CN204399576U

CN204399576U - 一种全自动打包控制电路及全自动打包机

Info

Publication number: CN204399576U
Application number: CN201420832845.2U
Authority: CN
Inventors: 方海涛; 何凯; 汪正东; 黄江平; 黄国建
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2024-12-24

Abstract

本实用新型适用于自动化控制领域，提供了一种全自动打包控制电路及全自动打包机，该打包控制电路包括：ARM处理器；电磁感应检测单元，其输出端分别与处理器连接；电机逻辑控制单元，其输入端分别与处理器连接，其输出端分别与凸轮、进退带、张紧、送带电机连接；烫头控制单元，其输入端与处理器连接，其输出端与烫头连接；电磁刹车单元，其输入端与处理器连接；电机反馈单元，其输入端与凸轮、进退带、张紧电机、送带电机连接，其输出端与处理器连接。本实用新型采用ARM微处理器作为核心处理器实现打包机的全自动控制，接口丰富、可移植性强、电路功耗低，并且各输入和输出通道均通过光电耦合器实现电气隔离，提高可靠性。

Description

一种全自动打包控制电路及全自动打包机

技术领域

本实用新型属于自动化控制领域，尤其涉及一种全自动打包控制电路及全自动打包机。

背景技术

打包机又称捆包机或捆扎机(strapping machine)，是一种通用机械设备，通过使用捆扎带缠绕产品或包装件，然后收紧并将两端通过热效应熔融或使用包扣等材料连接，以使塑料带能紧贴于被捆扎包件表面，保证包件在运输、贮存中不因捆扎不牢而散落，同时还应捆扎整齐美观。

根据使用方式，打包机可以分为手动打包机、半自动打包机和自动打包机，其中半自动的系统具有自动退带、张紧、粘合、切断功能，但是，需要手动插入打包带后，机器才会自动工作，所以相对效率较低。

自动打包机无需人工插带，触发方式分有手动、连打、球开关、脚踏开关，只需按动开关就可以自动完成打包，方便快捷。作为打包机的核心关键模块，控制电路的性能直接影响打包机的整体运作，现有的全自动打包机采用基于可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)的处理器，而PLC作为一种通用性的工业控制器，其开发灵活性在编程控制、接口配置、接口扩展等方面比嵌入式系统的要差，并且体积大、价格高。

另外，现有的自动打包机的加热模块采用外置的温控仪来控制加热，与控制处理器无关，这种加热方案控制不便、操作复杂、成本高。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种全自动打包控制电路，旨在解决目前无法采用嵌入式系统搭建全自动打包机的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种全自动打包控制电路，所述打包控制电路包括：

ARM处理器；

启动所述ARM处理器，并检测送带情况以及打包带的张紧力，向所述ARM处理器输出检测信号，使所述ARM处理器根据所述检测信号生成相应的控制信号的电磁感应检测单元，所述电磁感应检测单元的多个输出端分别与所述ARM处理器的多个输入端连接；

根据所述ARM处理器输出的控制信号控制相应的电机工作，以执行相应的打包动作的电机逻辑控制单元，所述电机逻辑控制单元的多个输入端分别与所述ARM处理器的多个输出端连接，所述电机逻辑控制单元的多个输出端分别与凸轮电机、进退带电机、张紧电机和送带电机连接；

对烫头加热，并控制烫头粘合打包带的烫头控制单元，所述烫头控制单元的输入端与所述ARM处理器的输出端连接，所述烫头控制单元的输出端与烫头连接；

刹住由进退带电机驱动的送带轮的电磁刹车单元，所述电磁刹车单元的输入端与所述ARM处理器连接；

采集多个电机输出的脉冲反馈信号并传输给所述ARM处理器的电机反馈单元，所述电机反馈单元的输入端与所述凸轮电机、所述进退带电机、所述张紧电机和所述送带电机连接，所述电机反馈单元的输出端与所述ARM处理器连接。

进一步地，所述打包控制电路还包括：

调节张紧力，生成张紧力调节信号输出给所述ARM处理器的张紧力调节单元，所述张紧力调节单元的输出端与所述ARM处理器连接。

更进一步地，所述打包控制电路还包括：

参数的设定和调节的参数调节单元，包括多个按键，通过所述按键输入打包机的系统参数，所述参数调节单元的输出端与所述ARM处理器连接。

更进一步地，所述打包控制电路还包括：

作为所述全自动打包控制电路的扩展接口的IO扩展单元，包括多个输入/输出接口，所述IO扩展单元的输入/输出接口与所述ARM处理器连接。

更进一步地，所述打包控制电路还包括：

在打包过程中出现故障时报警的报警单元，所述报警单元的输入端与所述ARM处理器连接。

更进一步地，所述电磁感应检测单元包括：

四通道光耦(U29)、单通道光耦(U20)、电阻R120、电阻R121、电阻R122、电阻R123、电阻R124、凸轮电机传感器、进带到位传感器、退带到位传感器、带仓检测传感器以及启动传感器；

所述凸轮电机传感器、所述进带到位传感器、所述退带到位传感器、所述带仓检测传感器的输出端分别通过所述电阻R120、所述电阻R121、所述电阻R122、所述电阻R123与所述四通道光耦(U29)的主控输出端连接，所述启动传感器的输出端通过所述电阻R124与所述单通道光耦(U20)的主控输出端连接，所述四通道光耦(U29)的主控输入端和所述单通道光耦(U20)的主控输入端同时与24V电源电压连接，所述四通道光耦(U29)和所述单通道光耦(U20)的被控输入端分别为所述电磁感应检测单元的多个输出端，所述四通道光耦(U29)和所述单通道光耦(U20)的被控输出端同时接地。

更进一步地，所述电机逻辑控制单元包括：

四通道光耦(U10)、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R26、电阻R133、电阻R143、高速光耦(U31)、施密特触发器(U37A)、PWM驱动芯片(U33)；

所述电阻R12、所述电阻R13、所述电阻R14、所述电阻R26的一端分别为所述电机逻辑控制单元的多个输入端，所述电阻R12、所述电阻R13、所述电阻R14、所述电阻R26的一端分别与所述四通道光耦(U10)的主控输入端连接，所述四通道光耦(U10)的主控输出端同时接地，所述四通道光耦(U10)的被控输入端分别为所述电机逻辑控制单元的多个输出端，所述四通道光耦(U10)的被控输出端同时接地，所述高速光耦(U31)的主控输入端与所述ARM处理器连接，所述高速光耦(U31)的主控输出端接地，所述高速光耦(U31)的电源端同时与5V电源电压和所述电阻R133的一端连接，所述电阻R133的另一端同时与所述高速光耦(U31)的输出端和所述施密特触发器(U37A)的输入端连接，所述高速光耦(U31)的接地端接地，所述施密特触发器(U37A)的输出端与所述PWM驱动芯片(U33)的输入端连接，所述PWM驱动芯片(U33)的启动端通过所述电阻R143与5V电源电压连接，所述PWM驱动芯片(U33)的电源端与12V电源电压连接，所述PWM驱动芯片(U33)的输出端与电机连接。

更进一步地，所述烫头控制单元包括：

光耦(U27B)、电阻R113、电阻R115、开关管(Q2)；

所述电阻R113的一端为所述烫头控制单元的输入端，所述电阻R113的另一端与所述光耦(U27B)的主控输入端连接，所述光耦(U27B)的主控输出端接地，所述光耦(U27B)的被控输入端与5V电源电压连接，所述光耦(U27B)的被控输出端与所述开关管(Q2)的控制端连接，所述开关管(Q2)的输入端与24V电源电压连接，所述开关管(Q2)的输出端为所述烫头控制单元的输出端通过所述电阻R115接地。

更进一步地，所述电磁刹车单元包括：

光耦(U27C)、电阻R110、电阻R112、驱动刹车控制芯片(U28)；

所述电阻R110的一端为所述电磁刹车单元的输入端，所述电阻R110的另一端与所述光耦(U27C)主控输入端连接，所述光耦(U27C)的主控输出端接地，所述光耦(U27C)的被控输入端同时与5V电源电压和所述电阻R112的一端连接，所述电阻R112的另一端与所述驱动刹车控制芯片(U28)的启动端连接，所述驱动刹车控制芯片(U28)的输入端与所述光耦(U27C)的被控输出端连接，所述驱动刹车控制芯片(U28)的电源端连接24V电源电压，所述驱动刹车控制芯片(U28)的输出端与刹车器连接。

本实用新型实施例的另一目的在于提供一种采用上述全自动打包控制电路的全自动打包机。

本实用新型实施例采用嵌入式ARM微处理器为核心处理器，根据打包机系统的特性要求设计了丰富的控制模块接口，在不需要人的参与下实现打包机的全自动控制，并且各输入和输出通道均通过光电耦合器实现电气隔离，可靠性高，该电路设计简洁合理、工作性能稳定、可移植性强、电路功耗低等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路中电磁感应检测单元的示例结构图；

图3为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路中电机逻辑控制单元的示例结构图；

图4为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路中烫头控制单元的示例结构图；

图5为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路中电磁刹车单元的示例结构图；

图6为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路的优选结构图；

图7为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路中张紧力调节单元的示例结构图；

图8为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路中参数调节单元的示例结构图；

图9为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路中IO扩展单元的示例结构图；

图10为本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路中显示单元的示例结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细描述：

图1示出了本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该全自动打包控制电路可以应用于任何全自动打包机中。

该全自动打包控制电路与多个功能电机以及烫头连接，包括：

ARM处理器U1；

电磁感应检测单元11，用于启动处理器，并检测送带情况以及打包带的张紧力，向ARM处理器U1输出检测信号，使ARM处理器U1根据检测信号生成相应的控制信号，电磁感应检测单元的多个输出端分别与ARM处理器U1的多个输入端连接；

在本实用新型实施例中，电磁感应检测单元11包括多个传感器，在控制ARM处理器U1启动后，分别对打包带进带到位、退带完成等情况以及打包带的张紧力进行检测，并将检测信号输出给ARM处理器U1，ARM处理器U1根据检测信号输出相应的控制信号。

电机逻辑控制单元12，用于根据ARM处理器U1输出的控制信号控制相应的电机工作，以执行相应的打包动作，电机逻辑控制单元的多个输入端分别与ARM处理器U1的多个输出端连接，电机逻辑控制单元的多个输出端分别与凸轮电机、进退带电机、张紧电机和送带电机连接；

在本实用新型实施例中，电机逻辑控制单元根据ARM处理器输出的控制信号控制相应的凸轮电机、进退带电机、张紧电机和送带电机工作，进而完成相应的打包动作。

例如，电磁感应检测单元检测到打包带没有进带到位，那么，ARM处理器U1根据检测信号生成控制信号，通过控制信号控制进退带电机正转，送进打包带，直到电磁感应检测单元检测到打包带进带到位后，ARM处理器U1输出控制信号控制凸轮电机转动，当凸轮电机转动一定角度后，电磁感应检测单元检测张紧力，在张紧力达到预设参数时，ARM处理器U1输出控制信号控制进退带电机反转，拉紧打包带，直至电磁感应检测单元检测到退带完成时，ARM处理器U1输出控制信号控制进退带电机停止转动。

在本实用新型实施例中，张紧电机用于在退带完成后进行张紧稳固打包带，送带电机用于向带仓传送打包带。

烫头控制单元13，用于对烫头加热，并控制烫头粘合打包带，烫头控制单元的输入端与ARM处理器的输出端连接，烫头控制单元的输出端与烫头连接；

在本实用新型实施例中，当退带完成，打包带完成打包动作后，烫头控制单元13控制烫头加热，并通过高温粘合打包带，完成打包动作。

电磁刹车单元14，用于刹住由进退带电机驱动的送带轮，电磁刹车单元14的输入端与ARM处理器U1连接。

在本实用新型实施例中，当需要进带、退带停止时，ARM处理器通过控制信号控制电磁刹车单元刹车，电磁刹车单元控制与进退带电机、以及与进退带电机连接的送带轮停止。

电机反馈单元15，用于采集多个电机输出的脉冲反馈信号并传输给ARM处理器U1，电机反馈单元15的输入端与凸轮电机、进退带电机、张紧电机和送带电机连接，电机反馈单元15的输出端与ARM处理器U1连接。

本实用新型实施例采用嵌入式ARM微处理器为核心处理器实现对各种检测信号和控制信号的处理，开发更灵活，接口配置丰富，体积小价格低。

图2示出了本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路中电磁感应检测单元的示例结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，电磁感应检测单元11包括：

四通道光耦U29、单通道光耦U20、电阻R120、电阻R121、电阻R122、电阻R123、电阻R124、凸轮电机传感器111、进带到位传感器112、退带到位传感器113、带仓检测传感器114以及启动传感器115；

凸轮电机传感器111、进带到位传感器112、退带到位传感器113、带仓检测传感器114的输出端分别通过电阻R120、电阻R121、电阻R122、电阻R123与四通道光耦U29的主控输出端连接，启动传感器115的输出端通过电阻R124与单通道光耦U20的主控输出端连接，四通道光耦U29的主控输入端(阳极)和单通道光耦U20的主控输入端同时与24V电源电压连接，四通道光耦U29和单通道光耦U20的被控输入端分别为电磁感应检测单元11的多个输出端，四通道光耦U29和单通道光耦U20的被控输出端同时接地。

当然，该单通道光耦U20也可以与其他未连接满的多通道光耦复用。

在本实用新型实施例中，凸轮电机传感器与凸轮电机连接，用于检测凸轮电机的转动角度变化，并输出张紧力检测信号；

作为本实用新型一实施例，凸轮电机传感器用于检测凸轮原点，并且还可以在凸轮电机上设置霍尔传感器以检测电机转动距离(电机传动位置)，并生成脉冲编码信号输出给ARM处理器；

进带到位传感器、退带到位传感器分别固定连接于进带入口和退带出口处，用于检测进退带情况并输出进带到位检测信号、退带到位检测信号；

带仓检测传感器与带仓连接，用于检测带仓中打包带是否充足；

启动传感器与脚踏连接，用于检测脚踏变化并输出启动信号。

作为本实用新型一实施例，结合图3，电机逻辑控制单元12包括：

四通道光耦U10、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R26、电阻R133、电阻R143、高速光耦U31、施密特触发器U37A(MC74HC14AN)、PWM驱动芯片U33；

电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R26的一端分别为电机逻辑控制单元12的多个输入端，电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R26的一端分别与四通道光耦U10的主控输入端连接，四通道光耦U10的主控输出端同时接地，四通道光耦U10的被控输入端分别为电机逻辑控制单元12的多个输出端，四通道光耦U10的被控输出端同时接地，高速光耦U31的主控输入端Pout1与ARM处理器连接，高速光耦U31的主控输出端接地，高速光耦U31的电源端同时与5V电源电压和电阻R133的一端连接，电阻R133的另一端同时与高速光耦U31的输出端和施密特触发器U37A的输入端连接，高速光耦U31的接地端接地，施密特触发器U37A的输出端与PWM驱动芯片U33的输入端连接，PWM驱动芯片U33的启动端通过电阻R143与5V电源电压连接，PWM驱动芯片U33的电源端与12V电源电压连接，PWM驱动芯片U33的输出端Vout与电机连接。

在本实用新型实施例中，施密特触发器U37A可以起到稳定PWM方波信号的作用，具体可以采用MC74HC14AN型施密特触发器；PWM驱动芯片U33是输出PWM信号作为电机驱动信号，其输出端Vout向电机输出PWM信号Vout1；高速光耦U31的主控输入端Pout1接收ARM处理器输出的PWM信号，以作为控制电机的调速信号。

作为本实用新型一实施例，结合图4，烫头控制单元13包括：

光耦U27B、电阻R113、电阻R115、开关管Q2；

电阻R113的一端为烫头控制单元13的输入端，电阻R113的另一端与光耦U27B的主控输入端连接，光耦U27B的主控输出端接地，光耦U27B的被控输入端与5V电源电压连接，光耦U27B的被控输出端与开关管Q2的控制端连接，开关管Q2的输入端与24V电源电压连接，开关管Q2的输出端为烫头控制单元13的输出端通过电阻R115接地。

作为本实用新型一实施例，结合图5，电磁刹车单元14包括：

光耦U27C、电阻R110、电阻R112、驱动刹车控制芯片U28；

电阻R110的一端为电磁刹车单元14的输入端，电阻R110的另一端与光耦U27C主控输入端连接，光耦U27C的主控输出端接地，光耦U27C的被控输入端同时与5V电源电压和电阻R112的一端连接，电阻R112的另一端与驱动刹车控制芯片U28的启动端连接，驱动刹车控制芯片U28的输入端与光耦U27C的被控输出端连接，驱动刹车控制芯片U28的电源端连接24V电源电压，驱动刹车控制芯片U28的输出端与刹车器连接以输出刹车信号TBrko进行带盘刹车。

图6示出了本实用新型实施例提供的全自动打包控制电路的优选结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，全自动打包控制电路还可以包括：

张紧力调节单元16，用于调节张紧力，生成张紧力调节信号输出给处理器，其输出端与ARM处理器连接，结合图7，该张紧力调节单元16包括：

电阻R74、电阻R75、电阻R76、电阻R77、电容C42、电容C43、电容C44、比较器U20和可调电阻Res；

可调电阻Res的电源端连接+24V电源电压，可调电阻Res的接地端接地，可调电阻Res的输出端与电阻R74的一端连接，电阻R74的另一端同时与电阻R75和电阻R76的一端连接，电阻R75的另一端接地，电阻R76的另一端通过电容C42接地，电阻R76的另一端还与比较器U20的正向输入端连接，比较器U20的反向输入端通过电阻R77接地，比较器U20的反向输入端还与比较器U20的输出端连接，比较器U20的输出端为张紧力调节单元的输出端，电容C43的一端与+12V电源电压连接，电容C43的另一端接地，电容C44的一端接地，电容C44的另一端连接-12V电源电压。

参数调节单元17，用于参数的设定和调节，包括多个按键，通过按键输入打包机的系统参数，其输出端与ARM处理器连接，结合图8，该参数调节单元17包括：

电容C50、电容C51、按键S1、按键S2；

按键S1、按键S2的一端同时接地，按键S1、按键S2的另一端分别通过电容C50、电容C51接地，按键S1、按键S2的另一端同时为参数调节单元的两输出端。

IO扩展单元18，包括多个输入/输出接口，用于作为全自动打包控制电路的扩展接口，其输入/输出接口与ARM处理器连接，连接结合图9，该IO扩展单元18包括：

光耦U43、电阻R59、电阻R60、电阻R61、电阻R62；

光耦U43通过电阻R59、电阻R60、电阻R61、电阻R62与ARM处理器连接，实现输入/输出信号的隔离，以增强系统可靠性能。

显示单元19，用于对打包状态实时显示，其输入端与ARM处理器连接，连接结合图10，该显示单元19包括：

两位数码管DS1、电阻R200、电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208、电阻R209；

两位数码管DS1的各引脚分别通过电阻R200、电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208、电阻R209与ARM处理器连接。

报警单元20，用于在打包过程中出现故障时报警，其输入端与ARM处理器连接。

在本实用新型实施例中，报警单元20可以通过报警显示报警，也可以通过提示音进行报警，打包过程中出现故障包括：进带不到位、切带故障、烫带故障、退带故障、带空、电气故障等。

在本实用新型实施例中，打包机系统的工作动作时序流程如下：

(a)脚踏启动踏板，触发脚踏启动传感器信号。此时若进带到位传感器信号未被触发，则ARM处理器输出控制信号到电机控制电路，使进退带电机正转，送进打包带，直至进带到位传感器被触发；若进带到位传感器信号已被触发，则表明此时打包带已到位，ARM处理器输出控制信号到电机控制电路，凸轮电机开始转动一定角度。

(b)进带到位传感器被触发并且凸轮电机转动一定角度后，ARM处理器输出控制信号到进退带电机逻辑控制电路，触发进退带电机反转，拉紧打包带，直至退带到位传感器被触发，进退带电机停止转动。

(c)退带完成后，ARM处理器输出控制信号到电机控制电路，张紧电机被触发转动，对打包带施加一定的张紧力。张紧力的大小可以通过张紧力调节信号输入来控制。对打包带施加的张紧力的大小随着张紧电机转动角度增大而增大。

(d)带仓检测传感器实时监测带仓带量，若带仓带量不足，则带仓检测传感器被触发，ARM处理器输出控制信号到送带电机逻辑控制电路，送带电机开始工作，送带。送带结束后电磁刹车刹住带轮。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种全自动打包控制电路，其特征在于，所述打包控制电路包括：

ARM处理器；

2.如权利要求1所述的打包控制电路，其特征在于，所述打包控制电路还包括：

3.如权利要求1所述的打包控制电路，其特征在于，所述打包控制电路还包括：

4.如权利要求1所述的打包控制电路，其特征在于，所述打包控制电路还包括：

5.如权利要求1所述的打包控制电路，其特征在于，所述打包控制电路还包括：

6.如权利要求1所述的打包控制电路，其特征在于，所述电磁感应检测单元包括：

7.如权利要求1所述的打包控制电路，其特征在于，所述电机逻辑控制单元包括：

8.如权利要求1所述的打包控制电路，其特征在于，所述烫头控制单元包括：

光耦(U27B)、电阻R113、电阻R115、开关管(Q2)；

9.如权利要求1所述的打包控制电路，其特征在于，所述电磁刹车单元包括：

光耦(U27C)、电阻R110、电阻R112、驱动刹车控制芯片(U28)；

10.一种全自动打包机，所述全自动打包机包括如权利要求1至9任一项所述的全自动打包控制电路。