包裝自動控制第2講

第一章 緒論第二章 包裝過程物理參數(shù)的自動檢測與 控制第三章 繼電器接觸器控制系統(tǒng)第四章 可編程序控制器原理及應(yīng)用 第五章 典型包裝設(shè)備控制系統(tǒng)及其故障 分析與維護,包裝自動控制技術(shù)及應(yīng)用,第二章 包裝過程物理參數(shù)的自動 檢測與控制第一節(jié) 計量供給自動控制第二節(jié) 位置檢測與控制第三節(jié) 卷筒包裝與印刷材料的張力控制第四節(jié) 溫度檢測與控制第五節(jié) 壓力檢測與控制第六節(jié) 包裝質(zhì)量的自動檢查與控制第七節(jié) 速度檢測與控制,內(nèi)裝物的計量供給是包裝過程中十分重要的一環(huán)，計量供給又有計重、計容、計數(shù)三大類，因計重供給應(yīng)用范圍廣，精度較高，故在本節(jié)我們將對其進行著重介紹。,第一節(jié) 計量供給自動控制,復(fù)習(xí)：計重供給包括哪幾個環(huán)節(jié)或階段？,第一節(jié) 計量供給自動控制,一、計重供給自動控制,計重供給定義：它是指用稱量秤稱取內(nèi)裝物的質(zhì)量(稱重)實現(xiàn)定量供給的方法。 計重供給組成：給料、稱重、排出三個階段。 計重供給自動控制：研究采用什么方法，將物品的給料、稱重和排出有機的聯(lián)系起來，并與包裝機的其他動作向協(xié)調(diào)。,一、計重供給自動控制,第一節(jié) 計量供給自動控制,（一）間歇式計重供給的自動控制 （二）連續(xù)式計重供給的自動控制,一、計重供給自動控制,第一節(jié) 計量供給自動控制,（一）間歇式計重供給的自動控制 特點：給料、稱重、排出三個階段組成一個循環(huán)， 兩個循環(huán)之間存在著暫停時間。,復(fù)習(xí)：間歇式計重供給時如何給料？,（一）間歇式計重供給的自動控制 一般流程及控制要求： 首先快速給料至規(guī)定重量90%，進行粗給料； 減少給料量直至規(guī)定重量時立即停止給料，同時 給料器物料出口到稱量器之間距離盡可能短，以減 小物料的落差； 無容器或容器到位但重量未達到規(guī)定量時不排料； 給料與計重速度必須與包裝機運行協(xié)調(diào)同步； 操作簡便，指示明確，維修方便，能自動報警。,間歇式計重供給給料：斗式電振給料器,原理：通入正弦交變電流使電磁鐵產(chǎn)生脈動吸力作用于 銜鐵，從而使給料斗產(chǎn)生強迫振動，實現(xiàn)物料的輸送。,由電工學(xué)，交流電磁鐵吸力為,Bm-氣隙中最大磁感應(yīng)強度 N-電磁線圈的匝數(shù) f-交流電源頻率 S-氣隙的截面積 U-電源電壓有效值,間歇式計重供給給料：斗式電振給料器,由電工學(xué)，交流電磁鐵吸力為,在給定電磁鐵（N、S一定）及f不變情況下，F(xiàn)與U平方成正比 。 U改變F改變電振器振幅改變給料量調(diào)節(jié)。,間歇式計重供給給料：斗式電振給料器,復(fù)習(xí)2：間歇式計重供給如何稱重？,第一節(jié) 計量供給自動控制,常用稱量裝置,電觸點檢控稱量裝置 無觸點檢控稱量裝置,按檢控方式分類,天平 杠桿秤（單、復(fù)合） 彈簧秤,（一）間歇式計重供給的自動控制,第一節(jié) 計量供給自動控制,常用檢測傳感器：接近開關(guān)、光電繼電器。,無觸點檢控稱量裝置,間歇稱量秤原理圖：,RA：反饋線圈 RA：與電容組成選頻電路 RA：輸出線圈,1. 接近開關(guān)原理及其在計重控制中的應(yīng)用 當(dāng)被測物接近到一定距離，不需接觸，接近開關(guān)就能 發(fā)出開關(guān)信號。反應(yīng)迅速， 定位精確，壽命長，在自 動包裝機上應(yīng)用廣泛。,1. 接近開關(guān)原理及其在計重控制中的應(yīng)用,電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由三部分：振蕩器、開關(guān)電路和放大輸出電路組成。,問題1：振蕩電路的作用？,振蕩電路的作用： 振蕩電路也叫波形發(fā)生器，在沒有外加信號輸入的條 件下，電路自動將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換成具有一 定頻率、一定波形和一定振幅的交變振蕩信號輸出。 可分為RC振蕩選頻電路和LC振蕩選頻電路，可以產(chǎn) 生正弦波和非正弦波。,問題2：三極管的作用？,半導(dǎo)體二極管 ： 半導(dǎo)體二極管是由PN結(jié)加上引線和管殼構(gòu)成的。 二極管的特性:單向?qū)щ娦?當(dāng)正向電壓低于某一數(shù)值時，正向電流很小，只有當(dāng) 正向電壓高于某一值時，二極管才有明顯的正向電流， 這個電壓被稱為導(dǎo)通電壓,在室溫下，硅管約為0.6 0.8V，鍺管約為0.1-0.3v，我們一般認為當(dāng)正向電壓 大于導(dǎo)通電壓時，二極管才導(dǎo)通。否則截止。 常用于整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護等電路中。,半導(dǎo)體二極管 ： 半導(dǎo)體二極管是由PN結(jié)加上引線和管殼構(gòu)成的。 P型半導(dǎo)體：在純凈硅晶體中摻入三價元素（如硼）， 使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體：在純凈硅晶體中摻入五價元素（如磷）， 使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。 PN結(jié)的形成：將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊 硅片上，在它們的交界面就形成了一個特殊的薄層，稱 為PN結(jié)。,三極管的結(jié)構(gòu)及類型 通過工藝的方法,把兩個二極管背靠背的連接起來即組 成了三極管。按PN結(jié)的組合方式有PNP型和NPN型。 不管是什么樣的三極管，它們均包含三個區(qū)：發(fā)射區(qū)， 基區(qū)，集電區(qū)，同時相應(yīng)的引出三個電極：發(fā)射極， 基極，集電極。 基極電流控制集電極電流的變化。但 是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多。,三極管的作用： 三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電 信號變成一定強度的信號，其轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒， 把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號的能量。,三極管的放大作用： 當(dāng)三極管的基極上加一個微 小的電流時，在集電極上可 以得到一個是注入電流倍 的電流，即集電極電流。 也即基極電流很小的變化可 以引起集電極電流很大的變 化，這就是三極管的放大作 用。,1. 接近開關(guān)原理及其在計重控制中的應(yīng)用,無感應(yīng)，維持震蕩RA3有交流信號輸出KF2導(dǎo)通，發(fā)射極無輸出KF4不得電（不動作）。,RA：反饋線圈 RA：與電容組成選頻電路 RA：輸出線圈,1. 接近開關(guān)原理及其在計重控制中的應(yīng)用 當(dāng)線圈中的電流隨時間變化時，鐵心便處在交變磁場 中 ，由于電磁感應(yīng)，會產(chǎn)生電流，叫做渦電流 。,線圈中流過變化的電流，在鐵心中產(chǎn)生的渦流使鐵心發(fā)熱，浪費了能量，還可能損壞電器。,1. 接近開關(guān)原理及其在計重控制中的應(yīng)用,有感應(yīng)電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流磁耦合，RA1反饋電壓振蕩電路停振，RA3無信號，KF2截止射極輸出器輸出端高電位，繼電器KF4得電，開關(guān)動作。,第一節(jié) 計量供給自動控制,繼電器是一種根據(jù)輸入信號的變化而接通或斷開控制電路，實現(xiàn)自動控制的保護電力拖動裝置的自動電器。 其輸入信號可以是電流、電壓等電量，也可以是溫度、時間、速度等非電量；輸出是觸點的動作，或是電參數(shù)的變化。,什么是繼電器？,第一節(jié) 計量供給自動控制,繼電器示意圖,間歇式計重供給給料：斗式電振給料器,原理：通入正弦交變電流使電磁鐵產(chǎn)生脈動吸力作用于 銜鐵，從而使給料斗產(chǎn)生強迫振動，實現(xiàn)物料的輸送。,由電工學(xué)，交流電磁鐵吸力為,在給定電磁鐵（N、S一定）及f不變情況下，F(xiàn)與U平方成正比 。 U改變F改變電振器振幅改變給料量調(diào)節(jié)。,間歇式計重供給給料：斗式電振給料器,問題3：如何改變電壓值的大?。?調(diào)節(jié)激磁電源電壓的方法： 調(diào)壓變壓器,第一節(jié) 計量供給自動控制,(1)方法簡單。 (2)調(diào)節(jié)范圍大。 (3)不易實現(xiàn)自動控制。,第二節(jié) 自動控制系統(tǒng),人工調(diào)節(jié)過程： (1)觀測測量溫度； (2)與給定值比較； (3)根據(jù)偏差大小、方向 進行調(diào)節(jié)。,一、自動控制系統(tǒng)的組成 （以包裝袋封口溫度為例）,調(diào)節(jié)激磁電源電壓的方法：,晶閘管調(diào)壓器：采用晶體管代替電位器。,穩(wěn)壓管（RA10）的作用：當(dāng)反向電壓達到一定 數(shù)值時，穩(wěn)壓二極管兩端的電壓也能保持基本 不變。,第一節(jié) 計量供給自動控制,式中 是電路的時間常數(shù)，它決定充放電過程的 快慢。 若 越大，過渡過程的時間越長，反之過渡過程的時間 越短。,一階RC電路響應(yīng),如果電路中儲能元件沒有儲存能量，處于零狀態(tài)。當(dāng)接通外電源時，電路里所產(chǎn)生的響應(yīng)稱為零狀態(tài)響應(yīng)。直流電源向C充電時，電路的零狀態(tài)響應(yīng)為：,調(diào)節(jié)激磁電源電壓的方法：,晶閘管調(diào)壓器：采用晶體管代替電位器。,晶閘管：習(xí)慣上稱可控硅(整流元件)，英文名為 Silicon Controlled Rectifier， 簡寫為SCR。它是一種 大功率的半導(dǎo)體器件，既有單向?qū)щ姷恼髯饔?又 有可以控制的開關(guān)作用。利用它可用較小的功率控制 較大的功率，多用于可控整流、調(diào)壓等電路，也作為 無觸點開關(guān)。,晶閘管是由三個PN結(jié)構(gòu)成的一種大功率半導(dǎo)體器件, 它的外部有三個電極：陽極A、陰極C、控制極（門極）G。,滿足什么條件管子導(dǎo)通？,導(dǎo)通狀態(tài)如何維持？,導(dǎo)通如何轉(zhuǎn)為阻斷？,當(dāng)晶閘管的陽極A和陰極C之間加正向電壓且控制極和陰極之間也加正向電壓時，晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)；否則，管子不導(dǎo)通，處于阻斷狀態(tài)。 管子一旦導(dǎo)通，控制極即失去控制作用，管子依靠正反饋維持導(dǎo)通狀態(tài)。 導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，須通過減少陽極電流或改變A-C電壓極性的方法實現(xiàn)。,改變電位器RA2的阻值，即改變RC充電回路的時間常 數(shù)，可改變晶閘管的導(dǎo)通角，從而調(diào)整輸出電壓。,第一節(jié) 計量供給自動控制,在電工技術(shù)中,常把交流電(u)在每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角；在每個正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角。 很明顯，和都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角或?qū)ń?，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現(xiàn)了可控整流。,什么是導(dǎo)通角？,u,晶閘管調(diào)壓器：通過改變晶閘管的導(dǎo)通角從而改變 輸出電壓的大小。,晶閘管如何觸發(fā)導(dǎo)通？,單結(jié)晶體管：P型半導(dǎo)體引出電極為發(fā)射極e,N型半導(dǎo)體兩端引出兩個基極b1、b2,故也稱為雙基極晶體管。 陰極與基極b1之間等效電阻rb1 ,其阻值受e-b1間電壓的控制，故等效為可變電阻。,單結(jié)晶體管等效電路,單結(jié)晶體管的導(dǎo)通條件？,當(dāng)UEB1=UP(峰值電壓)時，PN結(jié)正向?qū)ā?調(diào)節(jié)激磁電源電壓的方法：晶閘管調(diào)壓器,RA2充電時間常數(shù)單結(jié)晶體管到達峰值電壓時間晶閘管導(dǎo)通角輸出，振幅，給料量。,第一節(jié) 計量供給自動控制,式中 是電路的時間常數(shù)，它決定充放電過程的 快慢。 若 越大，過渡過程的時間越長，反之過渡過程的時間 越短。,一階RC電路響應(yīng),如果電路中儲能元件沒有儲存能量，處于零狀態(tài)。當(dāng)接通外電源時，電路里所產(chǎn)生的響應(yīng)稱為零狀態(tài)響應(yīng)。直流電源向C充電時，電路的零狀態(tài)響應(yīng)為：,由電工學(xué)，交流電磁鐵吸力為,在給定電磁鐵（N、S一定）及f不變情況下，F(xiàn)與U平方成正比 。 U改變F改變電振器振幅改變給料量調(diào)節(jié)。,間歇式計重供給給料：斗式電振給料器,調(diào)節(jié)激磁電源電壓的方法：晶閘管調(diào)壓器,RA2充電時間常數(shù) 單結(jié)晶體管到達峰值電壓時間 晶閘管導(dǎo)通角輸出，振幅，給料量。,調(diào)節(jié)激磁電源電壓的方法： 調(diào)壓變壓器,第一節(jié) 計量供給自動控制,(1)方法簡單。 (2)調(diào)節(jié)范圍大。 (3)不易實現(xiàn)自動控制。 晶閘管調(diào)壓器,（一） 間歇式計重供給的自動控制 間歇稱量秤原理圖：,（一） 間歇式計重供給的自動控制 一般流程及控制要求： 首先快速給料至規(guī)定重量90%，進行粗給料； 減少給料量（細給料）直至規(guī)定重量時立即停止給 料，同時給料器物料出口到稱量器之間距離盡可能短， 以減小物料的落差； 無容器或容器到位但重量未達到規(guī)定量時不排料； 給料與計重速度必須與包裝機運行協(xié)調(diào)同步； 操作簡便，指示明確，維修方便，能自動報警。,粗給料BG1、BG2不得電KF1吸合，回路時間常數(shù)小，晶閘管導(dǎo)通角大快速給料。,間歇稱量秤原理圖：,給料到，BG1感應(yīng)F1得電，常閉F1斷開回路時間常數(shù)大導(dǎo)通角小慢速給料。,間歇稱量秤原理圖：,給料到規(guī)定值，BG2感應(yīng)F2得電，常閉F2斷開晶閘管失去觸發(fā)信號停止給料。,間歇稱量秤原理圖：,容器到位，壓下開關(guān)BG3常開觸點排料并保證排料時不下料容器離開，料斗門閉合，再次進料。,間歇稱量秤原理圖：,1. 接近開關(guān)原理及其在計重控制中的應(yīng)用,有感應(yīng)電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流磁耦合，RA1反饋電壓振蕩電路停振，RA3無信號，KF2截止射極輸出器輸出端高電位，繼電器KF4得電，開關(guān)動作。,第一節(jié) 計量供給自動控制,常用檢測傳感器：接近開關(guān)、光電繼電器。,無觸點檢控稱量裝置,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,第一節(jié) 計量供給自動控制,光電傳感器在光線照射下能產(chǎn)生電動勢或改變電阻率，或能使電子逸出物體表面，即產(chǎn)生光電效應(yīng)。 采用光電傳感器組成的光電檢測系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、非接觸、檢測距離長、精度高、反應(yīng)速度快等優(yōu)點，不僅可以識別物體的有無，而且可以判斷物體的形狀及顏色，故在包裝自動控制中應(yīng)用廣泛。 光電傳感器：光敏二極管、光敏三極管及光敏電阻。,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,第一節(jié) 計量供給自動控制,光敏二極管： (1)不受光照射，截止。 (2)受光照射，導(dǎo)通。,光敏三極管： (1)發(fā)射極較小，以擴大照射面積。 (2)基極多不接線 。 (3)具有電流放大作用，靈敏度高。 (4) 溫度特性及暗電流不及二極管。,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,第一節(jié) 計量供給自動控制,光電繼電器：用來將光電器件受光后所產(chǎn)生的光電流放 大， 以推動靈敏繼電器的一種控制器件。,亮通式光電繼電器 暗通式光電繼電器,分 類,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,亮通式光電繼電器:,光照RA1，RA1，URA3點高點位KF1導(dǎo)通KF1導(dǎo)通KF3通電吸合。 無光照，RA1大點低點位KF1，KF2截止KF3失電，觸點釋放。 RA6為續(xù)流二極管，起保護三極管的作用。,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,光照RA1，RA1點低點位KF1，KF2截止KF3失電，觸點釋放。 無光照，RA1大點高點位KF1導(dǎo)通KF2導(dǎo)通KF3得電，觸點吸合。,暗通式光電繼電器:,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,2. 光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,粗給料完成，F(xiàn)1失電常開觸點打開，電磁鐵激磁電壓 細給料。達規(guī)定值，F(xiàn)2失電細給料觸點打開晶閘管截止，停止進料。,由電工學(xué)，交流電磁鐵吸力為,在給定電磁鐵（N、S一定）及f不變情況下，F(xiàn)與U平方成正比 。 U改變F改變電振器振幅改變給料量調(diào)節(jié)。,間歇式計重供給給料：斗式電振給料器,第一節(jié) 計量供給自動控制,（一） 間歇式計重供給的自動控制 1. 接近開關(guān)原理及其在計重控制中的應(yīng)用 接近開關(guān)原理、晶閘管調(diào)壓原理、接近開關(guān)作重量、 位移傳感器的間歇稱量秤原理 2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用 光敏三極管、亮通式、暗通式光電繼電器、光電繼電 器控制的半自動間歇秤原理,第一節(jié) 計量供給自動控制,說明：由接近開關(guān)、光電器件等位移-電量轉(zhuǎn)換電路組成稱量控制系統(tǒng)時，必須考慮到秤桿在接近給定重量時的來回晃動，故在電路或機械上應(yīng)保證秤桿在第一次到達規(guī)定位置時控制電路能實現(xiàn)自鎖，否則帶來計量誤差，影響系統(tǒng)正常運行。,問題的提出：如何避免控制電路信號的抖動？即傳感 器接收信號后怎樣實現(xiàn)自鎖？,鎖存器的應(yīng)用：,由兩個與非門互耦而成的RS鎖存器是各種觸發(fā)器的基 本單元電路，它有兩個低電平有效的數(shù)據(jù)輸入端和一對 互補的數(shù)據(jù)輸出端，時鎖存器為復(fù)位狀態(tài)， 時為置位狀態(tài)。RS鎖存器的用途之一是構(gòu)成“防抖動 電路”。,鎖存器的應(yīng)用：,D ,D均無效,與初態(tài)相同。 D有效,D無效,=1, =0。 D無效,D有效,=0, =1。 D ,D均有效,狀態(tài)不確定。,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,圖2-11 帶自鎖功能的無觸點單桿秤控制電路,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,補充：光電耦合器的應(yīng)用,光電耦合器： (1)發(fā)光二極管加正向電壓，發(fā)光。 (2)光敏三極管受光照射，導(dǎo)通。,它是將發(fā)光二極管和光敏三極管密封在同一外殼而組成的一種電子器件，可用來控制晶閘管調(diào)壓電路。,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,圖2-11 帶自鎖功能的無觸點單桿秤控制電路,容器未到位，KF11KF13光照射KF1導(dǎo)通,點低點位RS1，RS2置1，KF5,KF10導(dǎo)通，KF6,KF9閉合。 KF2截止，KF3斷開晶閘管無觸發(fā)，不給料。,圖2-11 帶自鎖功能的無觸電單桿秤控制電路,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,圖2-11 帶自鎖功能的無觸電單桿秤控制電路,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應(yīng)用,容器到位,KF11遮光,KF1截止點高點位KF2導(dǎo)通KF3閉合(KF6,KF9仍閉合)晶閘管被觸發(fā),快速給料。,圖2-11 帶自鎖功能的無觸電單桿秤控制電路,