一种高速包装机控制系统及方法技术方案

一种高速包装机控制系统，包括HMI、运动控制器、自动上料系统、温度控制系统、重量闭环调节系统、色标定位系统、张力控制系统、废袋剔除系统、自动纠偏系统、自动换卷系统。伺服驱动器通过EtherCAT协议与运动控制器建立连接，伺服驱动器根据运动控制器指令控制对应的伺服电机输出，与伺服电机同轴安装的编码器通过通讯电缆实时反馈伺服电机输出值，伺服驱动器根据反馈的信号对伺服电机进行实时调整，从而控制伺服电机的输出精度，进而带动设备的机械传动机构完成计量下料、制袋包装、封合切断、张力调节、主动放卷一系列功能动作，在设备出现故障报警时，运动控制器执行报警程序，并控制伺服电机及时停机，本发明专利技术极大提高设备生产效率。本发明专利技术极大提高设备生产效率。本发明专利技术极大提高设备生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高速包装机控制系统及方法


[0001]本专利技术属于高速包装机及智能控制系统
，具体的说是一种高速包装机控制系统及方法。

技术介绍

[0002]传统的包装机不仅生产速度低，包装重量也都是靠人工根据目标值手动进行调节，包装精度很难控制在预期的范围内；由于没有对包材横向的张力控制和纵向的纠偏控制，导致包装成品出现对折错边、切标偏差等问题，使得包装成品的外观一致性很难达到预期效果。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决上述问题，提出了一种高速包装机控制系统及方法，控制系统配备有重量闭环调节系统、张力控制系统、纠偏控制系统和自动换卷系统，不仅解决了传统包装机存在的计量不准、对折错边、切标偏差等问题，同时针对高速包装机还增加了自动换卷功能，减少劳动强度和停机时间，在提高产品合格率的前提下，极大提高设备生产效率。
[0004]本专利技术通过以下技术方案来实现：一种高速包装机控制系统，包括人机界面HMI 、运动控制器、自动上料系统、温度控制系统、重量闭环调节系统、色标定位系统、张力控制系统、废袋剔除系统、自动纠偏系统、自动换卷系统。
[0005]进一步的，所述运动控制器内置速度计算与设定、伺服同步控制、真空自动上料、热封温度控制、重量闭环调节、追标控制、张力控制、废袋自动剔除、自动纠偏、自动换卷、故障自动报警停机子功能程序块单元，所述人机界面HMI和运动控制器通过以太网进行连接。
[0006]进一步的，所述自动上料系统包含电容式料位检测传感器、真空发生器、活门气缸，所述电容式料位检测传感器用于将检测到的料位信息实时传输到运动控制器中。
[0007]进一步的，所述温度控制系统包含K型热电偶、TC温控模块、加热棒，所述K型热电偶用于将检测到的温度信号通过TC温控模块传送给运动控制器；所述温度控制系统分为纵封温度控制系统、横封预热温度控制系统和横封温度控制系统，所述纵封温度控制系统用于控制纵封板的温度，所述横封预热温度控制系统用于控制横封预热板的温度，所述横封温度控制系统用于控制横封牵引轮的温度。
[0008]进一步的，所述重量闭环调节系统包含多列检重、计量调节伺服，所述多列检重通过Modbus RTU协议将成品的称重信息实时反馈给运动控制器。
[0009]进一步的，所述色标定位系统包含纵封气缸、纵封伺服、旋切伺服、色标传感器，所述色标定位系统分为纵封追标封合和旋切切标两部分；所述张力控制系统包含横封牵引伺服、张力摆杆、角度传感器、送膜伺服。
[0010]进一步的，所述自动纠偏系统包含纠偏控制器、边沿检测传感器、纠偏执行机构，所述边沿检测传感器用于实时监测包材的边沿，并将包材的边沿位置信息实时发送给纠偏
控制器；所述废袋剔除系统包含接头检测传感器、排废机构。
[0011]进一步的，所述自动换卷系统包含放卷伺服A、放卷伺服B、接续机构、储料机构、位移传感器，在自动换卷过程中，放卷伺服停止放卷，所述储料机构储存的包材为设备正常运行提供原材料，完成自动换卷后，位移传感器实时监测储料机构的位置信息，将其发送给运动控制器，运动控制器根据接收到的储料机构位置信息和包材运行速度信息，通过PID控制放卷伺服电机的放卷速度，从而使得储料机构始终在最大储料位置。
[0012]一种高速包装机控制系统的控制方法，伺服同步控制程序块单元中的伺服驱动器通过EtherCAT协议与运动控制器建立连接，伺服驱动器根据运动控制器指令控制对应的伺服电机输出，与伺服电机同轴安装的编码器通过通讯电缆实时反馈伺服电机输出值，伺服驱动器根据反馈的信号对伺服电机进行实时调整，从而控制伺服电机的输出精度，进而带动设备的机械传动机构完成计量下料、制袋包装、封合切断、张力调节、主动放卷一系列功能动作，在设备出现故障报警时，运动控制器执行报警程序，并控制伺服电机及时停机。
[0013]进一步的，具体为：系统启动运行后，根据电容式料位检测传感器检测到的数据，运动控制器进行是否缺料的逻辑判断，从而发指令给活门气缸、真空发生器进行工作；运动控制器将通过多列检重得到的实际重量与目标重量值进行比较，根据重量对比结果实时控制计量调节伺服调整下料量，且将称重不合格的产品通过排废机构进行剔除；所述纵封伺服驱动纵封机构进行往复运动，当纵封机构从原点位置加速到包材运行速度时，纵封气缸驱动热封板闭合，纵封机构跟随包材同步运行一段时间后，纵封气缸驱动热封板张开，纵封伺服驱动纵封机构减速到零并反向加速返回原点，完成整个纵封追标封合过程，当色标传感器检测到色标位置出现偏差时，根据偏差量及时调整横封牵引伺服的运动曲线，从而调整包材与纵封机构的相对位移，确保纵封机构始终封合在色标位置；根据牵引膜速度和色标间长度，规划旋切伺服的运动曲线，将其分割为加减速调整区和同步切标区，同步切标区用于实现旋切机构在切标时，刀头的线速度与包材的线速度一致，从而确保旋切机构顺利切断包材，加减速调整区用于在切割长度发生变化时做相应的位移调整，同时在检测到色标位置出现偏差时，也可通过该加减速调整区对位移进行调整，确保刀头每次都切在色标同一位置；设备上电后，运动控制器将接受到的温度信号与程序预设定的温度值进行比较，同时用PID算法控制加热输出信号的占空比，进而控制加热继电器通断时间来控制加热棒的加热时间，以使热封装置的温度稳定在设定值上，当温度传感值异常时，运动控制器 发出对应的信号和报警频闪信号，并在人机界面HMI弹出警示画面提示异常，并判断是否停机；根据角度传感器反馈的张力摆杆位置信息，通过PID控制自动调整送膜伺服的速度，使得张力摆杆在一个很小的角度范围内摆动，从而确保包材张力稳定在一个合适的范围；当检测到包材纵向位置出现偏差时，纠偏控制器根据设定的目标位置控制纠偏执行机构及时调整包材的纵向位置；当检测到A卷包材即将用完时，放卷伺服A将减速到零，接续机构将提前穿好B卷包
材自动接续到A卷包材上，同时切断A卷包材与放卷轴A的连接，在完成包材接续工作后，放卷伺服B开始执行放卷任务，自此完成A卷到B卷的自动切换流程；当接头检测传感器检测到自动换卷时的接头时，将此信号反馈给运动控制器，运动控制器根据此输入信号执行排废程序，将带有接头的成品通过排废机构进行剔除。
[0014]本专利技术的有益效果在于：本专利技术高速包装机由全伺服控制，控制精度高、响应速度快；其中真空自动上料系统精确控制料斗内物料量，确保料斗物料下料的稳定性；热封温度控制系统采用PID算法控制，精确控制热封温度；多列检重和剂量调节伺服组成重量闭环调节系统，根据称重信息在线实时调整下料剂量，确保包装成品的包装精度；自动换卷系统实现不停机自动换卷，降低工人劳动量和停机时间，同时减少换卷过程中产生的废袋；张力和纠偏控制系统能够很好地控制包材走纸时的状态，保证包装成品的外观一致性；废袋自动剔除系统可对自动换卷产生的废包和多列检重不合格的产品进行有效剔除；故障自动检测及报警功能，使得设备无需专人专机看护，节约人力成本。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的控制系统框图；附图标记：1、人机界面HMI，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速包装机控制系统，其特征在于：包括人机界面HMI（1）、运动控制器（2）、自动上料系统（3）、温度控制系统（4）、重量闭环调节系统（5）、色标定位系统（6）、张力控制系统（7）、废袋剔除系统（8）、自动纠偏系统（9）、自动换卷系统（10）。2.根据权利要求1所述的一种高速包装机控制系统，其特征在于：所述运动控制器（2）内置速度计算与设定、伺服同步控制、真空自动上料、热封温度控制、重量闭环调节、追标控制、张力控制、废袋自动剔除、自动纠偏、自动换卷、故障自动报警停机子功能程序块单元，所述人机界面HMI（1）和运动控制器（2）通过以太网进行连接。3.根据权利要求1所述的一种高速包装机控制系统，其特征在于：所述自动上料系统（3）包含电容式料位检测传感器（12）、真空发生器（13）、活门气缸（14），所述电容式料位检测传感器（12）用于将检测到的料位信息实时传输到运动控制器（2）中。4.根据权利要求1所述的一种高速包装机控制系统，其特征在于：所述温度控制系统（4）包含K型热电偶（15）、TC温控模块（16）、加热棒（17），所述K型热电偶（15）用于将检测到的温度信号通过TC温控模块（16）传送给运动控制器（2）；所述温度控制系统分为纵封温度控制系统、横封预热温度控制系统和横封温度控制系统，所述纵封温度控制系统用于控制纵封板的温度，所述横封预热温度控制系统用于控制横封预热板的温度，所述横封温度控制系统用于控制横封牵引轮的温度。5.根据权利要求1所述的一种高速包装机控制系统，其特征在于：所述重量闭环调节系统（5）包含多列检重（18）、计量调节伺服（19），所述多列检重（18）通过Modbus RTU协议将成品的称重信息实时反馈给运动控制器（2）。6.根据权利要求1所述的一种高速包装机控制系统，其特征在于：所述色标定位系统（6）包含纵封气缸（20）、纵封伺服（21）、旋切伺服（22）、色标传感器（23），所述色标定位系统分为纵封追标封合和旋切切标两部分；所述张力控制系统（7）包含横封牵引伺服（24）、张力摆杆（25）、角度传感器（26）、送膜伺服（27）。7.根据权利要求1所述的一种高速包装机控制系统，其特征在于：所述自动纠偏系统（9）包含纠偏控制器（11）、边沿检测传感器（30）、纠偏执行机构（31），所述边沿检测传感器（30）用于实时监测包材的边沿，并将包材的边沿位置信息实时发送给纠偏控制器（11）；所述废袋剔除系统（8）包含接头检测传感器（28）、排废机构（29）。8.根据权利要求1所述的一种高速包装机控制系统，其特征在于：所述自动换卷系统（10）包含放卷伺服A（32）、放卷伺服B（33）、接续机构（34）、储料机构（35）、位移传感器（36），在自动换卷过程中，放卷伺服停止放卷，所述储料机构（35）储存的包材为设备正常运行提供原材料，完成自动换卷后，位移传感器（36）实时监测储料机构（35）的位置信息，将其发送给运动控制器（2），运动控制器（2）根据接收到的储料机构（35）位置信息和包材运行速度信息，通过PID控制放卷伺服电机的放卷速度，从而使得储料机构（35）始终在最大储料位置。9.根据权利要求1~8任意一项所述的一种高速包装机控制系统的控制方法，其特征在于：伺服同步控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：程明星，郑景润，刘红弟，丁山山，唐学雷，淡军海，韩国峰，徐新阳，李磊，李泉秀，朱艳祥，杨晓鹏，
申请(专利权)人：凯迈洛阳机电有限公司，
类型：发明
国别省市：