CN101274674B

CN101274674B - 恒流式无触点加磁排钉包装方法及设备

Info

Publication number: CN101274674B
Application number: CN2007100866610A
Authority: CN
Inventors: 蒋力培; 俞建荣; 焦向东; 张甲英
Original assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: CN101274674A

Abstract

一种恒流式无触点加磁排钉包装方法及设备，它包括：采用恒流式无触点激磁电源，使铁钉在恒定电磁场中排序；在排钉结束时此电源平滑衰减电流，实现在零电流条件下切断加磁电路；此方法并采用逆变换向开关技术，实现无触点切换激磁电流方向，控制加磁与去磁全过程。本发明提出的恒流式无触点加磁排钉包装新方法可保持加磁电流及磁场恒定不受电网电压波动及加磁线圈温升等因素影响，并能根据磁场实测值闭环调节磁场电流，优化控制加磁效果。恒流式加磁方法还可实现平滑衰减加磁电流，使加磁电路在零电流条件下开断，提高设备的稳定性与可靠性。

Description

恒流式无触点加磁排钉包装方法及设备

技术领域

本发明涉及一种自动铁钉包装方法及设备，具体的说涉及一种以恒定电磁场对铁钉进行排序装箱的自动包装方法及设备。

背景技术

我国铁钉生产厂家很多，钉子行业也已发展成一定规模，钉子生产面临大批量生产和大批量外运的局面，在铁钉外运过程中需要对其进行装箱。铁钉是大量零乱的散件，它不像其它产品的装箱那么容易，通常会出现钉子在包装箱中交错不齐，使得箱子装不实，在搬运过程中容易戳破等质量问题。此时，若采用人工装箱，对钉子进行排序装箱不但人工劳动量大，装箱效率低，而且包装质量难以满足出国要求。另外，铁钉包装是钉子生产的最后一道工序。如果铁钉包装的生产效率与质量提高不上去，将会影响整个钉子生产流水线工序的正常进行，制约铁钉生产厂家的发展。因此，自动包装对于铁钉企业是至关重要的关键技术之一。

我国尚没有专门生产钉子包装设备的厂家，现在国内仅有为数很少的厂家从国外进口自动铁钉包装设备。目前国内外使用的自动铁钉包装设备是采用有级调压式加磁排钉装箱方法，即采用恒压式直流激磁电源来产生一个直流电磁场，铁钉从磁场中通过时就自动沿磁场方向排序入箱。这种方法的主要问题首先是难以准确控制其激磁电流值，加磁铁芯中铁钉量变化、电网电压波动、加磁线圈温升变化等因素都能影响恒压式直流激磁电源输出电流值，从而不能在加磁过程中保持其激磁电流与磁场强度恒定，进而影响铁钉排序包装质量。其次，这种恒压式直流激磁电源在加磁结束时不能自动衰减电流至零，只能靠接触器强行切断电路，这样电路冲击大，直流接触器触点容易起弧烧损、加磁电路寿命短、故障多。此外，当电网电压长时间过高时，会使加磁线圈发热老化，影响其寿命。

本发明提出的恒流式无触点加磁排钉包装新方法可保持加磁电流及磁场恒定不受电网电压波动及加磁线圈温升等因素影响，并能根据磁场实测值闭环调节磁场电流，优化控制加磁效果。恒流式加磁方法还可实现平滑衰减加磁电流，使加磁电路在零电流条件下开断，提高设备的稳定性与可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种以恒定电磁场对铁钉进行排序装箱的自动包装方法及设备。

本发明的技术方案是这样实现的：此方法采用恒流式无触点激磁电源，使铁钉在恒定电磁场中排序；在排钉结束时此电源平滑衰减电流，实现在零电流条件下切断加磁电路。此方法并采用逆变换向开关技术，实现无触点切换激磁电流方向，控制加磁与去磁全过程。

电磁式铁钉自动包装设备包括：直流激磁电源与激磁开关电路，在铁钉包装过程中要求直流激磁电源输出电流稳定，以保证电磁场强度稳定，加磁排序质量稳定；还要求激磁电路频繁通断，以每分钟包装2箱铁钉计，每天三班主要正反加磁通断近5千次，每年则上百万次，由于加磁电流高达上百安培，对电源与电路冲击大，则要求激磁电流与开关电路有足够的柔顺性与可靠性。

为解决上述问题，本发明提出恒流式无触点加磁排钉包装方法，专门设计的设备包括：(1)采用恒流式可控硅整流电源作为直流激磁电源，其输出电流由计算机程序设定，实行电流闭环控制，由于电源输出电流是与数字设定值比较反馈实时控制可控硅导通角，因而电源在任何情况下均按电流设定值输出恒定电流，不受网压或负载电阻变化的影响；同时，在加磁结束，通过计算机将电流设定值减少到零，就可使电源输出电流衰减为零，实现零电流断开电路；(2)采用IGBT逆变换向开关电路来作为对激磁绕组正向加磁与反向去磁的电路无触点切换开关，逆变换向开关电路由一次逆变电路与二次逆变电路组成，一次逆变电路采用半桥式逆变电路，用于将上述恒流电源输出的直流电流逆变为20KHZ的中频恒流电流，二次逆变电路采用推挽式逆变电路，用于将中频恒流逆变为通断时间可调的正向与反向交变激磁电流；当恒流激磁电源输出的直流电流通过磁逆变开关电路时，由计算机控制其二次推挽式逆变电路中两个IGBT开关管交替导通，就可实现无触点切换激磁绕组中的电流方向；(3)采用计算机程序控制激磁电源的输出电流波形与逆变换向开关电路的正反向激磁电流通断，使之与自动包装各工序协调一致，使自动包装设备性能柔性可调。

本发明的上述关键技术解决了现有电磁式自动包装设备存在的加磁电流不稳定，不精确可调，加磁开关电路冲击大，寿命短，可靠性差等问题，是一种可靠实用的新型铁钉加磁排序包装方法。

由于采用上述措施，解决了现有技术包括进口铁钉包装设备存在着的加磁设备发热易损、加磁线圈寿命短故障多的重大技术隐患。

本发明的优点和效果如下：

1、恒流式无触点激磁电源能准确控制其激磁电流值，在加磁铁芯中铁钉量变化、电网电压波动、加磁线圈温升变化等情况下都能保持加磁过程中的激磁电流与磁场强度恒定，保证包装质量稳定。

2、采用无触点恒流激磁电源在加磁结束时能自动进行去磁处理并衰减电流至零，实现了无触点换向与切断电路，解决了直流接触器触点容易起弧烧损、加磁电路寿命、故障多的问题。

3、大幅度提高了铁钉包装设备的可靠性与柔性化程度，在实际生产中稳定可靠。

4、当电网电压长时间过高时，电流也保持恒定，不会使加磁线圈产生发热老化，影响寿命等问题。

5、自动去磁处理程序可调，去磁效果好。

附图说明

图1为恒流式无触点加磁系统电路原理框图

图中：1、三相桥式可控硅整流电路，2、IGBT逆变换向开关电路，3、铁芯绕组式加磁机构，4、料斗，5、三相触发电路，6、电流反馈放大电路，7、光电检测电路，8、计算机D/A接口模块，9、计算机I/O接口模块，10、控制面板，11、PLC控制器模块

图2为恒流式无触点激磁电源主电路原理图

图3为恒流激磁电源电流负反馈控制电路原理图

图4为恒流激磁电源输出特性

图中：1、恒流特性曲线，2、激磁绕组负载特性曲线

图5为恒流无触点加磁排钉包装方法激磁电流波形示意图

图中：1、可控硅整流电路输出电流波形，2、开关管IGBT3开通时序，3、开关管IGBT4开通时序，4、激磁电流波形

图6为恒流无触点加磁排钉方法控制程序流程图

图7为恒流无触点机构结构原理图

图中：1、磁靴，2、激磁绕组，3、电磁铁芯

具体实施方式

现结合附图详细描述本发明的最佳实施例。

一种恒流式无触点加磁排钉包装方法及设备，主要采用恒流式可控硅整流电源作为激磁电源，采用IGBT逆变换向电路实现激磁电流无触点换向，采用可编程控制器对激磁电源输出电流与换向时间进行数控。

如图1示，三相桥式可控硅全波整流电路1与电流反馈放大电路6、三相触发电路5及计算机D/A接口模块8组成恒流式可控硅整流电源。其中，三相桥式可控硅整流电路将三相工频交流点全波整流为直流，点Id₁其最重输出电流Id₂采样值与计算机通过D/A模块8给出的电流设定值模拟量Us在电流反馈放大电路6中进行比较后输出闭环控制信号Uk，此信号由三相触发电路转化为三相全桥可控硅触发信号来调导可控硅导通角，最终实时控制激磁电流Id₂，使之恒定为计算机设定值。

IGBT逆变换向电路2与计算机I/O模块9、光电检测电路7及可编程控制器11组成加磁与去磁时序控制系统。当装有铁钉的料斗4到达加磁机构时，光电检测电路7发出信号Uc₁表明加磁排序周期开始，PLC控制器随即通过I/O接口模块9发出正向加磁信号Uc₁，则IGBT逆变换向电路对加磁机构3输出正向加磁电流Id₂，正向加磁电流作用时间t₁由控制面板10上的加磁时间设定旋钮确定，当加磁时间t₁到时，PLC控制器就通过I/O接口模块发出逆变开关换向信号Ut₂，此Ut₂开关量信号使IGBT逆变换向电路切换输出电流方向，开始对加磁机构4输出反向去磁电流，去磁到t₂时间后，PLC控制器开始来回切换IGBT逆变开关电路输出电流方向，对装箱铁钉进行反复去磁，与此同时PLC控制器通过D/A模块连接减小电流设定值模拟量Uc，以不断减少激磁电流Id₂，其综合作用是PLC控制器在去磁阶段可使电流交变数次，其幅值则不断减小，对已排序装入包装箱中的铁钉反复去磁，以取得较好的去磁效果。

PLC控制器的上述加磁与去磁的流程如图6示，其相应加磁与去磁电流波形Id₂(t)如图5示。

本发明的恒流式无触点激磁电源系统主电路组成如图2示。图中，三相降压变压器T₁，可控硅SCR₁、SCR₂、SCR₃，整流硅管D₁、D₂、D₃，滤波电抗器L₁，续流二极管D₄等器件组成恒流三相桥式可控硅整流电路，开关管IGBT₁、IGBT₂，换向电容器C₁、C₂以及中频变压器T₂的一次绕组等器件组成板桥式一次逆变电路；整流二极管D₅、D₆、D₇、D₈与中频变压器T₂的二次绕组等器件组成板桥式二次逆变电路。

恒流式无触点激磁电源系统主电路的工作原理如下：

三相380v工频交流电经三相降压变压器T₁变为三相100v工频交流电后，由三相半控桥式可控硅整流器SCR_1、2、3与D_1、2、3进行全波整流，经电抗器L₁滤波后向IGBT逆变换向电路输出直流电流Id₁；

逆变换向电路的一次逆变电路通过开关管IGBT₁与IGBT₂交替导通和关断，在中频变压器T₂的一次绕组产生20KHz的中频交流电；

中频变压器T₂的二次绕组有中间抽头O，当二次逆变电路的IGBT₃开关管导通而IGBT₄关断，T₂二次绕组的中频交流电经绕组1端，二极管D₅换向电感L₂，开关管IGBT₃，加磁机构的激磁绕组R，回至绕组中间抽头O端构成中频交流电正半波整流回路；中频交流电负半波时的整流回路则为T₂二次绕组2端——整流管D₆——电感L₂——开关管IGBT₃——激磁绕组R——T₂二次绕组中间抽头O端；则，当开关管IGBT₃导通时，逆变换向电路输出正向加磁电流Id₂；

同理，当IGBT₄导通，而IGBT₃关断时，逆变换向电路经D₇、D₈与IGBT₄向激磁绕组R输出反向去磁电流。

恒流无触点激磁电源系统的电流负反馈控制电路原理见图3。图中，U₁为电流霍尔传感器，U₂、U₃、U₄为运算放大器，U₅为三相触发电路，此电流负反馈电路的恒流控制原理如下：激磁电流Id₂通过电流传感器U₁时产生电流传感信号电压U_i，此电压信号经过U₂同相放大后与PLC控制器D/A模块发出的电流设定值模拟量信号电压U_s在U₃单元进行比较，其产生的电流负反馈信号经U₄单元反向积分放大为三相触发电路U₅的控制信号电压U_k。当激磁电流Id₂高于PLC控制器设定值时，其电流传感信号U_i经U₂放大后大于电流设定值信号U_s，负反馈放大电路U₃输出正电压，经U₄单元反向积分放大使控制信号U_k下降，三相触发电路U₅产生的触发脉冲相位右移，则三相可控硅元件导通角减小，激磁电源输出电流Id₂随之减小，此电流负反馈过程一直进行到激磁电源输出电流Id₂恒定等于设定值。同理，当Id₂值变小时，电流负反馈电路U₃输出负电压，经U₄反向积分放大后，使控制电压U_k增加，可控硅导通角增加，激磁电源输出电流Id₂增加，直至恒定为设定值。由此，本发明的恒流无触点激磁电源系统获得恒流输出特性，如图4示，图中，曲线1为电源的恒流输出伏安特性，曲线2为加磁机构激磁绕组(见图7)的电阻性负载特性曲线，二者交点为稳定工作点，则在电流设定值U_s一定时，电源输出电流Id₂恒定，只有调节U_s值才能改变Id₂值。

Claims

1.一种恒流式无触点加磁排钉包装方法，采用恒流式无触点激磁电源，使铁钉在恒定电磁场中排序，它包括：

(1)采用恒流式可控硅整流电源作为直流激磁电源，其输出电流由计算机程序设定，实行电流闭环控制，由于电源输出电流是与数字设定值比较反馈实时控制可控硅导通角，因而电源在任何情况下均按电流设定值输出恒定电流，不受网压或负载电阻变化的影响；同时，在加磁结束，通过计算机将电流设定值减少到零，就可使电源输出电流衰减为零，实现零电流断开电路；

(2)采用IGBT逆变换向开关电路来作为对激磁绕组正向加磁与反向去磁的电路无触点切换开关，逆变换向开关电路由一次逆变电路与二次逆变电路组成，一次逆变电路采用半桥式逆变电路，用于将上述恒流电源输出的直流电流逆变为20KHZ的中频恒流电流，二次逆变电路采用推挽式逆变电路，用于将中频恒流逆变为通断时间可调的正向与反向交变激磁电流；当恒流激磁电源输出的直流电流通过磁逆变开关电路时，由计算机控制其二次推挽式逆变电路中两个IGBT开关管交替导通，就可实现无触点切换激磁绕组中的电流方向；

(3)采用计算机程序控制激磁电源的输出电流波形与逆变换向开关电路的正反向激磁电流通断，使之与自动包装各工序协调一致，使自动包装设备性能柔性可调。