0引言

包装机以其高效、经济、安全和可靠在药剂、饮料等包装中得到广泛应用.安甑成型液体包装机是集吹 塑成型和灌装、封合于一体的包装机械，该设备由一台小型三相异步电动机驱动，通过减速箱带动立轴和 横轴旋转，立轴和横轴上的多个凸轮和齿轮推动成型机、切刀、机械手及其它部件循环工作,主轴每旋转一 周，塑料药瓶移动一个工位，工作速度通过变频器控制电机转速实现，整个系统采用可编程控制器控制.由 于包装机主要采用人工组装和调试，产品质量影响因素多，当设备传动功率与标准值偏差过大时,会出现 塑料药瓶成型缺陷、切刀卡滞、漏灌、热封合不牢固等质量问题，造成经济损失和浪费，因此传动功率的检 测对保证产品质量显得尤为重要.笔者通过对安韻成型液体包装传动系统功率检测方法的理论研究与大 量实践，提出传动功率的自动检测方法，它能够及时发现设备存在的故障和安全隐患，在实际应用中效果 良好.

1检测系统总体方案

包装机传动功率检测系统，以可编程控制器作为控制核心，采用工作状态检测与闭环调速的自动控 制，系统的硬件结构框图如图1所示.两台转矩转速传感器分别连接在变速箱与横轴和立轴之间,用于测 量横轴和立轴传动功率变化，两台传感器输出的0 - 20 mA模拟信号，通过连接在A/D模块的接口传送到 可编程控制器U ° ,可编程控制器根据所接受的转矩和转速信号,进行包装机工作状态的实时监控，同时 对检测信号进行处理、统计和计算，得到包装机各测试点的传动功率实际数值，并将测试结果在触摸屏上 显示.

传动功率检测系统的硬件有三部分组成:（1）包装机传动装置:包括变频器、三相交流异步电动机、传 动皮带、变速箱、立轴、横轴及凸轮和齿轮等.可编程控制器通过D/A模块调节变频器输出频率和幅值，实 现对电机的调速;（2）信号采集部分:可编程控制器、A/D模块、高速计数器I 口和转矩转速传感器等.转 矩转速传感器通过A/D模块和高速计数器I 口将转矩和速度信号实时传送到可编程控制器技“ ；（3）数 据显示和故障报警部分:可编程控制器的PPI通讯电缆和端口、触摸屏、D/A模块、I/O 口、变频器.通过触 摸屏显示包装机各测试点的传动功率和偏差值,当传动功率偏差超出允许范围将进行报警并显示故障点 和故障类型，可编程控制器通过I/。接口给变频器发出停车指令⑸，变频器通过制动装置使电机迅速停 止,实现传动装置的自动停机.

2信号采集和处理

2.1转速和转矩信号采集

在包装机的变速箱与横轴和立轴连接处各安装一个转矩转速传感器,其中转矩测量主要由扭力轴、磁 检测器、转筒及壳体等四部分组成，在旋转运动时磁检测器输出具有相位差的正弦信号，正弦信号的相位 差与转矩成正比,通过比较、整形、鉴相和计数，得到输出瞬时转矩成正比的计数值,经计算可以得到主轴 的转矩值;转速测量主要由测速轮和槽型光电开关组成,主轴旋转时测速轮的每一个齿将发光管的光线遮 挡时，光敏管输出一个高电平，通过齿缝射到光敏管时，光敏管就输出一个低电平，主轴每旋转一周就可得 到若干个脉冲,每秒钟检测到的脉冲数恰好等于转速值⑹.

2.2滤波信号的处理

在工业生产环境中有效滤波是提供测量准确性的重要因素，对于有规律的干扰信号可通过改变可编 程控制器的输入滤波时间进行有效滤波,而对于无规律性的随机干扰，可采用数字滤波技术进行处理.数 字滤波采用限幅滤波和滑动平均滤波这两种滤波方式,其中限幅滤波主要用于降低电器设备在启动和停 止的频繁操作中引起的电压冲击和电路中电流剧烈变化引起的电流冲击干扰;滑动平均滤波用于消除随 机干扰引起的信号上下波动.根据速度和转矩的惯性变化，它们瞬时值的前后变化不大这一特点,可釆用 限幅滤波，考虑到工业环境的复杂性，可采样两种滤波想结合的方法.

3转速和和转矩的控制

包装机传动装置的转速通过变频器变频调速实现,在不同转速下主轴的输出功率也不同，由公式(3) 可知，相同转矩下，随着转速升高输出功率大.为了达到稳速，转矩转速传感器的速度脉冲信号，通过高速 计数器I 口输出到可编程控制器，可编程控制器经过PID运算，通过D/A模块输出到变频器，调节变频器 输出频率和幅值,实现电动机稳速运行.包装机传动装置的转矩取决于负载,横轴和立轴在不同旋转角度 下，由于完成不同的任务转矩大小有所不同，由公式(3)可知，相同转速下，随着横轴和立轴旋转角度的变 化，输出功率也呈周期性规律变化.

4状态显示和故障报警

可编程控制器将计算得到的横轴和立轴各个旋转角度下的输出功率，即各个工位的输出功率通过触 摸屏显示，操作员能够随时观察设备工作状态和可能存在的故障隐患.由于装配和工件的原因，同一型号 的不同设备，横轴和立轴不同旋转角度的输出功率与标准值会发生偏差，哪个旋转角度输出功率偏差大, 就意味该工位存在故障隐患.以封合工位为例，输出功率过大则封合压力过大,药瓶封口边沿会出现裂缝; 输出功率过小则封合不严密，药瓶会漏液.为防止上述故障的发生，可编程控制器将实时获得的传动功率 值与已有数据库中包装机横轴和立轴各个旋转角度下的输出功率标准值比较，当实时数据与标准数值偏 差超过允许范围时,可编程控制器将及时发出报警信号并根据故障大小通过I/O输出点控制变频器实施 停止和制动操作，有效避免由于装配、元件和磨损等因素引起的事故发生.表1为安甑成型液体包装机不 同速度下各工位输岀功率参考值,其中速度用变频器输出频率Hz表示.

表1包装机不同速度下各工位输出功率参考表

5结论

采用传动功率检测方法,对安甑成型液体包装机横轴和立轴的输出功率进行实时监测,通过样机测试 和使用表明，包装机传动功率自动监测装置,结构简单、测试准确、性能可靠、自动化程度高.该方法既可以 实现设备故障报警,也可作为设备装配质量评价的重要依据;该装置对手工装配机械传动设备的质量检 测,具有重要应用价值.

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