CN102700783B - 高速新型间歇式包装机传动系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速新型间歇式包装机传动系统的控制方法，系统控制器通过拉袋走纸驱动电源连接拉袋走纸步进电机、拉袋走纸传动机构；系统控制器通过横封步进驱动电源连接横封步进电机、横封加热棒传动机构；系统控制器通过纵封步进驱动电源连接纵封步进电机、纵封加热棒传动机构；系统控制器通过下料充填驱动电源连接下料充填步进电机、下料充填传动机构。本发明以创新的间歇式包装机机械传动机构的制袋、封合、充填为基础，以计算机嵌入式控制理论为主导，实现自动化、人性化的控制模式。

Description

高速新型间歇式包装机传动系统的控制方法

技术领域

本发明属于包装机械领域，涉及一种高速新型间歇式包装机传动系统的控制方法。 

背景技术

间歇式全自动包装机是世界包装机行业的一大主流，与连续式全自动包装机相比，具有物料包装成品袋成形效果好、机械结构简单、安装维护成本低的特点，故而广泛使用。即传统间歇式全自动包装机拉袋走纸机构多采用双拉袋走纸牵引辊(一个主动辊，一个被动辊)机构；横封加热棒和纵封加热棒采用与主机相连的凸轮机械传动机构；下料充填采用(颗粒-转盘量杯式，粉剂-螺杆驱动式)机械传动机构。故现间歇式全自动包装机的制袋、封合、充填过程的三要素基于机械结构动作原理因素导致整机运行时噪音极大，同样基于机械传动结构因素，也限制整机包装速度，且整机运行速度只能到60袋／min；包装机拉袋长度最大为150mm；包装机一般采用380VAC供电，且整机功率又很大。诸多因素抑制了间歇式全自动包装机的发展。所以目前间歇式全自动包装机的重点是改变包装机现有的拉袋走纸运动方式、横封加热棒和纵封加热棒打开和闭合运动方式、下料充填的运动方式等几个方面，以提高间歇式全自动包装机的整机包装速度为主线，彻底解决目前我国间歇式全自动包装机的生产现状。目前国内外间歇式包装机制袋、封合、充填环节运动模式如下： 

1.拉袋走纸环节 

原理：拉袋走纸两牵引辊一个是主动辊，依靠与其相连步进电机驱动，另一是被动辊，依靠弹簧作用，与主动辊的相对摩擦实现拉袋走纸牵引运动。 

存在问题：基于这种运动基理，在拉袋走纸运行过程中，会出现两牵引辊运行不同步现象；同时被动辊压紧弹簧的弹力大小、与主动辊相对摩擦力的大小、两牵引辊旋转运行的平稳性等导致走纸过程脱纸、打滑现象。 

2.横封和纵封封合环节 

原理：横封、纵封运动操作是依靠主机运动过程的凸轮运行实现，在拉袋走纸信号作用下，包装机主机(380VAC)驱动与主机相连的凸轮作旋转运动，使横封加热棒和纵封加热棒执行打开操作；拉袋走纸结束，凸轮旋转运动会驱动横封加热棒和纵封加热棒执行闭合操作，且同步运行，故而完成间歇式包装机的封合操作。其整个运动过程是由机械传动过程(剪刀原理)完成的。 

存在问题： 

1)机械噪音大 

基于机械传动结构。横纵封闭合的机械凸轮传动结构使之封合时机械噪音极大，影响包装生产环境；同时增加系统能耗。 

2)横纵封运动(横纵封加热棒的打开和闭合)时间长 

横纵封打开和闭合的机械凸轮传动需要一个时间过程，较长的运动时间直接影响到整机速度，并成为间歇式包装机无法提高整机包装速度的主要原因之一。 

3)横封和纵封的每路加热回路也均采用110VAC串联供电，两加热棒基于加热中功率差异和功率不平衡导致其中的一根加热棒易损现象存在。 

3.下料充填环节 

包装机的下料充填结构形式主要依据包装物料，常用有三种：颗粒类、粉剂类、酱类等。 

1)颗粒下料充填环节 

基理：一般是主电机驱动一料盘，料盘上有几个量杯(量杯大小决定计 量参数)，颗粒包装机下料时间决定于包装机主机速度(主机转一圈，则下料一次)，当需改变计量时需更改量杯大小。 

存在问题： 

①包装机主机速度决定于整机包装速度：主机转一圈，则下料一次。一般间歇式包装机最高速度为60袋/min； 

②包装机的下料充填方式(结构原理)决定于整机包装速度：缩短下料充填时间是提高包装机整机包装速度的关键。整机包装速度决定于包装机的下料充填方式。 

③改变计量参数则需更换计量量杯大小和整个下料转盘结构，故下料充填通用性差。 

2)粉剂下料充填环节 

基理：目前粉剂物料下料装置一般是由步进电机直接驱动螺杆(采用容积法)机构，并由步进电机运行的步长和速度决定粉剂包装的计量和下料时间；同时根据包装计量范围来确定螺杆的加工直径和螺距尺寸；且还需在下料料斗内配置合适的搅拌装置，保证料斗内粉剂物料松散度；故下料充填时间与下料充填螺杆的旋转过程有关。 

存在问题： 

①下料充填计量决定于螺杆的加工直径和螺距尺寸；包装机的下料充填精度与螺杆的直径、螺距尺寸、驱动步进电机步长细分参数有关，大范围改变计量参数较困难。 

②下料充填时间决定于下料充填方式。如螺杆驱动40g粉剂物料需1s，下料充填时间长。 

3)酱类物料下料充填环节 

酱类物料下料充填环节一般是由物料流动性决定下料充填机构，有柱塞泵、齿轮泵、磁力泵等几类。像液体(牛奶、洗发水)物料使用柱塞泵或磁力泵实现灌装充填；而膏类物料可使用步进电机驱动齿轮泵实现灌装充填。 

发明内容

本发明所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种高速新型间歇式包装机传动系统的控制方法，以创新的间歇式包装机机械传动机构的制袋、封合、充填为基础，以计算机嵌入式控制理论为主导，实现自动化、人性化的控制模式。 

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的： 

依据本发明提供的一种高速新型间歇式包装机传动系统，包括拉袋走纸步进电机、拉袋走纸传动机构、纵封步进电机、纵封加热棒传动机构、横封步进电机、横封加热棒传动机构、下料充填步进电机、下料充填传动机构和系统控制器，系统控制器通过拉袋走纸驱动电源连接拉袋走纸步进电机，拉袋走纸步进电机连接拉袋走纸传动机构；系统控制器通过横封步进驱动电源连接横封步进电机，横封步进电机连接横封加热棒传动机构；系统控制器通过纵封步进驱动电源连接纵封步进电机，纵封步进电机连接纵封加热棒传动机构；系统控制器通过下料充填驱动电源连接下料充填步进电机，下料充填步进电机连接下料充填传动机构。 

一种高速新型间歇式包装机传动系统的控制方法，它包括以下步骤： 

1)拉袋走纸运行： 

在拉袋走纸启动信号作用下，拉袋走纸传动机构按系统控制器设置参数即驱动拉袋走纸传动机构步进电机的细分、速度、辊径、速比，执行包材拉袋走纸操作； 

2)包材拉袋走纸操作的同时，横纵封传动机构按系统控制器设置参数即驱动横纵封加热棒步进电机的正转步长和速度，执行打开操作； 

3)拉袋走纸结束，横纵封传动机构按设置的回位参数即驱动横纵封加热棒步进电机的反转步长和速度，执行横纵封加热棒封合操作，其运动方式与横纵封加热棒打开模式相同； 

4)横纵封加热棒封合结束，下料充填传动机构按系统控制器设置参数即驱动下料充填传动机构步进电机的步长和速度，执行下料充填操作； 

5)下料充填操作结束，系统自动返回步骤1)，进入下一制袋、封合、充填操作，以此类推，完成间歇式全自动包装机物料包装的生产过程。 

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果： 

一)在机械结构上： 

1.采用创新拉袋走纸机械牵引机构，并由高压驱动步进电机，一是提高拉袋走纸速度；二是保证了拉袋效果。 

2.采用新颖横纵封运动机构，故横封加热棒和纵封加热棒机械结构的打开和闭合分别由步进电机直接驱动，一是提高整机动作速度；二是减少横纵封加热棒闭合时的机械噪音。 

3.横封和纵封的加热均采用220VAC直接供电，降低部件的安装成本、安装的可靠性和快速提高加热时间。 

4.采用创新的下料充填驱动结构，一是缩短下料充填时间；二是提高整机包装速度。 

5.本发明间歇式全自动包装机上无牵引主电机(一般是三相交流550w)和机械调速器，整机结构和电气系统接线结构均简单。 

二)在电气控制基理上 

1.系统控制器采用嵌入式控制理论和控制模式。 

2.系统控制器集分别控制、综合管理于一体。即： 

①独立按袋长参数实现步进电机直接驱动拉袋机构旋转操作，完成袋长定长和商标跟综； 

②独立按横封加热棒和纵封加热棒结构的打开和闭合参数分别由步进电机直接驱动，实现横封加热棒和纵封加热棒结构打开和闭合的精准操作； 

③在下料信号作用下，独立完成包装机的下料快速充填操作。 

三)在整机性能上 

1.包装机整机机械部件少，采用组合式模块化结构设计。减少整机装配、调试成本，降低机械、电气维护成本，缩短整机生产周期； 

2.包装机整机包装速度理论和实践均达180-200袋/分以上； 

3.包装机包装计量范围500g内可调，扩大包装机用户的使用范围； 

4.包装机可实现连切(每一袋包装成品袋均切断)和分切(按设置的袋数切断)两种操作，极大方便用户使用。 

本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。 

附图说明

图1为本发明的包装机结构示意图； 

图2为本发明的系统电气控制原理框图； 

图3为本发明的系统运行程序流程图； 

图4为本发明的系统控制器的功能面膜结构示意图。 

其中：1.包材支架2.包材31.拉袋走纸步进电机32.拉袋走纸传动机构41.纵封步进电机42.纵封传动机构51.横封步进电机52.横封传动机构61.下料充填步进电机62.物料搅拌电机一63.物料搅拌电机二64.下料充填传动机构7.系统控制器面膜701.LED显示器702.设置键703.充填键704.袋长键705.横封键706.回位/纵封键707.确认/启动键708.点进键709.置数键710.清零键711.暂停键。 

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。 

如图1～3所示的一种高速新型间歇式包装机传动系统，包括拉袋走纸步进电机、拉袋走纸传动机构、纵封步进电机、纵封加热棒传动机构、横封步进电机、横封加热棒传动机构、下料充填步进电机、下料充填传动机构和系 统控制器，系统控制器通过拉袋走纸驱动电源连接拉袋走纸步进电机，拉袋走纸步进电机连接拉袋走纸传动机构；系统控制器通过横封步进驱动电源连接横封步进电机，横封步进电机连接横封加热棒传动机构；系统控制器通过纵封步进驱动电源连接纵封步进电机，纵封步进电机连接纵封加热棒传动机构；系统控制器通过下料充填驱动电源连接下料充填步进电机，下料充填步进电机连接下料充填传动机构。 

包材2装在包材支架1上，在系统拉袋走纸启动信号作用下，拉袋走纸步进电机31驱动拉袋走纸传动机构32按系统控制器的设置参数(步长和速度)执行拉袋走纸操作；同时纵封步进电机41和横封步进电机51分别驱动纵封传动机构42和横封传动机构52按系统控制器的设置参数(步长和速度)执行横纵封加热棒的打开操作；拉袋走纸操作结束，下料充填步进电机61驱动下料充填传动机构64按系统控制器的设置参数(步长和速度)执行下料充填操作。故此完成制袋、封合和充填的生产过程。物料搅拌电机一62驱动料斗内物料左循环搅拌、物料搅拌电机二63驱动料斗内物料右循环搅拌。 

拉袋走纸运动机构采用由步进电机直接驱动双同步带轮牵引机构，即两同步带夹纸运行环节的紧密走纸过程及包材成型过程，保证了拉袋走纸的同步性、平稳性、紧密性，确保了拉袋走纸效果，有效避免原拉袋双牵引辊走纸过程的脱纸、打滑现象；解决拉袋走纸牵引的拉袋速度和拉袋效果问题。 

横封加热棒和纵封加热棒的打开和闭合采用创新的机械传动机构，在控制原理上分别由步进电机直接驱动，在加工工艺上采用机床行业国际加工标准。确保其运动过程阻力最小，运动速度最快；横纵封封合时噪音最小；极大限度地提高横封加热棒和纵封加热棒(打开和闭合)的动作速度问题；横封封合采用创新结构设计，解决包装袋连切和分切的控制问题，同时横纵封加热棒采用220VAC供电，解决加热棒易损现象。 

下料充填(包括计量和速度)传动机构采用创新的传统农用水车运动原理，即针对颗粒和粉剂物料，在下料充填过程的同时下料充填传动机构中又 储备了下几袋所需物料，故而缩短下料充填时间，有效提高下料充填的速度问题。 

一种高速新型间歇式包装机传动系统的控制方法，它包括以下步骤： 

1)拉袋走纸运行： 

在拉袋走纸启动信号作用下，拉袋走纸传动机构按系统控制器设置参数即驱动拉袋走纸传动机构步进电机的细分、速度、辊径、速比，执行包材拉袋走纸操作； 

2)包材拉袋走纸操作的同时，横纵封传动机构按系统控制器设置参数即驱动横纵封加热棒步进电机的正转步长和速度，执行打开操作； 

3)拉袋走纸结束，横纵封传动机构按设置的回位参数即驱动横纵封加热棒步进电机的反转步长和速度，执行横纵封加热棒封合操作，其运动方式与横纵封加热棒打开模式相同； 

4)横纵封加热棒封合结束，下料充填传动机构按系统控制器设置参数即驱动下料充填传动机构步进电机的步长和速度，执行下料充填操作； 

5)下料充填操作结束，系统自动返回步骤1)，进入下一制袋、封合、充填操作，以此类推，完成间歇式全自动包装机物料包装的生产过程。系统控制器是本发明的核心部件，它包括如下研发创新方面： 

(1)系统控制器的研发理论-计算机嵌入式控制理论，即以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求，且由单个程序实现整个控制逻辑的专用计算机系统。 

(2)系统控制器的软硬件研发： 

a.选用I/O口丰富、软件运行速度快、体积小、驱动功能强的单片微处理器mage128； 

b.高抗干扰能力输入/输出接口设计； 

c.高性能线性隔离/开关稳压供电电源设计； 

d.控制、监视、辅助操作机器和设备的接口设计； 

e.集分散控制集中管理为一体嵌入式软件处理 

如图4所示，在包装机系统控制器功能面膜7上设置有LCD显示器701：具有中文汉字和英文功能、设置和运动状态显示、十个轻触摸按键，其功能说明如下： 

设置键702：拉袋参数设置界面、下料充填参数设置界面。 

充填键703：下料充填参数(步长和速度)快捷设置。 

袋长键704：袋长和跟标参数设置键。 

横封键705：横封参数(横封打开步长和速度、横封闭合步长和速度及闭合停滞时间)设置键。 

回位/纵封键706：纵封参数(纵封打开步长和速度、纵封闭合步长和速度及闭合停滞时间)设置键。 

确认/启动键707：设置参数确认和拉袋运行启动键，可定义为：确认/启动键功能(在主界面下，可实现对拉袋启动操作)。 

点进键708：拉袋走纸点动运行键；(拉袋操作的同时，横纵封执行打开操作)，同时兼有参数设置时左移功能。注：点进操作时，横 

封棒和纵封棒处于自动打开状态。 

置数键709：连切和分切功能键，兼有参数设置时右移功能。 

清零键710：主界面包装袋数清零键，兼有参数设置时下移功能。 

暂停键711：主界面下，下料启动/停止控制键。兼有参数上移设置功能。 

本发明的整机电源(整机配电电源为220VAC)配置扩大了高速新型间歇式全自动包装机使用和选择范围； 

本发明500g内可调的计量范围扩大了高速新型间歇式全自动包装机用户的使用范围； 

本发明连切和分切功能配置极大满足高速新型间歇式全自动包装机用户 对包装成品需求； 

本发明机械传动机构采用模块化设计，电气控制装置更具人性化设计。有效实现机电装置装配、调试、操作的快捷性；人机交流的可视性；外观结构的新颖性。极大缩短包装机整机生产周期；微宏观均大大提高间歇式包装机的行业地位。 

系统主要性能参数 

本发明已成功实施高速新型间歇式包装机的样机制作，整机性能运行测试主要参数比较如表所示。 

包装机类型

袋长范围

拉带走纸速度

横纵封动作时间

下料充填时间

计量范围

整机噪音

整机功率

原间歇包装机

50～150mm

0.5s/150mm

0.5s

1s/40g

改变下料机构

≥70分贝

≥1250W

新间歇包装机

25～500mm

0.05s/150mm

0.05s

0.03s/40g

1-500g可调

≤40分贝

≤750W

Claims (1)

1.一种高速新型间歇式包装机传动系统的控制方法，该包装机传动系统包括拉袋走纸步进电机、拉袋走纸传动机构、纵封步进电机、纵封加热棒传动机构、横封步进电机、横封加热棒传动机构、下料充填步进电机、下料充填传动机构和系统控制器，系统控制器通过拉袋走纸驱动电源连接拉袋走纸步进电机，拉袋走纸步进电机连接拉袋走纸传动机构；系统控制器通过横封步进驱动电源连接横封步进电机，横封步进电机连接横封加热棒传动机构；系统控制器通过纵封步进驱动电源连接纵封步进电机，纵封步进电机连接纵封加热棒传动机构；系统控制器通过下料充填驱动电源连接下料充填步进电机，下料充填步进电机连接下料充填传动机构，其特征在于：所述的高速新型间歇式包装机传动系统的控制方法包括以下步骤：

1)拉袋走纸运行：

在拉袋走纸启动信号作用下，拉袋走纸传动机构按系统控制器设置参数即驱动拉袋走纸传动机构步进电机的细分、速度、辊径、速比，执行包材拉袋走纸操作；

2)包材拉袋走纸操作的同时，横纵封传动机构按系统控制器设置参数即驱动横纵封加热棒步进电机的正转步长和速度，执行打开操作；

3)拉袋走纸结束，横纵封传动机构按设置的回位参数即驱动横纵封加热棒步进电机的反转步长和速度，执行横纵封加热棒封合操作，其运动方式与横纵封加热棒打开模式相同；

4)横纵封加热棒封合结束，下料充填传动机构按系统控制器设置参数即驱动下料充填传动机构步进电机的步长和速度，执行下料充填操作；

5)下料充填操作结束，系统自动返回步骤1)，进入下一制袋、封合、充填操作，以此类推，完成间歇式全自动包装机物料包装的生产过程。

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