CN205418156U - 一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，包括：封合机构、SMART700‑IE触摸屏、成型器调节机构、卸料斗、拉膜机构、称量机构、给料执行机构、伺服电机、变频器、PLC控制电路系统和上位机等，所述封合机构设置于所述成型调节机构的下部，所述SMART700‑IE触摸屏设置于所述成型调节机构的旁侧，所述拉膜机构设置于所述成型调节机构的上部，所述PLC控制机箱设置于所述封合机构的旁测，本实用新型可实时预测包装质量和包装精度，在不同时刻预算出最终落入袋中的物料量，寻找最佳的切断送料时刻，准确测定此刻物料质量、物料下落速度、落料精度，本实用新型包装精度高，工作效率高，节约劳力，称量准确，实用性强。

Description

一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机

技术领域

本实用新型涉及包装机技术领域，具体为一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机。

背景技术

称重式全自动定量包装机主要用于粉状、颗粒散物料进行称重充填在特定容器内的整个包装过程，方便散装物料的运输和使用。提高包装机的速度以及控制精度是亟待解决的问题，也是包装机今后的发展方向。影响包装精度的原因很多，其中空中料柱和系统延时是产生误差的主要因素之一，空中料柱即给料机构停止给料后残留在空中还未及时落入称量桶的一部分物料，系统延时即由于软件编程和硬件结构产生的延时，因此包装机在工作过程中必须要对空中料柱和系统延时产生的误差进行补偿，防止产生较大误差，影响包装精度。

在现有技术中，对于粉状或颗粒状物料称重式定量包装机的设计测重于机械结构，通常仅采用称重传感器配合相应的机械设备直接测得所需物料质量。目前，国内外学者对于包装机称量过程的研究做了大量的工作，也研究出不少包装机称重设备。部分设备通过分析多次包装结果和预期结果的相对误差，适当提前给料执行机构动作以进行补偿。存在包装效率较低，需要作业人员较多，包装精度不能保证等问题，工作过程常常取决于操作人员的经验。也有利用上一次包装结果进行迭代修正的补偿方式，此方法无法跟踪本次给料速度的变化，因此补偿精度不高。设计开发包装设备需要充分研究物料因系统原因和空中落料的延时情况。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，包括：封合机构、SMART700-IE触摸屏、成型器调节机构、卸料斗、拉膜机构、称重机构、给料执行机构、伺服电机、变频器、PLC控制电路系统和上位机等，所述封合机构设置于所述成型调节机构的下部，所述SMART700-IE触摸屏设置于所述成型调节机构的旁侧，所述拉膜机构设置于所述成型调节机构的上部，所述PLC控制机箱设置于所述封合机构的旁测，所述卸料斗、所述称重机构均位于所述PLC控制机箱的上端，所述给料执行机构位于所述称重机构的正上方，所述PLC控制电路系统设置于所述PLC控制机箱内，所述封合机构、SMART700-IE触摸屏、拉膜机构、称重机构、给料执行机构、伺服电机、变频器均与所述PLC控制电路系统电连接，所述PLC控制电路系统与所述上位机相连接，所述SMART700-IE触摸屏与所述上位机相连接。

进一步，该包装机还设置有脚轮、地脚螺栓、支架、支柱、螺栓，所述伺服电机、变频器安装在所述支柱上，所述拉膜机构安装在所述支架上。

进一步，所述封合机构包括：切刀、横封器、滚轮、护罩、纵封器，所述包装袋的边缘经过所述纵封器和滚轮，所述包装袋的最下端穿过所述横封器和切刀，所述切刀、横封器、滚轮、纵封器均设置于护罩内。

进一步，所述成型器调节机构包括：调节螺栓、成型器，所述调节螺栓位于所述成型器下端。

进一步，所述拉膜机构包括：光电开关、接近开关、拉膜电机、拉膜材料，所述拉膜材料位于所述拉膜电机上部，所述光电开关和接近开关位于拉膜电机下部。

进一步，所述称重机构包括：称重传感器、称重桶、落料阀、变送器、EM231CN模拟量输入模块、s7-200PLC、上位机，所述称重传感器位于所述称重桶旁侧，所述落料阀位于所述称重传感器的正下方，所述称重传感器与所述变送器相连接，所述变送器与所述EM231CN模拟量输入模块相连接，所述EM231CN模拟量输入模块与所述s7-200PLC相连接，所述s7-200PLC与所述上位机相连接，所述SMART700-IE触摸屏对所述称重传感器实际称重值和预测称重值，称重所需时间进行显示。

进一步，所述给料执行机构包括：速度传感器、落料传送带、伺服电机、变频器、变送器、EM231CN模拟量输入模块、s7-200PLC、上位机，所述落料传送带位于所述称重台上方，所述速度传感器位于所述称重桶的外侧中央，所述伺服电机与所述落料传送带传动连接，所述速度传感器与所述变送器相连接，所述变送器与所述EM231CN模拟量输入模块相连接，所述EM231CN模拟量输入模块与所述s7-200PLC相连接，所述s7-200PLC与所述上位机相连接，所述伺服电机与所述变频器连接，所述SMART700-IE触摸屏对所述速度传感器测定速度值进行显示。

所述包装机称重预测补偿的测定方法：

落料高度的变化量为

此时的落料高度

h＝h₀+Δ_h

$h=h_0-\frac{m-m_0}{A\mathrm{\ρ}}$

$h=H-(\frac{D}{2}tan\mathrm{\α}-\frac{d_1}{2}tan\mathrm{\α})-\frac{m-\frac{1}{3}\mathrm{\π}\mathrm{\ρ}{\left(\frac{D}{2}\right)}^{3}tan\mathrm{\α}}{\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2\mathrm{\ρ}}$

落料时间由于落料初始纵向速度始终为0，故

此时

空中物料量

包装机的系统延时包括称重延时和控制延时，称重延时是由于称重信号处理等导致的当前质量需经过一段时间Δt_y1才能被识别出来，控制延时是指控制信号发出后需经过一段时间Δt_y2后执行机构才实际完成动作，由于系统延时的长短只受机器因素影响，故视为恒定，因此从系统检测到某一质量并发出控制信号，到系统检测到物料完全落入袋中的时间差即为系统延时和空中落料时间的总和。

此时系统延时Δt_y＝Δt_y1+Δt_y2；

系统延时物料量

故给料误差

由于物料起始高度相同，故其下落到称量桶中的最终速度相同，即Vm恒定，则给料误差Δm＝Aρ(Δt_y+Δt_z)V_m。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型可实时预测包装质量和包装精度，在不同时刻预算出最终落入袋中的物料量，寻找最佳的切断送料时刻，准确测定此刻物料质量、物料下落速度、落料精度，本发明包装精度高，工作效率高，节约劳力，称量准确，实用性强。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型的物料下落过程后期示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1、图2所示，一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，包括：封合机构、SMART700-IE触摸屏8、成型器调节机构、卸料斗19、拉膜机构、称重机构、给料执行机构、伺服电机22、变频器25、PLC控制电路系统和上位机等，所述封合机构设置于所述成型调节机构的下部，所述SMART700-IE触摸屏8设置于所述成型调节机构的旁侧，所述拉膜机构设置于所述成型调节机构的上部，所述PLC控制机箱26设置于所述封合机构的旁测，所述卸料斗19、所述称重机构均位于所述PLC控制机箱26的上端，所述给料执行机构位于所述称重机构的正上方，所述PLC控制电路系统设置于所述PLC控制机箱26内，所述封合机构、SMART700-IE触摸屏8、拉膜机构、称重机构、给料执行机构、伺服电机22、变频器25均与所述PLC控制电路系统电连接，所述PLC控制电路系统与所述上位机相连接，所述SMART700-IE触摸屏8与所述上位机相连接。

具体的，所述包装机还设置有脚轮1、地脚螺栓2、支架10、支柱23、螺栓24，所述伺服电机22、变频器25安装在所述支柱23上，所述拉膜机构安装在所述支架(10)上。

具体的，所述封合机构包括：切刀3、横封器4、滚轮5、护罩6、纵封器7，所述包装袋的边缘经过所述纵封器7和滚轮5中央，所述包装袋的最下端穿过所述横封器4和切刀3，所述切刀3、横封器4、滚轮5、纵封器7均设置于护罩内。

具体的，所述成型器调节机构包括：调节螺栓9、成型器11，所述调节螺栓9位于所述成型器11下端。

具体的，所述拉膜机构包括：光电开关12、接近开关13、拉膜电机14、拉膜材料15，所述拉膜材料15位于所述拉膜电机14上部，所述光电开关12和接近开关13位于拉膜电机14下部。

具体的，所述称重机构包括：称重传感器16、称重桶17、落料阀20、变送器、EM231CN模拟量输入模块、s7-200PLC、上位机，所述称重传感器16位于所述称重桶17旁侧，所述落料阀20位于所述称重传感器16的正下方，所述称重传感器16与所述变送器相连接，所述变送器与所述EM231CN模拟量输入模块相连接，所述EM231CN模拟量输入模块与所述s7-200PLC相连接，所述s7-200PLC与所述上位机相连接，所述SMART700-IE触摸屏8对所述称重传感器16实际称重值、预测称重值和称重所需时间进行显示。

具体的，所述给料执行机构包括：速度传感器18、落料传送带21、伺服电机22、变频器25、变送器、EM231CN模拟量输入模块、s7-200PLC、上位机，所述落料传送带位于所述称重台上方，所述速度传感器18位于所述称重桶17的外侧中央，所述伺服电机22与所述落料传送带21传动连接，所述速度传感器18与所述变送器相连接，所述变送器与所述EM231CN模拟量输入模块相连接，所述EM231CN模拟量输入模块与所述s7-200PLC相连接，所述s7-200PLC与所述上位机相连接，所述伺服电机22与所述变频器25连接，所述SMART700-IE触摸屏8对所述速度传感器18测定速度值进行显示。

图3为物料下落过程后期示意图，因为料柱需要预测补偿的时刻通常发生在落料后期，所以此发明这要研究落料后期物料的预测补偿。

落料速度V_m，料柱直径d₁，称重桶直径D，堆积密度恒ρ，任意时刻t桶中物料质量m，料柱截面积A，称重桶高H是可测得参数；当t₀时，桶中物料质量为m₀，落料高度为h₀；当经过Δt时间之后，桶中物料质量增加Δm，此时桶中物料质量为m，则落料高度的变化量：

$\mathrm{\Δ}h=\frac{\mathrm{\Δ}m}{A\mathrm{\ρ}},$

此时的落料高度为：

h＝h₀+Δh

$h=h_0-\frac{m-m_0}{A\mathrm{\ρ}}$

$h=H-(\frac{D}{2}tan\mathrm{\α}-\frac{d_1}{2}\tan \mathrm{\α})-\frac{m-\frac{1}{3}\mathrm{\π}\mathrm{\ρ}{\left(\frac{D}{2}\right)}^{3}tan\mathrm{\α}}{\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2\mathrm{\ρ}}$

落料时间：

由于落料初始纵向速度始终为0，故

此时

空中物料量

包装机的系统延时包括称重延时和控制延时，称重延时是由于称重信号处理等导致的当前质量需经过一段时间Δt_y1才能被识别出来，控制延时是指控制信号发出后需经过一段时间Δt_y2后执行机构才实际完成动作，由于系统延时的长短只受机器因素影响，故视为恒定，因此从系统检测到某一质量并发出控制信号，到系统检测到物料完全落入袋中的时间差即为系统延时和空中落料时间的总和。

此时系统延时Δt_y＝Δt_y1+Δt_y2；

系统延时物料量

故给料误差

由于物料起始高度相同，故其下落到称量桶中的最终速度相同，即Vm恒定，则给料误差Δm＝Aρ(Δt_y+Δt_z)V_m。

通过此算法实时计算预测由于空中料柱和系统延时导致的包装误差Δm，将Δm与当前称得的物料质量相加与设定的物料质量比较，符合误差范围即可停止落料，否则继续下料。

落料最终速度、物料质量、落料精度的测定方法：落料最终速度由速度传感器获得；物料质量由称重传感器获得；落料精度由落料最终完成后称得的实际物料质量与设定质量相比较，计算相对误差获得。

本实用新型的工作原理为：

伺服电机22和变频器25安装在支柱上，伺服电机22接通电源转动，由变频器25调节伺服电机22的转速；伺服电机22通过传动机构，驱动落料传送带21运动，使平铺在传送带上的物料掉落到称重桶17中，称重时，速度传感器18的敏感元件将测试点的速度信号转换为相应的电信号，通过变送器处理后，进入EM231CN模拟量输入模块，然后送入s7-200PLC处理，SMART700-IE触摸屏8显示和检测速度数据，同时称重传感器16的敏感元件将测试点的速度信号转换为相应的电信号，通过变送器处理后，进入EM231CN模拟量输入模块，然后送入s7-200PLC处理；SMART700-IE触摸屏8显示、监控和设定称重数据。当通过s7-200PLC数据计算的修正质量值即实际当前称得质量与补偿质量之和达到误差标准，则停止伺服电机22运转，延时片刻，称得称量桶17中最终实际质量，将此质量与设定值比较，计算相对误差，若相对误差在设定范围内，则启动落料阀20，使物料落入纵封器7下方的包装袋内，接着纵封器7和横封器4分别将包装袋纵封和横封，用切刀3切断，整袋物件掉落到特定储存箱中，完成一次包装。其中包装机上方的拉膜材料15由拉膜电机14牵引，由光电开关12和接近开关13控制其位置实现包装材料沿指定轨迹按需求多少牵引。整个包装进程的操控，试验测试结果的显示如物料下落速度、落料时间、空中物料量、落料质量、落料精度、包装袋数、包装长度等通过SMART700-IE触摸屏实现。

本发明实施例提供的用于空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，封合机构封合未成形包装材料、SMART700IE触摸屏显示并控制当前落料速度和称重计数包装情况、成型器调节机构调节包装袋纵封宽度和横封长度、拉膜机构精确牵引包装材料下拉、称重机构精确控制物料所需质量、给料执行机构输送物料到达指定称重位置、变频器调节伺服电机转速、PLC控制电路系统和上位机接收处理并发出信号，该包装机可实时预测包装质量和包装精度，准确测定物料下落速度、落料时间、空中物料量、落料质量、落料精度等参数，利用算法实现空中料柱质量实时预测补偿与进料延时，寻找最佳的切断给料时刻，本发明包装精度高，工作效率高，节约劳力，称量准确，实用性强。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，其特征在于：包括：封合机构、SMART700-IE触摸屏、成型器调节机构、卸料斗、拉膜机构、称重机构、给料执行机构、伺服电机、变频器、PLC控制电路系统和上位机，所述封合机构设置于所述成型调节机构的下部，所述SMART700-IE触摸屏设置于所述成型调节机构的旁侧，所述拉膜机构设置于所述成型调节机构的上部，所述PLC控制机箱设置于所述封合机构的旁测，所述卸料斗、所述称重机构均位于所述PLC控制机箱的上端，所述给料执行机构位于所述称重机构的正上方，所述PLC控制电路系统设置于所述PLC控制机箱内，所述封合机构、SMART700-IE触摸屏、拉膜机构、称重机构、给料执行机构、伺服电机、变频器均与所述PLC控制电路系统电连接，所述PLC控制电路系统与所述上位机相连接，所述SMART700-IE触摸屏与所述上位机相连接。

2.根据权利要求1所述的一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，其特征在于：所述包装机还设置有脚轮、地脚螺栓、支架、支柱、螺栓，所述伺服电机、变频器安装在所述支柱上，所述拉膜机构安装在所述支架上。

3.根据权利要求1所述的一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，其特征在于：所述封合机构包括：切刀、横封器、滚轮、护罩、纵封器，所述包装袋的边缘经过所述纵封器和滚轮，所述包装袋的最下端穿过所述横封器和切刀，所述切刀、横封器、滚轮、纵封器均设置于护罩内。

4.根据权利要求1所述的一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，其特征在于：所述成型器调节机构包括：调节螺栓、成型器，所述调节螺栓位于所述成型器下端。

5.根据权利要求1所述的一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，其特征在于：所述拉膜机构包括：光电开关、接近开关、拉膜电机、拉膜材料，所述拉膜材料位于所述拉膜电机上部，所述光电开关和接近开关位于拉膜电机下部。

6.根据权利要求1所述的一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，其特征在于：所述称重机构包括：称重传感器、称重桶、落料阀、变送器、EM231CN模拟量输入模块、s7-200PLC、上位机，所述称重传感器位于所述称重桶旁侧，所述落料阀位于所述称重传感器的正下方，所述称重传感器与所述变送器相连接，所述变送器与所述EM231CN模拟量输入模块相连接，所述EM231CN模拟量输入模块与所述s7-200PLC相连接，所述s7-200PLC与所述上位机相连接，所述SMART700-IE触摸屏对所述称重传感器实际称重值和预测称重值，称重所需时间进行显示。

7.根据权利要求1所述的一种空中料柱质量实时预测补偿与进料延时的高精度包装机，其特征在于：所述给料执行机构包括：速度传感器、落料传送带、伺服电机、变频器、变送器、EM231CN模拟量输入模块、s7-200PLC、上位机，所述落料传送带位于所述称重台上方，所述速度传感器位于所述称重桶的外侧中央，所述伺服电机与所述落料传送带传动连接，所述速度传感器与所述变送器相连接，所述变送器与所述EM231CN模拟量输入模块相连接，所述EM231CN模拟量输入模块与所述s7-200PLC相连接，所述s7-200PLC与所述上位机相连接，所述伺服电机与所述变频器连接，所述SMART700-IE触摸屏对所述速度传感器测定速度值进行显示。