽快推广该设备还是很有必要的。

挂面的现有包装无论是从包装成本，还是使用人力，都造成了大量社会资源的浪费，这与当前国家节能减排、提倡低碳经济的大政策相违背。

当前国内包装设备制造厂家的现有实力有限，规模多为30人以下的中小企业。

由于业者生产规模普遍过小，很难进行资金筹措、技术改造和吸引人才，也就很难在短期内生产出大量的先进包装设备。

这就需要全社会尤其是政府相关部门给予大力扶持，尽快使全国的挂面厂家实现挂面的全自动化包装，造福全社会。

全自动挂面生产线的工艺、工步分析

挂面制作的工艺流程及相关设备选择

挂面的生产工艺流程，如图1所示。

图1挂面的生产工艺流程图

设备信息：

和面机：

HMJ45-I型，产量375kg/h，电动机功率4.0kw，外形尺寸1000×

460×

700（mm）。

立式电动压面机：

CN220-A型，产量65kg/h，电动机功率0.75kw,外形尺寸600×

5000×

1300（mm）。

切面机：

QMJ-A型，产量200kg/h，电动机功率3.0kw，外形尺寸1300×

600×

1100（mm）。

多刀切条机：

CD22-VI型，产量1000kg/h，电动机功率2.2kw,外形尺寸6650×

2000×

7000（mm）。

挂面机组：

GMJ60型，产量750kg/h，电动机功率60kw,外形尺寸70000×

12000×

4000（mm）。

450高温烘干设备：

450型，电动机功率27kw；

450低温烘干设备:

450型，电动机功率39kw。

熟化机：

SH930-100型，电动机功率1.5-2.2kw，外形尺寸1100×

1000×

570（mm）。

由于前面的一些生产工艺都比较成熟，本文主要探讨从传送到计量包装部分开始。

全自动挂面包装机组成及工艺要求

全自动挂面包装机主要有传送、计量、包装、进纸四部分组成。

传送部分

传送部分是将挂面机上已经整齐切断的挂面传送带上的挂面传送到下一个传输带上面，在下一个传送带上传送进入计量投料机中，然后再将挂面送入计量部分。

称量部分

在前面的传输带传动部分中，传入到计量投料机中，计量投料机开始工作，采取“先快后慢，最后点动”的控制下料方式，最大限度的保证挂面计量的准确性。

进纸部分

进纸部分主要由纸槽、压纸轮、出纸轮、推手、刷浆轮、胶水容器等组成机器在启动时先启动压纸轮，压纸轮带动一张纸送到出纸轮，启动出纸轮。

当纸张后沿过出纸轮后停止出纸轮并启动推手电机，将纸推到传送带上。

（1）由于刷浆轮与出纸轮同轴，刷浆轮的上半部分在胶水槽内，胶水槽的下边缘与刷浆轮之间的间隙很小，只有当刷浆轮转动时才能将胶水带出，所以当纸张经过出纸轮时刷浆轮自动在上面刷上胶水。

（2）纸槽内有光电开关，所以无纸时可以进行声光报警，同时包装部分包装一包后停止工作，待有纸后，机器继续工作。

（3）纸槽内放进纸后纸槽上升，直到第一张纸顶住压纸轮且压纸轮开关闭合后0.5S停止上升。

以后每当压纸轮开关断开纸槽就上升。

进纸周期为5S。

包装部分

包装部分主要由包装架、包装带、包装槽三部分组成。

（1）当计量和进纸部分完成后，传送带启动将挂面传送到包装机构上，当传送带将挂面送到包装槽时，由于重力的原因挂面落入到挂面包装槽内，在包装槽内由包装机架完成包装。

当包装完成后包装周期为5S。

（2）当包装完成后包装好的挂面从挂面槽中退出，挂面进入存储装置。

每个工步的装置分析

传输带的分析以及控制部分

挂面整齐切断，经过传输带，送入称量部分。

流程如图2所示。

图2挂面切断传输进入称量装置图

传送带的控制要求

带式运输机既是一种连续运输机械,也是一种通用机械。

带式输送机被广泛应用在煤炭、港口、电厂、钢铁企业、水泥、粮食及轻工业的生产线。

既可运送散状物料,也可运送成件物品。

如图2所示,面条经过切面机整齐切断以后，经过PDl、PD22台带式运输机送出;

经过PD2以后，传送到计量投料机;

PDl、PD2分别由电动机M1和M2控制。

1）初始状态。

胶带PD1和胶带PD2全部处于关闭状态。

2）启动操作。

启动时为避免在前段输送胶带上造成物料堆积,要求逆送料方向按—定的时间间隔顺序启动。

其操作步骤为:

胶带PD2——延时5s——胶带PD1——延时5s——前面的切面机开始运动。

3）停止操作。

停止时为使输送机胶带上不留剩余物料,要求顺物料流动的方向按一定时间间隔顺序停止。

其停止顺序为:

切面机停止运动——延时10s——胶带PD1——延时10s——胶带PD2。

4）采用FX系列的PLC实现控制。

传输带的I/O地址分配。

由上面的对传输带的分析，我们很容易得到该PLC四个输入，三个输出。

输入XO:

启动按钮

X1:

停止按钮

X3：

M1热继电器

X4:

M2热继电器

输出YO：

切面机控制

Y1:

M1接触器

Y2:

M2接触器

传送部分PLC程序设计

用步控指令根据带式输送机控制要求设计的梯形图如图3所示。

图3带式输送机PLC控制梯形图

计量装置的分析与PLC设计

挂面的称量包装是农业的重要生产环节，过去采用机械称量、人工装袋，劳动强度大、速度慢、精度低。

所以，我们现在采用机械化的手段去解决挂面在生产实际中可能面对的种种问题，下面的部分，我们来看看计量装置部分的设计。

计量装置的构成及工作过程

由PLC、投料机、称量传感器、放大器和打包机组成PLC系统流程图，如图4所示。

图4称量装置的系统构成示意图

称斗的上方是投料机，投料机里面是由前面环节传过来已经切断好的面条。

投料机是由1台电动机驱动的双速变径变距螺旋进料装置。

启动电动机，投料机中的挂面就随着传输绞笼的旋转而进入称斗中等待称量。

称斗上装有3个UH61－100u型S梁式应变拉力传感器，称斗的质量信号直接由该传感器组转换成与之对应的电压信号，再经过两级放大器把该电压信号放大后送入PLC中进行数据测控、处理。

PLC采用先快后慢，最后点动”的控制下料方式，在扣除称斗皮质量后，按照每包计量净质量的90%，95%和100%计算出快速下料终了值、慢速下料终了值和称量终了值。

在下料开始一段时间内，PLC控制绞笼电动机快速下料，当检测达到快速下料终了值时，PLC控制绞笼电动机开始慢速下料；

当检测达到慢速下料终了值时，PLC关闭绞笼电动机后采用“点动”下料；

当达到预定值—称量终了值时，PLC控制停止下料。

。

然后PLC控制称斗，在称斗底部的卸料口上，并使卸料电磁阀工作，再打开称斗的卸料口截止阀门，开始卸料；

完毕后，关闭卸料阀门（卸料的结束是通过延时来控制的）。

此时一个称量包装周期结束，可进行下一个称量包装循环。

由上面可知，我们了解了称量装置的工作过程，画出称量装置系统PLC流程框图，如图5所示。

图5称量装置系统PLC流程框图

称量过程PLC设计

如图3和图4所示，我们来分析此过程的步骤：

面条经过传输传送带传过来，在投料机中准备进行下一步的称量，经过快速下料和慢速下料，达到预定的挂面质量时，停止下料，将挂面传送到下个工步，即包装工步。

1）初始状态，传送带运送挂面过来，投料机进行快速投料，没有挂面运来，投料机不工作。

2）在达到快速投料终了值时，快速投料停止，进行慢速投料，期间，是电动机的转速发生变化。

在达到慢速投料的终了值时，慢速投料停止，进行点动投料，一旦达到传感器数据达到挂面质量的设定值，停止投料。

3）停止操作，停止时，为了避免还有挂面正在投料状态，外界输入停止指令时，完成点动投料后停止。

计量装置的I/O地址分配

在这里，仅仅只是看挂面输送过来即是输入，其实总共有六个；

输出则有四个。

输入：

X0称量开始

X1联动指令

X2停止

X390%检测

X495%检测

X5100%检测

输出：

Y0快速下料

Y1慢速下料

Y2点动下料

Y3卸料电磁阀

3.2.4计量装置的PLC的梯形图

如图6所示，为计量装置的PLC梯形图

图6称量装置PLC控制梯形图

进纸装置的分析与PLC设计

进纸装置的构成和工作过程

挂面在包装过程中，进纸是必不可少的一个环节，这样才能够实现挂面的纸包装，从而才能达到降低环境污染。

进纸部分主要由纸槽、压纸轮、出纸轮、推手、刷浆轮、胶水容器等组成。

涉及到控制部分的，如图7所示。

图7进纸部分的装置控制示意图

机器在启动时先启动压纸轮，压纸轮带动一张纸送到出纸轮，启动出纸轮。

根据上述的工作过程，我们画出进纸装置的PLC时序图，如图8所示。

图8进纸装置时序图

进纸装置的I/O地址分配

输入：

X0启动信号

X1纸张到了出纸轮

X2纸张后延出了出纸轮

X3光电输入没纸信号

输出：

Y1压纸轮电机启动

Y2出纸轮电机启动

Y3推手电机启动

Y4纸槽电机启动

Y5没纸报警灯

进纸装置PLC设计梯形图

如图9所示。

图9进纸装置PLC控制梯形图

挂面包装装置的分析与PLC设计

挂面的包装装置部分，是关系到挂面的自动包装最后能不能够走向市场的一个关键性因素，包装的质量不好，或者是包装不起来，都是一个制约性的因素。

包装装置的分析

包装装置主要由一个传送带，包装槽，两个曲柄摇杆机构组成。

挂面的包装在包装槽内完成。

包装台整体成一个长方体形状，台的顶面上装有包装槽的传输带，利用传输带的张弛松紧，从而达到挂面的包装与弹出动作，整个包装台表面有一定倾斜角度，当挂面从包装槽内包装完成推出时，由于重力作用，包装好的挂面就自动滚入下一装置。

涉及到控制部分的，如图10所示：

图10包装装置系统构成及控制示意图

挂面从计量装置的传送带传送到挂面包装装置，当传送带继续前行到达挂面槽上方的时候，然后传送到包装装置的传送带上面。

启动传送带的电机顺时针转动。

由此，我们来分析包装装置的控制步骤：

1）挂面传送过来到包装装置时，传送带电机M1启动，正转，由此，挂面落入到包装槽内。

2）当挂面在包装槽内时，右边的曲柄摇杆电机M3启动，紧接着左边的曲柄摇杆电机M2联动，右曲柄摇杆机构先到达预定的位置，左边的后到达。

3）当右摇杆机构到达后电机M3停止工作，左边的曲柄摇杆机构到达后，停止工作2S，这2S的时间是用来压住挂面包装纸，从而使挂面包装的更紧。

4）2S后两台电机同时启动，两个曲柄摇杆机构都撤回到初始位置，此时的挂面包装已经完成。

启动传送带的电机M1逆时针转动，传送带张紧，将挂面由包装槽内退出，由于包装台有一个倾斜的角度，挂面便会自动滚出进入下一装置。

图11所示为包装装置控制时序图：

图11包装装置控制时序图

包装装置控制I/O地址分配

X1右摇杆到极限位置

X2左摇杆到极限位置

Y0M1正转

Y1M3启动

Y2M2启动

Y3M1反转

包装装置PLC设计梯形图

如图12所示：

图12包装装置PLC控制梯形图

整体生产线的工艺流程控制及PLC设计

通过上面对企业在挂面生产中尚不成熟部分的探讨与设计，而且，要想实现挂面的纸包装全自动生产，我们应该在总体的方向上对其进行把握，因此，我们将上述挂面的传送装置、称量装置、进纸装置、包装装置这四个部分进行整体设计，用PLC将其各个部分的各个作用控制起来，从而连贯，达到成为一个挂面纸包装自动化生产线的一个目的。

前文就提到过，挂面前面的生产工艺已相当纯熟，故在本文中，仅讨论挂面从已切断好传送过来开始。

整体流程分析

切断好的挂面传输过来，通过传送装置，送入称量装置，在称量装置中称量，此时，进纸装置同步进纸，进纸完成后，称量好的挂面送入包装装置，完成包装。

由此，我们可以确定各个部分完成所需动作的时间，画出整体时序图。

如图13所示：

图13挂面工艺流程时序图

挂面工艺流程的I/O端口分配

X0挂面切断好传送至传输装置

X1挂面结束传输装置的部分

X2称量装置工作开始

X3挂面结束称量、进纸部分

Y0各个装置之间传输挂面

Y1传输部分启动

Y2称量部分启动

Y3进纸部分启动

Y4包装部分启动

挂面工艺流程的PLC控制梯形图

如图14所示：

图14挂面工艺流程PLC控制总图

PLC的选择及可能出现的问题

目前，世界上有PLC厂商200多家，各种型号产品几千种。

PLC产品按地域上分成三个流派，分别是美国产品、欧洲产品、日本产品。

美国：

a-b（allen-bradly）、ge（generalelectric）；

欧洲：

德国的西门子（siemens）、法国的te（telemecanique）；

日本：

三菱电机（mitsubishielectric）、欧姆龙（omron）。

此外，国内市场上还有韩国、台湾地区等PLC产品。

PLC系统是以PLC为核心的控制系统,系统结构包括PLC和输入、输出设备。

完成系统的设计主要是指PLC的选型和程序设计。

由于PLC应用在不同场合,有不同的工艺流程,对控制功能有不同的要求,而且程序难易程度不定,因此很难有一种固定的机型选择标准。

这里只能提出几点PLC机型选择的基本原则。

（1）PLC机型选择主要考虑I/O点数。

根据控制系统所需要的输入设备（如按钮、限位开关、转换开关等）、输出设备（如接触器、电磁阀、信号指示灯等）以及A/D、D/A转换的个数,确定I/O点数。

一般要留有一定裕量（约占10%）,以满足今后生产的发展或工艺的改进。

（2）随着PLC功能日益完善,很多小型机也具有了中、大型机的功能。

对于PLC的功能选择,一般只要满足I/O点数,大多数机型功能也能满足。

目前大多数PLC机型都具I/O扩展模块、A/D和D/A转换模块