CN113759817B - 智能检测与保护控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能检测与保护控制系统及其控制方法，本发明采用PLC、触摸屏HMI、断路器、接触器、变压器、蜂鸣报警器、三色报警灯、急停开关、电容传感器、光纤传感器、光电传感器、钥匙开关、热电偶、温控表、伺服电机、伺服驱动器、编码器等构建控制系统，可自动检测包装机的上电状态、PLC状态、伺服状态、加热状态及安全门的状态，并自动检测物料、标签带、滤纸、复合膜等辅料的使用情况，在包装机发生电路故障、运行中开门、伺服故障、加热故障、PLC故障以及出现辅料缺失或用完等工况时，自动发出声和光报警并停机，减少了人工巡检的依赖，控制精确，稳定性好；显著提高包装机设备自动化程度，降低劳动强度，节约人力物力成本。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及智能检测与保护控制系统及其控制方法。
背景技术
袋泡饮品包装机是一种用于将茶叶、中草药等流动性、颗粒状或粉状物料包装成袋的光机电一体化自动包装机械设备。目前市场上已有的包装机可以自动实现内袋滤纸或复合膜的封合、制袋和包装，但不具备辅料的自动检测、设备的保护控制及报警停机功能，仍然是靠人工进行巡检。
在生产过程中，如果物料、标签带、滤纸、复合膜等缺失，会造成生产的浪费；如果设备电路系统、加热异常等出现故障时，不能自动检测停机，严重的会造成设备损坏，为了避免上述情况的出现，势必要增加人工巡检的频率，相应的，频繁的人工巡检和维修会增加人力成本和劳动强度，不能满足高效率、高智能的工业时代发展要求。
发明内容
针对现有包装机的不足，紧跟智能化、数字化工业制造时代的发展要求，本发明提供一种智能检测与保护控制系统及其控制方法，本发明可自动检测包装机的PLC状态、上电状态、加热状态、安全门状态、伺服状态，并自动检测物料、标签带、滤纸、复合膜等使用情况，在包装机发生电路故障、加热故障、运行中开门、伺服故障等异常以及出现辅料缺失或用完等工况时，包装机自动发出声和光报警信号并自动停机，使包装机更加智能化，安全性更高。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：智能检测与保护控制系统，包括主电路保护回路控制单元、辅料检测控制单元、加热检测控制单元、安全门检测控制单元、伺服检测控制单元以及声光报警回路控制单元；
其中，主电路保护回路控制单元的输入端连接至380V或220V交流电源，输出端分别连接至加热检测控制单元、安全门检测控制单元、声光报警回路控制单元以及包装机，为上述控制单元和包装机提供220V交流电；
辅料检测控制单元，包括多个用于对包装机的不同辅料是否缺失或异常进行检测并具有不同性质的传感器，多个传感器均连接至PLC的输入端，当多个传感器组成的传感器网络检测到任一辅料缺失或异常时，将异常信号传送给PLC，PLC及时发出异常和停机指令，并即时在触摸屏HMI上显示故障位置，并提示报警解除方法；
加热检测控制单元，包括多个连接至PLC输入端的数字式温控表，每个数字式温控表对其所对应的一个加热模具的设定温度和实际加热温度分别进行检测并进行比较，当加热出现异常时，将异常信号传送给PLC，PLC发出指令停机；
安全门检测控制单元，包括多条并联设置的安全门回路，多条安全门回路的其中一端通过单相开关电源连接至主电路保护回路控制单元，另一端连接至PLC的DI模块，且多条安全门回路分别连接至不同的DI输入端子；
伺服系统检测控制单元，包括伺服电机、伺服驱动器以及编码器，伺服电机通过电源电缆和编码电缆连接于伺服驱动器，伺服驱动器通过通讯光纤双工连接于PLC，PLC通过伺服驱动器以及伺服电机控制包装机的工作状态；
声光报警回路控制单元，包括所述的PLC和连接至PLC输出端的声光报警单元，当PLC接收到异常信号时，控制声光报警单元根据故障等级发出不同颜色的报警信号以及脉冲式频响，并控制包装机自动停机。
进一步的，所述主电路保护回路控制单元包括具有漏电保护功能的断路器QF、电源总开关QS、变压器T、接触器KM、保险丝F1、紧急停止按钮SBE以及上电按钮SB，380V或220V交流电源依次经断路器QF和电源总开关QS后连接至变压器T的初级线圈，变压器T的次级线圈具有两个输出端X10和X12， X10和X12分别与接触器KM的一组主触点相连后可从AA和BB端共同输出220V交流电，且输出端X12与X10之间还依次串接有保险丝F1、接触器KM的控制线圈、紧急停止按钮SBE的常闭触点以及上电按钮SB；
若上电按钮SB未按下，则接触器KM的控制线圈不得电，进而接触器KM的主触点不吸合，AA和BB端不得电；当按下上电按钮SB的瞬间，接触器KM的控制线圈得电，同时接触器KM的主触点吸合，AA和BB端共同输出220V交流电，为设备工作供给正常的交流电源。
进一步的，所述上电按钮SB为弹簧自复位式按钮，上电按钮SB的两端还并联有接触器KM的一组主触点，上电按钮SB按下后即刻自行弹起复位，且主触点的端子3与端子4接通，使端子3经端子4到急停按钮SBE形成通路，从而维持接触器KM的控制线圈持续得电，使接触器KM的主触点持续保持吸合状态；
所述变压器T为干式自藕合变压器，具有隔离和变压作用，其初级线圈有三个输入端X0、X2、X3，可输入380V和220V两种交流电源，其中X0 –X3输入端对应于380V交流电源，X0-X2输入端对应于220V交流电源。
进一步的，所述传感器网络包括但不仅限于用于对物料进行检测的电容传感器、用于对标签进行检测的同轴叉形光电传感器、用于对滤纸进行检测的对射光纤传感器、以及用于对复合膜进行检测的漫反射光纤传感器；
其中，用于对物料进行检测的电容传感器，置于料斗底部内，当茶叶等物料料位低于物料传感器位置时，物料传感器发出下降沿触发信号WF给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏HMI弹出缺料报警画面；
用于对标签进行检测的同轴叉形光电传感器，其叉形两侧分别设置有同轴的发光端和收光端，标签带从叉形缝中穿过而遮挡收光端使传感器处于NC状态，当标签带缺失时，发光端发出的光信号直接传入接收端使传感器跳变为NO状态，并发出上升沿触发信号TN给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏HMI弹出缺标签带报警画面；
用于对滤纸进行检测的对射光纤传感器，其上连接有数字光纤放大器，可调节和设置检测灵敏度；正常状态下滤纸从对射光线中间穿过使滤纸传感器处于SOC状态，当滤纸缺失或跑偏而脱离传感器监测区域时，滤纸传感器跳变为SON状态，并发出上升沿触发信号FN给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏HMI弹出滤纸异常画面；
用于对复合膜进行检测的漫反射光纤传感器，其上连接有数字光纤放大器，可调节和设置检测灵敏度；正常状态下复合膜传感器照射于复合膜，处于ZN状态，当复合膜缺失或跑偏而脱离传感器监测区域时，复合膜传感器跳变为ZC状态，并发出下降沿触发信号给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏HMI弹出复合膜异常画面。
进一步的，加热检测控制单元至少包括对标签、滤纸和复合膜分别进行加热的三组加热组件及其加热控制回路，每组加热控制回路的数字式温控表上连接有至少一个用于对实际加热温度进行检测的K分度热电偶，K分度热电偶的测量端固定在其所对应的加热模具上，且该加热模具内设置的电加热管通过电缆连接至数字式温控表，以测量加热模具的设定温度；加热控制回路的前端设置有次级断路器QF1，其上设有SD接点，任一加热控制回路出现短路，则断路器QF1调闸，若断路器QF1调闸或断路器QF1未合闸，则SD接点发送加热合闸异常信号给PLC，报警停机。
进一步的，所述安全门检测控制单元至少包括内袋安全门组、外袋安全门组以及放卷安全门组三个独立的安全门组件及控制回路，每个安全门控制回路均包括至少两个串联设置的钥匙开关，只要其中一个钥匙开关没有接通，PLC的DI模块即向PLC发出异常信号；
所述钥匙开关为插舌接触式；在触摸屏HMI上分别设置有内袋安全门组、外袋安全门组和放卷安全门组的屏蔽按钮，按下按钮则可使对应的安全门组失去作用，再次按下则可取消屏蔽。
进一步的，PLC连接至所述的单相开关电源，所述声光报警回路控制单元还包括所述的触摸屏HMI，其与PLC双向连接，单相开关电源用于将主电路保护回路控制单元提供的交流电转换为供PLC的DI模块、DO模块、传感器网络和声光报警单元使用的24V直流电源。
进一步的，所述声光报警单元包括蜂鸣报警单元和三彩报警灯；当设备正常运行时，绿色警灯LG亮；
当发生缺料、缺标签带、缺滤纸、缺复合膜、加热异常时，黄色警灯LY亮，同时在HMI上弹出报警位置的画面，蜂鸣报警单元发出1S间歇脉冲式频响；
当安全门异常、上电异常、PLC异常、伺服系统故障时，红色警灯LR亮，同时在HMI上弹出报警位置的画面，蜂鸣报警单元发出1S间歇脉冲式频响，直至异常解除。
进一步的，PLC通过通讯光纤将控制指令与数据写入伺服驱动器而使其按指令动作，伺服驱动器通过通讯光纤将伺服工作状态信号传送给PLC；若伺服就绪信号SO1=1则PLC发出伺服未就绪报警指令并停机，若伺服就绪信号SO1=0则正常运行；若伺服ON指令信号SO2=1则PLC发出伺服ON指令异常报警指令并停机，若伺服ON指令信号SO2=0则正常运行；若伺服故障信号SO3=1则PLC发出伺服ON指令异常报警指令并停机，若伺服故障信号SO3=0则正常运行。
本发明智能检测与保护控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、接通交流电源后，打开总电源开关，若发生漏电则断路器QF在漏电保护作用下自动跳闸分断，排除漏电点后方可合闸；
合闸后，按下上电按钮SB，主电路无异常则接触器KM吸合正常上电；主电路异常则接触器KM不能吸合，不能上电；
步骤二、上电后，PLC进行自我程序检查，排查PLC自身系统及各个控制单元的状态，若无异常则自动进入待机，若有异常则在触摸屏HMI上提示系统的故障排查点，排除故障后方能启动；
步骤三、启动运行后，辅料检测控制单元、加热检测控制单元、安全门检测控制单元以及伺服系统检测控制单元分别对包装机不同部位的工作状态进行实时在线检测，一旦检测到异常信号，则将异常信号传送给PLC，PLC根据程序逻辑进行判断与控制；
步骤四、PLC判断异常信号后，发出指令给声光报警单元，发出不同等级对应的黄色或红色报警信号，以及1S脉冲式蜂鸣频响，同时通过触摸屏HMI显示异常信息，并控制包装机自动停机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用PLC、触摸屏HMI、断路器、接触器、变压器、蜂鸣报警单元、三彩报警灯、急停开关、电容传感器、光纤传感器、光电传感器、钥匙开关、热电偶、温控表、伺服电机、伺服驱动器、编码器、通讯光纤等构建控制系统，可自动检测包装机的PLC状态、上电状态、伺服状态、加热状态及安全门的状态，并自动检测物料、标签带、滤纸、复合膜等辅料的使用情况，在包装机发生电路故障、运行中开门、伺服故障、加热故障、PLC故障等异常，以及出现辅料缺失或用完等工况时，自动发出声和光报警并停机，减少了人工巡检的依赖，控制精确，稳定性好；显著提高包装机设备自动化程度，降低劳动强度，节约人力物力成本。
附图说明
图1是本发明智能检测与保护控制系统的原理框图；
图2是主电路保护回路控制单元的电路图；
图3是辅料检测控制单元的原理框图；
图4是加热检测控制单元的原理框图；
图5是安全门检测控制单元的原理框图；
图6是声光报警回路控制单元的原理框图；
图7是本发明智能检测与保护控制系统的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种智能检测与保护控制系统，如图1所示，包括主电路保护回路控制单元、辅料检测控制单元、加热检测控制单元、安全门检测控制单元、伺服检测控制单元以及声光报警回路控制单元，六个子系统间相互连接、共同作用，保证包装机的自动、高效、可靠运行。
图2为主电路保护回路控制单元的电路图，如图所示，交流电源由A、B点接入断路器QF，经电源总开关QS接入变压器T，断路器QF由动力D型曲线2P断路器本体和漏电保护断路器组成，漏电保护短路器为32mA电磁脱扣式，当发生短路、过载、漏电时断路器自动跳闸切断主电源供给。电源总开关QF为电源分断部件，由手动进行闭合或分断，实现电源供给和切断。变压器T为干式自藕合变压器，具有隔离和变压作用，可适应380V和220V两种输入电压，输出220V电压；抽头X0与抽头X2之间可输入电压220V，抽头X0与抽头X3之间可输入电压380V，经变压器T后在抽头X10与抽头X12之间输出电压220V，这样用户既可以使用380V交流电，也可以使用220V交流电，使用范围更广。
主控接触器KM在主电路中有KM（控制线圈）和KM（主触点）两部分，KM（主触点）的端子4与紧急停止按钮SBE的常闭触点端子12之间短接，KM（主触点）的端子1 和端子3之间短接，KM（主触点）的端子5与X12连接；当A、B间输入380V或220V电压后，经抽头X10与抽头X12向主电路供给220V电源，此时上电按钮SB未按下，电路不通，接触器KM（控制线圈）不能得电，从而接触器KM（主触点）不能吸合，AA和BB端不能得电；当按下上电按钮SB的瞬间，从抽头X10经KM（主触点）端子1、3、经上电按钮SB、紧急停止按钮SBE、接触器KM（控制线圈）、保险丝F1，到抽头X12形成完成回路，电流经过接触器KM（控制线圈）使其得电，同时KM（主触点）吸合，端子1、2接通使抽头X10到接点AA形成通路，端子5、6接通使抽头X12到接点BB形成通路，从而使AA和BB间得到220V电压，为包装机设备的工作供给正常交流电源。
特别的，上电按钮SB按下后即刻自行弹起复位，端子3到急停按钮SBE的端子12之间开路；但KM（主触点）端子3、4已接通，使端子3经端子4到急停按钮SBE的端子12形成通路，从而维持KM（控制线圈）持续得电，使接触器KM（主触点）持续保持吸合状态。
紧急停止按钮SBE为自锁式红色蘑菇头按钮，其常闭NC触点与KM（控制线圈）串联在同一回路，当出现紧急或危险情况时按下急停按钮SBE，使NC触点断开并锁定断开状态，从而切断回路使接触器KM（控制线圈）失电而断开接触器KM（主触点），使AA和BB间失电，切断包装机设备的动力供给，保证安全。F1为I=6A的慢融式保险丝，也与接触器KM（控制线圈）串联在同一回路，当电路中的电流在短时间内超过安全值时，F1自行熔断，切断回路使接触器KM（控制线圈）失电而断开KM（主触点），使AA和BB间失电，切断设备动力供给。
特别的，上电按钮SB为弹簧自复位式按钮，不能保持，按下后松开即可自行复位；紧急停止按钮SBE为自锁式，不会自行复位，需要手动旋转才能复位；在紧急情况解除，或紧急停止按钮SBE复位后，设备不会自行上电，即AA和BB间仍然没有电源供给，只有再次按下上电按钮SB，接触器KM（控制线圈）才能再次得电而使KM（主触点）吸合，使AA和BB间得电。这样做一是保证在突然断电又恢复的情况下设备不自启，二是保证在解除紧急停止后设备不自启，三是保证在设备严重故障解除后不自启，从而避免因误动作而产生人员或设备伤害，提高设备安全性。
图3为辅料检测控制单元的原理框图，如图所示，该辅料检测控制单元包括多个用于对包装机的不同辅料是否缺失或异常进行检测的传感器，具体为用于对物料进行检测的电容传感器、用于对标签进行检测的叉形光电传感器、用于对滤纸进行检测的对射光纤传感器以及用于对复合膜进行检测漫反射式光纤传感器。
其中，物料检测过程的传感器通过24V三线电缆连接于PLC，该传感器为圆柱形电容式接近传感器，置于料斗底部内，当茶叶等物料料位低于传感器位置时，传感器发出下降沿触发信号WF给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏弹出缺料报警画面，提醒操作人员及时补充物料。
标签带检测过程的传感器通过24V三线电缆连接于PLC，该传感器为同轴叉形光电传感器，叉形两侧分别设置有同轴的发光端和收光端，标签带从叉形缝中穿过而遮挡收光端使传感器处于NC状态，当标签带缺失时，发光端发出的光信号直接传入接收端使传感器跳变为NO状态，并发出上升沿触发信号TN给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏弹出缺标签带报警画面，提醒操作人员检查标签带。
滤纸检测过程的传感器通过24V三线电缆连接于光纤放大器并连接于PLC，该传感器为对射光纤传感器，连接于传感器的数字光纤放大器可以根据实际情况调节和设置检测灵敏度，使检测更精确；正常状态下滤纸对射光线中间穿过使传感器处于SOC状态，当滤纸缺失或跑偏而脱离传感器监测区域时，传感器跳变为SON状态，并发出上升沿触发信号FN给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏弹出滤纸异常画面，提醒操作人员检查滤纸。
复合膜检测过程的传感器通过24V三线电缆连接于光纤放大器并连接于PLC，该传感器为漫反射式光纤传感器，放大器可以根据实际情况调节和设置检测灵敏度，使检测更精确；正常状态下传感器照射于复合膜，处于ZN状态，当复合膜缺失或跑偏而脱离传感器监测区域时，传感器跳变为ZC状态，并发出下降沿触发信号给PLC，PLC向声光报警器发出黄色报警信号，使三色报警器闪烁黄灯，同时蜂鸣器发出1S脉冲频响，触摸屏弹出复合膜异常画面，提醒操作人员检查或更换复合膜。
图4是加热检测控制单元的原理框图，如图所示，220V电源由主电路AA和BB端提供。PH1、PH2、PH3为数字式温控表，分别进行标签、滤纸、复合膜的加热温度调节与控制。BT1、BT2、BT3为K分度热电偶，一端分别连接固定于标签、滤纸、复合膜的加热模具上，另一端连接于温控表PH1、PH2、PH3，用于测量标签、滤纸、复合膜的实际加热温度；R1、R2、R3为金属模具电加热管，分别安装于标签、滤纸、复合膜的加热模具型腔中，并分别通过电缆连接于温控表PH1、PH2、PH3，并由温控表PH1、PH2、PH3根据BT1、BT2、BT3测得的数值与设定值比较，进行加热温度的精确控制； TA1+和TA1-、TA2+和TA2- 、TA3+和TA3-为PH1、PH2、PH3的报警输出信号组，当标签、滤纸、复合膜加热出现异常时将异常信号传送给PLC，报警并停机。
图5是安全门检测控制单元的原理框图，如图所示，T1为单项开关电源，将主电路AA和BB端提供的220V电源，转换为24V直流。内袋部分的安全门1上设有钥匙开关S1和S11，串联为一组，为低电平控制，通过24V- 输入至PLC的DI输入模块的DI1端子，当且仅当S1和S11同时接通（即安全门关闭，钥匙开关闭合）时，DI1才能接收到安全门正常信号GY1，否则若S1和S11只要有一个没有接通，则DI1接收安全门异常信号GN1，同时PLC将报警信号传送给声光报警系统，触摸屏显示安全门1异常或未关上，蜂鸣器发出1秒频响，红色报警灯闪烁，同时设备停机；同理，外袋部分的安全门2上的钥匙开关组S2和S22 (DI2接收安全门异常信号GN2)、放卷部分的安全门3上的钥匙开关组S3和S33 (DI3接收安全门异常信号GN3)，均如此检测控制。进一步的，为了便于调试和检修，在触摸屏上分别设有安全门1、安全门2、安全门3的屏蔽按钮，如按下安全门1的屏蔽按钮，则钥匙开关S1和S11将失去作用，这样即使安全门不关也不会报警，也不影响设备正常工作。特别的，每个安全门均设置有至少两个钥匙开关，串联使用，以防止单个开关失灵而产生不可靠因素。
图6是声光报警回路控制单元的原理框图，PLC是袋泡饮品包装机的中央控制单元，是自动检测与保护控制系统的CPU；触摸屏HMI通过RS232通讯电缆连接于PLC，实现控制参数的写入和检测信号及报警信息的实时显示；声光报警器通过24V电缆连接于PLC，包括蜂鸣报警单元和红绿黄三彩报警灯，蜂鸣报警单元具体为蜂鸣器，当出现缺料、缺标签带、缺滤纸、缺复合膜、加热异常、加热未合闸等信号时，蜂鸣器发出1S脉冲频响，同时闪烁黄色警灯，当出现PLC故障、伺服故障、安全门异常等严重故障时闪烁红色警灯。
单相开关电源T1为控制器PLC、触摸屏HMI提供24V直流电源；控制器PLC与触摸屏HMI通过电缆W1连接，电缆W1为三线式RS232通讯电缆，用于PLC与HMI间进行控制信息交互；蜂鸣器B一端连接24V+，另一端连接PLC，当设备发生故障时，PLC发送时长为1S的脉冲报警信号给蜂鸣器B，使其发出1S频响蜂鸣报警；绿色警灯LG、黄色警灯LY和红色警灯LR的一端连接24V+，另一端连接PLC，当设备正常运行时，绿色警灯LG亮；当发生缺料、缺标签带、缺滤纸、缺复合膜、加热异常时，黄色警灯LY亮，同时在HMI上弹出报警位置的画面，蜂鸣器B发出1S脉冲式频响；当安全门异常、伺服系统异常、PLC系统异常时，红色警灯LR亮，同时在HMI上弹出报警位置的画面，蜂鸣报B发出1S脉冲式频响；直至异常解除。
所述伺服系统检测控制单元，包括伺服电机、伺服驱动器、编码器、通讯光纤等，伺服电机通过电源电缆和编码电缆连接于伺服驱动器，伺服驱动器通过通讯光纤双工连接于PLC，PLC通过通讯光纤将控制指令与数据写入伺服驱动器而使其按指令动作，伺服驱动器通过通讯光纤将伺服工作状态信号SOn（n=1,2,3）传送给PLC；若伺服就绪信号SO1=1则PLC发出伺服未就绪报警指令并停机，若伺服就绪信号SO1=0则正常运行；若伺服ON指令信号SO2=1则PLC发出伺服ON指令异常报警指令并停机，若伺服ON指令信号SO2=0则正常运行；若伺服故障信号SO3=1则PLC发出伺服ON指令异常报警指令并停机，若伺服ON指令信号SO2=0则正常运行。
图7是本发明智能检测与保护控制系统的控制方法的流程示意图，如图所示，该控制方法包括以下步骤：
步骤一、接通交流电源后，打开总电源开关，若发生漏电则断路器在漏电保护作用下自动跳闸分断，须排除漏电点方可合闸；合闸后，按下上电按钮SB，主电路无异常则接触器吸合正常上电；主电路异常则接触器不能吸合，不能上电；
步骤二、上电后，PLC系统进行自我程序检查，排查PLC自身系统及各个控制单元的状态，若无异常则自动进入待机；若异常则在触摸屏HMI上提示系统的故障排查点，排除故障方能启动；
步骤三、启动运行后，辅料检测控制单元、加热检测控制单元以及安全门检测控制单元、伺服检测回路分别对包装机不同部位的工作状态进行实时在线检测，伺服系统一旦检测到异常信号，则将异常信号传送给PLC，PLC根据程序逻辑进行判断与控制；
具体的，
①if WF=0，then STOP and Alarm , else continue；
②if TN=1，then STOP and Alarm , else continue；
③if FN=1，then STOP and Alarm , else continue；
④if ZC=0，then STOP and Alarm , else continue；
⑤if GN i（i=1,2,3）=0，then STOP and Alarm , else continue；
⑥if TAj（j=1,2,3）=1，then STOP and Alarm , else continue；
⑦if SOn（n=1,2,3）=1，then STOP and Alarm , else continue.
步骤四、PLC判断异常信号后，发出指令给声光报警单元，发出不同等级对应的黄色或红色报警信号，以及1S脉冲式蜂鸣频响，同时通过触摸屏HMI显示异常信息，并控制包装机自动停机，降低生产浪费。异常信号主要包括：缺料、标签异常、滤纸异常、复合膜异常、安全门异常、加热异常、加热回路未合闸、上电异常、PLC系统异常、伺服系统故障等。
本发明采用PLC、触摸屏HMI、断路器、接触器、变压器、蜂鸣报警单元、三彩报警灯、急停开关、电容传感器、光纤传感器、光电传感器、钥匙开关、热电偶、温控表、伺服电机、伺服驱动器、编码器、通讯光纤等构建系统，可自动检测包装机的上电状态、PLC状态、伺服状态、加热状态及安全门的状态，并自动检测物料、标签带、滤纸、复合膜等辅料的使用情况，在包装机发生电路故障、运行中开门、伺服故障、加热故障、PLC故障等异常，以及出现辅料缺失或用完等工况时，自动报警停机，减少了人工巡检的依赖，控制精确，稳定性好；显著提高包装机设备自动化程度，降低劳动强度，节约人力物力成本。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.智能检测与保护控制系统，其特征在于：包括主电路保护回路控制单元、辅料检测控制单元、加热检测控制单元、安全门检测控制单元、伺服检测控制单元以及声光报警回路控制单元；
其中，主电路保护回路控制单元的输入端连接至380V或220V交流电源，输出端分别连接至加热检测控制单元、安全门检测控制单元、声光报警回路控制单元以及包装机，为上述控制单元和包装机提供220V交流电；
辅料检测控制单元，包括多个用于对包装机的不同辅料是否缺失或异常进行检测并具有不同性质的传感器，多个传感器均连接至PLC的输入端，当多个传感器组成的传感器网络检测到任一辅料缺失或异常时，将异常信号传送给PLC，PLC及时发出异常和停机指令，并即时在触摸屏HMI上显示故障位置，并提示报警解除方法；
加热检测控制单元，包括多个连接至PLC输入端的数字式温控表，每个数字式温控表对其所对应的一个加热模具的设定温度和实际加热温度分别进行检测并进行比较，当加热出现异常时，将异常信号传送给PLC，PLC发出指令停机；
安全门检测控制单元，包括多条并联设置的安全门回路，多条安全门回路的其中一端通过单相开关电源连接至主电路保护回路控制单元，另一端连接至PLC的DI模块，且多条安全门回路分别连接至不同的DI输入端子；
伺服系统检测控制单元，包括伺服电机、伺服驱动器以及编码器，伺服电机通过电源电缆和编码电缆连接于伺服驱动器，伺服驱动器通过通讯光纤双工连接于PLC，PLC通过伺服驱动器以及伺服电机控制包装机的工作状态；
声光报警回路控制单元，包括所述的PLC和连接至PLC输出端的声光报警单元，当PLC接收到异常信号时，控制声光报警单元根据故障等级发出不同颜色的报警信号以及脉冲式频响，并控制包装机自动停机。
2.根据权利要求1所述的智能检测与保护控制系统，其特征在于：所述主电路保护回路控制单元包括具有漏电保护功能的断路器QF、电源总开关QS、变压器T、接触器KM、保险丝F1、紧急停止按钮SBE以及上电按钮SB，380V或220V交流电源依次经断路器QF和电源总开关QS后连接至变压器T的初级线圈，变压器T的次级线圈具有两个输出端X10和X12， X10和X12分别与接触器KM的一组主触点相连后可从AA和BB端共同输出220V交流电，且输出端X12与X10之间还依次串接有保险丝F1、接触器KM的控制线圈、紧急停止按钮SBE的常闭触点以及上电按钮SB；
若上电按钮SB未按下，则接触器KM的控制线圈不得电，进而接触器KM的主触点不吸合，AA和BB端不得电；当按下上电按钮SB的瞬间，接触器KM的控制线圈得电，同时接触器KM的主触点吸合，AA和BB端共同输出220V交流电，为设备工作供给正常的交流电源。
3.根据权利要求2所述的智能检测与保护控制系统，其特征在于：所述上电按钮SB为弹簧自复位式按钮，上电按钮SB的两端还并联有接触器KM的一组主触点，上电按钮SB按下后即刻自行弹起复位，且主触点的端子3与端子4接通，使端子3经端子4到急停按钮SBE形成通路，从而维持接触器KM的控制线圈持续得电，使接触器KM的主触点持续保持吸合状态；
所述变压器T为干式自藕合变压器，具有隔离和变压作用，其初级线圈有三个输入端X0、X2、X3，可输入380V和220V两种交流电源，其中X0 –X3输入端对应于380V交流电源，X0 -X2输入端对应于220V交流电源。
4.根据权利要求1所述的智能检测与保护控制系统，其特征在于：所述传感器网络包括但不仅限于用于对物料进行检测的电容传感器、用于对标签进行检测的同轴叉形光电传感器、用于对滤纸进行检测的对射光纤传感器、以及用于对复合膜进行检测的漫反射光纤传感器；
其中，用于对物料进行检测的电容传感器，置于料斗底部内，当物料料位低于物料传感器位置时，物料传感器发出下降沿触发信号WF给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏HMI弹出缺料报警画面；
用于对标签进行检测的同轴叉形光电传感器，其叉形两侧分别设置有同轴的发光端和收光端，标签带从叉形缝中穿过而遮挡收光端使传感器处于NC状态，当标签带缺失时，发光端发出的光信号直接传入接收端使传感器跳变为NO状态，并发出上升沿触发信号TN给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏HMI弹出缺标签带报警画面；
用于对滤纸进行检测的对射光纤传感器，其上连接有数字光纤放大器，可调节和设置检测灵敏度；正常状态下滤纸从对射光线中间穿过使滤纸传感器处于SOC状态，当滤纸缺失或跑偏而脱离传感器监测区域时，滤纸传感器跳变为SON状态，并发出上升沿触发信号FN给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏HMI弹出滤纸异常画面；
用于对复合膜进行检测的漫反射光纤传感器，其上连接有数字光纤放大器，可调节和设置检测灵敏度；正常状态下复合膜传感器照射于复合膜，处于ZN状态，当复合膜缺失或跑偏而脱离传感器监测区域时，复合膜传感器跳变为ZC状态，并发出下降沿触发信号给PLC，PLC向声光报警单元发出黄色报警信号，使声光报警单元中的三彩报警灯闪烁黄灯，蜂鸣报警单元发出1S脉冲频响，触摸屏HMI弹出复合膜异常画面。
5.根据权利要求1所述的智能检测与保护控制系统，其特征在于：加热检测控制单元至少包括对标签、滤纸和复合膜分别进行加热的三组加热组件及其加热控制回路，每组加热控制回路的数字式温控表上连接有至少一个用于对实际加热温度进行检测的K分度热电偶，K分度热电偶的测量端固定在其所对应的加热模具上，且该加热模具内设置的电加热管通过电缆连接至数字式温控表，以测量加热模具的设定温度；加热控制回路的前端设置有次级断路器QF1，其上设有SD接点，任一加热控制回路出现短路，则断路器QF1调闸，若断路器QF1调闸或断路器QF1未合闸，则SD接点发送加热合闸异常信号给PLC，报警停机。
6.根据权利要求1所述的智能检测与保护控制系统，其特征在于：所述安全门检测控制单元至少包括内袋安全门组、外袋安全门组以及放卷安全门组三个独立的安全门组件及控制回路，每个安全门控制回路均包括至少两个串联设置的钥匙开关，只要其中一个钥匙开关没有接通，PLC的DI模块即向PLC发出异常信号；
所述钥匙开关为插舌接触式；在触摸屏HMI上分别设置有内袋安全门组、外袋安全门组和放卷安全门组的屏蔽按钮，按下按钮则可使对应的安全门组失去作用，再次按下则可取消屏蔽。
7.根据权利要求1所述的智能检测与保护控制系统，其特征在于：PLC连接至所述的单相开关电源，所述声光报警回路控制单元还包括所述的触摸屏HMI，其与PLC双向连接，单相开关电源用于将主电路保护回路控制单元提供的交流电转换为供PLC的DI模块、DO模块、传感器网络和声光报警单元使用的24V直流电源。
8.根据权利要求7所述的智能检测与保护控制系统，其特征在于：所述声光报警单元包括蜂鸣报警单元和三彩报警灯；当设备正常运行时，绿色警灯LG亮；
当发生缺料、缺标签带、缺滤纸、缺复合膜、加热异常时，黄色警灯LY亮，同时在HMI上弹出报警位置的画面，蜂鸣报警单元发出1S间歇脉冲式频响；
当安全门异常、上电异常、PLC异常、伺服系统故障时，红色警灯LR亮，同时在HMI上弹出报警位置的画面，蜂鸣报警单元发出1S间歇脉冲式频响，直至异常解除。
9.根据权利要求1所述的智能检测与保护控制系统，其特征在于： PLC通过通讯光纤将控制指令与数据写入伺服驱动器而使其按指令动作，伺服驱动器通过通讯光纤将伺服工作状态信号传送给PLC；若伺服就绪信号SO1=1则PLC发出伺服未就绪报警指令并停机，若伺服就绪信号SO1=0则正常运行；若伺服ON指令信号SO2=1则PLC发出伺服ON指令异常报警指令并停机，若伺服ON指令信号SO2=0则正常运行；若伺服故障信号SO3=1则PLC发出伺服ON指令异常报警指令并停机，若伺服故障信号SO3=0则正常运行。
10.根据权利要求1-9 任一项所述的智能检测与保护控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、接通交流电源后，打开总电源开关，若发生漏电则断路器QF在漏电保护作用下自动跳闸分断，排除漏电点后方可合闸；
合闸后，按下上电按钮SB，主电路无异常则接触器KM吸合正常上电；主电路异常则接触器KM不能吸合，不能上电；
步骤二、上电后，PLC进行自我程序检查，排查PLC自身系统及各个控制单元的状态，若无异常则自动进入待机，若有异常则在触摸屏HMI上提示系统的故障排查点，排除故障后方能启动；
步骤三、启动运行后，辅料检测控制单元、加热检测控制单元、安全门检测控制单元以及伺服系统检测控制单元分别对包装机不同部位的工作状态进行实时在线检测，一旦检测到异常信号，则将异常信号传送给PLC，PLC根据程序逻辑进行判断与控制；
步骤四、PLC判断异常信号后，发出指令给声光报警单元，发出不同等级对应的黄色或红色报警信号，以及1S脉冲式蜂鸣频响，同时通过触摸屏HMI显示异常信息，并控制包装机自动停机。
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