真空包裝機控制系統(tǒng)設(shè)計開題報告

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畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 題目： 真空包裝機控制系統(tǒng)設(shè)計 院（系 ） 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2016 年 3 月 13 日 開題報告填寫要求 1．開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一 。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成。 2．開題報告內(nèi)容必須按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）填寫并打?。ń勾蛴≡谄渌埳虾蠹糍N），完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師審閱。 3．開題報告字數(shù)應(yīng)在 1500 字以上，參考文獻應(yīng)不少于 15 篇（不包括辭典、手冊，其中外文文獻至少 3 篇），文中引用參考文獻處應(yīng)標出文獻序號， “參考文獻 ”應(yīng)按附件中《參考文獻 “注釋格式 ”》的要求書寫。 4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯數(shù)字書寫，例： “2005 年 11 月 26 日 ”。 一、 畢業(yè)設(shè)計（論文） 綜述（ 題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究 情況） 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，如食品、輕工、醫(yī)藥、化工、電子和國防等生產(chǎn)中，主要包括三大基本環(huán)節(jié)，即原料處理、中間加工、和產(chǎn)品包裝，包裝是工業(yè)生產(chǎn)中相當重要的環(huán)節(jié)。包裝機械是使產(chǎn)品包裝實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證，因此包裝機械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當重要的作用。 食品安全是關(guān)系國際民生的重大問題，與此息息相關(guān)的食品包裝的重要性也就毋庸置疑。在滿足中國 14 億人口食用供應(yīng)的背后，是龐大的食品包裝機械市場。目前食品包裝機械的研發(fā)正朝著高速、多功能化及控制智能化 的方向發(fā)展，以適應(yīng)市場需求。但同時，消費者對食品及其包裝要求正在不斷提高，真空包裝技術(shù)在近幾十年來取得飛速的發(fā)展。 本次設(shè)計是對真空包裝機控制 系統(tǒng)設(shè)計。 真空包裝是將食品裝入包裝袋，抽出袋內(nèi)的空氣，達到預(yù)定真空度后，然后封口的工序。真空包裝可減少或避免商品氧化變質(zhì)，抑制食品中微生物的生長繁殖，從而提高食品的貯藏質(zhì)量 ,延長食品的保質(zhì)期，因此真空包裝機在各種食品生產(chǎn)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)使用的真空包裝機大多采用繼電器 電器工作可靠性不高，穩(wěn)定性差。本題目要求選擇新型的合適的控制器及相關(guān)外圍 器件，設(shè)計真空包裝機控制系統(tǒng)。要求系統(tǒng)控制準確，操作方便，可靠性高。 真空包裝是近年來食品包裝方面應(yīng)用真空技術(shù)的一種新形式。主要用于袋裝方便食品，特別是干性或半干性的袋裝方便食品。袋裝方便食品是一種預(yù)先配制、烹調(diào)再經(jīng)消毒包裝等、直接或間接（經(jīng)貯藏） /供應(yīng)市場的能夠立即食用或稍加處理就能食用的食品。一般包裝采用的是薄膜袋或多層復(fù)合薄膜帶。產(chǎn)品分為冷藏和不需冷藏（常溫貯藏）兩種。 應(yīng)用真空包裝的袋裝方便食品，在保持食品質(zhì)量上具有顯著效果。對于冷藏的袋裝食品，真空和低溫能夠使食品較大限度減少 綠化變色、變味、營養(yǎng)損失，而且能有效地抑制微生物的繁殖，特別是好氣性微生物。對于經(jīng)過高壓殺菌的能夠常溫存放的袋裝食品，由于包裝袋內(nèi)含氣量極微，包裝袋與食品形成緊貼接觸，殺菌時，熱傳導(dǎo)效率比較高，達到殺菌效果所需的時間減少。并且由于袋內(nèi)空氣稀薄，殺菌時對袋內(nèi)空氣受熱膨脹產(chǎn)生的內(nèi)壓上升所造成鼓袋或破袋的現(xiàn)象具有抑制效果。對提高食品質(zhì)量、產(chǎn)量都能取得良好的效果。 包裝工業(yè)作為一門新興工業(yè)，具有明顯的時代特征。它既是配置工業(yè)，也是當今的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。在日益發(fā)展的市場經(jīng)濟中，包裝工業(yè)對其 他工業(yè)的發(fā)展起到了推動作用。主要表現(xiàn)在相關(guān)工業(yè)的發(fā)展方面：從所用包裝材料看，它推動了造紙工業(yè)、塑料工業(yè)、冶金工業(yè)和化學(xué)工業(yè)等部門的發(fā)展；從包裝技術(shù)方面看，它對機械工業(yè)、電子工業(yè)、印刷工業(yè)、新材料工業(yè)以及裝潢設(shè)計等方面提出了更高的要求；從消費領(lǐng)域看，對食品、飲料、糧食、醫(yī)藥及日用化工品等，起到了重要的促進作用。 隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展和國內(nèi)的設(shè)備制造商在技術(shù)水平上的提高，食品真空包裝機械必將走向國際化。而我們更是希望能夠進一步的優(yōu)化技術(shù)，從而才能提高效率、產(chǎn)品的安全性、經(jīng)抗性，使生產(chǎn)的產(chǎn)品在利潤上能夠達到最大化值 ?，F(xiàn)在不管是食品真空包裝機械，還是其他的機械設(shè)備，只有做到最好，做到精，才能都在上升，而這樣也帶動了食品真空機等設(shè)備迅速發(fā)展起來。 現(xiàn)階段，我國本土真空包裝機械還處于低水平狀態(tài)，大多數(shù)真空包裝機械都還存在生產(chǎn)效率低、能耗高、可靠性和穩(wěn)定性差，產(chǎn)品形態(tài)落后等等現(xiàn)象，這也是國內(nèi)包裝機械設(shè)備與國際技術(shù)的差距。無法與發(fā)達國家真空包裝機械相比，因此我們更要加大投資力度?，F(xiàn)在其實真空包裝機械行業(yè)在我國的包裝市場上還有很大的發(fā)展空間，國內(nèi)的包裝機廠家一直在不斷的尋找差距，不斷的學(xué)習(xí)新技術(shù)，生產(chǎn)出自動化程度高、可靠性好以及 靈活性強，最重要的還要出產(chǎn)速度快、技術(shù)含量高等等特點的真空包裝機械。 近十年來，國際包裝界十分重視提高包裝機械及整個包裝系統(tǒng)的通用能力和多功能集成能力，為市場開拓日新月異的多樣化商品提供及時靈活應(yīng)變的生產(chǎn)手段。同時基于合理簡化包裝和優(yōu)選包裝工藝方法的實際需要，不斷探索，明顯地加快了自身技術(shù)革新的步伐。面對大量的市場需求，國內(nèi)真空包裝機械廠家的日益增多，真空包裝機械在性能、技術(shù)、價格上的競爭也變得愈發(fā)的激烈，企業(yè)想要獲得發(fā)展就必須選擇正確的發(fā)展道路，并向多功能化、控制智能化等方向發(fā)展。 國外包裝機械工業(yè)的發(fā)展 趨勢為：重點發(fā)展食品包裝機械；在系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，包裝單機向高速化方向發(fā)展；一方面為滿足現(xiàn)代商品包裝多樣化的需求，發(fā)展適應(yīng)多品種、小批量的通用包裝技術(shù)及裝備；同時又緊跟當代高新技術(shù)的發(fā)展步伐，不斷研究和開發(fā)現(xiàn)代的先進包裝技術(shù)，發(fā)展應(yīng)用高新技術(shù)的現(xiàn)代化專用型包裝機械。 二、本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 真空包裝可采用的方案主要有三種形式：機械擠壓式、插管式、腔室式。 （１） 包裝帶填充結(jié)束后，在其兩側(cè)用海綿等彈性物 品將袋內(nèi)的空氣排除，然后進行封口的包裝方式，稱為機械擠壓式。這種方法簡單，但真空度低，用于真空度不高的場合。 （２） 從袋的開口處插入排氣管，開啟閥門，真空泵進行抽真空，達到預(yù)定真空度后進行封口的包裝方式稱為插管式真空包裝。這種結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，速度快，但真空度低。 （３） 腔式可分為單室、雙室和多室等。除填充物外，整個包裝過程均在腔室內(nèi)進行。包裝時，裝有包裝物品的包裝袋放入腔室內(nèi)，合蓋后抽真空，達到預(yù)定的真空度后，熱封口將袋口封住。這種方法真空度高，操作簡單。 由以上三種真空包裝方式比較，從可靠性和易操作性方面考慮，選 擇第三種方案，即腔室真空包裝。 對于腔室真空包裝方式，其腔室可分為單室、雙室和多室等?？紤]到效率和經(jīng)濟性兩方面，本設(shè)計采用的是雙室結(jié)構(gòu)。 1、 真空包裝機結(jié)構(gòu)原理及工作流程 上圖為通用型真空包裝機真空系統(tǒng)示意圖。真空工作室為箱式結(jié)構(gòu)，分為封蓋和底盤兩部分。封蓋與水平面可作 38 度的上下開閉。蓋口設(shè)有密封圈，其頂部設(shè)有上熱封頭和平整機構(gòu)等部件。底盤底部通過濾網(wǎng)與真空管道相聯(lián)。 （ 1）了解 真空包裝機工藝流程及控制原理，進行系統(tǒng)總體方案設(shè)計，并進行論證。 （ 2）進行控制器選擇及系統(tǒng)相關(guān)硬件選型，設(shè)計出系統(tǒng)硬件原理圖，用制硬件原理圖。（真空度測量范圍 0，測量精度± 2 托。） （ 3）設(shè)計滿足控制要求的測量和控制軟件并編寫程序。 （ 4）真空包裝機機機械部分設(shè)計，翻譯與課題相關(guān)的英文技術(shù)資料一篇。（參數(shù)：包裝袋最大長度 750最大寬度 350度 80封蓋打開最大角度 38 度。） （ 5）繪制一張 0#圖紙并寫出機械設(shè)計說明書。 把已裝袋的包裝物放在工作室臺板上 工作室封蓋閉合 工作室和小氣室抽氣，平整壓板下移 小氣室進氣，上熱封口壓下，封口 物品包裝完畢 熱封頭失電，工作室放入大氣，上熱封頭和平整壓板復(fù)位 封蓋開啟 控制系統(tǒng) 優(yōu) 點 缺 點 繼電器 采用并行工作方式，無需硬件，不用編程，成本低 連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大、不易改變功能、觸電有限、靈活性和可擴展性受到極大限制、壽命短等等 單片機控制系統(tǒng) 經(jīng)濟實惠，成本相對較低，體積小、結(jié)構(gòu)簡單、理論上觸電無窮大 抗干擾能力差，故障率高，不易擴展，對環(huán)境依賴性強，開發(fā)周期長 制系統(tǒng) 抗干擾能力強，故 障率低，易于設(shè)備的擴展，開發(fā)周期短 成本相對單片機高很多，不能做專用的控制器，自動化程度不及單片機 真空包裝機是能夠自動抽出包裝袋內(nèi)的空氣，達到預(yù)先設(shè)定好的真空度后完成封口，或者再充入氮氣或其他惰性氣體，然后完成封口的工序的包裝設(shè)備。有上述知，傳統(tǒng)真空包裝機的控制系統(tǒng)采用多個時間繼電器組合或數(shù)字電路，體積大，且 實踐證明，這種由集體管分立元件組成的控制電路，其工作可靠性易受外部因素影響，尤其是強電對弱電部分的干擾較大；而熱封電路完全靠變壓器短路電流延時加熱，無溫度控制回路。故將采 用單片機微機控制系統(tǒng)，將單片機應(yīng)用到真空包裝機中，對提高產(chǎn)品的性能和實現(xiàn)智能化都具有重要的意義。 壓力傳感器 溫度傳感器 開蓋關(guān)蓋電機 真空泵 放大濾波電路 放大濾波電路 驅(qū)動控制電路 驅(qū)動控制電路 Ａ／Ｄ采樣電路 Ａ／Ｄ采樣電路 放大電路 放大電路 單 片 機 Ｌ Ｅ Ｄ 加 熱 帶指示燈 Ｌ Ｅ Ｄ 真 空狀 態(tài)指 示 燈 Ｌ Ｅ Ｄ 抽 氣進 行 指 示 燈 Ｌ Ｅ Ｄ 封 口 進 行 指 示 燈 鍵 盤 電 路 顯 示 電 路 （ 1） 壓力傳感器：將壓力轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，一般由彈性敏感元件和位移敏感元件組成。在此主要負責檢測真空度，以防不能到達預(yù)定要求。 （ 2） 溫度傳感器：利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律，把溫度轉(zhuǎn)化為電量的傳感器，在此主要負責熱封口環(huán)節(jié)，為了防止溫度不能達到要求或溫度過高。 （ 3） 放大 濾波 電路：將傳感器出來的信號進行有源濾波，去除噪聲信號，這樣可以防止后一級把無用的信號放大，傳感器 輸出信號為毫伏級的變化量，不能直接用作標準量進行 A/D 處理。 （ 4） A/D 轉(zhuǎn)換電路：將傳感器電路輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 （ 5） 單片機：將 A/D 轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號對單片機進行控制，實現(xiàn)相應(yīng)功能。 （ 6） 微機控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)是機電一體化的中樞，其主要作用是按編制好的程序完成系統(tǒng)信息采集、加工處理、分析和判斷，做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)和控制決策。 （７） 顯示接口，鍵盤接口：對真空度檢測的結(jié)果進行監(jiān)測，并且實現(xiàn)人機交互及預(yù)期功能 。 三、本課題的重難點 1） 必須熟悉工藝流程和控制原理，確保最佳設(shè)計方案。 2）原理圖的設(shè)計，真空度 以及測量精度的 保證 。 3）設(shè)計滿足要求的控制測量軟件并編寫軟件流程完成調(diào)試。 四、課題的進度安排 １－２ 周 調(diào)研、查閱相關(guān)文獻 、 資料， 掌握 真空包裝機工作 原理 。 ３－４ 周 制定出總體方案，并撰寫開題報告 。 ５－６ 周 進行傳感器 和電機 選型，然后設(shè)計檢測系統(tǒng)硬件電路 。 ７－８ 周 用 制原理圖 。 ９－１０ 周 根據(jù)控制原理 ，編寫檢測軟件流程 。 １１－１２ 周 結(jié)合硬件電路和流程完成軟件設(shè)計 及 調(diào)試 。 １３－１４ 周 完成 真空包裝機 機械設(shè)計 。 １５－１６ 周 翻譯外文文獻，并撰寫中期報告 。 １７－１８ 周 整理資料，并撰寫論文 ， 準備答辯。 五、參考文獻 [1]喬光斌 J]2001，（ 3）： 44~45. 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