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0引言

包裝機(jī)以其高效、經(jīng)濟(jì)、安全和可靠在藥劑、飲料等包裝中得到廣泛應(yīng)用.安甑成型液體包裝機(jī)是集吹 塑成型和灌裝、封合于一體的包裝機(jī)械，該設(shè)備由一臺(tái)小型三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速箱帶動(dòng)立軸和 橫軸旋轉(zhuǎn)，立軸和橫軸上的多個(gè)凸輪和齒輪推動(dòng)成型機(jī)、切刀、機(jī)械手及其它部件循環(huán)工作,主軸每旋轉(zhuǎn)一 周，塑料藥瓶移動(dòng)一個(gè)工位，工作速度通過(guò)變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)采用可編程控制器控制.由 于包裝機(jī)主要采用人工組裝和調(diào)試，產(chǎn)品質(zhì)量影響因素多，當(dāng)設(shè)備傳動(dòng)功率與標(biāo)準(zhǔn)值偏差過(guò)大時(shí),會(huì)出現(xiàn) 塑料藥瓶成型缺陷、切刀卡滯、漏灌、熱封合不牢固等質(zhì)量問(wèn)題，造成經(jīng)濟(jì)損失和浪費(fèi)，因此傳動(dòng)功率的檢 測(cè)對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量顯得尤為重要.筆者通過(guò)對(duì)安韻成型液體包裝傳動(dòng)系統(tǒng)功率檢測(cè)方法的理論研究與大 量實(shí)踐，提出傳動(dòng)功率的自動(dòng)檢測(cè)方法，它能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障和安全隱患，在實(shí)際應(yīng)用中效果 良好.

1檢測(cè)系統(tǒng)總體方案

包裝機(jī)傳動(dòng)功率檢測(cè)系統(tǒng)，以可編程控制器作為控制核心，采用工作狀態(tài)檢測(cè)與閉環(huán)調(diào)速的自動(dòng)控 制，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.兩臺(tái)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器分別連接在變速箱與橫軸和立軸之間,用于測(cè) 量橫軸和立軸傳動(dòng)功率變化，兩臺(tái)傳感器輸出的0 - 20 mA模擬信號(hào)，通過(guò)連接在A/D模塊的接口傳送到 可編程控制器U ° ,可編程控制器根據(jù)所接受的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信號(hào),進(jìn)行包裝機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí) 對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，得到包裝機(jī)各測(cè)試點(diǎn)的傳動(dòng)功率實(shí)際數(shù)值，并將測(cè)試結(jié)果在觸摸屏上 顯示.

傳動(dòng)功率檢測(cè)系統(tǒng)的硬件有三部分組成:（1）包裝機(jī)傳動(dòng)裝置:包括變頻器、三相交流異步電動(dòng)機(jī)、傳 動(dòng)皮帶、變速箱、立軸、橫軸及凸輪和齒輪等.可編程控制器通過(guò)D/A模塊調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率和幅值，實(shí) 現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速;（2）信號(hào)采集部分:可編程控制器、A/D模塊、高速計(jì)數(shù)器I 口和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器等.轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn)速傳感器通過(guò)A/D模塊和高速計(jì)數(shù)器I 口將轉(zhuǎn)矩和速度信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到可編程控制器技“ ；（3）數(shù) 據(jù)顯示和故障報(bào)警部分:可編程控制器的PPI通訊電纜和端口、觸摸屏、D/A模塊、I/O 口、變頻器.通過(guò)觸 摸屏顯示包裝機(jī)各測(cè)試點(diǎn)的傳動(dòng)功率和偏差值,當(dāng)傳動(dòng)功率偏差超出允許范圍將進(jìn)行報(bào)警并顯示故障點(diǎn) 和故障類型，可編程控制器通過(guò)I/。接口給變頻器發(fā)出停車指令⑸，變頻器通過(guò)制動(dòng)裝置使電機(jī)迅速停 止,實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)裝置的自動(dòng)停機(jī).

2信號(hào)采集和處理

2.1轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩信號(hào)采集

在包裝機(jī)的變速箱與橫軸和立軸連接處各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器,其中轉(zhuǎn)矩測(cè)量主要由扭力軸、磁 檢測(cè)器、轉(zhuǎn)筒及殼體等四部分組成，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)磁檢測(cè)器輸出具有相位差的正弦信號(hào)，正弦信號(hào)的相位 差與轉(zhuǎn)矩成正比,通過(guò)比較、整形、鑒相和計(jì)數(shù)，得到輸出瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩成正比的計(jì)數(shù)值,經(jīng)計(jì)算可以得到主軸 的轉(zhuǎn)矩值;轉(zhuǎn)速測(cè)量主要由測(cè)速輪和槽型光電開(kāi)關(guān)組成,主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)速輪的每一個(gè)齒將發(fā)光管的光線遮 擋時(shí)，光敏管輸出一個(gè)高電平，通過(guò)齒縫射到光敏管時(shí)，光敏管就輸出一個(gè)低電平，主軸每旋轉(zhuǎn)一周就可得 到若干個(gè)脈沖,每秒鐘檢測(cè)到的脈沖數(shù)恰好等于轉(zhuǎn)速值⑹.

2.2濾波信號(hào)的處理

在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中有效濾波是提供測(cè)量準(zhǔn)確性的重要因素，對(duì)于有規(guī)律的干擾信號(hào)可通過(guò)改變可編 程控制器的輸入濾波時(shí)間進(jìn)行有效濾波,而對(duì)于無(wú)規(guī)律性的隨機(jī)干擾，可采用數(shù)字濾波技術(shù)進(jìn)行處理.數(shù) 字濾波采用限幅濾波和滑動(dòng)平均濾波這兩種濾波方式,其中限幅濾波主要用于降低電器設(shè)備在啟動(dòng)和停 止的頻繁操作中引起的電壓沖擊和電路中電流劇烈變化引起的電流沖擊干擾;滑動(dòng)平均濾波用于消除隨 機(jī)干擾引起的信號(hào)上下波動(dòng).根據(jù)速度和轉(zhuǎn)矩的慣性變化，它們瞬時(shí)值的前后變化不大這一特點(diǎn),可釆用 限幅濾波，考慮到工業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性，可采樣兩種濾波想結(jié)合的方法.

3轉(zhuǎn)速和和轉(zhuǎn)矩的控制

包裝機(jī)傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻器變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn),在不同轉(zhuǎn)速下主軸的輸出功率也不同，由公式(3) 可知，相同轉(zhuǎn)矩下，隨著轉(zhuǎn)速升高輸出功率大.為了達(dá)到穩(wěn)速，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的速度脈沖信號(hào)，通過(guò)高速 計(jì)數(shù)器I 口輸出到可編程控制器，可編程控制器經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算，通過(guò)D/A模塊輸出到變頻器，調(diào)節(jié)變頻器 輸出頻率和幅值,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)速運(yùn)行.包裝機(jī)傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)矩取決于負(fù)載,橫軸和立軸在不同旋轉(zhuǎn)角度 下，由于完成不同的任務(wù)轉(zhuǎn)矩大小有所不同，由公式(3)可知，相同轉(zhuǎn)速下，隨著橫軸和立軸旋轉(zhuǎn)角度的變 化，輸出功率也呈周期性規(guī)律變化.

4狀態(tài)顯示和故障報(bào)警

可編程控制器將計(jì)算得到的橫軸和立軸各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的輸出功率，即各個(gè)工位的輸出功率通過(guò)觸 摸屏顯示，操作員能夠隨時(shí)觀察設(shè)備工作狀態(tài)和可能存在的故障隱患.由于裝配和工件的原因，同一型號(hào) 的不同設(shè)備，橫軸和立軸不同旋轉(zhuǎn)角度的輸出功率與標(biāo)準(zhǔn)值會(huì)發(fā)生偏差，哪個(gè)旋轉(zhuǎn)角度輸出功率偏差大, 就意味該工位存在故障隱患.以封合工位為例，輸出功率過(guò)大則封合壓力過(guò)大,藥瓶封口邊沿會(huì)出現(xiàn)裂縫; 輸出功率過(guò)小則封合不嚴(yán)密，藥瓶會(huì)漏液.為防止上述故障的發(fā)生，可編程控制器將實(shí)時(shí)獲得的傳動(dòng)功率 值與已有數(shù)據(jù)庫(kù)中包裝機(jī)橫軸和立軸各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的輸出功率標(biāo)準(zhǔn)值比較，當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值偏 差超過(guò)允許范圍時(shí),可編程控制器將及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并根據(jù)故障大小通過(guò)I/O輸出點(diǎn)控制變頻器實(shí)施 停止和制動(dòng)操作，有效避免由于裝配、元件和磨損等因素引起的事故發(fā)生.表1為安甑成型液體包裝機(jī)不 同速度下各工位輸岀功率參考值,其中速度用變頻器輸出頻率Hz表示.

表1包裝機(jī)不同速度下各工位輸出功率參考表

5結(jié)論

采用傳動(dòng)功率檢測(cè)方法,對(duì)安甑成型液體包裝機(jī)橫軸和立軸的輸出功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),通過(guò)樣機(jī)測(cè)試 和使用表明，包裝機(jī)傳動(dòng)功率自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)試準(zhǔn)確、性能可靠、自動(dòng)化程度高.該方法既可以 實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障報(bào)警,也可作為設(shè)備裝配質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要依據(jù);該裝置對(duì)手工裝配機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的質(zhì)量檢 測(cè),具有重要應(yīng)用價(jià)值.

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