氣調包裝是通過改變食品包裝內部氣體成分來減緩食材呼吸速率、防止酶敗、阻止微生物生長，從而延長食品的保鮮期和貨架期。如今，氣調包裝已被廣泛應用于各類食品的包裝中，因此，為了更好地運用做好氣調包裝技術，就需要做好氣調包裝機組成及設計。基于此，本文就盒式氣調包裝機的組成及設計進行了研究，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

1盒式氣調包裝機基本參數

本機所使用的塑料硬盒，盒式氣調包裝機功率為2000W、生產能力為1200～1600盒·h-1、熱封溫度為0～200℃、氣體置換率為98%。

2結構設計

2.1機械結構設計

盒式氣調包裝機機械結構設計如圖1所示。

包裝盒輸送機構由步進電機、鏈輪、導軌和帶推桿的鏈條組成。導軌寬度可調節，可用于不同尺寸包裝盒的輸送。步進電機驅動器通過PLC輸出脈沖驅動步進電機，因此可通過調節輸出脈沖頻率調節包裝盒輸送速度。觸摸屏是當前最常用的人機界面，其作用是顯示PLC中變量的狀態和寄存器中數字變量的值，發送命令和修改寄存器中的參數。包裝膜輸送機構，主要由放膜軸、拉膜軸、記數輥、剎車電機和打碼裝置組成。包裝膜輸送長度通過記數輥記錄，并反饋給PLC對輸送長度進行控制。在包裝膜輸送過程中打碼裝置在包裝膜上打印生產日期等信息。電控柜用于安裝PLC、步進驅動器、溫控儀和電磁閥等電氣元件。

2.2氣動回路設計

氣動工作介質是空氣，氣動回路具有清潔無污染、結構簡單、成本低、易于調節控制等特點，并且氣壓驅動可以在短時間內釋放能量獲得高速響應，抗沖擊能力強。氣動回路中的三聯體，由過濾器、調壓閥和油霧氣組成，其中過濾器用于過濾空氣，調壓閥用來調節壓縮空氣壓力，油霧器給系統提供潤滑。通過PLC控制，電磁閥通斷來改變氣缸的工作狀態。閥座用于安裝電磁閥。下模具驅動氣缸，雙排布置，驅動下模具向上運動。上模氣缸，雙排布置，驅動上模向下運動。打碼氣缸，給包裝膜上打印生產日期等信息。

3控制系統設計

控制系統主要完成信號采集與處理、步進電機控制、剎車電機控制、氣動回路控制和氣調包裝控制。信號采集是通過光電傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等元器件完成。步進驅動器接收來自PLC的脈沖信號，驅動步進電機完成定位輸送，并反饋電機工作狀態給PLC。氣缸是氣動回路的執行元件，PLC通過控制換向電磁閥實現氣缸運動控制。由于PLC對模擬量的控制比較復雜，所以熱封溫度采用溫控儀控制單獨控制。PLC通過溫度傳感器檢測溫度是否正常，若不正常則報警停機。

3.1 PLC的選擇

控制系統以PLC作為控制核心，PLC按以下原則選型：

（1）PLC控制器與其所允許的擴展模塊的I/O接口的總數要與氣調包裝機控制所需接口數量匹配；（2）存儲容量與控制功能與需求相符合。PLC控制包裝機的傳動系統、氣動回路和氣體置換，經估算控制系統需要20個輸入點，12個輸出點。一般情況下，需要預留15%的備用接口，因此需要23個輸入點，14個輸出點。綜合上述選用西門子S7-200PLC作為控制核心，該PLC有6種CPU模塊，可擴展7個擴展模塊，可擴展到256點數字量I/O，完全滿足盒式氣調包裝機的控制需求。

3.2系統I/O分配

選擇224XP型CPU和EM223擴展單元，系統有20個輸入點，12個輸出點，具體I/O分配見表2。

表2系統I/O分配

3.3控制系統程序設計

編程使用STEP7-Micro/WIN編程軟件，該軟件可實現程序的編寫、傳送、監控與調試等功能。PLC通電后，包裝機系統進入初始化子程序，推桿復位，熱封模具預熱，預熱完成后傳動系統開始工作。包裝盒進入包裝通道，通道末端布有光電傳感器，包裝盒通過時觸發光電開關，上模驅動氣缸工作，上模下降，模具內形成閉合腔，抽氣裝置將腔內空氣抽出，然后由充氣裝置充入混合保護氣體，熱封切刀工作，切裁完成后下模驅動氣缸工作，包裝盒被頂出，輸送出包裝機。在包裝盒輸送時，包裝膜同時輸送，膜檢測光電開關檢測到膜輸送到位，打碼裝置打碼。熱封切裁完成后，收膜軸完成廢膜回收。

4試驗研究與驗證

盒式氣調包裝機試制、調試完成后進行了氣體置換率和封合強度2個試驗，對氣調包裝機工作能力進行試驗驗證。

4.1氣體置換精度試驗

空氣中氮氣約占78%，氧氣約占21%，稀有氣體占0.939%，二氧化碳占0.031%，其余雜質占0.03%。稀有氣體活性低不會對包裝的保鮮效果產生影響，二氧化碳和雜質氣體含量低可忽略不計，因此給包裝盒中只充入二氧化碳，測量包裝內二氧化碳含量即可得出氣體置換率。檢測工具使用德國WITT便攜式氣體分析儀。該氣體分析儀可以測出包裝中氧氣和二氧化碳含量。

在100個只充入二氧化碳的包裝盒中隨機選取10個測得二氧化碳含量結果如圖2所示。由圖2中的結果可得氣體置換率大于98%，符合設計要求。

4.2封合強度試驗

包裝封口強度表示逐漸分離包裝盒封口所需要的作用力，它能檢驗包裝盒封口的牢固程度和氣密性。

在100個包裝盒中隨機選取25個，每個包裝盒上取一個寬度15mm，長度100mm的試樣，使用萬能電子試驗機測試其封口處的拉伸強度。

拉伸強度試驗結果可得試樣最小拉伸強度為31.7N/15mm，封口牢固，氣密性好。

5結束語

綜上所述，如今，氣調包裝已被廣泛應用于各類食品的包裝中，為了能更好地應用這項技術，相應的機器也必須要有足夠的質量。因此，我們需要做好氣調包裝機組成及設計的工作，以為氣調包裝的進行帶來幫助。