包装自动控制第2讲

第一章 绪论第二章 包装过程物理参数的自动检测与 控制第三章 继电器接触器控制系统第四章 可编程序控制器原理及应用 第五章 典型包装设备控制系统及其故障 分析与维护,包装自动控制技术及应用,第二章 包装过程物理参数的自动 检测与控制第一节 计量供给自动控制第二节 位置检测与控制第三节 卷筒包装与印刷材料的张力控制第四节 温度检测与控制第五节 压力检测与控制第六节 包装质量的自动检查与控制第七节 速度检测与控制,内装物的计量供给是包装过程中十分重要的一环，计量供给又有计重、计容、计数三大类，因计重供给应用范围广，精度较高，故在本节我们将对其进行着重介绍。,第一节 计量供给自动控制,复习：计重供给包括哪几个环节或阶段？,第一节 计量供给自动控制,一、计重供给自动控制,计重供给定义：它是指用称量秤称取内装物的质量(称重)实现定量供给的方法。 计重供给组成：给料、称重、排出三个阶段。 计重供给自动控制：研究采用什么方法，将物品的给料、称重和排出有机的联系起来，并与包装机的其他动作向协调。,一、计重供给自动控制,第一节 计量供给自动控制,（一）间歇式计重供给的自动控制 （二）连续式计重供给的自动控制,一、计重供给自动控制,第一节 计量供给自动控制,（一）间歇式计重供给的自动控制 特点：给料、称重、排出三个阶段组成一个循环， 两个循环之间存在着暂停时间。,复习：间歇式计重供给时如何给料？,（一）间歇式计重供给的自动控制 一般流程及控制要求： 首先快速给料至规定重量90%，进行粗给料； 减少给料量直至规定重量时立即停止给料，同时 给料器物料出口到称量器之间距离尽可能短，以减 小物料的落差； 无容器或容器到位但重量未达到规定量时不排料； 给料与计重速度必须与包装机运行协调同步； 操作简便，指示明确，维修方便，能自动报警。,间歇式计重供给给料：斗式电振给料器,原理：通入正弦交变电流使电磁铁产生脉动吸力作用于 衔铁，从而使给料斗产生强迫振动，实现物料的输送。,由电工学，交流电磁铁吸力为,Bm-气隙中最大磁感应强度 N-电磁线圈的匝数 f-交流电源频率 S-气隙的截面积 U-电源电压有效值,间歇式计重供给给料：斗式电振给料器,由电工学，交流电磁铁吸力为,在给定电磁铁（N、S一定）及f不变情况下，F与U平方成正比 。 U改变F改变电振器振幅改变给料量调节。,间歇式计重供给给料：斗式电振给料器,复习2：间歇式计重供给如何称重？,第一节 计量供给自动控制,常用称量装置,电触点检控称量装置 无触点检控称量装置,按检控方式分类,天平 杠杆秤（单、复合） 弹簧秤,（一）间歇式计重供给的自动控制,第一节 计量供给自动控制,常用检测传感器：接近开关、光电继电器。,无触点检控称量装置,间歇称量秤原理图：,RA：反馈线圈 RA：与电容组成选频电路 RA：输出线圈,1. 接近开关原理及其在计重控制中的应用 当被测物接近到一定距离，不需接触，接近开关就能 发出开关信号。反应迅速， 定位精确，寿命长，在自 动包装机上应用广泛。,1. 接近开关原理及其在计重控制中的应用,电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由三部分：振荡器、开关电路和放大输出电路组成。,问题1：振荡电路的作用？,振荡电路的作用： 振荡电路也叫波形发生器，在没有外加信号输入的条 件下，电路自动将直流电源提供的能量转换成具有一 定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。 可分为RC振荡选频电路和LC振荡选频电路，可以产 生正弦波和非正弦波。,问题2：三极管的作用？,半导体二极管 ： 半导体二极管是由PN结加上引线和管壳构成的。 二极管的特性:单向导电性 当正向电压低于某一数值时，正向电流很小，只有当 正向电压高于某一值时，二极管才有明显的正向电流， 这个电压被称为导通电压,在室温下，硅管约为0.6 0.8V，锗管约为0.1-0.3v，我们一般认为当正向电压 大于导通电压时，二极管才导通。否则截止。 常用于整流、隔离、稳压、极性保护等电路中。,半导体二极管 ： 半导体二极管是由PN结加上引线和管壳构成的。 P型半导体：在纯净硅晶体中掺入三价元素（如硼）， 使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。 N型半导体：在纯净硅晶体中掺入五价元素（如磷）， 使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。 PN结的形成：将P型半导体与N型半导体制作在同一块 硅片上，在它们的交界面就形成了一个特殊的薄层，称 为PN结。,三极管的结构及类型 通过工艺的方法,把两个二极管背靠背的连接起来即组 成了三极管。按PN结的组合方式有PNP型和NPN型。 不管是什么样的三极管，它们均包含三个区：发射区， 基区，集电区，同时相应的引出三个电极：发射极， 基极，集电极。 基极电流控制集电极电流的变化。但 是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多。,三极管的作用： 三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电 信号变成一定强度的信号，其转换仍然遵循能量守恒， 把电源的能量转换成信号的能量。,三极管的放大作用： 当三极管的基极上加一个微 小的电流时，在集电极上可 以得到一个是注入电流倍 的电流，即集电极电流。 也即基极电流很小的变化可 以引起集电极电流很大的变 化，这就是三极管的放大作 用。,1. 接近开关原理及其在计重控制中的应用,无感应，维持震荡RA3有交流信号输出KF2导通，发射极无输出KF4不得电（不动作）。,RA：反馈线圈 RA：与电容组成选频电路 RA：输出线圈,1. 接近开关原理及其在计重控制中的应用 当线圈中的电流随时间变化时，铁心便处在交变磁场 中 ，由于电磁感应，会产生电流，叫做涡电流 。,线圈中流过变化的电流，在铁心中产生的涡流使铁心发热，浪费了能量，还可能损坏电器。,1. 接近开关原理及其在计重控制中的应用,有感应电磁感应产生涡流磁耦合，RA1反馈电压振荡电路停振，RA3无信号，KF2截止射极输出器输出端高电位，继电器KF4得电，开关动作。,第一节 计量供给自动控制,继电器是一种根据输入信号的变化而接通或断开控制电路，实现自动控制的保护电力拖动装置的自动电器。 其输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、时间、速度等非电量；输出是触点的动作，或是电参数的变化。,什么是继电器？,第一节 计量供给自动控制,继电器示意图,间歇式计重供给给料：斗式电振给料器,原理：通入正弦交变电流使电磁铁产生脉动吸力作用于 衔铁，从而使给料斗产生强迫振动，实现物料的输送。,由电工学，交流电磁铁吸力为,在给定电磁铁（N、S一定）及f不变情况下，F与U平方成正比 。 U改变F改变电振器振幅改变给料量调节。,间歇式计重供给给料：斗式电振给料器,问题3：如何改变电压值的大小？,调节激磁电源电压的方法： 调压变压器,第一节 计量供给自动控制,(1)方法简单。 (2)调节范围大。 (3)不易实现自动控制。,第二节 自动控制系统,人工调节过程： (1)观测测量温度； (2)与给定值比较； (3)根据偏差大小、方向 进行调节。,一、自动控制系统的组成 （以包装袋封口温度为例）,调节激磁电源电压的方法：,晶闸管调压器：采用晶体管代替电位器。,稳压管（RA10）的作用：当反向电压达到一定 数值时，稳压二极管两端的电压也能保持基本 不变。,第一节 计量供给自动控制,式中 是电路的时间常数，它决定充放电过程的 快慢。 若 越大，过渡过程的时间越长，反之过渡过程的时间 越短。,一阶RC电路响应,如果电路中储能元件没有储存能量，处于零状态。当接通外电源时，电路里所产生的响应称为零状态响应。直流电源向C充电时，电路的零状态响应为：,调节激磁电源电压的方法：,晶闸管调压器：采用晶体管代替电位器。,晶闸管：习惯上称可控硅(整流元件)，英文名为 Silicon Controlled Rectifier， 简写为SCR。它是一种 大功率的半导体器件，既有单向导电的整流作用,又 有可以控制的开关作用。利用它可用较小的功率控制 较大的功率，多用于可控整流、调压等电路，也作为 无触点开关。,晶闸管是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件, 它的外部有三个电极：阳极A、阴极C、控制极（门极）G。,满足什么条件管子导通？,导通状态如何维持？,导通如何转为阻断？,当晶闸管的阳极A和阴极C之间加正向电压且控制极和阴极之间也加正向电压时，晶闸管处于导通状态；否则，管子不导通，处于阻断状态。 管子一旦导通，控制极即失去控制作用，管子依靠正反馈维持导通状态。 导通状态转为截止状态，须通过减少阳极电流或改变A-C电压极性的方法实现。,改变电位器RA2的阻值，即改变RC充电回路的时间常 数，可改变晶闸管的导通角，从而调整输出电压。,第一节 计量供给自动控制,在电工技术中,常把交流电(u)在每个正半周，从零值开始到触发脉冲到来瞬间所经历的电角度称为控制角；在每个正半周内晶闸管导通的电角度叫导通角。 很明显，和都是用来表示晶闸管在承受正向电压的半个周期的导通或阻断范围的。通过改变控制角或导通角，改变负载上脉冲直流电压的平均值UL，实现了可控整流。,什么是导通角？,u,晶闸管调压器：通过改变晶闸管的导通角从而改变 输出电压的大小。,晶闸管如何触发导通？,单结晶体管：P型半导体引出电极为发射极e,N型半导体两端引出两个基极b1、b2,故也称为双基极晶体管。 阴极与基极b1之间等效电阻rb1 ,其阻值受e-b1间电压的控制，故等效为可变电阻。,单结晶体管等效电路,单结晶体管的导通条件？,当UEB1=UP(峰值电压)时，PN结正向导通。,调节激磁电源电压的方法：晶闸管调压器,RA2充电时间常数单结晶体管到达峰值电压时间晶闸管导通角输出，振幅，给料量。,第一节 计量供给自动控制,式中 是电路的时间常数，它决定充放电过程的 快慢。 若 越大，过渡过程的时间越长，反之过渡过程的时间 越短。,一阶RC电路响应,如果电路中储能元件没有储存能量，处于零状态。当接通外电源时，电路里所产生的响应称为零状态响应。直流电源向C充电时，电路的零状态响应为：,由电工学，交流电磁铁吸力为,在给定电磁铁（N、S一定）及f不变情况下，F与U平方成正比 。 U改变F改变电振器振幅改变给料量调节。,间歇式计重供给给料：斗式电振给料器,调节激磁电源电压的方法：晶闸管调压器,RA2充电时间常数 单结晶体管到达峰值电压时间 晶闸管导通角输出，振幅，给料量。,调节激磁电源电压的方法： 调压变压器,第一节 计量供给自动控制,(1)方法简单。 (2)调节范围大。 (3)不易实现自动控制。 晶闸管调压器,（一） 间歇式计重供给的自动控制 间歇称量秤原理图：,（一） 间歇式计重供给的自动控制 一般流程及控制要求： 首先快速给料至规定重量90%，进行粗给料； 减少给料量（细给料）直至规定重量时立即停止给 料，同时给料器物料出口到称量器之间距离尽可能短， 以减小物料的落差； 无容器或容器到位但重量未达到规定量时不排料； 给料与计重速度必须与包装机运行协调同步； 操作简便，指示明确，维修方便，能自动报警。,粗给料BG1、BG2不得电KF1吸合，回路时间常数小，晶闸管导通角大快速给料。,间歇称量秤原理图：,给料到，BG1感应F1得电，常闭F1断开回路时间常数大导通角小慢速给料。,间歇称量秤原理图：,给料到规定值，BG2感应F2得电，常闭F2断开晶闸管失去触发信号停止给料。,间歇称量秤原理图：,容器到位，压下开关BG3常开触点排料并保证排料时不下料容器离开，料斗门闭合，再次进料。,间歇称量秤原理图：,1. 接近开关原理及其在计重控制中的应用,有感应电磁感应产生涡流磁耦合，RA1反馈电压振荡电路停振，RA3无信号，KF2截止射极输出器输出端高电位，继电器KF4得电，开关动作。,第一节 计量供给自动控制,常用检测传感器：接近开关、光电继电器。,无触点检控称量装置,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,第一节 计量供给自动控制,光电传感器在光线照射下能产生电动势或改变电阻率，或能使电子逸出物体表面，即产生光电效应。 采用光电传感器组成的光电检测系统具有结构简单、非接触、检测距离长、精度高、反应速度快等优点，不仅可以识别物体的有无，而且可以判断物体的形状及颜色，故在包装自动控制中应用广泛。 光电传感器：光敏二极管、光敏三极管及光敏电阻。,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,第一节 计量供给自动控制,光敏二极管： (1)不受光照射，截止。 (2)受光照射，导通。,光敏三极管： (1)发射极较小，以扩大照射面积。 (2)基极多不接线 。 (3)具有电流放大作用，灵敏度高。 (4) 温度特性及暗电流不及二极管。,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,第一节 计量供给自动控制,光电继电器：用来将光电器件受光后所产生的光电流放 大， 以推动灵敏继电器的一种控制器件。,亮通式光电继电器 暗通式光电继电器,分 类,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,亮通式光电继电器:,光照RA1，RA1，URA3点高点位KF1导通KF1导通KF3通电吸合。 无光照，RA1大点低点位KF1，KF2截止KF3失电，触点释放。 RA6为续流二极管，起保护三极管的作用。,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,光照RA1，RA1点低点位KF1，KF2截止KF3失电，触点释放。 无光照，RA1大点高点位KF1导通KF2导通KF3得电，触点吸合。,暗通式光电继电器:,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,2. 光电传感器原理及其在计重控制中的应用,粗给料完成，F1失电常开触点打开，电磁铁激磁电压 细给料。达规定值，F2失电细给料触点打开晶闸管截止，停止进料。,由电工学，交流电磁铁吸力为,在给定电磁铁（N、S一定）及f不变情况下，F与U平方成正比 。 U改变F改变电振器振幅改变给料量调节。,间歇式计重供给给料：斗式电振给料器,第一节 计量供给自动控制,（一） 间歇式计重供给的自动控制 1. 接近开关原理及其在计重控制中的应用 接近开关原理、晶闸管调压原理、接近开关作重量、 位移传感器的间歇称量秤原理 2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用 光敏三极管、亮通式、暗通式光电继电器、光电继电 器控制的半自动间歇秤原理,第一节 计量供给自动控制,说明：由接近开关、光电器件等位移-电量转换电路组成称量控制系统时，必须考虑到秤杆在接近给定重量时的来回晃动，故在电路或机械上应保证秤杆在第一次到达规定位置时控制电路能实现自锁，否则带来计量误差，影响系统正常运行。,问题的提出：如何避免控制电路信号的抖动？即传感 器接收信号后怎样实现自锁？,锁存器的应用：,由两个与非门互耦而成的RS锁存器是各种触发器的基 本单元电路，它有两个低电平有效的数据输入端和一对 互补的数据输出端，时锁存器为复位状态， 时为置位状态。RS锁存器的用途之一是构成“防抖动 电路”。,锁存器的应用：,D ,D均无效,与初态相同。 D有效,D无效,=1, =0。 D无效,D有效,=0, =1。 D ,D均有效,状态不确定。,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,图2-11 带自锁功能的无触点单杆秤控制电路,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,补充：光电耦合器的应用,光电耦合器： (1)发光二极管加正向电压，发光。 (2)光敏三极管受光照射，导通。,它是将发光二极管和光敏三极管密封在同一外壳而组成的一种电子器件，可用来控制晶闸管调压电路。,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,图2-11 带自锁功能的无触点单杆秤控制电路,容器未到位，KF11KF13光照射KF1导通,点低点位RS1，RS2置1，KF5,KF10导通，KF6,KF9闭合。 KF2截止，KF3断开晶闸管无触发，不给料。,图2-11 带自锁功能的无触电单杆秤控制电路,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,图2-11 带自锁功能的无触电单杆秤控制电路,2.光电传感器原理及其在计重控制中的应用,容器到位,KF11遮光,KF1截止点高点位KF2导通KF3闭合(KF6,KF9仍闭合)晶闸管被触发,快速给料。,图2-11 带自锁功能的无触电单杆秤控制电路,