CN108137182A - 具有过程控制的早开始功能的包装机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包装机(1)，包括控制单元(2)、多个测量装置(5)和用于不同过程的多个工作单元(3)，其中所述控制单元(2)在功能上连接至所述工作单元(3)和所述测量装置(5)；所述包装机(1)处的工作循环至少包括一个工作单元(3)或不同的工作单元(3)处的第一功能过程和第二功能过程，其中所述第二功能过程迟于所述第一功能过程而开始；所述控制单元(2))被配置为在工作单元(3)或另一工作单元(3)的程序序列(P)的先前的第一功能过程的实际过程值尚未达到相应目标过程值(S)的情况下，执行针对该工作单元(3)的第二功能过程的早开始；所述控制单元(2)被配置为基于如下的近似法来控制所述第二功能过程的早开始，其中所述近似法用于利用通过所述测量装置(5)其中之一在所述工作单元(3)上检测到的第一功能过程的时间依赖的测得的变量，来预先确定所述第一功能过程的时间结束。

Description

具有过程控制的早开始功能的包装机
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的自控包装机。另外，本发明涉及根据独立权利要求15所述的自控包装机的方法。
背景技术
在已知的包装机中，生产过程包括大量独立过程，诸如关闭腔室、加热、成型、抽真空、充气、密封、打开腔室和设置使腔室充分通气的安全时间等。
由此，对这些独立过程进行时间控制，其中所述独立过程连续地运行，可选地以暂时重叠地运行或者以安全时间间隔分开地运行。各过程时间特别依赖于包装机的腔室体积、膜/箔的类型、移动顺序和阀的开关时间，因而必须由机器操作员在包装机的控制台上针对各机器设备并针对要生产的各产品以复杂过程对各过程时间进行预设。
设置包装机的各过程时间和使各过程时间彼此适应需要机器操作员对独立过程的非常渊博的知识，并且即使经验非常丰富的机器操作员也可能需要对包装机进行多次测试运行，直到调整了各过程时间使得这些过程时间彼此平顺地适应为止。
然而，在设置包装机的过程时间的情况下，经常发生延迟，这导致包装机的性能大大降低。
在图7a中示出已知的成型台。该成型台包括上部和可由升降机构垂直调节的下部。在上部和下部之间，在成型腔室中设置用于对要成形的膜部分加热的加热板。另外，在上部和下部中设置压力阀和通气阀，从而一方面最初将膜部分压抵加热板，并且另一方面允许压力形成包装槽M。根据预设时间表对这些过程进行时间控制。
在图7b中示出时间控制的阀开关。在AA段中，示出使升降机构的开/闭、加热和成型的主要过程。在下方，在BB段中，示出由操作员在包装机中设置的预设过程时间。在CC段中，示出成型台的上部和下部的通气阀位置和压力阀位置。在DD段中，显示上部和下部中的各自的压力分布。
在成型台关闭之后(步骤A’)，在下部中产生压力(步骤B’)。对压力的建立进行时间控制(步骤C’)，并且一旦经过了预定的时间，该压力的建立就立即中断或结束。此外，加热板的预设加热时间(步骤D’)在流逝。在经过了加热时间的情况下，下部中的通气阀打开(步骤E’)并且在上部中建立压力，从而对经加热的膜部分进行成型(步骤F’)。压力建立和为了成型所预设的稳定时间以时间控制方式发生/流逝(步骤G’和H’)。一旦经过了稳定时间，上部通气打开(步骤I’)。现在，在成型台打开(步骤K’)之前，在成型过程结束时经过预设安全时间(步骤J’)。
在上部成型台的情况下，对升降机构的开/闭过程进行位置控制，并且对加热和成型进行时间控制。因此，操作员必须在控制单元中为成型台输入时间控制时间表。在创建该时间控制时间表时，操作员通过多次测试谨慎地接近期望的包装结果。这种谨慎接近需要高度的例行程序并且仅可以由熟练的人员来实现。
DE 10 2009 017 638 A1公开了包装机，其中在该包装机的情况下，可以针对变化的边界条件改变过程时间。各过程时间特别依赖于所提供的要包装的产品的数量。
EP 1 316 002 B1公开了机床，其中可以基于从数据库获取到的附加数据来控制该机床的操作序列。
DE 10 2012 005 912 A1公开了用于核查包装生产线中所使用的组件的可用性的方法。
DE 10 2006 040 807 A1公开了包装机所用的密封台，其中在该密封台中，在该密封台的力线中设置力传感器，所述力传感器使得能够在密封过程期间实时地进行质量控制。
DE 10 2005 059 312 A1公开了包装机，其中该包装机包括读取单元，该读取单元用于读取包装机中所使用的更换部件的机器相关信息。
EP 1 710 074 A1公开了包括包含传感器芯片的工具的包装机。可以使用从传感器芯片读取的工具的特性值来调节包装机。
DE 20 2010 017 361 U1公开了可以追踪肉制品的生产过程所利用的方法。
WO 00/19278 A1不涉及包装技术，而是公开了打印或复印系统，其中在该打印或复印系统的情况下，控制并监测打印机墨盒的消耗量。
DE 10 2008 024 461 A1公开了包装机，其中该包装机包括处理台控制单元，其中该处理台控制单元连接至包装机的中央控制单元。
在根据刚性时间控制而发生的已知的早开始(early start)功能的情况下，在先前的过程完成之前，通过适当考虑工作组件的关联反应时间(死区时间)来排他地进行过程的早开始。然而，该操作的先决条件是在早开始的开始时先前过程已完成。然而，在过程控制的包装机中，各过程基于测量数据，即各过程在其操作中可以说是灵活的，使得已知的时间控制的早开始功能并不总是能在这种机器中工作，特别是在先前过程的过程运行时间改变的情况下更是这样。
发明内容
本发明的目的是提供具有经改进的早开始功能的包装机及其方法。
该目的是通过根据权利要求1所述的包装机以及通过根据独立权利要求15所述的方法来实现的。本发明的经改进的进一步实施例表示从属权利要求的主题。
本发明涉及一种包装机，包括控制单元、多个测量装置和用于不同过程的多个工作单元，其中所述控制单元在功能上连接至所述工作单元和所述测量装置。所述测量装置被配置为检测各工作单元处的实际过程值，并且将所述实际过程值转发至所述控制单元，以监测各工作单元处的过程状态，其中所述控制单元被配置为通过将从各测量装置转发至所述控制单元的所述实际过程值与来自连接至所述控制单元的存储器的关联的目标过程值进行比较，来以针对各单独的工作单元自身的方式自控地建立程序序列、以及/或者以使得各工作单元针对彼此相适应的方式自控地建立程序序列，其中根据该程序序列，各工作单元根据在该工作单元处检测到的实际过程值单独地进行工作、以及/或者各工作单元以使得各工作单元针对彼此相适应的方式工作。
根据本发明的所述包装机处的工作循环至少包括一个工作单元或不同的工作单元处的第一功能过程和第二功能过程，其中所述第二功能过程迟于所述第一功能过程而开始。
根据本发明，所述控制单元被配置为在工作单元或另一工作单元的程序序列的先前的第一功能过程的实际过程值尚未达到相应目标过程值的情况下，执行针对该工作单元的第二功能过程的早开始，其中所述控制单元被配置用于基于所述工作单元的预定反应时间，来执行针对所述工作单元的程序序列的第二功能过程的所述早开始。
根据本发明，所述控制单元被配置用于基于如下的近似法来控制所述第二功能过程的早开始，其中所述近似法用于利用通过所述测量装置其中之一在所述工作单元处检测到的所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量，来预先确定所述第一功能过程的时间结束。
优选地，所述控制单元被配置为基于所述近似法来确定先前的所述第一功能过程的残留的剩余时间，其中残留的所述剩余时间表示直到所测得的变量达到所述目标过程值的时间长度，所述控制单元附加地被配置用于在所述剩余时间短于或等于所述预定反应时间的情况下，执行所述早开始。
优选地，利用所述近似法，能够确定所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量的过程依赖的变化率，其中所述测得的变量是通过所述测量装置其中之一在所述工作单元处检测到的，或者所述近似法被配置为执行对数学函数的调整。关于其基本类型(例如，指数函数)，该数学函数可以是从底层过程得到的。可以根据测得的值来连续地进行近似，并且通过外推法允许预测大概何时达到特定目标值以及该过程大概何时完成。
根据所检测到的所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量的变化率，可以推导出该测得的变量的变化有多快、即每单位时间该测得的变量的变化。基于该信息，可以在程序序列中适当考虑所述第一功能过程(即，基于所述第一功能过程的程序进展以过程控制的方式)来通过早开始激活所述第二功能过程，使得各功能过程可以在较窄的时间窗内发生，并且这将使得提高机器的生产率。
与已知的时间控制的早开始功能相反，根据本发明的过程控制的早开始功能还提供了以下优点：不同产品批次的生产过程的变化可以在无需为包装机处的设置过程耗费太多的情况下发生，这种耗费和时间控制相关。
优选地，针对所述控制单元存储所述变化率的阈值，其中所述控制单元被配置为在所述变化率与所述阈值相对应或者小于所述阈值的情况下，开始所述剩余时间的计算。
根据实施例，所述控制单元被配置用于基于趋势控制来确定所述阈值。优选地，所述控制单元被配置为在所计算出的剩余时间短于或等于所述预定反应时间的条件在所检测到的所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量的预定数量的变化率内不间断地被满足的情况下，增大所述阈值，以及/或者所述控制单元被配置为在所计算出的剩余时间长于所述预定反应时间的条件在所检测到的所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量的预定数量的变化率内不间断地被满足的情况下，减小所述阈值。
优选地，所述控制单元被配置为使所述阈值逐步地增大或减小，直到所计算出的剩余时间至少一次地短于/长于所述预定反应时间为止。
根据变形例，所述控制单元为了指定条件而连接至循环缓冲器。
优选地，所述控制单元被配置为连续地执行所述剩余时间的计算，并且延迟所述早开始，直到所计算出的剩余时间短于或等于所述预定反应时间为止。
根据实施例，所述时间依赖的测得的变量是应用于所述工作单元的压力，其中所述压力是利用形成在所述工作单元上并且在功能上连接至所述控制单元的压力传感器检测到的，能够根据利用所述控制单元可以计算出的变化率来推导所检测到的压力的变化率。
优选地，所述控制单元被配置为根据所检测到的时间依赖的测得的变量的预定数量的测量值来确定回归线，其中所述变化率是所述回归线的斜率。
所述控制单元可被配置为基于时间测量值来确定所述反应时间，其中所述反应时间被指定为起始信号的激活与由此在所述工作单元处触发的调整移动之间的时间长度、或者所述反应时间已经基于施加至所述工作单元的压力的变化或者该压力的变化率而被指定。
优选地，所述控制单元被配置为在各第一功能过程的情况下循环地确定所述反应时间，并且通过对所检测到的预定数量的反应时间求平均来计算平均反应时间，其中相对于所述平均反应时间能够执行所述第二功能过程的早开始。
优选地，所述控制单元被配置为循环地确定功能过程的一个或多个致动器(特别是为此所使用的阀)的反应时间，并且基于所确定的反应时间的趋势来计算预期的致动器的使用时间。优选地，可以利用包装机的HMI界面向操作员指示该预期的使用时间。
根据变形例，所述控制单元包括用于操作所述包装机的紧急控件，其中所述控制单元被配置为在所述包装机的操作期间的预定数量的计算出的反应时间达到或超过功能阈值的情况下，利用基于时间的控制来替换所述包装机的基于过程数据的控制。
优选地，所述包装机是热成型包装机、托盘密封机或腔室输送带机。
优选地，所述目标过程值是最佳成型和/或密封温度；最佳加热、密封和/或成型压力；以及/或者针对被配置为成型台的工作单元的至少一个稳定时间。
优选地，各测量装置至少包括力传感器、压力传感器、位置传感器、温度传感器、红外传感器、超声传感器、感应传感器、激光传感器和/或湿度传感器。
优选地，所述控制单元被配置为针对各种功能过程，特别是针对包装机的输送带的进给控制、针对成型台或密封台处的加热过程、针对成型台或密封台的升降机构的各种升降过程、针对成型台的成型过程、针对密封台处的充气过程、针对成型台或密封台处的各种压力产生过程、针对切割过程、以及/或者针对利用用于传送成品的拾取器的传送过程，在多个工作单元处执行自动早开始功能。在多个工作单元处执行早开始功能的情况下，基于测量数据的程序序列可以使各个工作单元处的各工作步骤和/或各工作单元的各程序序列针对彼此相适应。
还可想象，所述控制单元被配置为在不同工作单元的各功能过程之间(例如，在成型台和密封台之间)执行早开始功能。
根据本发明的早开始执行的原理可以在包装机的不同工作单元处及其之间任意地实现，使得可以实现各功能过程的生产率提高的功能链接。
另外，本发明涉及一种用于对包装机的不同工作单元处的过程的程序序列进行自控的方法，其中在包装机在操作中的情况下，在各工作单元处根据所述程序序列执行一个过程和/或根据所述程序序列执行在功能上彼此相适应的多个过程，其中在各工作单元处检测实际过程值并且将所述实际过程值转发至所述包装机的控制单元；所述控制单元将转发至所述控制单元的实际过程值与关联的目标过程值进行比较，并且结果以针对各个工作单元自身的方式自控地建立各程序序列以及/或者以使得各工作单元针对彼此相适应的方式自控地建立程序序列，并且基于所述程序序列来协调所述包装机的操作；在所述包装机处的工作循环内，在一个工作单元处或者在不同的工作单元处至少发生第一功能过程和第二功能过程，其中所述第二功能过程迟于所述第一功能过程而开始；其中在工作单元或另一工作单元的程序序列的第一功能过程的实际过程值尚未达到各目标过程值的情况下，所述控制单元针对所述工作单元的所述程序序列的第二功能过程执行早开始；其中所述控制单元基于所述工作单元的预定反应时间，来执行针对所述工作单元的所述程序序列的第二功能过程的所述早开始；以及所述控制单元基于如下的近似法来控制所述第二功能过程的早开始，其中所述近似法用于利用通过测量装置其中之一在所述工作台处检测到的所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量，来预先确定所述第一功能过程的时间结束。
优选地，所述控制单元基于所述近似法来确定所述第一功能过程的残留的剩余时间，其中残留的所述剩余时间表示直到所测得的变量达到所述目标过程值的时间长度，所述控制单元附加地最晚在所述剩余时间短于或等于所述预定反应时间(R)时发起所述早开始。
优选地，所述近似法确定在所述工作台处检测到的所述第一功能过程的所测得的变量的变化率，或者执行对预定数学函数的调整(参见上文)。
根据变形例，所述控制单元确定所述变化率的阈值，其中在所述变化率与所述阈值相对应或者小于所述阈值的情况下，所述控制单元开始所述剩余时间的计算。
优选地，所述控制单元基于趋势控制来计算所述阈值。优选地，在所计算出的剩余时间短于或等于所述预定反应时间的条件在所检测到的所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量的预定数量的变化率内不间断地被满足的情况下，所述控制单元增大所述阈值，以及/或者在所计算出的剩余时间长于所述预定反应时间的条件在所检测到的所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量的预定数量的变化率内不间断地被满足的情况下，所述控制单元减小所述阈值。
优选地，利用形成在所述工作单元上并且在功能上连接至所述控制单元的压力传感器来检测施加至所述工作单元的压力，所述控制单元将所检测到的压力的变化率指定为变化率，其中能够由所述控制单元基于所检测到的压力的变化率来确定所述剩余时间。
控制单元优选地以间隔、优选地以1～50毫秒的恒定间隔来测量所述时间依赖的测得的变量。
根据实施例，通过所述早开始来启动被配置为工作单元的密封台处的密封过程，以及在所述密封过程之前的抽真空过程和/或充气过程期间执行所述密封台内的压力的检测。
优选地，所述控制单元基于时间测量值来确定所述反应时间，其中所述反应时间被指定为起始信号的激活和由此在驱动单元处引起的调整移动之间的时间长度，或者所述反应时间已经基于施加至所述工作单元的压力的变化或者该压力的变化率而被指定。
主要地，所述控制单元在各循环重复的第二功能过程的情况下循环地确定所述反应时间，并且通过对所检测到的预定数量的反应时间求平均来计算平均反应时间，其中相对于所述平均反应时间执行所述第二功能过程的早开始。
优选地，所述控制单元循环地确定功能过程的一个或多个致动器(特别是为此所使用的阀)的反应时间，并且据此基于所确定的反应时间的各测量值的趋势来计算预期的致动器的使用时间。优选地，可以利用包装机的HMI界面向操作员指示该预期的使用时间。
优选地，所述控制单元执行用于操作所述包装机的紧急控件，其中在所述包装机的操作期间的预定数量的计算出的反应时间达到或超过功能阈值的情况下，所述控制单元利用基于时间的控制来替换所述包装机的基于过程数据的控制。
在本发明的一个或多个实施例的情况下，与已知的时间控制的包装机相比，利用智能传感器和控制技术来对根据本发明的包装机及其方法进行过程控制。各工作过程特别是利用传感器来监测并且根据如此检测到的值来控制。在优选的包装机的情况下，此处使用的工作单元的操作序列不再主要局限于由操作员预设的过程时间，而是适应于操作期间的当前生产过程，特别是适应于各工作单元处的过程的可测量进度。如此，主要监测在各工作单元处实际过程值相对于预定或可计算的目标过程值进展得多快。不再主要考虑如以前由操作员在机器处手动地预设的刚性过程时间，这是因为这些工作单元处的各过程持续至达到一个或多个目标过程值，即各过程是传感器控制的。
如果可能，本发明使用可以从存储器自动检索到并且可以基于与产品、工具和/或包装材料有关的特定生产参数来生成的过程时间。因而，在工具更换和/或产品更换的情况下，包装机可以快速地适应，而操作员不需要长的时间来重新设置包装机。因此，根据本发明，包装机本身以可能的最佳方式调节其操作。
为此，所述包装机包括控制单元、多个测量装置和用于不同过程的多个工作单元，其中所述控制单元在功能上连接至所述工作单元和所述测量装置。所述测量装置被配置为检测各工作单元处的实际过程值，并且将所述实际过程值转发至所述控制单元，以监测各工作单元处的过程状态。所述控制单元被配置为通过将从各测量装置转发至所述控制单元的所述实际过程值与来自连接至所述控制单元的存储器的关联目标过程值(特别是关联目标过程值范围)进行比较，来以针对各单独的工作单元自身的方式自控地建立程序序列、以及/或者以使各工作单元针对彼此相适应的方式自控地建立程序序列。然后，各工作单元可以根据在该工作单元处检测到的所述实际过程值单独地进行工作、以及/或者各工作单元以使得各工作单元针对彼此相适应的方式工作。
在本发明的意义上的自控意味着至少一个工作单元处的程序序列不会根据预设的过程时间而发生。而是，工作单元处的程序序列针对在此处所检测到的实际过程值来调节器本身，即是传感器控制的。在本发明的情况下，所述控制单元作为测量装置和工作单元之间的功能链接进行工作。优选地，所检测到的实际过程值由测量装置转发至控制单元，其中所述控制单元相对于该实际过程值来控制针对各个工作单元的各程序序列、以及/或者使这些程序序列针对彼此相适应。
特别地，在功能上的先前工作单元至少达到与目标值相对应的过程值的情况下，工作单元处的过程可以开始。特别地，各个工作单元的程序序列的顺序可以良好地彼此相适应。本发明允许建立各个工作单元之间的功能链接，使得各工作单元将能够无任何中断地立即地连续工作。
另外，本发明通过各工作单元处的实际过程值的确定而允许进行各个工作单元的早开始的确定。这基于以下事实：需要一定的反应时间来开动阀和/或生成控制信号，其中所述反应时间在本领域技术人员中还被称为死区时间。为了缩短这种死区时间，本发明使得能够基于实际过程值的确定至少提前、即在达到目标过程值之前的特定时间段开始工作单元的操作序列。由于各工作单元根据其序列彼此更好地相适应，因此这样使得总体节省了时间。
优选地，所述包装机与现有技术的不同之处基本在于：包装机不再根据预设的刚性程序序列以时间控制的方式工作，即包装机不再利用针对各工作单元的特定过程时间进行工作。而是，根据本发明的包装机能够利用该包装机处所设置的传感器和控制以生产精确的方式使工作单元的各过程与在这些工作单元处所检测到的当前实际过程值相适应，而与所讨论的过程已进行了多长时间无关。因而，各过程可以关于成本效益以可能的最佳方式执行，并且可能可以以相互适应的方式发生，使得可以在较短的周期时间内产生整体较大的批大小。另外，可以针对所有产品产生相同的质量。
与现有技术相对比，在本发明的变形例的情况下，包装机的性能不再依赖于机器操作员的设置技能，而是依赖于包装机本身的技术能力、即以自控的方式使其本身适应生产过程(即，适应在工作单元处所检测到的当前过程值)的能力。
根据本发明的包装机已被证明对于生产过程的起始阶段而言是特别有利的，这是因为由此不再需要进行测试运行以最佳地设置包装机。相反，根据本发明的包装机从一开始就允许最优地生产要生产的产品，这是因为可以利用控制单元采用反馈控制相对于在工作单元处所检测到的实际过程值立即对这些工作单元处的各过程的序列进行控制。
由于包装机本身被配置用于优化在该包装机处所执行的过程，因此循环输出将增加，同时可以降低人员成本。
优选地，包装机包括被配置为工作单元的至少一个机器人。该机器人特别用作要填充的包装的放置机构。根据本发明，所述机器人的操作可以适应于其它工作单元的操作序列。特别地，机器人臂所执行的加速可以适应于包装机处的其它工作单元的进展。
根据本发明的实施例，所述包装机可被配置为热成型包装机、托盘密封机或腔室输送带机。有鉴于在这样的包装机中多个工作过程特别是以相互适应的方式发生，可以基于根据本发明的包装机的控制单元以特别增强性能的方式使用自控反馈。然后，这些包装机可以在不必主要采用预设的过程工作时间循环的情况下，以自控的方式自动地控制其生产过程。因而还可能极大地缩短这些机器处的转换时间。
优选地，连接至所述控制单元的存储器特别是数据储存库，其中控制单元从该数据储存库接收目标过程值，从而在检测到实际过程值之后尽快执行各工作单元的反馈控制。
特别地，所述存储器可被配置为数据库，优选地被配置为知识数据库，其中该知识数据库被配置为相对于包装机所要生产的产品的数据来推导针对各工作单元的目标过程值。优选地，可以经由包装机的输入面板来检索要生产的产品，特别是膜规格、工具类型和/或要包装的食品，并且基于该设置，可以通过存储器、特别是通过该存储器内所包含的数据库来使目标过程值的特定数据集可供控制单元用于生产处理。这将具有以下优点：在开始生产时，机器操作员仅必须在包装机的输入面板上选择要生产的产品，于是由包装机以自控的方式接管生产过程。
在数据库被配置为数据库系统的组成部分的情况下，该数据库的特别通用的使用将是可以的，其中所述数据库系统附加地包括被配置用于所述控制单元和所述数据库之间的双向数据交换的数据库管理单元。该数据库管理单元不仅可用于基于在工作单元处检测到的实际过程值来确定和/或读取来自所述数据库的相关的目标过程值，而且另外，还可用于特别地基于控制单元来执行数据库处的控制功能，使得例如可以校正、改变和/或替换数据库中所存储的数据集。例如，在要生产以前没有利用根据本发明的包装机生产过的新产品的情况下，该包装机可以容易地适应于这种新产品。可以经由VPN连接、无线连接(例如利用RFID)、或者从USB棒来将数据库中所存储的数据集的更新上传到数据库。
优选地，主要通过格式依赖的信息、过程依赖的信息和/或膜依赖的信息来控制包装机处的过程。膜依赖的信息特别与成型深度、密封接缝宽度、密封期间的最终真空、包装的数量、包装大小和/或成型深度有关。过程依赖的信息主要包括特定成型压力、特定密封压力、切割时间、与升降机构的打开和关闭有关的最大容许早开始时间、以及/或者与膜进给有关的最大容许早开始时间。膜依赖的信息具体包括膜类型、密封层、膜厚度、密封层厚度、模具中的冷却时间(稳定时间)、理想加热时间、理想密封时间、成型和预加热期间的理想加热温度、以及/或者密封期间的理想加热温度。特别地，所述控制单元被配置为基于格式依赖的信息、过程依赖的信息和/或膜依赖的信息来产生用于生产过程的目标过程值和/或控制信号。优选地，所述目标过程值基于要生产的产品的数据，其中该数据针特别指示该产品的密封面积、密封压力、最终真空、膜类型和/或膜厚度或膜规格(例如层构造等)。
优选地，可以利用无线连接将与膜规格有关的信息存储在数据库中。特别地，可以利用所述包装机上所设置的RFID读取器从附着至膜的RFID标签经由膜材料来读取该信息，并且通过所述RFID读取器将该信息存储在数据库中。
对于要生产的各产品，优选地存在对在操作期间包装机的过程引导的自控功能可用的特定目标过程值的预选择。因此，各工作单元处的程序序列可适应于预定的目标过程值。
优选地，目标过程值指示针对被配置为成型台的工作单元的最佳成型和/或密封温度、最佳密封和/或成型压力、以及/或者至少其稳定时间。在达到了预定的最佳目标过程值的情况下，控制单元可以决定工作单元处的过程何时可以完成以及何时可以在同一工作单元处或者在一些其它的工作单元处开始后续过程，从而以各工作单元的过程之间的平顺过渡来控制生产序列。
根据实施例变形例，存储器被配置成集成在控制单元中、或者可选地被设置为外部单元。在存储器被配置为使得其与控制单元一体化的情况下，可以经由包装机的控制台直接控制该存储器。该变形例主要使得能够利用控制台来更新、替换和/或补充存储在存储器中的数据集。特别地，作为外部单元，存储器可以在功能上连接至多个包装机，并且该多个包装机的各控制单元可能能够在功能上访问被配置为外部单元的存储器。这在生产车间内多个包装机并行地工作的情况下将特别有意义，而各包装机不必均配备有自己的存储器。还可以想象多个包装机采用不同的数据集。在该上下文中，将可想象在包装机上进行不同的生产过程。
优选地，存储器被适配为在功能上连接至外部网络，然后该存储器被适配为经由外部网络来更新和/或启动。将可想象，例如机器操作员从其计算机工作站经由其计算机在功能上并入的外部网络将数据集上传到存储器。也可以想象，外部网络由包装机的制造商使用以启动包装机的存储器，尽管在食品包装公司的生产中已并入后者的操作。基于该变形例，可以从存储器读取任意数据，例如还读取错误消息、工作状态、产品数据和/或服务器数据。
优选地，各测量装置至少包括力传感器、压力传感器、位置传感器、温度传感器、红外传感器、超声传感器、感应传感器、激光传感器和/或湿度传感器。各传感器特别作为工作单元的一体组件而安装在工作单元中，从而尽可能精确地检测这些工作单元处的实际过程值。优选地，所使用的传感器在包装机的操作期间连续地检测各实际过程值，使得在达到目标过程值的情况下，控制单元将能够快速反应，以在需要的情况下结束该过程并且开始后续过程。
优选地，工作单元至少之一包括可移动的下部和上部，其中该下部和上部封闭有成型腔室或密封腔室，并且下部和上部各自包括至少一个压力计。可以使用该压力计来在生产过程期间监测上部和下部内的压力分布。这里，所述控制单元可以根据压力分布执行压力产生的控制。同样，所述控制单元可以根据压力分布控制成型腔室或密封腔室内的其它过程。
根据实施例，包装机的工作单元之一被配置为包括至少一个加热板的成型台。该加热板用于对引入所述成型台中的膜部分进行加热，使得随后可以容易地对所述膜部分进行成型。在加热板的功能是可基于在成型台内检测到的压力值来控制的情况下，特别地在加热板的加热时间可根据成型台内的所到达的压力水平来控制的情况下，该操作将是有利的。
根据变形例，所述成型台包括被限定成彼此隔开的加热腔室和成型腔室。这里，加热腔室用作预加热单元，并且优选包括下部加热板和上部加热板，其中可以将膜部分在该下部加热板和上部加热板之间夹持就位。为了生成特别强的夹持力，可以在上部加热板的上方布置压力发生器，特别是可膨胀隔膜。该压力发生器能够将上部加热板向下压。
可以想象，所述工作单元之一被配置为密封台。该密封台可以可选地设置有充气单元，从而为要密封的产品创建期望的环境。
优选地，所述实际过程值是在所述工作单元中检测到的压力，其中所述控制单元被配置为在检测到的压力达到预定压力水平的情况下，结束或开始在所述工作单元处或者在至少一个其它工作单元处的至少一个工作过程。该工作过程例如可以是根据从存储器获取到的加热时间或冷却时间而进行的加热过程或冷却过程。
优选地，本发明还涉及一种用于对包装机的不同工作单元处的过程的程序序列进行自控的方法。在包装机工作时，在各工作单元处根据所述程序序列执行一个过程和/或在功能上彼此适应的多个过程，其中在各工作单元处检测实际过程值并且将所述实际过程值转发至所述包装机的控制单元；其中所述控制单元将转发至所述控制单元的所述实际过程值与关联的目标过程值进行比较，并且结果以针对各工作单元自身的方式自控地建立各程序序列以及/或者以使得各工作单元针对彼此相适应的方式自控地建立程序序列，并且基于各程序序列来协调所述包装机的操作。
所述包装机的操作优选依赖于在各工作单元处检测到的实际过程值。通过适当考虑针对要产生的产品的目标过程值，采用检测到的实际过程值作为基础，然后可以利用控制单元确定工作单元处的各过程可以继续还是可以中断、以及是否可能允许开始后续过程。因此，包装机的自控一方面依赖于在各工作单元处一体地设置的传感器，并且另一方面依赖于适当考虑目标过程值的反馈控制功能，其中所述目标过程值特别由连接至所述控制单元的存储器而可用于控制单元。
基于根据本发明所述的方法，考虑到在所述工作单元处测量到的实际过程值，在操作期间可以对工作单元处所执行的过程的各程序序列进行调节。过程的序列不再是固定地时间控制的，而是根据测量到并达到的实际过程值以自控的方式控制的。
因此，在本发明的情况下，工作单元处的过程的开始主要依赖于在生产过程中所讨论的过程之前的过程中以及/或者在至少部分地同时工作的至少一个工作单元处测量到的实际过程值。优选地，工作单元处的过程将在生产过程中的所讨论的过程之前的至少一个其它工作单元或所述工作单元的过程中所检测到的实际过程值与预先确定的目标过程值相对应的情况下开始。当然，还可以是如下情况：各过程从时间的角度以重叠的方式(也就是说彼此平行地)或者以在时间间隔上彼此分开的方式发生。因而，可能发生以下情况：在某工作单元的过程之前的过程中的一个或多个特定实际过程值尚未达到目标过程值的情况下，该工作单元的过程已开始。这尤其可以使得避免死区时间，由此可以缩短周期时间。在时间上间隔开的过程相继发生的情况下，将可能是以下情况：在工作单元的过程中达到目标过程值的情况下，后续过程将不会开始，直到经过了预定的时间间隔为止。
因而，可以利用传感器和反馈控制来关于工作单元处的各过程的过程序列对这些过程进行单独优化，其中这些过程的各优化后的程序序列还用于优化该方法的其它过程，使得可以根据各过程来优化包装机的方法的整个程序序列。
附图说明
将参考以下所述的附图来说明本发明的实施例，其中：
图1采用一般示意图示出根据本发明的包装机，
图2示出根据本发明实施例的热成型包装机，
图3示出根据本发明实施例的托盘密封机，
图4a示出根据本发明实施例的成型台，
图4b示出根据图4a的成型台的过程图，
图5a示出根据本发明的不同实施例的成型台，
图5b示出根据图5a的成型台的过程图，
图6a示出根据本发明实施例的密封台，
图6b示出根据图6a的密封台的过程图，
图7a示出已知的成型台，
图7b示出根据图7a的成型台的时间控制的过程图，以及
图8示意性示出密封过程的早开始功能的示例性表示。
具体实施方式
图1采用示意图示出根据本发明的包装机1。为了控制生产过程，包装机1包括控制单元2。此外，包装机1包括多个工作单元3，其中各工作单元3利用功能连接4连接至控制单元2。工作单元3是被配置用于不同的过程以产生期望产品的工作台。在生产过程期间，各工作单元3以彼此协调的方式运行。由此，从时间角度看，各工作单元3可以连续地和/或可以说是彼此并行地(即以重叠方式)工作。
根据图1，包装机1包括多个测量装置5，其中所述多个测量装置5安装在各自的工作单元3中。测量装置5被配置用于检测各工作单元3处的实际过程值I。另外，图1示出，各测量装置5经由另一功能连接6连接至控制单元2。该另一功能连接6使得测量装置5能够将检测到的实际值I转发至控制单元2。这样，可以利用所使用的测量装置5来监测生产过程期间工作单元3的各当前过程状态。
图1还示出控制单元2连接至存储器7。根据图1，存储器7被配置为包装机1的一部分，但存储器7还可以仅连接至包装机1的控制单元2作为外部单元。存储器7还包括数据库，存储器7被配置用于提供目标过程值S。该目标过程值S特别依赖于要生产的产品的具体数据。目标过程值S例如可以是关于膜厚度、膜类型、密封面积、密封压力、要抽真空的最终真空和/或要包装的产品而得到的。因此，对于所要生产的、实质包括要包装的产品及其包装的各产品，来自存储器7的不同过程值S可供使用。
根据图1，控制单元2能够经由数据连接8访问来自存储器7的目标过程值S。数据连接8特别被配置用于控制单元2和存储器7之间的双向数据流量。
此外，图1示出控制单元2被配置用于通过将从各测量装置5转发至控制单元2的实际过程值I和来自连接至控制单元2的存储器7的关联的目标过程值S进行比较V，来生成针对各工作单元3的程序序列P。各工作单元3的程序序列P是针对工作单元3处形成的致动器A所设置的。致动器A对要生产的产品在各工作单元3处执行特定种类的工作，例如运输、成型和/或充气工作。
基于检测到的实际过程值I(路径、压力、真空、温度等)以及这些值与来自存储器7的目标过程值S的比较，根据本发明的控制单元2发起功能反馈，以根据控制单元2所创建的程序序列P自控地协调各工作单元3处所设置的致动器A。控制单元2被配置为协调针对工作单元3的各致动器A的各程序序列P，以及/或者自控地控制各程序序列P使得这些程序序列P彼此相适应，从而确保包装机1的平顺且经济的操作序列。
特别地，根据本发明实施例的控制单元2可被配置为根据至少一个工作单元3的程序序列的进展来控制至少一个其它工作单元3的另一程序序列P。如此，控制单元2可以确保在至少一个工作单元3处检测到预定的实际过程值I的情况下开始至少一个其它工作单元3的程序序列P。因而，各程序序列P可以良好匹配地协调，其中程序序列P的功能依赖于工作单元3处的检测到的各实际过程值以及响应于此的功能反馈。因此，根据本发明的包装机1被配置用于自控地协调在该包装机1上执行的各程序序列，并且这特别是实时地进行的，而不必通过机器操作员对包装机的任何特定值或操作序列进行调节。
另外，图1示出存储器7包括数据库系统9，其中该数据库系统9优选配备有数据库10和数据库管理单元11。数据库10可以在其内部存储针对要生产的各产品的特定数据集。这些数据集特别是各目标过程值。同样，数据库10可以在其内部存储特定产品特性，其中基于这些特定产品特性，数据库管理单元11推导出目标过程值S。
图1还示出控制单元2可以经由无线数据连接12在功能上连接至外部网络13。外部网络13可以是能够用来对控制单元2进行控制的计算机网络。此外，控制单元2可被配置用于从外部网络13进行控制，以及响应于此来控制存储器7，例如从而更新和/或补充数据库10中所存储的数据集。可选地，经由控制单元2并且利用直接设置在包装机15上的操作控制台14，还可以对存储器7、特别是存储器7内所包含的数据库10进行控制。
在图2中，根据本发明的包装机1被配置为热成型包装机15。热成型包装机15包括沿工作方向R顺次配置在机架20上的成型台16、密封台17、横切台18和纵切台19。在输入侧，机架20设置有展开膜幅22的供给辊21。在密封台17的区域中，设置展开覆盖膜24的材料储存单元23。在输出侧，在热成型包装机15上设置有采用输送带的形式的排出单元25，其中利用该排出单元25来将完成的单个包裹26运走。此外，热成型包装机1包括示意性示出的膜进给装置27，其中该膜进给装置27用于夹持膜幅22并且在每个主工作循环中沿工作方向R输送该膜幅22。膜进给装置27例如被配置为布置在膜幅22的一侧或两侧上的输送链。此外，图2示出RFID读取器70、70’，其中该RFID读取器70、70’被配置用于检测固定至膜/箔22或覆盖膜24的底部的未示出的RFID标签的信息。所读出的信息特别包括膜规格。
以上所述的与图1所示的包装机1的一般表示有关的根据本发明的原理可以应用于根据图2的热成型包装机15。在根据图2的热成型包装机15的情况下，特别地，成型台16和密封台17能够用作结合根据图1的包装机1所述的类型的功能控制的工作单元3，而这并不意味着任何限制。
成型台16特别适合根据本发明的过程控制。以下基于根据图4a、图4b、图5a和图5b的不同实施例来更详细地说明该过程控制。此外，结合图6说明如何将发明原理应用于密封台17。在单独考虑的情况下，密封台17可以包括多个工作单元3，例如为此单独设置的密封工具、充气工具、抽真空工具和/或输送部件，其中所述组件根据自控程序序列单独地工作、以及/或者彼此协调地工作。以下结合图6a和图6b说明根据本实施例的密封台17。
因此，根据本发明，在热成型包装机15中的各工作单元3处执行的过程将不再主要以时间控制的方式进行，而是以自控的方式面向过程地根据在这些工作单元3处测得到并达到的实际过程值I而进行。
根据图3，根据本发明的包装机1被配置为托盘密封机28。以上结合图1的自控式包装机1所述的发明原理还可应用于托盘密封机28。
图4a示出根据实施例变形例的成型台16。在图4b中示出图4a所示的成型台16的过程模式。
根据图4a的成型台16包括下部32和上部33。在下部32和上部33之间，限定用于形成包装槽M的成型腔室34。下部32连接至升降机构35，其中该升降机构35以垂直可调节的方式相对于上部33支撑下部32。下部32在内部设置有下部压力阀36和下部通气阀37。上部33在内部设置有上部压力阀38和上部通气阀39。
图4a还示出：作为测量装置5，下部32在内部设置有下部压力计40，并且上部33在内部设置有上部压力计41。下部压力计40和上部压力计41在功能上连接至包装机1的控制单元2。
另外，根据图4a，在成型腔室34内布置有加热板42。在加热板42下方，定位有在下部32和上部33之间被夹持就位的膜部分43。在成型腔室34中，最初，膜部分43由加热板42加热，随后通过成型腔室34内的适当压力产生和/或真空产生而被赋予期望的形式，以产生包装槽M。将基于图4b来更详细地说明该情况。
图4b示出根据本发明的成型台16的过程控制的过程模式的过程图44，其中成型台16为图4a中示出的成型台16。过程图44以垂直布置示出在成型台16处相对于彼此以过程控制方式进行从而产生包装槽M的主要过程H、过程时间Z、阀控制序列VS和压力分布D。在水平布置中，过程图44被按时间细分成过程块I～IV。
在过程块I中，成型台16将膜部分43夹在下部32和上部33之间。为此，升降机构35使下部32相对于上部33从打开位置移动到闭合位置(步骤a)。使下部透气阀37移动到闭合位置(步骤b)。
在过程块II中，成型台16关闭。过程块II包括：对夹住的膜部分43加热，以随后更容易地使膜部分43变形。在下部32中，最初产生压力，由此膜部分43被压抵加热板42(步骤c)。利用下部压力计40监测下部32中的压力上升(步骤d)。
此外，在下部32中的压力达到目标值(目标过程值)的情况下，在过程块II中中断下部32中的压力供给(步骤e)并且根据加热时间而开始加热板42的加热(步骤f)。现在膜部分43与加热板42的下表面无褶皱地接触，并且可以快速地被加热。在加热时间期间在下部32中维持了压力水平。
在过程块II结束时或者在过程块III开始时、即在经过了加热时间的情况下，下部通气阀37打开(步骤g)。另外，打开上部压力阀28(步骤h)，并且关闭上部通气阀39(步骤i)。在过程块III中，经加热的膜部分43现在被成型。如此，膜部分43被压入下部32内并形成包装槽M。
在过程III中，监测在上部33中产生的压力上升(步骤k)。在下部32中的压力下降(步骤j)的同时，上部33中的压力升高(步骤k)直到达到阈值(目标过程值)。在上部33中达到阈值压力时，上部33中的压力产生将被中断(步骤l)，并且稳定时间(冷却时间)将开始(步骤m)。在稳定时间内，维持上部33中的压力水平，使得所产生的包装槽M保持其形状。在稳定时间结束时，根据过程块III的成型过程完成。包装槽现在被固化。
在过程块IV开始时，上部透气阀39打开(步骤n)。这样的效果是上部33中的压力水平将下降。根据上部33中的预定的压力阈值(目标过程值)下降，升降机构35使成型台16打开(步骤o)。经成型的包装槽M现在可被输送到成型腔室34外，同时，要成型的新的膜部分43被供给至成型台16。
根据所使用的膜类型和/或工具类型，上述示例中的过程块II和III中所述的压力阈值可以改变。控制单元2优选被配置为从存储器7特别是利用数据库10来自动生成各阈值压力值作为目标过程值。另外，该控制单元可以至少关于膜材料和/或工具类型来改变加热时间(步骤f)和稳定时间(步骤m)。
图5a示出根据不同的实施例变形例的成型台16。在图5b中示出图5a所示的成型台16的过程模式。
根据图5a的成型台16包括作为预加热单元进行操作的单独的加热腔室45。如在过程方向上所看到的，加热腔室45布置在成型腔室34的上游。在加热腔室45内设置有下部加热板46和上部加热板47。要加热的膜部分43在这些加热板之间延伸。在上部加热板47的上方，布置有压力发生器48(特别是可膨胀隔膜)，其中该可膨胀隔膜在膨胀状态使上部加热板47压抵下部加热板46。
另外，加热腔室45配备有相应的下部压力阀36、36’和下部通气阀37、37’，以及上部压力阀38、38’和上部通气阀39、39’。在加热腔室45中和成型腔室34中利用下部压力计40、40’和上部压力计41、41’分别检测所施加的压力。利用压力产生计49来确定在压力发生器48中施加的压力。
图5a示出：在利用升降机构35使下部32移位的情况下，加热腔室45和成型腔室34可以同时打开或关闭。还可想象将下部32配置为二分组件，其中下部32的各部分是利用专门为此设置的升降机构35以彼此分开的方式可移位的。
图5b示出图5a所示的成型台16的过程图。在成型台16的双腔室版本中，加热和成型在时间上并行地发生。因而，来自过程块II和III的过程不是相继发生，然而，为了更好的理解，以下单独说明加热和成型。
过程图44’在加热功能块HB中示出在加热腔室45内发生的工作过程，并且在成型功能块FB中示出在成型腔室34内发生的工作过程。
最初，在过程块I中，成型台16关闭(步骤a’)。升降机构35使下部32上升，由此加热腔室45和成型腔室34关闭。加热功能块HB示出下部通气阀37关闭(步骤b’)。另外，加热功能块HB示出：下部压力阀36在下部32中的加热腔室45内产生真空，从而将膜部分43拉到下部加热板46上(步骤c’)。同样，在上部33的加热腔室45中施加压力，然而该压力是可选的。为此，上部压力阀38打开(步骤d’)。另外，压力发生器48向上部加热板47加压，由此膜部分43固定地夹在下部加热板46和上部加热板47之间(步骤e’)。特别地，比例控制阀在这里可用于在上部33的加热腔室45中精确地产生压力。
加热功能块HB还示出：加热腔室45内的压力反应以相对于压力阀处的开关过程(步骤c’和d’)存在时间延迟(死区时间)的状态开始。在成型台16的控制过程中考虑到该情况。基于这种死区时间控制，在成型台尚未处于关闭位置(参见步骤a’)的情况下，阀开关过程(步骤c’和d’)可能已被提前(例如提前100ms)触发。这例如利用针对升降机构35的行程测量单元来实现，其中该行程测量单元从升降机构35的特定关闭行程起向控制单元发送信号，使得所述控制单元在早期控制各阀。
在加热功能块HB中，最初监测加热腔室45中的各压力。一旦利用压力计40在下部32中检测到预定压力水平(步骤f’)，控制单元2在下部加热板46处开始加热过程(步骤g’)。在该加热过程期间可以任意地控制上部33中的压力。特别地，上部33中的压力在上部33内和/或在压力发生器48内从预定压力起降至预定压力水平(步骤h’和i’)。
此外，示出下部32中的真空和上部33中的压力几乎同时上升(步骤f’和j’)。直到上部33中的压力水平和/或下部32中的真空水平各自取预定值之后，利用压力发生器48额外施加的压力才以延迟方式升高(步骤k’)。
在成型功能块FB中，根据死区时间控制在早期(例如，在成型台16关闭之前的100ms),如加热腔室45的下部压力阀36和/或上部压力阀38那样控制下部压力阀36’和/或上部压力阀38’(步骤l’和m’)。利用压力计40’、41’来监测上部32中的压力上升和/或下部32中的真空产生。在成型过程期间，下部通气阀37’保持关闭(步骤n’)。
从上部33中的预定压力和/或下部32中的真空起，稳定时间开始运行(步骤o’)。特别地，稳定时间还可以在压力和/或真空建立期间被触发(步骤p’)。在稳定时间内，经成型的包装槽M冷却，由此其变得尺寸稳定。
图5b示出，加热腔室45的加热时间短于成型腔室34的稳定时间。然而，成型腔室34比加热腔室45更早通气(步骤q’和r’)。尽管成型腔室34在稳定时间到期时立即开始通气(步骤q’)，但直到成型腔室34内的压力和/或真空降低(步骤s’)，加热腔室的各阀36、37、38、39才通气。然后，在一定时间延迟的情况下，加热腔室45中的压力也降低(步骤t’)。
一旦成型腔室34和加热腔室45中的压力水平共同达到预定值和/或下降得低于预定值，升降机构35就向下移动并且打开成型台16(步骤u’)。根据图5b，成型台34可能在较早的时刻已打开(步骤s’)。因此，也可以想象在加热腔室45和成型腔室34处使用彼此单独工作的升降机构35。这样死区时间将缩短(步骤v’)。可选地，控制单元2可以使加热腔室45和成型腔室34处的各个阀的通气的时间彼此相适应，使得最好在加热腔室45和成型腔室34内同时发生使成型台16打开的预定压力水平。在图5b的情况下，例如，可以较早地发起加热腔室45的通气(步骤r’)，从而减小发生使压力降低(步骤t’和s’)的时间差。
图6a采用放大图示出根据图2的密封台17。根据本发明的过程控制的功能原理也可应用于该密封台17。
根据没有详细地示出的另一变形例，针对成型腔室34设置阳模零件。根据现有技术，阳模零件的向下移动开始，并且成型过程以时间控制的方式略微延迟地开始。根据本发明所公开的变形例，阳模零件的移动开始，并且一旦阳模零件达到预定位置，则成型过程也开始。
在图6a中，密封台17包括密封下部49和密封上部50。密封下部49可由升降机构51垂直地调节。在密封下部49和密封上部50之间，限定密封腔室52。在所述密封腔室52中，将覆盖膜24密封到包装槽M上，从而将(食品)产品封闭在包装槽M中。密封板53位于覆盖膜24的上方。此外，在密封上部50内设置压力发生器48(例如可膨胀隔膜)，其中所述压力发生器48被适配用于压下密封板53以将覆盖膜24密封到包装槽M上。
密封下部49包括下部阀单元54，其中该下部阀单元54用于产生真空以及使密封下部49通气。密封上部50包括上部阀单元55，其中该上部阀单元55用于产生真空以及使密封上部50通气。
密封上部50配备有上部压力计56。利用压力发生器计量器57来测量上部压力发生器58中的压力。密封下部49配备有下部压力计58。另外，在密封下部49中形成真空生成器59，其中所述真空生成器59能够在包装槽M中产生真空。利用真空计60测量包装槽M中所产生的真空。为了利用任意的环境气体向包装槽M充气，可以在密封下部49中设置充气单元61。
图6b示出根据图6a的密封台17的功能连接。根据本发明，密封过程44”以过程控制的方式进行。
在图6b的过程块I中，首先，密封下部49利用升降机构51从打开位置移动到关闭位置，其中在该关闭位置中，密封下部49和密封上部50将包装槽M和位于包装槽M的顶部的覆盖膜24限制到密封腔室52内(步骤a”)。
在密封下部49到达关闭位置之前，开动下部阀单元54以对密封下部49进行抽真空(步骤b”)。在存在短的延迟的情况下(然而，仍在密封下部49到达关闭位置之前)，对上部阀单元55进行致动以对密封上部50进行抽真空(步骤c”)。用于对阀单元54、55进行致动的提前时间用于消除从致动起直到阀反应并且进一步直到实际压力或真空建立发生为止相加的死区时间。这些死区时间可以由控制单元2在测试运行中确定。
在过程块I中，为了在密封下部49和密封上部50中建立真空，用于通气的阀单元54、55保持关闭(步骤d”)。在特定时间延迟的情况下，在过程块II的开始时在密封下部49和密封上部50中建立真空。通过在密封下部49中产生的真空，首先，包装槽M是固定的。密封上部50中的真空确保了覆盖膜24以没有形成任何褶皱的状态定向在包装槽M的顶部。
另外，监测密封下部49和密封上部50内的真空压力分布(步骤z”)。在过程块II中，在密封下部49和/或密封上部50中产生真空，直到在密封下部49和/或密封上部50中检测到预定真空值为止(步骤e”)。
根据另一变形例，设置没有详细地示出的湿度传感器,以用于检测产品的真空中的湿度。可能发生以下情况：由于产品所产生的湿度太大，因而不能实现预定的最终真空。在这种情况下，尽管尚未达到最终真空即预定真空值，但是控制单元将识别出该状况并且终止该过程步骤。
根据图6b，在过程块II中，最终在密封上部50中达到预定真空压力，这引起压力发生器48的膨胀，由此密封板53被向下压并且使覆盖膜24压到包装槽M的边缘上。这具有如下效果:在密封区域中建立接触压力(步骤f”)。可以利用密封下部49和/或连接至密封下部49的升降机构51中所设置的至少一个力传感器62(参见图6a)来测量该机械接触压力。可选地，也可以使用压力传感器来确定产生该密封力的隔膜的压力。
不久之后，在接触压力等于最大密封压力的情况下(步骤h”)，触发密封时间(步骤i”)，其中在该密封时间期间，覆盖膜24被“焊接”到包装槽M。可以根据所使用的包装材料和/或所使用的密封工具类型来确定该密封时间。
在密封时间期间，在用于使密封下部49通气的时间延迟的情况下，还使密封上部50通气(步骤j”)。特别地，该操作的触发事件可以是密封下部49内的真空下降到特定真空值(步骤k”)。
在过程块III中密封时间到期之前，密封板53保持压下。一旦密封时间到期，密封板53升起(步骤l”)。为此，从压力发生器48释放压力并且监测该压力(步骤m”)，由此可以使密封板53移动回到起始位置。一旦压力发生器48中的压力达到预定值，在过程块IV中可以打开密封台17(步骤n”)。也可以在密封板53尚未完全达到其起始位置的情况下、即在压力发生器49中的压力尚未完全消除的情况下开始打开密封台17。在该时刻密封下部49和密封上部50中的真空已经通过通气而被完全消除。
本发明与包装机的生产过程的基于时间的控制相背离。根据本发明，在生产过程中不再主要考虑时间控制的程序序列，而是根据本发明的包装机利用控制单元2，基于在所讨论的时间检测到的过程参数以自控方式干预生产过程，从而自控地协调在各工作单元处所执行的各程序序列P、以及/或者使得这些程序序列P针对彼此相适应。这样得到经济的生产过程，其中根据本发明的包装机1特别由于高的可用性而适合生产大量不同的产品。
作为另一实施例，可以想象，例如利用RFID自动检测并且通过控制件来处理诸如膜幅22和覆盖膜24等的耗材的信息和/或规格。这里，RFID读取器70、70’可以读取应用至膜卷的RFID标签。
可以自动地识别(优选通过RFID以有线或无线方式)、标识成型工具或密封工具，以及/或者可以读取其上所包含的信息并将该信息发送至控制件。
图8基于压力-时间图100示出在作为在密封台17处发生的第一功能过程的抽真空过程E期间密封台17内的相对于时间t的压力分布p。在密封台17处作为第二功能过程而发生的密封过程S通过早开始FS来开始，即在密封腔室52内的(特别是在对属于要生产的产品的包裹的密封内的)抽真空过程E从起始压力P1降至目标压力P2之前开始。
在图8中，基于示意性示出的多个测量点来对可以预见的作为预定数学函数的指数函数进行近似，其中所述指数函数表示预期的压力分布。基于近似的压力分布，可以确定抽真空过程的目标值终点、并且使用该目标值终点作为用于通过早开始来开始第二功能过程的基础。
图8示出时刻T处的压力分布的梯度(变化率)，其中所述梯度优选通过回归线RG的斜率来确定，并且在预定的测量间隔内能够利用控制单元2计算出。基于回归线RG的斜率，控制单元2可以基于根据所述斜率推导出的变化率来确定抽真空过程E的剩余时间。
此外，图8示出了，在抽真空过程E符合目标值之前，即在密封台内达到目标压力P2之前，密封过程S通过早开始FS而开始。根据图8，早开始FS相对于密封过程所使用的致动器的反应时间RZ、例如即相对于密封过程S所使用的压力隔膜的阀的反应时间而发生。
根据图8的早开始功能的原理可以应用于包装机1的一个或多个工作单元处的不同的功能过程。特别地，还可以想象，控制单元被配置为根据在不同的工作单元上发生的工作过程来利用早开始功能控制各个工作单元的工作过程，例如，由于达到了各目标值，因此在其它工作过程完成之前通过早开始来控制进给控制。

Claims (25)

1.一种包装机(1)，包括控制单元(2)、多个测量装置(5)和用于不同过程的多个工作单元(3)，其中，所述控制单元(2)在功能上连接至所述工作单元(3)和所述测量装置(5)，
所述测量装置(5)被配置为检测各工作单元(3)处的实际过程值(I)，并且将所述实际过程值(I)转发至所述控制单元(2)，以监测各工作单元(3)处的过程状态，
所述控制单元(2)被配置为通过将从各测量装置(5)转发至所述控制单元(2)的所述实际过程值(I)与来自连接至所述控制单元(2)的存储器(7)的关联的目标过程值(S)进行比较(V)，来以针对各工作单元(3)自身的方式自控地建立程序序列(P)、以及/或者以使得各工作单元(3)针对彼此相适应的方式自控地建立程序序列(P)，其中根据所述程序序列(P)，各工作单元(3)根据在该工作单元(3)处检测到的实际过程值(I)单独地进行工作、以及/或者各工作单元(3)以使得各工作单元(3)针对彼此相适应的方式工作，
所述包装机(1)处的工作循环至少包括一个工作单元(3)或不同的工作单元(3)处的第一功能过程和第二功能过程，其中所述第二功能过程迟于所述第一功能过程而开始，
所述控制单元(2)被配置用于在工作单元(3)或另一工作单元(3)的程序序列(P)的先前的第一功能过程的实际过程值尚未达到相应的目标过程值(S)的情况下，执行针对该工作单元(3)的第二功能过程的早开始，
所述控制单元(2)被配置用于基于所述工作单元(3)的预定反应时间，来执行针对所述工作单元(3)的程序序列(P)的第二功能过程的早开始，以及
所述控制单元(2)被配置用于基于如下的近似法来控制所述第二功能过程的早开始，其中所述近似法用于利用通过所述测量装置(5)其中之一在所述工作单元(3)处检测到的所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量，来预先确定所述第一功能过程的时间结束。
2.根据权利要求1所述的包装机，其特征在于，所述控制单元(2)被配置为基于所述近似法来确定先前的所述第一功能过程的残留的剩余时间，其中所述剩余时间表示直到测得的变量达到所述目标过程值(S)为止的时间长度，所述控制单元(2)附加地被配置用于在所述剩余时间短于或等于所述预定反应时间(R)的情况下，执行所述早开始。
3.根据权利要求1或2所述的包装机，其特征在于，利用所述近似法，能够确定所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量的过程依赖的变化率，其中测得的变量是通过所述测量装置(5)其中之一在所述工作单元(3)处检测到的，或者能够执行对预定数学函数的调整。
4.根据权利要求3所述的包装机，其特征在于，针对所述控制单元(2)存储所述变化率的阈值，其中所述控制单元(2)被配置为在所述变化率与所述阈值相对应或者小于所述阈值的情况下开始剩余时间的计算。
5.根据权利要求4所述的包装机，其特征在于，所述控制单元(2)被配置用于基于趋势控制来确定所述阈值。
6.根据权利要求5所述的包装机，其特征在于，所述控制单元(2)被配置为使所述阈值逐步地增大或减小，直到所计算出的剩余时间至少一次地长于所述预定反应时间(R)为止。
7.根据权利要求6所述的包装机，其特征在于，所述控制单元(2)为了指定条件而连接至循环缓冲器。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的包装机，其特征在于，所述控制单元(2)被配置为连续地执行剩余时间的计算，并且延迟所述早开始、直到所计算出的剩余时间短于或等于所述预定反应时间(R)为止。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的包装机，其特征在于，所述测得的变量是应用于所述工作单元(3)并且能够利用形成在所述工作单元(3)上并在功能上连接至所述控制单元(2)的压力传感器检测到的压力(P)，以及能够通过所述控制单元(2)计算的变化率确定所检测到的压力(P)的变化率。
10.根据前述权利要求中任一项所述的包装机，其特征在于，所述控制单元(2)被配置为基于时间测量值来确定所述反应时间，其中所述反应时间被指定为起始信号的激活与由此在驱动单元(3)处引起的调整移动之间的时间长度、或者所述反应时间已经基于施加至所述工作单元的压力的变化或者该压力的变化率而被指定。
11.根据前述权利要求中任一项所述的包装机，其特征在于，所述控制单元(2)被配置为在各功能过程的情况下循环地确定所述反应时间，并且通过对所检测到的预定数量的反应时间求平均来计算平均反应时间，其中相对于所述平均反应时间能够执行所述第二功能过程的早开始。
12.根据权利要求11所述的包装机，其特征在于，所述控制单元(2)包括用于操作所述包装机(1)的紧急控件，其中所述控制单元(2)被配置为在所述包装机(1)的操作期间、预定数量的计算出的反应时间达到或超过功能阈值的情况下，利用基于时间的控制来替换所述包装机(1)的基于过程数据的控制。
13.根据前述权利要求中任一项所述的包装机，其特征在于，所述包装机(1)是热成型包装机(15)、托盘密封机(28)或腔室输送带机(29)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的包装机，其特征在于，所述目标过程值(S)表示最佳成型和/或密封温度；最佳加热、密封和/或成型压力；以及/或者针对被配置为成型台的工作单元(3)的至少一个稳定时间。
15.根据前述权利要求中任一项所述的包装机，其特征在于，各所述测量装置(5)包括至少一个力传感器、压力传感器、位置传感器、温度传感器、红外传感器、超声传感器、感应传感器、激光传感器和/或湿度传感器。
16.一种用于对包装机(1)的不同工作单元(3)处的过程的程序序列(P)进行自控的方法，其中在包装机(1)在操作中的情况下，在各工作单元(3)处根据所述程序序列(P)执行一个过程和/或根据所述程序序列(P)执行在功能上彼此相适应的多个过程，其中在各工作单元(3)处检测实际过程值(I)并且将所述实际过程值(I)转发至所述包装机(1)的控制单元(2)；所述控制单元(2)将转发至所述控制单元(2)的实际过程值(I)与关联的目标过程值(S)进行比较，并且结果以针对各工作单元(3)自身的方式自控地建立各程序序列(P)以及/或者以使得各工作单元(3)针对彼此相适应的方式自控地建立各程序序列(P)，并且基于各程序序列(P)来协调所述包装机(1)的操作；在所述包装机(1)处的工作循环内，在一个工作单元(3)处或者在不同的工作单元(3)处至少发生第一功能过程和第二功能过程，其中所述第二功能过程迟于所述第一功能过程而开始；在工作单元(3)或另一工作单元(3)的程序序列(P)的第一功能过程的实际过程值(I)尚未达到相应的目标过程值(S)的情况下，所述控制单元(2)执行该所述工作单元(3)的程序序列(P)的第二功能过程的早开始；所述控制单元(2)基于所述工作单元(3)的预定反应时间(R)，来执行针对所述工作单元(3)的程序序列(P)的第二功能过程的早开始；以及所述控制单元(2)基于如下的近似法来控制所述第二功能过程的早开始，其中所述近似法用于利用通过测量装置(5)其中之一在所述工作台(3)处检测到的所述第一功能过程的时间依赖的测得的变量，来预先确定所述第一功能过程的时间结束。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述控制单元(2)基于所述近似法来确定所述第一功能过程的残留的剩余时间，其中残留的所述剩余时间表示直到测得的变量达到所述目标过程值(S)为止的时间长度，所述控制单元(2)附加地最晚在所述剩余时间短于或等于所述预定反应时间(R)时发起所述早开始。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述近似法确定在所述工作台(3)处检测到的所述第一功能过程的测得的变量的变化率，或者执行对预定数学函数的调整。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述控制单元(2)确定所述变化率的阈值，其中在所述变化率与所述阈值相对应或者小于所述阈值的情况下，所述控制单元(2)开始剩余时间的计算。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述控制单元(2)基于趋势控制来计算所述阈值。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征在于，利用形成在所述工作单元(3)上并且在功能上连接至所述控制单元(2)的压力传感器来检测施加至所述工作单元(3)的压力(P)，并且所述控制单元(2)将所检测到的压力(P)的变化率指定为所述变化率，其中由所述控制单元(2)基于所检测到的压力(P)的变化率来确定所述剩余时间。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，通过所述早开始来触发被配置为工作单元(3)的密封台(17)处的密封过程，以及在所述密封过程之前的抽真空过程或充气过程期间执行压力的检测。
23.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制单元(2)基于时间测量值来确定所述反应时间，其中所述反应时间被指定为起始信号的激活和由此在驱动单元(3)处引起的调整移动之间的时间长度，或者所述反应时间已经基于施加至所述工作单元的压力的变化或者该压力的变化率而被指定。
24.根据权利要求16至23中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制单元(2)在各循环重复的第二功能过程的情况下循环地确定所述反应时间，并且通过对所检测到的预定数量的反应时间求平均来计算平均反应时间，其中相对于所述平均反应时间执行所述第二功能过程的早开始。
25.根据权利要求16至24中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制单元(2)执行用于操作所述包装机(1)的紧急控件，其中在所述包装机(1)的操作期间、预定数量的计算出的反应时间达到或超过功能阈值的情况下，所述控制单元(2)利用基于时间的控制来替换所述包装机(1)的基于过程数据的控制。
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