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1、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用 第五章 典型包裝設備控制系統(tǒng)及其故障 分析與維護,包裝自動控制技術及應用,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) 包裝質量的自動檢查與控制第七節(jié) 速度檢測與控制,內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
2、習：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裝物的質量(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。,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。,復習：間歇式計重供給時如
3、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生脈動吸力作用于 銜鐵，從而使給料斗產生強迫振動，實現(xiàn)物料的輸送。,由電工學，交流電磁鐵吸力為,Bm-氣隙中最大磁感應強度 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
4、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，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節(jié)。,間歇式計重供給給料：斗式電振給料器,復習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、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. 接近開關原理
5、及其在計重控制中的應用 當被測物接近到一定距離，不需接觸，接近開關就能 發(fā)出開關信號。反應迅速， 定位精確，壽命長，在自 動包裝機上應用廣泛。,1. 接近開關原理及其在計重控制中的應用,電感式接近開關屬于一種有開關量輸出的位置傳感器，它由三部分：振蕩器、開關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 生正弦波和非正弦波。,問題2：三極管的作用？,半導體二極管 ： 半導體二極管是
6、由PN結加上引線和管殼構成的。 二極管的特性:單向導電性 當正向電壓低于某一數(shù)值時，正向電流很小，只有當 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，我們一般認為當正向電壓 大于導通電壓時，二極管才導通。否則截止。 常用于整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護等電路中。,半導體二極管 ： 半導體二極管是由PN結加上引線和管殼構成的。 P型半導體：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型半導體。 N型半導體：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
7、N型半導體。 PN結的形成：將P型半導體與N型半導體制作在同一塊 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。,三極管的結構及類型 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，其轉換仍然遵循能量守恒， 把電源的能量轉換成信號的能量。,三極管
8、的放大作用： 當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. 接近開關原理及其在計重控制中的應用,無感應，維持震蕩RA3有交流信號輸出KF2導通，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. 接近開關原理及其在計重控制中的應用 當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，會產生電流，叫做渦電流 。,線圈中流過變化的電流，在鐵心中產生的渦流使鐵心發(fā)熱，浪費了能量，還可能損壞電器
9、。,1. 接近開關原理及其在計重控制中的應用,有感應電磁感應產生渦流磁耦合，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，開關動作。,第一節(jié) 計量供給自動控制,繼電器是一種根據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生脈動吸力作用于 銜鐵，從而使給料斗產生強迫振動，實現(xiàn)物料的輸送
10、。,由電工學，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??？,調節(jié)激磁電源電壓的方法： 調壓變壓器,第一節(jié) 計量供給自動控制,(1)方法簡單。 (2)調節(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),人工調節(jié)過程： (1)觀測測量溫度； (2)與給定值比較； (3)根據偏差大小、方向 進行調節(jié)。,一、自動控制系統(tǒng)的組成 （以包裝袋封口溫度為例）,調節(jié)激磁電源電壓的方法：,晶閘管調壓器：采用晶體管代替電位器。,穩(wěn)壓管（RA10）的作用：當反向電
11、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,如果電路中儲能元件沒有儲存能量，處于零狀態(tài)。當接通外電源時，電路里所產生的響應稱為零狀態(tài)響應。直流電源向C充電時，電路的零狀態(tài)響應為：,調節(jié)激磁電源電壓的方法：,晶閘管調壓器：采用晶體管代替電位器。,晶閘管：習慣上稱可控硅(整流元件)，英文名為 Silicon Controlled Rectifier， 簡寫為SCR。它是一種 大功率的半導體器件，既有單向導電的整流作用,又 有可
12、以控制的開關作用。利用它可用較小的功率控制 較大的功率，多用于可控整流、調壓等電路，也作為 無觸點開關。,晶閘管是由三個PN結構成的一種大功率半導體器件, 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通？,導通狀態(tài)如何維持？,導通如何轉為阻斷？,當晶閘管的陽極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，晶閘管處于導通狀態(tài)；否則，管子不導通，處于阻斷狀態(tài)。 管子一旦導通，控制極即失去控制作用，管子依靠正反饋維持導通狀態(tài)。 導通狀態(tài)轉為截止狀態(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
13、改變晶閘管的導通角，從而調整輸出電壓。,第一節(jié) 計量供給自動控制,在電工技術中,常把交流電(u)在每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經歷的電角度稱為控制角；在每個正半周內晶閘管導通的電角度叫導通角。 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通或阻斷范圍的。通過改變控制角或導通角，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現(xiàn)了可控整流。,什么是導通角？,,u,晶閘管調壓器：通過改變晶閘管的導通角從而改變 輸出電壓的大小。,晶閘管如何觸發(fā)導通？,單結晶體管：P型半導體引出電極為發(fā)射極e,N型半導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
14、效電阻rb1 ,其阻值受e-b1間電壓的控制，故等效為可變電阻。,單結晶體管等效電路,單結晶體管的導通條件？,當UEB1=UP(峰值電壓)時，PN結正向導通。,調節(jié)激磁電源電壓的方法：晶閘管調壓器,RA2充電時間常數(shù)單結晶體管到達峰值電壓時間晶閘管導通角輸出，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,如果電路中儲能元件沒有儲存能量，處于零狀態(tài)。當接通外電源時，電路里所產生的響應稱為零狀態(tài)響應。直流電源向C充電時，電路的零狀態(tài)響應為：,由電工學，交流電磁鐵吸力為,在給
15、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節(jié)。,間歇式計重供給給料：斗式電振給料器,調節(jié)激磁電源電壓的方法：晶閘管調壓器,RA2充電時間常數(shù) 單結晶體管到達峰值電壓時間 晶閘管導通角輸出，振幅，給料量。,調節(jié)激磁電源電壓的方法： 調壓變壓器,第一節(jié) 計量供給自動控制,(1)方法簡單。 (2)調節(jié)范圍大。 (3)不易實現(xiàn)自動控制。 晶閘管調壓器,（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
16、，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，晶閘管導通角大快速給料。,間歇稱量秤原理圖：,給料到，BG1感應F1得電，常閉F1斷開回路時間常數(shù)大導通角小慢速給料。,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
17、. 接近開關原理及其在計重控制中的應用,有感應電磁感應產生渦流磁耦合，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、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生電動勢或改變電阻率，或能使電子逸出物體表面，即產生光電效應。 采用光電傳感器組成的光電檢測系統(tǒng)具有結構簡單、非接觸、檢測距離長、精度高、反應速度快等優(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用廣泛。 光電
18、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用,亮通式光電繼電器:,光照RA1
19、，RA1，URA3點高點位KF1導通KF1導通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導通KF2導通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用,2. 光電傳感器原理及其在計重控制中的應用,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，交流電磁鐵吸力為,在
20、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. 接近開關原理及其在計重控制中的應用 接近開關原理、晶閘管調壓原理、接近開關作重量、 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、光電器件等位移-電量轉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保證秤桿在第一次
21、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)據輸入端和一對 互補的數(shù)據輸出端，時鎖存器為復位狀態(tài)， 時為置位狀態(tài)。RS鎖存器的用途之一是構成“防抖動 電路”。,鎖存器的應用：,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用,圖2-11 帶自鎖功能的無觸點單桿秤控制
22、電路,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應用,補充：光電耦合器的應用,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壓電路。,2.光電傳感器原理及其在計重控制中的應用,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導通,點低點位RS1，RS2置1，KF5,KF10導通，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用,容器到位,KF11遮光,KF1截止點高點位KF2導通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,
包裝自動控制第2講
