CN111638733B - 一种枕式包装机控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种枕式包装机控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种枕式包装机控制系统及其控制方法，系统包括设定单元、识别单元、曲线生成单元、位置命令生成单元、从动轴驱动单元和主动轴驱动单元。曲线生成单元包括参考点位置生成模块、判断模块、常规运算模块、加长运算模块、电子凸轮曲线生成模块和曲线记忆模块。本发明的控制系统及其控制方法，可根据限制条件以及物料长度进行判断，选择满足条件的且符合预设要求的运算方案从而求解电子凸轮曲线时，同时业兼顾考虑到各机台不同的系统限制即最大速度、最大加速度、最大加加速度不能过大以保护机台，具有保护机台的功能。本发明电子凸轮曲线的生成方法可应用于大部分的自动化产业并取代传统机械式凸轮，在使用上更为方便。

Description

一种枕式包装机控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及加工控制技术领域，具体涉及一种枕式包装机控制系统及其控制方法。
背景技术
枕式包装机是一种包装能力非常强，且能适合多种规格用于食品和非食品包装的连续式包装机。电子凸轮控制系统实现对包装机的整体控制，可设定一电子凸轮曲线，再透过伺服系统控制伺服马达，目的是使从动轴位置对应主动轴的位置满足电子凸轮曲线所设定的对应关系。电子凸轮曲线因为使用上更弹性、方便，已渐渐用以取代传统机械式凸轮，凸轮常应用于自动化产业，电子凸轮曲线比机械式凸轮使用上更有弹性，需要修改曲线时不需要将凸轮换掉，而是通过软件设定新的电子凸轮曲线即可使用。电子凸轮曲线生成时，会先指定多个特定点，这些特定点表示从动轴位置对应主动轴位置的对应关系，并且根据这些特定点信息产生电子凸轮曲线。但是传统电子凸轮曲线的生成方法缺少灵活性和通用性，尤其无法适用于物料长度发生变化的情形。
发明内容
本发明提供一种枕式包装机控制系统，其包括设定单元、识别单元、曲线生成单元、位置命令生成单元、从动轴驱动单元和主动轴驱动单元；所述设定单元和识别单元分别连接至所述曲线生成单元；所述曲线生成单元、位置命令生成单元和从动轴驱动单元依次连接；所述主动轴驱动单元通过位置回授模块与所述曲线生成单元连接；所述设定单元用于接收用户设置的限制条件并向所述曲线生成单元发送限制条件信息；所述识别单元用于检测物料长度并向所述曲线生成单元发送物料长度信息；所述曲线生成单元用于接收限制条件信息和物料长度信息并判断物料长度是否超过长度阈值；当物料长度小于长度阈值时调用常规运算以生成电子凸轮曲线；当物料长度大于长度阈值时调用加长运算以生成电子凸轮曲线；所述位置命令生成单元用于参考主动轴的位置回授信息，将电子凸轮曲线的动程规划转换成位置命令并输出至所述从动轴驱动单元；所述从动轴驱动单元用于根据位置命令驱动从动轴运动；所述主动轴驱动单元用于驱动主动轴运动，所述位置回授模块用于向所述位置命令生成单元回授主动轴的位置信息。
在一种改进的方案中，所述曲线生成单元包括参考点位置生成模块、判断模块、常规运算模块、加长运算模块、电子凸轮曲线生成模块和曲线记忆模块；所述设定单元和识别单元分别连接至所述参考点位置生成模块；所述判断模块与所述参考点位置生成模块、常规运算模块、加长运算模块连接；所述常规运算模块、加长运算模块还连接至所述电子凸轮曲线生成模块；所述电子凸轮曲线生成模块还连接至所述曲线记忆模块和位置命令生成单元；所述参考点位置生成模块用于生成主动轴与从动轴跟踪同步的关键参考点；所述判断模块用于判断物料长度是否超过长度阈值；当判断物料长度小于长度阈值时调用常规运算模块进行常规运算；当判断物料长度大于长度阈值时调用加长运算模块进行加长运算；所述电子凸轮曲线生成模块用于根据所述常规运算模块或加长运算模块的运算结果生成电子凸轮曲线；所述曲线记忆模块用于存储电子凸轮曲线。
在一种改进的方案中，所述常规运算模块进行运算的曲线公式为
所述加长运算模块进行运算的曲线公式为
其中，H(x)为从动轴位置，km为同步比率，l为从动轴同步时的主动轴位置，x为主动轴位置，L为物料长度；l为从动轴开始等待时的主动轴位置，l为从动轴结束等待时的主动轴位置。
在一种改进的方案中，枕式包装机中横封轴旋转一周即包装一个物料产品，所述长度阈值为横封轴长度；所述识别单元为红外探测器或激光传感器。
在一种改进的方案中，用户设置的限制条件包括从动轴和/或主动轴的最大速度、最大加速度和最大加加速度；所述电子凸轮曲线生成模块生成电子凸轮曲线受到从动轴和/或主动轴的最大速度、最大加速度和最大加加速度的设定限制。
在一种改进的方案中，所述电子凸轮曲线生成单元还用于以每两点规划成一段曲线的动程，将各曲线段结合起来生成完整的电子凸轮曲线。
在一种改进的方案中，所述判断模块还用于，在判断物料长度大于长度阈值且大于物料最大长度限值时或者在接收到所述识别单元检测的物料长度为无限值时，则向所述从动轴驱动单元和所述主动轴驱动单元发出紧急停止信号。
本发明还提供一种枕式包装机控制方法，应用于上述枕式包装机控制系统，其包括如下过程：
设置限制条件；
检测物料长度；
生成电子凸轮曲线：判断物料长度是否超过长度阈值；根据判断结果调用对应运算以生成电子凸轮曲线；
参考主动轴的位置回授信息，将电子凸轮曲线的动程规划转换成位置命令；
根据位置命令驱动从动轴运动；
驱动主动轴运动并回授主动轴的位置信息。
在一种改进的方案中，生成电子凸轮曲线的方式为：
生成主动轴与从动轴跟踪同步的关键参考点；
判断物料长度是否超过长度阈值；
当判断物料长度小于长度阈值时调用常规运算；当判断物料长度大于长度阈值时调用加长运算；
根据常规运算或加长运算的结果生成电子凸轮曲线并存储。
在一种改进的方案中，常规运算的曲线公式为
加长运算的曲线公式为
其中，H(x)为从动轴位置，km为同步比率，l为从动轴同步时的主动轴位置，x为主动轴位置，L为物料长度；l为从动轴开始等待时的主动轴位置，l为从动轴结束等待时的主动轴位置。
本发明的枕式包装机控制系统及其控制方法，可根据限制条件以及物料长度进行判断，选择满足条件的且符合预设要求的运算方案从而求解电子凸轮曲线时，同时业兼顾考虑到各机台不同的系统限制即最大速度、最大加速度、最大加加速度不能过大以保护机台，具有保护机台的功能。本发明电子凸轮曲线的生成方法可应用于大部分的自动化产业并取代传统机械式凸轮，在使用上更为方便，应用前景广阔。
附图说明
图1为实施例一的枕式包装机控制系统结构示意图；
图2为实施例一的枕式包装机控制方法流程图；
图3为实施例一的常规运算对应的电子凸轮曲线；
图4为实施例一的加长运算对应的电子凸轮曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本发明能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本发明相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本发明的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本发明所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
实施例一：
如图1所示为本实施例的枕式包装机控制系统，其包括设定单元10、识别单元20、曲线生成单元、位置命令生成单元40、从动轴驱动单元50和主动轴驱动单元60。曲线生成单元包括参考点位置生成模块31、判断模块32、常规运算模块33、加长运算模块34、电子凸轮曲线生成模块35和曲线记忆模块36。
设定单元10和识别单元20分别连接至参考点位置生成模块31；判断模块32与参考点位置生成模块31、常规运算模块33、加长运算模块34连接；常规运算模块33、加长运算模块34还连接至电子凸轮曲线生成模块35；电子凸轮曲线生成模块35还连接至曲线记忆模块36和位置命令生成单元40；位置命令生成单元40还连接至从动轴驱动单元50；主动轴驱动单元60通过位置回授模块61与曲线生成单元连接。
如图2所示为本实施例的枕式包装机控制方法流程图，以下结合图1与图2对本实施例的枕式包装机控制系统及其控制方法进行原理分析，该方法包括如下过程：
S1、设定单元10接收用户设置的限制条件并向曲线生成单元发送限制条件信息，限制条件可以包括从动轴和/或主动轴的最大速度、最大加速度和最大加加速度。
S2、识别单元20检测物料长度并向曲线生成单元发送物料长度信息，优选地，识别单元20为红外探测器或激光传感器。。
本领域技术人员应当理解，S1和S2过程可以互换顺序。
S3、电子凸轮曲线生成过程：
S3.1、参考点位置生成模块31生成主动轴与从动轴跟踪同步的关键参考点。
S3.2、曲线生成单元接收限制条件信息和物料长度信息并判断物料长度是否超过长度阈值；当物料长度小于长度阈值时执行S3.3步骤；当物料长度大于长度阈值时执行S3.4步骤。本实施例中，枕式包装机中横封轴旋转一周即包装一个物料产品，长度阈值为横封轴长度。
在其它的实施方式中，判断模块32在判断物料长度大于长度阈值的基础上，还判断物料长度是否大于设定的物料最大长度限值，如果判断物料长度大于物料最大长度限值时或者在接收到识别单元20检测的物料长度为无限值时，则向从动轴驱动单元50和主动轴驱动单元60发出紧急停止信号。
S3.3、调用常规运算模块33进行常规运算以生成电子凸轮曲线，常规运算模块33进行运算的曲线公式为
其中，H(x)为从动轴位置，km为同步比率，l1为从动轴同步时的主动轴位置，x为主动轴位置，L为物料长度。
对于常规运算，通常，物料的包装袋长和横封刀长度相差不大，系统的送膜轴和横封轴从同步点开始，经过一段线速度同步区后，快速加速或减速到下次循环开始。如图3所示，X轴为主动轴位置，Y轴为从动轴位置，图中所示的为一个物料长度L(以及横封刀周长c1)的范围，从动轴结束位置h1即明确了同步区s1的范围，同步区s1内主从动轴以同步比率进行速度同步，然后快速运转到下次同步开始点。
S3.4、调用加长运算模块34进行加长运算以生成电子凸轮曲线，加长运算模块34进行运算的曲线公式为
其中，l2为从动轴开始等待时的主动轴位置，l3为从动轴结束等待时的主动轴位置。
当物料长度L大于横封刀长度时，由于送膜轴需要运动的距离较长，横封轴如果按照图3的曲线运动，必然需要横封刀做减速运动来等待包装膜长度达到，但由于物料长度大于横封刀长度，就会造成即使横封刀减速到零，送膜长度也仍然不够，这样会导致横封刀继续向负方向旋转来满足送膜长度的要求，这是实际操作所不允许的。因此，如图4所示，本步骤在通用的电子凸轮曲线的基础上增加一段等待曲线，让从动轴停在等待位置，当主动轴到达合适位置后，在跟随从主动轴运动。图中，X轴为主动轴位置，Y轴为从动轴位置，物料长度为L，横封刀周长为c1，同步区为s1，横封刀暂停位置对应t1段，从动轴结束位置h1即明确了同步区s1的范围
S3.5、由于上一过程只会执行S3.3和S3.4步骤其中之一，故本步骤电子凸轮曲线生成模块35根据常规运算模块33或加长运算模块34的运算结果生成电子凸轮曲线，曲线记忆模块36则存储电子凸轮曲线。电子凸轮曲线生成模块35生成电子凸轮曲线受到从动轴和/或主动轴的最大速度、最大加速度和最大加加速度的设定限制。
优选地，电子凸轮曲线生成模块35还以每两点规划成一段曲线的动程，将各曲线段结合起来生成完整的电子凸轮曲线。
S4、位置命令生成单元40参考主动轴的位置回授信息，将电子凸轮曲线的动程规划转换成位置命令并输出至从动轴驱动单元50。
S5、从动轴驱动单元50用于根据位置命令驱动从动轴运动。
S6.1、主动轴驱动单元60驱动主动轴运动。
本领域技术人员应当理解，S5和S6.1过程可以互换顺序。
S6.2、控制系统的整个运作过程中，位置回授模块61都持续向位置命令生成单元40回授主动轴的位置信息。
本发明的枕式包装机控制系统及其控制方法，可根据限制条件以及物料长度进行判断，选择满足条件的且符合预设要求的运算方案从而求解电子凸轮曲线时，同时业兼顾考虑到各机台不同的系统限制即最大速度、最大加速度、最大加加速度不能过大以保护机台，具有保护机台的功能。本发明电子凸轮曲线的生成方法可应用于大部分的自动化产业并取代传统机械式凸轮，在使用上更为方便，应用前景广阔。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种枕式包装机控制系统，其特征在于，
包括设定单元(10)、识别单元(20)、曲线生成单元、位置命令生成单元(40)、从动轴驱动单元(50)和主动轴驱动单元(60)；
所述设定单元(10)和识别单元(20)分别连接至所述曲线生成单元；所述曲线生成单元、位置命令生成单元(40)和从动轴驱动单元(50)依次连接；所述主动轴驱动单元(60)通过位置回授模块(61)与所述曲线生成单元连接；
所述设定单元(10)用于接收用户设置的限制条件并向所述曲线生成单元发送限制条件信息；
所述识别单元(20)用于检测物料长度并向所述曲线生成单元发送物料长度信息；
所述曲线生成单元用于接收限制条件信息和物料长度信息并判断物料长度是否超过长度阈值；当物料长度小于长度阈值时调用常规运算以生成电子凸轮曲线；当物料长度大于长度阈值时调用加长运算以生成电子凸轮曲线；
所述位置命令生成单元(40)用于参考主动轴的位置回授信息，将电子凸轮曲线的动程规划转换成位置命令并输出至所述从动轴驱动单元(50)；
所述从动轴驱动单元(50)用于根据位置命令驱动从动轴运动；
所述主动轴驱动单元(60)用于驱动主动轴运动，所述位置回授模块(61)用于向所述位置命令生成单元(40)回授主动轴的位置信息；
所述曲线生成单元包括参考点位置生成模块(31)、判断模块(32)、常规运算模块(33)、加长运算模块(34)、电子凸轮曲线生成模块(35)和曲线记忆模块(36)；
所述设定单元(10)和识别单元(20)分别连接至所述参考点位置生成模块(31)；所述判断模块(32)与所述参考点位置生成模块(31)、常规运算模块(33)、加长运算模块(34)连接；所述常规运算模块(33)、加长运算模块(34)还连接至所述电子凸轮曲线生成模块(35)；所述电子凸轮曲线生成模块(35)还连接至所述曲线记忆模块(36)和位置命令生成单元(40)；
所述参考点位置生成模块(31)用于生成主动轴与从动轴跟踪同步的关键参考点；
所述判断模块(32)用于判断物料长度是否超过长度阈值；当判断物料长度小于长度阈值时调用常规运算模块(33)进行常规运算；当判断物料长度大于长度阈值时调用加长运算模块(34)进行加长运算；
所述电子凸轮曲线生成模块(35)用于根据所述常规运算模块(33)或加长运算模块(34)的运算结果生成电子凸轮曲线；
所述曲线记忆模块(36)用于存储电子凸轮曲线；
所述常规运算模块(33)进行运算的曲线公式为
所述加长运算模块(34)进行运算的曲线公式为
其中，H(x)为从动轴位置，km为同步比率，l1为从动轴同步时的主动轴位置，x为主动轴位置，L为物料长度；l2为从动轴开始等待时的主动轴位置，l3为从动轴结束等待时的主动轴位置。
2.如权利要求1所述的枕式包装机控制系统，其特征在于，
枕式包装机中横封轴旋转一周即包装一个物料产品，所述长度阈值为横封轴长度；
所述识别单元(20)为红外探测器或激光传感器。
3.如权利要求1所述的枕式包装机控制系统，其特征在于，
用户设置的限制条件包括从动轴和/或主动轴的最大速度、最大加速度和最大加加速度；
所述电子凸轮曲线生成模块(35)生成电子凸轮曲线受到从动轴和/或主动轴的最大速度、最大加速度和最大加加速度的设定限制。
4.如权利要求1所述的枕式包装机控制系统，其特征在于，
所述电子凸轮曲线生成单元还用于以每两点规划成一段曲线的动程，将各曲线段结合起来生成完整的电子凸轮曲线。
5.如权利要求1所述的枕式包装机控制系统，其特征在于，
所述判断模块(32)还用于，在判断物料长度大于长度阈值且大于物料最大长度限值时或者在接收到所述识别单元(20)检测的物料长度为无限值时，则向所述从动轴驱动单元(50)和所述主动轴驱动单元(60)发出紧急停止信号。
6.一种枕式包装机控制方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的枕式包装机控制系统，其特征在于，包括：
设置限制条件；
检测物料长度；
生成电子凸轮曲线：判断物料长度是否超过长度阈值；根据判断结果调用对应运算以生成电子凸轮曲线；
参考主动轴的位置回授信息，将电子凸轮曲线的动程规划转换成位置命令；
根据位置命令驱动从动轴运动；
驱动主动轴运动并回授主动轴的位置信息。
7.如权利要求5所述的枕式包装机控制方法，其特征在于，
生成电子凸轮曲线的方式为：
生成主动轴与从动轴跟踪同步的关键参考点；
判断物料长度是否超过长度阈值；
当判断物料长度小于长度阈值时调用常规运算；当判断物料长度大于长度阈值时调用加长运算；
根据常规运算或加长运算的结果生成电子凸轮曲线并存储。
8.如权利要求7所述的枕式包装机控制方法，其特征在于，
常规运算的曲线公式为
加长运算的曲线公式为
其中，H(x)为从动轴位置，km为同步比率，l1为从动轴同步时的主动轴位置，x为主动轴位置，L为物料长度；l2为从动轴开始等待时的主动轴位置，l3为从动轴结束等待时的主动轴位置。
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