[摘要] 本文对立式制袋充填包装机的封口机构进行改进，采用8031单片机的微机控制，介绍了系统位移的测量方法、硬件结构和程序设计。此设计具有定位精度高，包装速度快等特点，具有重要的实用价值。
关键词：立式制袋充填包装机 袋成型器 单片机 自动控制
一、绪言
制袋充填包装机广泛应用于食品、医药、化工等行业。根据其制袋与充填物料的方向不同，一般分为立式与卧式两种形式。其中立式制袋充填包装机适应于松散体、胶体或液体的包装。卧式适应于各种形状的固态或颗粒物料，如点心、面包、香料等。
我国目前立式袋成型机结构复杂、调整机构多，且包装精度低，一般在±2％－3％之间，有的还在±3％以上，而国外同类产品包装精度为±1％，且稳定可靠。包装速度低，机械式和一般伺服控制成型机耗电量大，封口不结实，尤其是印有彩色图案的商标不能准确到位，那是因为包装纸的实际运动速度与预计的有误差，积累起来会使商标位置发生变动，迫切需要改进。
本文就立式制袋机的封口机构进行智能设计，同时，采用LEC光电编码器进行位移测量，并借助于功能强大的单片计算机进行数据处理和控制，能保证横封器的开合与包装袋的封口正好一致。提高了包装速度，封口结实，同时能使印有彩色图案商标定位切割准确，图形完整无缺。计算机控制、动画显示，可准确计量不同参数下包装情形并实时显示设备运行状态。
二、封口机构的创新设计
图1 立式制袋充填包装机的封口机构原理图
1．加料管 2．翻领成型器 3．送膜辊 4．包装膜 5．导辊 6．纵封器 7．横封器 8．加热切刀
立式制袋充填机的封口机构原理图如图1所示。其原理简介如下：
由给料机实期送粉料（胶体或液体）到包装机上方的料斗器内，引进速度由光电定位装置控制，成卷的封口纸（或其它包装材料）经导辊带动引进至翻领成型器，被折弯后再由纵封器搭接成为圆筒状，物料被自动计量后充填到制成的袋内，横封器在进行热封切割的同时将袋筒间歇地向下牵引，最后形成搭接纵缝三面封口扁平袋，完成一个袋的封口。
此封口机构能在同一台设备上、同一竖直方向上自动完成包装袋成型、计量、打印日期、充填、封口、切断、输出等工序，所用包装材料主要是具有可热封的塑料单膜的各种复合膜（如纸－塑复合，塑－塑复合，铝－塑复合等）。
图2 传感器原理图
1．发光元件 2．聚焦镜 3．狭缝 4．旋转轴 5．码盘
系统采用LEC－200BM－G05D小型光电编码器进行位移测量，采用8031单片机进行运动控制，能保证纵、横向封接可靠且顺利进行，包装纸的运动速度能有效地得到控制，尤其是能保证印有彩色图案的商标，定位切割准确无误。
三、定位色标位移量的测量
利用光电传感器跟踪卷上的等距色标而进行自动控制。这样，就要求印刷卷带的图案必须满足一定条件：使标记与底面色差明显，或者让标记部位具有足够的透明度甚至用冲孔来代替，以便配备相适应的反射式或直射式光电传感器；并根据包装物品的大小、卷带供送速度的快慢及检测方法的不同，定位色标应有适当的形状、面积和足够准确的间距。
本系统采用LEC－200BM－G05D小型光电编码器进行位移测量，其传感器原理如图2所示。
四、控制系统硬件设计
控制系统以8031单片为核心，由27256程序存储器和 62256数据存储、信号输入、键盘、LED显示器、硬件看门狗、互锁保护以及电磁换向阀驱动等电路组成，硬件结构原理图如图3所示。
在封口运动过程中，由编码器输出的脉冲信号经传输线送到主机板上，8031每经过一定时间从THx和(x为0或1）寄存器中取出测量值，通过LED数码管显示出来；另一方面把测量的定位色标与其标准值进行比较，如果其绝对值超过2mm（此值可通过键盘设定），就进行自动调整，直到调整到其位移差在设定值范围内。
五、软件设计
系统采用MCS－51汇编语言编写，采用模块化结构设计，主要包括显示、读键、故障分析、报警、信号、取测量值、数据转换、同步调整、执行等功能模块，程序框图如图4所示。
六、结语
图3 硬件结构原理图
图4 软件程序框图
此立式制袋充填封口机构的创新改造设计，其翻领袋成型器的制作，由计算机设计、加工而成的翻领袋成型器，能精确保证成型器各点的尺寸和精度。采用人机界面展现最简单控制特性，使制袋长度、制袋速度、报警袋数、工作方式等一系列数据的设定和显示通过触摸屏输入、显示，具有定位精度高、定位色标测量值与标准值相减，其绝对值能保证小于2mm，而且机器能自动调执行模块，能提高其封口速度。通过对湖北荆州食品包装厂的立式制袋成品包装机进行的改进，封口速度由原来的150包／分，提高至3000包／分，其定位精度小于2mm，且制成的袋外观平整、挺括、形状美观、封边热合强度高。
采用LEC小光电编码器进行位移测量，采用8031单片机进行运动控制，可且顺利进行，横封器的开合与包装袋的封口正好一致，尤其是能保证印有彩色图案的商标，定位准确无误，图形完整无缺。
（作者单位 株洲工学院）
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