CN103085999A - 连续式步进电机驱动横纵封辊包装机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续式步进电机驱动横纵封辊包装机及其控制方法，包装机包括纵封牵引驱动机构、横封旋转驱动机构、成品袋切断机构、物料充填装置和包装机系统控制器。本发明采用嵌入式控制技术，将纵封辊拉袋、横封辊旋转直接由步进电机驱动实现，并保证两者的运动速度在横封封合点的线速度一致，合理解决和避免该速度不一致导致包装成品袋雍袋和岑袋现象和不足。包装机整机机械部件少，装配调试成本低，机械维护量小，整机生产周期短。本发明的控制方法表明连续式包装机生产过程三要素即制袋、封合、充填，成为在机械结构即纵封拉袋、横封旋转封合、下料充填上分别独立，运行规律上相互依存的运动主体。

Description

连续式步进电机驱动横纵封辊包装机及其控制方法

技术领域

 本发明属于包装机械设备领域，涉及一种连续式步进电机驱动横纵封辊包装机及其控制方法，尤其适用于连续式步进电机驱动横纵封辊包装机的制袋、封合、充填生产过程的控制。

背景技术

连续式全自动包装机是世界包装机行业的一大主流，与间歇式全自动包装机相比，具有物料包装速度快、效率高的特点，故而广泛使用。且由全自动包装机生产过程三要素（制袋、封合、充填）可知：其中制袋、封合两过程的工作性能直接关系到物料包装袋的产品质量。目前连续式包装机机械传动机构中横封辊和纵封辊在横封封合点的速度同步措施是依靠机械传动机构的不等速偏心轮运动实现，基于这一原理包装机设备上使用多个齿轮（按传动过程的数学模型）模拟实现。故而多个齿轮的组合带来机械结构的复杂、装配调试周期长；齿轮传动过程造成拉袋走纸误差；拉袋走纸长度规格调整无法实现简单快捷。目前国内外连续式包装机运动技术及控制方式主要基于以下几种模式：

1.  纵封牵引差动调整、横封不等速（偏心轮）机构，该机构仍在包装机设备产品上配套使用，存在的问题：

①基于机械传动部件加工误差、装配和调试技术熟练程度、加之袋长控制器性能因素等综合原因导致包装袋成品袋的擁袋、岑袋现象在一定程度上很难克服；

②当走纸长度出现偏差时，需要更换相应的传动齿轮（即变换包装机定长齿轮齿数）进行偏差调整，且调整范围有限；

③当袋长误差较大时，基于机械传动配合因素，使误差难以消除；

④当袋长改变时，需要更换相应的传动齿轮齿数和横封不等速（偏心轮）传动机构的传动比，且袋长范围有限（常规包装设备的袋长范围为55-110mm）；

⑤纵封辊牵引差动调整、横封不等速（偏心轮）机械结构，该机械部件占据整机机械传动部件的70％和整机空间的60％，由此也增加了装配和调试成本，以及整机的生产周期。

⑥主机速度决定了整机包装速度，现包装机整机包装仅为100袋/分。

2.  纵封辊步进电机牵引、横封辊不等速（偏心轮）机构，该机构为连续式包装机设备上使用的主流结构，存在的问题：

①袋长改变时，一是要通过对控制器的袋长参数进行调整，二是还要通过调整不等速偏心轮的偏心量，保证制袋封合要求，故调整麻烦、且每改变一次袋长规格就要调整一次，同样给用户操作、使用带来不便；

②常规包装设备的袋长范围仍控制为55-110mm；

③袋长和商标跟踪精度的最佳效果为±1mm，难以满足高标准包装袋的袋长精度要求；

3.  国家发明专利《连续式包装机控制系统及控制方法》专利文献号：CN101559846A，该项控制模式只在部分包装机设备上使用，存在的问题：

①不等速偏心轮机械传动机构传动过程带来的固有问题依然存在，如2①所示；

②尽管袋长范围可扩展到500mm，但定长和跟标精度大于4mm,无法满足连续式包装机拉袋控制的精度要求。

4.国家发明专利《采用了控制电机的横封器控制装置及其控制方法》专利文献号：CN101104445，该项控制方法只在样机上使用，没形成产品市场，存在的问题：

①偏心轮机械传动机构传动过程带来的固有问题依然存在，如2.①所示；

②使用控制电机自动调整不等速偏心轮的偏心量，同样在不等速偏心轮机械传动机构存在状态下，又增加了一部分机械传动和电气控制部分，导致连续式包装机设备更加复杂化。

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，提供一种连续式步进电机驱动横纵封辊包装机及其控制方法，采用嵌入式控制技术，将纵封辊拉袋、横封辊旋转直接由步进电机驱动实现，并保证两者的运动速度在横封封合点的线速度一致，合理解决和避免该速度不一致导致包装成品袋雍袋和岑袋现象和不足。

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连续式步进电机驱动横纵封辊包装机，包括纵封

牵引驱动机构、横封旋转驱动机构、成品袋切断机构、物料充填装置和包装

机系统控制器，所述的纵封牵引驱动机构由纵封辊、纵封驱动步进电机、复合膜卷材、导辊、纵封传动同步带、纵封传动同步带轮、纵封传动变向齿轮、纵封传动轴组成，纵封辊牵引由纵封驱动步进电机直接驱动，纵封驱动步进电机驱动纵封传动同步带轮转动，纵封传动同步带轮与纵封传动同步带转动配合，并驱动动纵封传动轴旋转，纵封传动轴与纵封传动变向齿轮转动配合，并驱动纵封辊旋转；所述的横封旋转驱动机构由横封辊、横封驱动步进电机、横封传动同步带、横封传动轴、横封传动同步带轮、横封传动变向齿轮组成，横封辊旋转由横封驱动步进电机直接驱动,横封驱动步进电机驱动横封传动同步带轮转动，横封传动同步带轮与横封传动同步带转动配合，并驱动横封传动轴旋转，横封传动轴与横封传动变向齿轮转动配合，并驱动横封辊旋转；所述的成品袋切断机构由切断定刀、切断动刀、旋转电磁离合制动器、主动切刀同步带轮、切刀同步带、被动切刀同步带轮组成，横封辊带动主动切刀同步带轮转动，主动切刀同步带轮与切刀同步带转动配合，切刀同步带与被动切刀同步带轮转动配合，横封辊通过主动切刀同步带轮、切刀同步带、被动切刀同步带轮驱动旋转电磁离合制动器旋转，旋转电磁离合器上电，则切断动刀旋转，并与切断静刀配合，切断热封后成品袋。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现：

前述的包装机系统控制器包括壳体和壳体内装有的信息处理电路，壳体的面板上装有LCD显示屏和按键，其中信息处理电路包括嵌入式微处理器、输入数字信号调理隔离电路接口、信号输出接口调理功率驱动电路、系统状态显示电路、按键管理电路，横封位置传感器、系统启动信号、光电跟标传感器、下料点动传感器、系统设置信号、系统停止信号、无纸报警传感器分别与输入数字信号调理隔离电路接口的输入连接，输入数字信号调理隔离电路接口的输出连接嵌入式微处理器的输入，嵌入式微处理器的输出连接信号输出接口调理功率驱动电路的输入，信号输出接口调理功率驱动电路的输出分别连接纵封拉袋信号输出、横封旋转信号输出、下料充填信号输出、切刀控制信号输出、系统启动指示输出、故障报警信号输出，系统状态显示电路、按键管理电路分别连接嵌入式微处理器的输入；

前述的物料充填装置采用粉剂物料充填装置，或颗粒物料充填装置，或酱类物料充填装置。

一种连续式步进电机驱动横纵封辊包装机的控制方法，它包括以下步骤：

（1）由包装机系统控制器采集横封位置封合点即接近开关和光电信号，并按设置袋长参数输出脉冲给纵封驱动步进电机驱动电源相应步数和速度信号，且步进电机驱动电源驱动纵封驱动步进电机进而驱动纵封辊传动机构按要求旋转，完成包装机拉袋走纸操作的生产过程；

（2）由包装机系统控制器采集安装在横封辊上的横封位置封合点接近 开关和光电开关的色标信号，并根据纵封辊牵引的运行速度输出脉冲给横封驱动步进电机驱动器相应步数和速度信号，且横封驱动步进电机驱动器驱动横封驱动步进电机，进而带动横封辊按纵封辊速度要求旋转，以保证横封辊与纵封辊在横封辊封口时的速度同步，并完成连续式包装机包装袋定长和跟标及横封封合操作的生产过程;

（3）横封封合结束，在纵封辊执行下一次拉袋走纸操作结束横封封合前，包装机系统控制器自动控制下料充填装置完成下料充填操作；。

（4）由包装机系统控制器根据系统设置的连切、分切或不切信息决定输出相应控制信息，实现对旋转离合器的电源控制，达到连切、分切、点切或不切的操作需要。

    本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果：

1.纵封辊牵引采用步进电机直接驱动、横封辊旋转采用步进电机直接驱动，使用先进的嵌入式控制技术和软件平台实现原包装机机械传动结构的运动规律（不等速偏心轮机械机构）的控制效果。这样连续式包装机的机械传动部件只包括包装机的简单纵封辊和横封辊传动机构两部分。其效果一是省掉占很大成本的机械传动部件；二是节约装配和调试成本；三是简化了整机使用空间和缩短整机的生产周期；四是极大提高连续式包装机的电气自动化生产水平，即采用电气控制技术实现机械传动的运动要求。

2.包装成品袋的切断采用旋转电磁离合制动器控制技术，代替原切刀运     

动依靠横封旋转的机械齿轮传动（主轴齿轮驱动切断动刀旋转）、挂挡分离（连切和不切）。通过包装机系统控制器对旋转电磁离合制动器的电源（直流24V）实施控制，实现包装成品袋的连切（每袋一切）、分切（按设置参数切）、点切（每袋均有切刀痕-便于手工撕断）或不切操作。故只需3百元包装袋切断的设备成本实现现连续式包装机切刀功能（连切、分切、点切、不切）近20000元电气控制成本。

3.整机去掉主电机和机械调速器机构配置，直接使用220VAC电源供电。方便220VAC电源的市场用户。

4.本发明连续式包装机的横封辊、纵封辊的加热环节直接采用220VAC电 源加热；横纵封加热棒采用独特安装机构（横封辊加热棒分别安装于横封辊两边-靠近封合面处）方式。这样一是加快横封辊加热时间和高速运行的封合效果；二是避免原连续式包装机横封、纵封加热棒均采用110VAC串联加热供电，而导致两串联加热棒的电阻不匹配，造成加热棒易损故障问题。

5.改善和扩展包装袋长的长度适用范围（如干燥剂0.5g包装袋长≤25mm；欧式奶茶500mm）包装袋长≥500mm。

6.提高包装机包装速度，目前连续式全自动包装机包装袋长70mm的包装速度为100袋/分,本设计袋长200 mm的包装速度为160袋/分；如粉剂物料：采用螺杆推料变速技术实现快速充填。

     7.横纵封传动机构采用国际机床行业加工标准，保证传动运行效果和拉袋走纸误差精度小于0.2mm。且设备机械故障率低。

    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为本发明的结构示意图；

图2为本发明的包装机系统控制器结构示意图；

图3为本发明的信息处理电路结构框图；

图4为本发明的横封辊控制运动规律图。

    其中：1、复合膜卷材，2、导辊，3、光电开关，4、色标，5、纵封辊，6、横封辊，7、热封后成品袋，8、切断定刀，9、切断动刀，10切后成品袋，11、纵封传动变向齿轮，12、纵封传动同步带轮，13、纵封传动轴，14、纵封传动同步带，15、纵封驱动步进电机，16、横封驱动步进电机，17、横封传动同步带，18、横封传动轴，19、横封传动同步带轮，20、主动切刀同步带轮，21、横封传动变向齿轮，22、切刀同步带，23、被动切刀同步带轮，24、旋转电磁离合制动器，25、物料充填装置，26、包装纸，27、拉袋方向，28、横封原点，29、虚线，30、横封运动轨迹，31、旋转方向，32、壳体，33、面板，34、LCD显示屏，35、按键。

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1～4所示的一种连续式步进电机驱动横纵封辊包装机，包括纵封牵引驱动机构、横封旋转驱动机构、成品袋切断机构、物料充填装置和包装机系统控制器，纵封牵引驱动机构由纵封辊5、纵封驱动步进电机15、复合膜卷材1、导辊2、纵封传动同步带14、纵封传动同步带轮12、纵封传动变向齿轮11、纵封传动轴13组成，纵封辊牵引由纵封驱动步进电机直接驱动,纵封驱动步进电机驱动纵封传动同步带轮转动，纵封传动同步带轮与纵封传动同步带转动配合，并驱动动纵封传动轴旋转，纵封传动轴与纵封传动变向齿轮转动配合，并驱动纵封辊旋转，即纵封驱动步进电机上电工作驱动纵封传动同步带轮旋转，同时纵封传动同步带轮驱动纵封传动同步带旋转，届时驱动纵封传动轴旋转，导致纵封传动变向齿轮旋转，并带动纵封辊旋转，实现拉袋走纸操作。其中纵封传动同步轮12和纵封传动同步带14均采用国内外质优产品，纵封传动轴13、纵封辊5等部件均为数控加工中心制造，保证加工精度≤2微米。

横封旋转驱动机构由横封辊、横封驱动步进电机、横封传动同步带、横封传动轴、横封传动同步带轮、横封传动变向齿轮组成，横封辊旋转由横封驱动步进电机直接驱动,横封驱动步进电机驱动横封传动同步带轮转动，横封传动同步带轮与横封传动同步带转动配合，并驱动横封传动轴旋转，横封传动轴与横封传动变向齿轮转动配合，并驱动横封辊旋转，即横封驱动步进电机上电驱动横封传动同步带轮旋转，同时横封传动同步带轮驱动横封传动同步带旋转，届时横封传动轴旋转，导致横封传动变向齿轮旋转，并带动横封辊旋转，实现定长或跟标及封合操作。其中横封传动同步带轮19和横封传动同步带17均采用国内外质优产品，横封辊6、横封传动轴19和横封传动变向齿轮21等部件均为数控加工中心制造，保证加工精度≤2微米。完成包装袋横封封合的生产过程。

成品袋切断机构由切断定刀8、切断动刀9、旋转电磁离合器24、主动切刀同步带轮20、切刀同步带22、被动切刀同步带轮23组成,横封辊6驱动主动切刀同步带轮转动，主动切刀同步带轮与切刀同步带转动配合，切刀同步带与被动切刀同步带轮转动配合，横封辊通过主动切刀同步带轮、切刀同步带、被动切刀同步带轮驱动旋转电磁离合制动器旋转，旋转电磁离合器上电，则切断动刀旋转，并与切断静刀配合，切断热封后成品袋7，其中旋转电磁离合制动器分为离合和制动两部分，且组装于一体，由不同的直流电源回路构成，当切断热封后的成品袋之后，与旋转电磁离合制动器相连的切断动刀制动器上电，切断动刀停留至切断动刀的原点位置，原点位置一般根据实际由手动决定，即两包装袋横封封合的中间位置，保证成品袋切断位置精度。切断定刀8、切断动刀9等部件均为数控加工中心制造加工精度≤2微米。

    包装机系统控制器包括壳体32和壳体内装有的信息处理电路，壳体的面板33上装有LCD显示屏34和按键35，其中信息处理电路包括嵌入式微处理器、输入数字信号调理隔离电路接口、信号输出接口调理功率驱动电路、系统状态显示电路、按键管理电路，横封位置传感器、系统启动信号、光电跟标传感器、下料点动传感器、系统设置信号、系统停止信号、无纸报警传感器分别与输入数字信号调理隔离电路接口的输入连接，输入数字信号调理隔离电路接口的输出连接嵌入式微处理器的输入，嵌入式微处理器的输出连接信号输出接口调理功率驱动电路的输入，信号输出接口调理功率驱动电路的输出分别连接纵封拉袋信号输出、横封旋转信号输出、下料充填信号输出、切刀控制信号输出、系统启动指示输出、故障报警信号输出，系统状态显示电路、按键管理电路分别连接嵌入式微处理器的输入。

物料充填装置25是由物料类型来决定，包装机包装何类物料只需变换不同的物料充填装置，实现相应物料下料充填操作。包括以下三种结构方式：

      （1）粉剂物料充填装置：一般采用步进电机驱动螺杆推料实现物料的充填。本

       发明同样采用螺杆推料的下料充填机构，本发明是使用螺杆推料变速技术（国内外首创）把螺杆推的速度提高了两倍。且系统控制器在横封封合结束，自动按预先设置的下料参数输出脉冲给步进电机驱动电源相应步数和速度信号，且步进电机驱动电源驱动下料步进电机，进而带动下料螺杆机构按步数和速度要求旋转，故而完成包装机粉剂物料的下料充填操作。

       （2）颗粒物料充填装置：在横封驱动步进电机轴部位安装一对八字齿轮改变

立轴方向，驱动料盘旋转机构，实现对颗粒物料的下料充填操作。

       （3）酱类物料充填装置：酱类物料主要决定于物料粘稠度。稀类物料，如水

        类物料可由系统控制器实现对磁力泵运动机构实现下料充填控制；而稠类物

        料，如面酱、染发膏之类可采用步进电机驱动齿轮泵完成稠酱类物料的下料

        充填操作；也可采用柱塞泵实现对物料的充填操作。

一种连续式横纵封辊直接驱动包装机的控制方法，它包括以下步骤：

（1）由包装机系统控制器采集横封位置封合点即接近开关和光电信号，并按设置袋长参数输出脉冲给纵封驱动步进电机驱动电源相应步数和速度信号，且步进电机驱动电源驱动纵封驱动步进电机进而驱动纵封辊传动机构按要求旋转，完成包装机拉袋走纸操作的生产过程；

   （2）由包装机系统控制器采集安装在横封辊上的横封位置封合点接近开关和光电开关的色标信号，并根据纵封辊牵引的运行速度输出脉冲给横封驱动步进电机驱动器相应步数和速度信号，且横封驱动步进电机驱动器驱动横封驱动步进电机，进而带动横封辊按纵封辊速度要求旋转，以保证横封辊与纵封辊在横封辊封口时的速度同步，并完成连续式包装机包装袋定长和跟标及横封封合操作生产过程;

（3）横封封合结束，在纵封辊执行下一次拉袋走纸操作结束横封封合前，

包装机系统控制器自动控制下料充填装置完成下料充填操作。

  （4）由包装机系统控制器根据系统设置的连切、分切或不切信息决定输出相应控制信息，实现对旋转离合器的电源控制，达到连切、分切、点切或不切的操作需要。

    包装机系统控制器的功能特点：

（1）嵌入式微处理器： 高性能、低功耗AVR微处理器ATmega128。它丰富的口线资源及中断处理能力、多路可编程可定义的PWM输出、极大的内存空间、极快的信息处理能力均成为本发明核心部件。

（2）输入数字信号调理隔离电路接口：它主要是实现对横封位置传感器、系统启动、光电跟标传感器、下料充填传感器、系统设置、系统停止、无纸报警传感器等信息的调理（电平转换）和隔离（抗干扰处理），并输入嵌入式微处理器。

（3）信号输出接口调理功率驱动电路：它是对嵌入式微处理器采集的相关数字功能信息实现相应要求的调理（电平转换）和隔离（抗干扰处理）输出给各路控制装置（如部件的及驱动器和电磁继电器）。

（4）系统状态显示：系统状态显示电路采用LCD液晶屏，它可显示中文界面，也可显示英文界面。这样显示参数设置信息和运行状态信息，是包装机设备整机不可缺少人机交流环节。

（5）按键管理：本发明的系统控制器银浆导电按键包括设置、充填、袋长、回料、确定/下料启停、回位、数字增加、数字减少、置数、纵封点动等按键。它主要是将包装机全部运行信息输入嵌入式微处理器，实现包装机的运行控制。

包装机控制器运行模式：

（1）包装机系统控制器采用嵌入式控制理论和软件控制模式；

（2）包装机系统控制器集分别控制、综合管理于一体。即：

1）独立按设置参数要求实现纵封驱动步进电机15驱动纵封辊5旋转，完成拉袋走纸操作；

2）独立按纵封辊5旋转速度实现横封辊6旋转，并保证两者（横封辊6和纵封辊5）在封合瞬间速度同步；本控制技术为国内外首创。

3）横封辊6封合结束，自动起动物料充填装置25，完成包装机的下料充填操作；

4）物料充填装置25下料充填操作结束，系统控制器输出自动驱动旋转电磁离合器24，完成包装机热封后成品袋7的连切、分切、点切或不切操作。

    本发明的工作原理：

包装机是通过控制纵封驱动步进电机直接驱动纵封传动机构和横封驱动步进电机直接驱动横封传动机构实现包装袋的封合。即系统控制分为纵封控制和横封控制两部分。

（1）纵封控制：

纵封控制即控制纵封驱动步进电机15，纵封驱动步进电机15负责把复合膜卷材1按纵封拉袋方向27将切后成品袋10送出，送出的长度和速度由系统控制器设定的参数决定。即系统控制器设定每分钟包装袋数及包装袋长度，通过包装袋数确定出每袋所需时间及纵封驱动步进电机15的步长，进而确定纵封驱动步进电机15的运行频率。

 该频率是纵封驱动步进电机15输出运行（无论是定长还是跟标控制模式）的基本依据。它也是横封运动过程对拉袋定长和跟标控制的重要依据。由于本发明系统中没有配置主电机，所以纵封驱动步进电机15在启动时不能根据计算出的运行频率直接启动。因为运行频率如果太高，纵封驱动步进电机15直接启动很容易失步。而纵封驱动步进电机15在启动时先以低频率运行，然后加速到计算出所需的运行频率，完成启动动作。在停止时减速至低频率运行，然后停止。加速时间与减速时间可以由包装机系统控制器设定实现。 （2）横封控制-横封辊控制运动规律：

1)横封运动过程

此系统中需要控制横封驱动步进电机16在定长模式下准确的封合出包装袋的长度（包装袋定长），以及在跟标模式下准确的封合出包装袋色标4位置。

图4中虚线30这段距离即为横封封合后成品袋7的距离。在这段距离中横封辊6的线速度必须与纵封辊5的线速度一致。通过计算可得出横封驱动步进电机16运行频率。即由每一袋所需时间、纵封辊5线速度、横封辊6线速度、横封辊6转速等，确定出横封驱动步进电机16的运行频率。运行完这段距离后横封驱动步进电机16以最快速度运行到横封原点28。因为需要横封驱动步进电机16在横封原点28等待，直到纵封驱动步进电机15送出下一袋。在这等待过程中，可以完成控制与切断动刀9相连旋转电磁离合器24的吸合操作。基本运行规律是：横封辊6等待定长纵封辊5步长或包材色标4信号，定长纵封辊5步长或色标4信号到，横封辊6与纵封辊5同线速度运行并封合，封合结束，横封辊6以横封运动轨迹30按旋转方向31快速运行到横封原点28，等待纵封辊5拉袋下一袋。周而复始，完成横封驱动步进电机16的整个运动过程。

2）横封驱动步进电机实现定长和跟标

 在定长模式下，对纵封驱动步进电机15的运行步数进行计数，当计数到达设定的袋长步长数时（此时横封辊6在横封原点28等待），横封辊6从横封原点28启动（清零纵封驱动步进电机15步数值），完成封合动作，然后横封辊6以横封运动轨迹30按旋转方向31快速运行到横封原点28等待下一袋。基本运动规律是：在横封辊6等待期间，对袋长定长步长计数，计数完成（同时清零），再等待再计数；周而复始，从而封合出准确的包装袋。

 在跟标模式下，不对纵封驱动步进电机15运行脉冲数进行计数，只检测色标4信号。在检测到色标4信号后，横封辊6从横封原点28启动运行，完成封合动作，然后横封辊6以横封运动轨迹30按旋转方向31快速运行到横封原点28等待下一袋。基本运动规律是：横封辊6等待色标4，检测到色标4，横封辊6启动并封合并按横封运动轨迹30以旋转方向31快速运行到横封原点28等待。周而复始，从而封合出准确的包装袋。

3）横封驱动步进电机动作规律

机器一上电，横封驱动步进电机16就开始慢速运行到横封原点28。横封驱动步进电机16没有运行到横封原点28，机器则无发启动运行。

横封原点28应安装在对应横封辊6处于打开状态时，因为横封驱动步进电机16在启动时有加速过程，在没有加速到与纵封辊5速度相同时就封合，影响包装袋的封合外形效果。

横封辊6的横合距离(即图2中的虚线距离29)可以通过系统控制器设定。设定值且应大于横封辊6封口的距离。

（3）包装成型袋切刀控制：

成品袋切断是由热封后成品袋7通过切断动刀9和切断定刀8配合实现。其控制模式是：

1）横封辊与旋转电磁离合制动器运动关系

横封辊6通过主动切刀同步带轮20、切刀同步带22、被动切刀同步带轮23驱动旋转电磁离合器24旋转。其速比关系为1：2，即横封辊6转一周，旋转电磁离合器转二周（即横封辊6旋转一周，切断动刀9动作二次），此速比是由两封封合方式决定，并由包装机系统控制器设置完成的（该参数决定于横封辊二封、三封、四封的结构方式）。

2）热封后成品袋7切断

热封后成品袋7切断分为连切（每袋一切）、分切（按设置袋数切断）、不切（连袋）等方式，此方式均由包装机系统控制器按切后成品袋10要求通过设置相关参数完成。

3）旋转电磁离合制动器24与切断动刀9运动关系

系统控制器按热封后成品袋7切断的切断方式控制旋转电磁离合制动器24电源（直流24V）的通断，此通断模式即而控制了切断动刀9与旋转电磁离合制动器24动摩擦片的吸合与断开，实现热封后成品袋7的切断操作。

注：包装机工作前必须调整好切断动刀的位置。

预期效果及目的：

（1)本发明已创新研发制造出高速连续式包装机设备，根据理论分析和实验证明可实现如下效果：

1）理论上保证纵封辊和横封辊在封合时的线速度同步，则袋长误差≤0.2mm;

2）基于纵封运动速度取决于袋长（包装机系统控制器设置），而横封运动速度又取决于纵封运动速度，故本发明最大限度地解决了原包装机袋长范围有限（55-110）问题，包装袋袋长可扩展至500mm。

3）基于横封运动速度取决于纵封运动速度，且在横封速度允许情况下，包装机包装速度可达200袋长/160袋分以上。

4）本发明的旋转电磁离合制动器控制技术有效解决连续式包装机高成本，复杂控制技术实现分切、点切的技术要素，保证连续式包装机成品袋连切、分切、点切及不切的低价格、低成本设备功能问题。

5）本发明的包装机工作噪音≤60db。

（2）本发明的数据测试过程：

1）本发明选用新型高速全自动粉剂包装机为测试主机，按本发明的创新设计理念：纵封拉袋采用步进电机驱动；横封旋转直接由步进电机驱动，即去掉原不等速偏心轮传动机构；原理结构见图1所示。

2）按本发明设置包装机系统控制器相关参数（拉袋、下料、横封等）；

按本发明设置步进电机驱动器参数（步长、旋转方向、控制方式、指令脉冲形态、滤波器选择等）；

3）选择宽度为180带色标的包材和宽度同样为180不带色标的包材各一卷，包装机设备上电运行。

4）测试结果：                        

	包装速度	袋长范围	制袋精度	整机噪音	整机功耗
						原包装机	120mm袋长/75袋	55-110(mm)	±1(mm)	≥80db	≥1000W
本发明包装机	120mm袋长/150袋	25-500(mm)	≤0.2(mm)	≤60db	≤500W

Claims (4)

1.一种连续式步进电机驱动横纵封辊包装机,包括纵封牵引驱动机构、横封旋转驱动机构、成品袋切断机构、物料充填装置和包装机系统控制器，其特征在于：所述的纵封牵引驱动机构由纵封辊、纵封驱动步进电机、复合膜卷材、导辊、纵封传动同步带、纵封传动同步带轮、纵封传动变向齿轮、纵封传动轴组成，纵封辊牵引由纵封驱动步进电机直接驱动，纵封驱动步进电机驱动纵封传动同步带轮转动，纵封传动同步带轮与纵封传动同步带转动配合，并驱动动纵封传动轴旋转，纵封传动轴与纵封传动变向齿轮转动配合，并驱动纵封辊旋转；所述的横封旋转驱动机构由横封辊、横封驱动步进电机、横封传动同步带、横封传动轴、横封传动同步带轮、横封传动变向齿轮组成，横封辊旋转由横封驱动步进电机直接驱动,横封驱动步进电机驱动横封传动同步带轮转动，横封传动同步带轮与横封传动同步带转动配合，并驱动横封传动轴旋转，横封传动轴与横封传动变向齿轮转动配合，并驱动横封辊旋转；所述的成品袋切断机构由切断定刀、切断动刀、旋转电磁离合制动器、主动切刀同步带轮、切刀同步带、被动切刀同步带轮组成，横封辊带动主动切刀同步带轮转动，主动切刀同步带轮与切刀同步带转动配合，切刀同步带与被动切刀同步带轮转动配合，横封辊通过主动切刀同步带轮、切刀同步带、被动切刀同步带轮驱动旋转电磁离合制动器旋转，旋转电磁离合器上电，则切断动刀旋转，并与切断静刀配合，切断热封后成品袋。

2.根据权利要求1所述的连续式步进电机驱动横纵封辊包装机，其特征在于：所述的包装机系统控制器包括壳体和壳体内装有的信息处理电路，壳体的面板上装有LCD显示屏和按键，其中信息处理电路包括嵌入式微处理器、输入数字信号调理隔离电路接口、信号输出接口调理功率驱动电路、系统状态显示电路、按键管理电路，横封位置传感器、系统启动信号、光电跟标传感器、下料点动传感器、系统设置信号、系统停止信号、无纸报警传感器分别与输入数字信号调理隔离电路接口的输入连接，输入数字信号调理隔离电路接口的输出连接嵌入式微处理器的输入，嵌入式微处理器的输出连接信号输出接口调理功率驱动电路的输入，信号输出接口调理功率驱动电路的输出分别连接纵封拉袋信号输出、横封旋转信号输出、下料充填信号输出、切刀控制信号输出、系统启动指示输出、故障报警信号输出，系统状态显示电路、按键管理电路分别连接嵌入式微处理器的输入。

3. 根据权利要求1所述的连续式步进电机驱动横纵封辊包装机，其特征在于：所述的物料充填装置采用粉剂物料充填装置，或颗粒物料充填装置，或酱类物料充填装置。

4. 一种用于权利要求1所述的连续式步进电机驱动横纵封辊包装机的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

      （1）由包装机系统控制器采集横封位置封合点即接近开关和光电信号，并按设置袋长或跟标参数输出脉冲给纵封驱动步进电机驱动电源相应步数和速度信号，且步进电机驱动电源驱动纵封驱动步进电机进而驱动纵封辊传动机构按要求旋转，完成包装机拉袋走纸操作的生产过程；

      （2）由包装机系统控制器采集安装在横封辊上的横封位置封合点接近 

       开关和光电开关的色标信号，并根据纵封辊牵引的运行速度输出脉冲

       给横封驱动步进电机驱动器相应步数和速度信号，且横封驱动步进电

       机驱动器驱动横封驱动步进电机，进而带动横封辊按纵封辊速度要求

       旋转，以保证横封辊与纵封辊在横封辊封口时的速度同步，并完成连

       续式包装机包装袋定长和跟标及横封封合操作的生产过程;

      （3）横封封合结束，在纵封辊执行下一次拉袋走纸操作结束横封封合

       前，包装机系统控制器自动控制下料充填装置完成下料充填操作；

      （4）由包装机系统控制器根据系统设置的连切、分切或不切信息决定

       输出相应控制信息，实现对旋转离合制动器的电源控制，达到连切、

       分切、点切或不切的操作需要。

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