CN103499940A - 一种热封切制袋机多路温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种热封切制袋机多路温度控制系统，包括开关电源、固态继电器、电加热材料模块、控制器模块、人机交互模块等，所述开关电源为所述固态继电器、控制模块和人机交互模块提供稳定的直流电源；所述固态继电器实现对所述电加热材料的快速通断电控制，电加热模块包括电加热材料和内嵌其中的温度传感器，用以采集电加热材料的温度；所述控制器模块负责采集、处理各路温度传感器得到的信号，采用PID控制算法控制所述固态继电器的通断，并执行串口通信程序与所述人机交互模块进行通信；所述人机交互模块接收控制器模块送出的需要显示的信息，并可以设定所述多路温度控制系统的运行参数。本发明的多路温度采集系统，采集精度高，控制准确，人机交互界面友好，操作方便。

Description

一种热封切制袋机多路温度控制系统

技术领域

本发明涉及制袋机机械控制领域，特别涉及一种制袋机的热封切装置温度控制系统。

背景技术

热封切制袋机是利用塑料的热塑原理，采用烫刀加热使塑料薄膜的封口部位变成黏流状态，同时借助烫刀的下压力将上下两层塑料融合到一起，待冷却后定位裁切，最终将塑料薄膜制成包装袋。制袋机生产过程中要求精确实现对烫封、切割以及送料运动的控制，其中对烫刀的温度控制是决定热封质量的关键因素之一。

目前国内众多制袋机系统均已采用集成的多路温度控制器，可以同时控制多路烫刀温度，并且可以通过上位机显示多路实时温度值并能实时调整温度控制参数以及目标温度，以达到更好的控制效果。但大多控制器可以同时控制的温度通道数量不够多一般为4路或者6路，采用位数较小的，如10位或者12位的模数转换芯片导致检测以及控制的温度精度不够高，通信能力不够强、人机交互界面不够友好，如只能用按键输入、数码管或者小尺寸的液晶显示板输出显示等等。

为解决上述问题，本发明设计了基于16位AD转换芯片AD7705以及32位ARM处理器LPC2138的多路温度控制系统。该系统可以同时实现多达8路温度采集，8路对应的温度控制输出以及多个自由口输出，测量温度分辨率达到0.1℃，多个温度控制器可以通过工业数据总线通信并仅由一台上位机进行监视和控制的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制袋机的热封切装置多路温度控制系统，用于改善提高电加热材料的温度控制精度和控制的响应时间，并提供良好的人机界面接口，方便与标准的工控产品以及PC机进行数据通信。

按照本发明的技术方案，所述多路温度控制系统包括：电加热材料，内嵌在所述电加热材料中的温度传感器，与所述固态继电器相连的控制器，与所述控制器相连的固态继电器，与所述控制器相连的人机交互模块，以及为所述固态继电器、控制器和人机交互模块供电的开关电源。所述控制器则由信号调理电路模块、主控模块、输出驱动模块以及通信接口模块组成。

系统工作原理：所述温度传感器随着所述电加热材料温度变化感应出不同热电势信号，由所述控制器采集、转换后得到所述电加热材料实际温度，所述控制器根据所述人机交互模块设定的目标温度，采用PID控制算法计算得到输出，通过所述固态继电器控制所述电加热材料单位周期内通电加热的时间，实现对所述电加热材料的温度控制。所述人机交互模块可以同时显示多路实时温度值，可以显示并修改多路温度控制算法和所述多路温度控制系统运行的参数。

具体每个部分的工作原理如下：

所述电加热材料具体为烫刀或者烫排，通过交流电为其加热。

所述温度传感器具体为K型或者J型或者E型或者N型或者R型或者S型或者T型热电偶，内嵌于所述电加热材料中，采集到感应热电势后由所述控制器采集。

所述控制器，信号调理电路模块由差分放大电路和多路模拟选择开关和16位模数转换芯片AD7705组成，通过信号调理电路选择、采集到各路热电势信号后通过差分放大电路放大再经过模数转换芯片得到各路温度的数字信号，并送到主控模块。主控模块的主芯片为32位ARM芯片LPC2138，负责对通信接口模块、输出驱动模块、模数转换芯片进行控制，并运行温度转换程序通过查表都得到各路实际温度，将实际温度与所述人机交互模块设定的目标温度进行比较后，采用预先设定好的PID控制算法计算得到各路温度加热材料需要通电加热的时间，并由所述输出驱动模块控制输出。所述输出驱动模块由大电流场效应管及其附属电路构成，接收来自所述主控模块的弱电控制信号，通过光耦转换电路实现对大电流信号电路的控制。所述通信接口模块由高速光耦和485芯片组成，负责控制和管理与所述人机交互模块之间的数据通信。

所述固态继电器，接受所述输出驱动模块输出的大电流控制信号实现对工频交流电信号的通断，从而实现对所述电加热材料通电加热时间的控制，最终实现对所述电加热材料的温度控制。

所述人机交互模块，负责显示各路的实时温度值，实现对各路温度的手动、自动控制设定，实现对各路温度的自动控制算法参数进行修改和设定，实现对所述多路温度控制系统选择不同的温度传感器类型的设定，实现对所述多路温度控制系统的运行参数设定。

该多路温度控制系统的有益效果在于：(1)温度测量精度高，最小可以达到0.1℃；(2)可以同时测量和控制的温度路数多，最多有8路，同时还有4路自由输出口可以用于其它输出；(3)通信能力强，兼容性好，能够支持目前绝大多数触摸屏设备和所有添加了标准MODBUS协议功能的上位机软件，保证了系统具有友好的人机交互界面，操作方便。

附图说明

图1为多路温度控制系统示意图。

图2为控制器示意图。

图3为信号调理电路模块示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明开发一种用于制袋机热封切装置上的多路温度控制系统，它控制精度高、响应速度快、操作简洁。图1为多路温度控制系统示意图。

1为开关电源，为固态继电器2、控制器4和人机交互模块5提供24V直流电源。

2为固态继电器，接收来自控制器3的控制信号，实现对电加热材料3的通电加热时间控制。

3为电加热材料，受固态继电器2控制是否通电加热并执行下压动作实现融合两层塑料的功能，内嵌的温度传感器31为各种型号热电偶，用于采集电加热材料的热感应电势。

控制器4的主控芯片为LPC2100系列ARM微处理器，完成温度信号的采集和转换，运行控制算法程序，输出控制信号驱动固态继电器2实现控制电加热材料3的温度，并输出信息到人机交互模块5和接收来自人机交互模块的控制信号等功能。

图2所示为所述多路温度控制系统中控制器的示意图。

45为电源模块，接收开关电源1供应的24V直流电源，转换输出24V、±5V和3.3V的直流电源分别提供给控制器4中其它模块。

信号调理电路模块41，完成采集温度传感器31输送过来的感应电势信号，进行滤波、选择和放大、进行模数转换后送给主控模块42进行处理。

主控模块42，将来自信号调理电路模块41的数字感应电势信号转换成实际温度，与设定的目标温度进行比较后，采用PID控制算法计算得到输出控制信号，输出给驱动电路模块43，并实时处理来自通信接口电路模块的数据信息。

43为输出驱动模块，主要由光耦隔离电路和大电流场效应管及其附属电路构成，实现主控模块41输出的弱电信号对强电信号控制的转换和驱动功能。

44为通信接口模块，主要是高速光耦和485芯片及其附属电路。

图3所示为信号调理电路模块示意图。

411为信号滤波和选择电路模块，它主要由RC滤波电路以及两片八选一模拟选择开关CD4051及其附属电路构成。

412为差分放大电路模块，主要由3片高精度运算放大器构成。

413为模数转换电路模块，主要由16位的模数转换芯片及其附属电路构成。

Claims (8)

1.一种热封切制袋机多路温度控制系统，用于控制安装在制袋机上热封切装置上的多路电加热材料，其特征在于，所述温度控制系统包括：与所述电加热材料相连的控制所述电加热材料输入电压的固态继电器；与所述固态继电器相连的用于控制所述固态继电器的控制器，以及与所述控制器和所述固态继电器相连的为所述固态继电器和所述控制器供电的开关电源。

2.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括内嵌在所述电加热材料中的温度传感器，所述温度传感器用于采集热感应热电势，并由所述控制器采集、转换成温度信号。

3.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括与所述控制器相连的人机交互模块，所述人机交互模块具体是支持MODBUS通信协议的触摸屏和／或者在PC机上运行的软件，所述人机交互模块用于显示所述温度控制系统运行的状态和参数并用于设定输入所述温度控制系统运行的参数。

4.根据权利要求1所述的温度控制系统，其特征在于，所述控制器包括：

与所述温度传感器相连的信号调理电路，负责采集、选择、放大所述温度传感器获取的热电势信号；

与所述固态继电器相连的输出驱动电路，负责驱动多路所述固态继电器的开关，调节所述电加热材料单位时间内的加热时间，控制所述电加热材料温度；

主控电路，负责处理温度信号，控制所述输出驱动电路及所述串口通信电路，并运行各模块的驱动程序和应用程序。

5.根据权利要求1至4任一所述温度控制系统，其特征在于，所述电加热材料具体为烫刀或者烫排。

6.根据权利要求4所述信号调理电路，其特征在于，它由差分放大电路和16位模数转换芯片AD7705及其附属电路构成。

7.根据权利要求4所述主控电路，其特征在于，它是由32位处理器LPC2138芯片及其附属电路组成。

8.根据权利要求4所述主控电路，其特征在于，存储并运行于其中的软件部分，包括：模数转换芯片驱动程序、温度转换程序、PID温度控制程序、串口数据通信程序。

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