CN113859625A - 线材打包机定长打包的长度测量装置及定长打包的控制程序 - Google Patents

Abstract

本发明公开了线材打包机定长打包的长度测量装置，它包括工控机、PLC控制器、左右两套计数部件，每套计数部件均包括接近开关、光电脉冲编码器、传动单元；接近开关固定在压盘车外侧的横梁座上，光电脉冲编码器与压盘车之间通过传动单元连接；接近开关和光电脉冲编码器均通过相应模块电性连接至PLC控制器，PLC控制器连接工控机，工控机设置在打包机操作台上。本发明还公开了线材打包机定长打包的控制程序。通过本发明的长度测量装置和控制程序，可以精确得到打包时盘条的长度数据，利用它与设定长度的比较作为打包的主要依据，从而显著提高产品包装的一致性、美观性和打包质量，提高生产效率和效益。

Description

线材打包机定长打包的长度测量装置及定长打包的控制程序

技术领域

本发明属于线材盘卷打包机盘卷自动捆扎的机械设备技术领域，特别涉及一种线材打包机定长打包的长度测量装置及定长打包方法。

背景技术

在钢铁企业的高速线材车间，打包机是精整区域的关键设备，其功能是将吐丝集卷后的松散盘卷进行压实并捆扎牢靠，以便运输、堆放、存储，捆扎材料是钢线或钢带。高速线材生产线对成品线盘卷的捆扎，一般采用卧式自动打包机来进行压实、捆扎的，以下简称打包机。

打包机一般流程如下：当C型钩4将需捆扎的松散盘卷运送到打包位置，此时即可启动打包，两侧压盘车1在液压缸驱动下相向移动，同时升降机构将盘卷提升悬空脱离C型钩，压盘车继续压向盘卷，按设定压力将盘卷压紧对中，压实后送线装置驱动四组捆线或捆带沿闭合导槽穿绕一周，穿绕到位信号发出后即进行反向收回捆线或捆带，直到完全收紧在已压紧实的盘卷上，并扭结捆线或锁紧捆带。随后打包机的压盘车、导线车、升降机构等运动组件回退到起始位置，一次盘卷捆扎全部完成。捆包完成的盘卷继续由C型钩带离捆扎工位，循环往复。

目前各钢铁企业使用的打包机，在上述打包作业中都采用设定打包压力的方式进行打包，此种方式存在三个问题：1、打包压力设定过大时，盘卷被挤压变形拱起，打包压力过小时，盘卷显得松散，影响产品包装的一致性、美观性和打包质量，降低了生产效率和效益；2、由于每件盘卷大小存在一定差异，按照压力打包后会出现长短不一、参差不齐的情况，产品不美观且可能给后续卸卷、吊运等工序带来麻烦；3、正常盘卷打包是四道打包线同时捆扎，但现场经常出现需要返工的盘条，只需对其中某一道或两道单独打包时，按照定压力打包的方式会造成盘卷打包后捆扎松紧程度不一致，影响打包质量；4、影响打包压力的设定没有标准，主要依赖操作人员的感觉进行修改和设定，操作难度大且打包质量。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供线材打包机定长打包的长度测量装置及定长打包的控制程序。通过本发明的长度测量装置和控制程序，可以精确得到打包时盘条的长度数据，利用它与设定长度的比较作为打包的主要依据，从而显著提高产品包装的一致性、美观性和打包质量，提高生产效率和效益。同时，可解决了大小包打包及返工件打包时松紧不一致的问题。另外，本发明定长打包无需反复设定打包参数，降低了操作人员的操作难度。

本发明线材打包机定长打包的长度测量装置，它包括工控机、PLC控制器、左右两套计数部件，每套计数部件均包括接近开关2、光电脉冲编码器3、传动单元；接近开关2固定在压盘车1外侧的横梁座上，光电脉冲编码器3与压盘车1之间通过传动单元连接；接近开关2和光电脉冲编码器3均通过相应模块电性连接至PLC控制器，PLC控制器连接工控机，工控机设置在打包机操作台上。

进一步地，当传动单元为链传动时，它包括内外两个链轮、连接两个链轮的链条；两个链轮设置在导轨6上、链条的两端固定在压盘车1上，光电脉冲编码器3与外面的链轮同轴安装。

进一步地，当传动单元为带传动时，它包括内外两个皮带轮、连接两个皮带轮的皮带；两个皮带轮设置在导轨5上、皮条的两端固定在压盘车1上，光电脉冲编码器3与外面的皮带轮同轴安装。

进一步地，光电脉冲编码器3选择增量式编码器，输出脉冲为AB型，与 PLC计数模块电连接；PLC系统包括电源模块、CPU、高速计数模块、输入模块、输出模块；电源模块用于为其它模块和传感器提供24V直流电源，CPU用以运行控制程序，高速计数模块、输入模块、输出模块均与CPU相连，光电脉冲编码器接入高速计数模块，接近开关接入输入模块，输出模块控制压盘电磁阀动作。

本发明线材打包机定长打包的控制程序，其具体步骤是：

①、接近开关检测压盘的初始位置，并将其作为“零位信号”反馈给脉冲编码器；

②、压盘开始运动向前预压缩，光电脉冲编码器产生计数脉冲传递给PLC，经PLC程序简单处理将脉冲数转换为压盘行走距离s，PLC通过程序运算得到实际打包长度L：当实际打包长度L接近设定的打包长度SP时，此时控制压盘减速向前满压；

③、当实际打包长度L达到设定的打包长度SP且油缸压力处于正常区间时，判定压实完毕，此时锁紧压盘，同时记录打包长度数据、计算偏差Δ；

④、对线材进行收紧打包；

⑤、压盘退回到初始位置；

⑥、判断偏差Δ是否正常：若正常则打包完成，若偏差过大则系统报警，人工检查打包是否合格。

进一步地，步骤②中：PLC程序中对压盘的移动距离的换算公式为： s＝n/1024*C；式中：s-压盘的移动距离、n-编码器脉冲计数、C-链轮(皮带轮) 的周长、1024-链轮(皮带轮)每旋转一周编码器产生的脉冲数，并将得到的压盘位移数据存储到指定变量中。

进一步地，步骤②中：在得到压盘的位移数据后，PLC程序中对实际打包长度L的计算公式为：L＝S-s1-s2；式中：S为左右两个压盘在初始位置时的间距，s1为左边的压盘的位移数据，s2为右边的压盘的最大位移数据；并在压紧结束后存储本次的打包长度数据到指定变量中。

进一步地，步骤②中：当得到实际打包长度L的数据后，CPU中的控制逻辑通过比较指令控制压盘动作，将实际打包长度L与设定的打包长度SP进行比较：当实际打包长度L接近设定长度SP时，此时控制压盘减速；当打实际包长度L达到设定的打包长度SP且油缸压力处于正常区间时，判定压实完毕并开始收紧捆扎。

进一步地，当出现特殊工况盘卷为大包或小包时，在步骤②结束后，PLC 程序会自动退出定长打包，转到下面两种控制方式中的一种：Ⅰ、若从满压开始5s后，实际打包长度L仍末达到设定的打包长度SP时，判断为大包：压盘不再压紧即判定压实完毕，此时锁紧压盘，同时记录打包长度数据、计算偏差Δ；Ⅱ、当实际打包长度L达到设定的打包长度SP但是油缸压力仍末达到正常区间时，判断为小包：压盘继续向前满压直到编码器检测压盘不再产生位移后即判定压实完毕，此时锁紧压盘，同时记录打包长度数据、计算偏差Δ。

进一步地，步骤⑥中：若偏差Δ正常，则将Δ值存储到设定的打包长度值SP 中进行补偿，这样在下一次打包时设定的打包长度值更改为SP+Δ。

本发明在现有的打包机压盘机构上加装接近开关、编码器检测装置，先实现压盘位移数据的采集，进而利用PLC的运算能力得到盘卷的实时长度数据，经过相关逻辑即可实现定长打包。本发明的优点是：1、在盘卷大小正常时，定长打包不会使盘卷变形拱起或显得松散，显著提高了产品包装的一致性、美观性和打包质量，提高生产效率和效益；2、在盘卷为特殊的状况即出现大包或者小包时，通过对应的程序进行相应的打包，保证了打包的质量，保证了后续卸卷、吊运等工序的顺利进行；3、当出现需要返工的盘卷，只需要打包几道线时，不会挤压盘卷，松紧程度一致，保证打包质量；4、该打包方式操作简单，只需在工控机控制界面设定好打包长度，无需再去反复设定打包压力参数，降低了操作人员的操作难度。同时，本发明硬件成本较低，拆卸组装维修更换方便，软件设计巧妙严谨，原产和后期改造皆可轻易实现。

附图说明

图1为使用本发明长度测量装置的打包机示意图；

图2为本发明中光电脉冲编码器的安装示意图；

图3为本发明对盘卷长度测量的原理示意图；

图4为本发明中电气硬件的组成示意图；

图5为本发明控制程序的流程图。

图中：1-压盘、2-接近开关、3-光电脉冲编码器、4-C型钩、5-导轨。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式与附图，对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

实施例1

本发明线材打包机定长打包的长度测量装置：它包括工控机、PLC控制器、左右两套计数部件，每套计数部件均包括接近开关2、光电脉冲编码器3、传动单元；接近开关2固定在压盘车1外侧的横梁座上，光电脉冲编码器3与压盘车1之间通过传动单元连接；接近开关2和光电脉冲编码器3均通过相应模块电性连接至PLC控制器，PLC控制器连接工控机，工控机设置在打包机操作台上。

接近开关2固定在左右压盘车1的外侧，其除了检测记录压盘车的初始位置外，还作为脉冲编码器的零位信号：每当压盘车回到初始位置后利用该信号对编码器计数进行自动校零，避免增量编码器出现累计误差。光电脉冲编码器3 是用于测量压盘位移：当压盘车在打包机的轨道上运行时，会通过传动单元触发光电脉冲编码器产生脉冲计数，然后PLC经过相应的算法即可得到打包时盘卷的长度。工控机作为人机界面，可以设定打包长度，显示各种打包参数。

实施例2

本发明长度测量装置中：传动单元可以为但不局限于以下两种：

一、当传动单元为链传动时，它包括内外两个链轮、连接两个链轮的链条；两个链轮设置在导轨5上、链条的两端固定在压盘车1上，光电脉冲编码器3 与外面的链轮同轴安装。

二、当传动单元为带传动时，它包括内外两个皮带轮、连接两个皮带轮的皮带；两个皮带轮设置在导轨5上、皮条的两端固定在压盘车1上，光电脉冲编码器3与外面的皮带轮同轴安装。

当压盘车1从初始位置沿着打包机的轨道5向前运动即向内运动时，通过链条(皮带)带动链轮(皮带轮)转动，从而触发光电脉冲编码器3产生脉冲计数，经PLC程序处理可将脉冲数转换为压盘位移距离。

实施例3

本发明长度测量装置：光电脉冲编码器3选择增量式编码器，输出脉冲为 AB型，与PLC高速计数模块电连接。

压盘1移动时经链条(皮带)带动链轮(皮带轮)旋转，此时光电脉冲编码器3产生脉冲，得到的脉冲数经PLC程序简单处理即可将脉冲数转换为压盘位移距离，其测量精度理论上可以达到1mm以内。

实施例4

本发明长度测量装置：PLC控制器包括电源模块、CPU、高速计数模块、输入模块、输出模块；电源模块用于为其它模块和传感器提供24V直流电源， CPU用以运行控制程序，高速计数模块、输入模块、输出模块均与CPU相连，光电脉冲编码器3接入高速计数模块，接近开关2接入输入模块，输出模块控制压盘电磁阀动作。

以上所述模块均作为扩展模块，集成到CPU机架中，在CPU中运行程序以实现控制逻辑。PLC控制器采用西门子S7-1500系列产品。

工控机上设有打包的参数设置和显示文本信息的报警提示窗口：主要设定参数包括：打包长度设定、打包压力区间、打包偏差区间等；主要状态参数包括：打包长度、打包压力、压盘位移等。工控机上监控画面是基于WINCC7.4 组态软件设计，该软件集成丰富的报警功能，因此采用在工控机的主画面的报警提示窗口中添加提示文本(例如“打包长度超差，请判定是否合格”)来实现。当打包结束时偏差超过设定，操作人员看到此提示就会对该情况进行处理。

实施例5

本发明线材打包机定长打包的控制程序，其具体步骤是：

①、接近开关检测压盘的初始位置，并将其作为“零位信号”反馈给脉冲编码器；

②、压盘开始运动向前预压缩，光电脉冲编码器产生计数脉冲传递给PLC，经PLC程序简单处理将脉冲数转换为压盘行走距离s，PLC通过程序运算得到实际打包长度L：当实际打包长度L接近设定的打包长度SP时，此时控制压盘减速向前满压；

③、当实际打包长度L达到设定的打包长度SP且油缸压力处于正常区间时，判定压实完毕，此时锁紧压盘，同时记录打包长度数据、计算偏差Δ；

④、对线材进行收紧打包；

⑤、压盘退回到初始位置；

⑥、判断偏差Δ是否正常：若正常则打包完成，若偏差过大则系统报警，人工检查打包是否合格。

步骤②中：PLC程序中对压盘的移动距离的换算公式为：s＝n/1024*C；式中：s-压盘的移动距离、n-编码器脉冲计数、C-链轮(皮带轮)的周长、1024- 链轮(皮带轮)每旋转一周编码器产生的脉冲数，并将得到的压盘位移数据存储到指定变量中。

步骤②中：在得到压盘的位移数据后，PLC程序中对实际打包长度L的计算公式为：L＝S-s1-s2；式中：S为左右两个压盘在初始位置时的间距，s1为左边的压盘的位移数据，s2为右边的压盘的最大位移数据(如图3所示)；并在压紧结束后存储本次的打包长度数据到指定变量中。

步骤②中：当得到实际打包长度L的数据后，CPU中的控制逻辑通过比较指令控制压盘动作，将实际打包长度L与设定的打包长度SP进行比较：当实际打包长度L接近设定长度SP时，此时控制压盘减速；当打实际包长度L达到设定的打包长度SP且油缸压力处于正常区间时，判定压实完毕并开始收紧捆扎。

受前道工序的影响，出现特殊工况盘卷为大包或小包时，定长打包将不再适用，在步骤②结束后，PLC程序会自动退出定长打包，转到下面两种控制方式中的一种：Ⅰ、若从满压开始5s后，实际打包长度L仍末达到设定的打包长度SP时，判断为大包：压盘不再压紧即判定压实完毕，此时锁紧压盘，同时记录打包长度数据、计算偏差Δ；Ⅱ、当实际打包长度L达到设定的打包长度SP 但是油缸压力仍末达到正常区间时，判断为小包：压盘继续向前满压直到编码器检测压盘不再产生位移后即判定压实完毕，此时锁紧压盘，同时记录打包长度数据、计算偏差Δ。

步骤⑥中：若偏差Δ正常，则将Δ值存储到设定的打包长度值SP中进行补偿，这样在下一次打包时设定的打包长度值更改为SP+Δ，以抵消一些液压传动系统滞后所带来的控制误差，提高长度控制精度。

本发明在原有的打包机压盘机构上加装接近开关、编码器检测装置，先实现压盘位移数据的采集，进而利用PLC的运算能力得到盘卷的实时长度数据，经过相关逻辑即可实现定长打包。相对于现有技术，该打包方式操作简单，只需在工控机控制界面设定好打包长度，无需再去反复设定打包压力参数，降低了操作人员的操作难度，解决了返工件打包时松紧不一致的问题，同时可以显著提高产品包装的一致性、美观性和打包质量，提高生产效率和效益。该发明硬件成本较低，拆卸组装维修更换方便，软件设计巧妙严谨，原产和后期改造皆可轻易实现。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (10)

1.线材打包机定长打包的长度测量装置，其特征是：它包括工控机、PLC控制器、左右两套计数部件，每套计数部件均包括接近开关(2)、光电脉冲编码器(3)、传动单元；接近开关(2)固定在压盘车(1)外侧的横梁座上，光电脉冲编码器(3)与压盘车(1)之间通过传动单元连接；接近开关(2)和光电脉冲编码器(3)均通过相应模块电性连接至PLC控制器，PLC控制器连接工控机，工控机设置在打包机操作台上。

2.根据权利要求1所述的长度测量装置，其特征是：当传动单元为链传动时，它包括内外两个链轮、连接两个链轮的链条；两个链轮设置在导轨(5)上、链条的两端固定在压盘车(1)上，光电脉冲编码器(3)与外面的链轮同轴安装。

3.根据权利要求1所述的长度测量装置，其特征是：当传动单元为带传动时，它包括内外两个皮带轮、连接两个皮带轮的皮带；两个皮带轮设置在导轨(5)上、皮条的两端固定在压盘车(1)上，光电脉冲编码器(3)与外面的皮带轮同轴安装。

4.根据权利要求1所述的长度测量装置，其特征是：光电脉冲编码器(3)选择增量式编码器，输出脉冲为AB型，与PLC计数模块电连接；PLC系统包括电源模块、CPU、高速计数模块、输入模块、输出模块；电源模块用于为其它模块和传感器提供24V直流电源，CPU用以运行控制程序，高速计数模块、输入模块、输出模块均与CPU相连，光电脉冲编码器接入高速计数模块，接近开关接入输入模块，输出模块控制压盘电磁阀动作。

5.线材打包机定长打包的控制程序，其具体步骤是：

①、接近开关检测压盘的初始位置，并将其作为“零位信号”反馈给脉冲编码器；

②、压盘开始运动向前预压缩，光电脉冲编码器产生计数脉冲传递给PLC，经PLC程序简单处理将脉冲数转换为压盘行走距离s，PLC通过程序运算得到实际打包长度L：当实际打包长度L接近设定的打包长度SP时，此时控制压盘减速向前满压；

③、当实际打包长度L达到设定的打包长度SP且油缸压力处于正常区间时，判定压实完毕，此时锁紧压盘，同时记录打包长度数据、计算偏差Δ；

④、对线材进行收紧打包；

⑤、压盘退回到初始位置；

⑥、判断偏差Δ是否正常：若正常则打包完成，若偏差过大则系统报警，人工检查打包是否合格。

6.根据权利要求5所述的控制程序，其特征是：步骤②中：PLC程序中对压盘的移动距离的换算公式为：s＝n/1024*C；式中：s-压盘的移动距离、n-编码器脉冲计数、C-链轮(皮带轮)的周长、1024-链轮(皮带轮)每旋转一周编码器产生的脉冲数，并将得到的压盘位移数据存储到指定变量中。

7.根据权利要求5所述的控制程序，其特征是：步骤②中：在得到压盘的位移数据后，PLC程序中对实际打包长度L的计算公式为：L＝S-s1-s2；式中：S为左右两个压盘在初始位置时的间距，s1为左边的压盘的位移数据，s2为右边的压盘的最大位移数据；并在压紧结束后存储本次的打包长度数据到指定变量中。

8.根据权利要求5所述的控制程序，其特征是：步骤②中：当得到实际打包长度L的数据后，CPU中的控制逻辑通过比较指令控制压盘动作，将实际打包长度L与设定的打包长度SP进行比较：当实际打包长度L接近设定长度SP时，此时控制压盘减速；当打实际包长度L达到设定的打包长度SP且油缸压力处于正常区间时，判定压实完毕并开始收紧捆扎。

9.根据权利要求5所述的控制程序，其特征是：当出现特殊工况盘卷为大包或小包时，在步骤②结束后，PLC程序会自动退出定长打包，转到下面两种控制方式中的一种：Ⅰ、若从满压开始5s后，实际打包长度L仍末达到设定的打包长度SP时，判断为大包：压盘不再压紧即判定压实完毕，此时锁紧压盘，同时记录打包长度数据、计算偏差Δ；Ⅱ、当实际打包长度L达到设定的打包长度SP但是油缸压力仍末达到正常区间时，判断为小包：压盘继续向前满压直到编码器检测压盘不再产生位移后即判定压实完毕，此时锁紧压盘，同时记录打包长度数据、计算偏差Δ。

10.根据权利要求5所述的控制程序，其特征是：步骤⑥中：若偏差Δ正常，则将Δ值存储到设定的打包长度值SP中进行补偿，这样在下一次打包时设定的打包长度值更改为SP+Δ。

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