专利名称：恒流式无触点加磁排钉包装方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动铁钉包装方法及设备，具体的说涉及一种以恒定电磁场 对4失钉进行排序装箱的自动包装方法及i殳备。
技术背景我国铁钉生产厂家很多，钉子行业也已M成一^M^莫，钉子生产面临大批 量生产和大批量外运的局面，在铁钉外运过程中需要对其进行装箱。铁钉是大量 零乱的散件，它不像其它产品的装箱那么容易，通常会出现钉子在包装箱中交错 不齐，使得箱子装不实，在搬运过程中容易^^皮等质量问题。此时，若采用人工 装箱，对钉子进行排序装箱不^A工劳动量大，装箱效率低，而且包雜量难以 满足出国要求。另外，铁钉包装是钉子生产的猛一道工序。如果铁钉包装的生 产效率与质量提高不上去，将会影响整个钉子生产流水线工序的正常进行，制约 铁钉生产厂家的M。因此，自动包装对于铁钉企业是至关重要的关键技术之一。我国尚没有专门生产钉子包装设备的厂家，现在国内仅有为数4艮少的厂家从 国外进口自动铁钉包装设备。目前国内外使用的自动铁钉包装设备是采用有级调 压式加》兹氺H丁装箱方法，即釆用恒压式直流激-磁电源来产生一个直流电磁场，铁 4丁AU兹场中通过时就自动沿磁场方向排序入箱。这种方法的主要问题首先是难以 准确控制其激磁电流值，力o磁铁芯中铁钉量变化、电网电压波动、加磁线圈温升 变化等因素都能影响恒压式直流激磁电源输出电流值，从而不能在加磁过程中保 持其激磁电流与磁场强度恒定，进而影响铁钉排序包M量。其次，这种恒压式 直流激磁电源在加磁结束时不能自动衰减电流至零，只能靠接触器强行切断电路， 这样电路沖击大，直流接触器触点容易起弧烧损、力w兹电路寿命短、故障多。此 外，当电网电压长时间过高时，会^^口磁线圈发热老化，影响其寿命。本发明提出的恒流式无触点力口磁#4丁包装新方法可保持加磁电流及磁场恒定 不受电网电压波动Ai口磁线圈温升等因素影响，并能根据磁场实测值闭环调节磁 场电流，优化控制加磁效果。恒流式加磁方法还可实现平滑衰减加磁电流，^> 磁电路在零电流^f牛下开断，提高设备的稳定性与可靠性。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种以恒定电磁场对铁钉进行 排序装箱的自动包装方法及设备。本发明的技术方案是这样实现的此方法采用恒流式无触点激磁电源，使铁钉在恒定电磁场中排序；在#4丁结束时此电源平滑衰减电流，实现在零电流^f牛 下切断加磁电路。此方法并采用逆变换向开关技术，实现无触点切换激磁电流方 向，控制加磁与去磁全过程。电磁式铁钉自动包装设备包括直流激磁电源与激磁开关电路，在铁钉包装 过程中要求直流激磁电源输出电《d急定，以保证电磁场强度稳定，加磁排序质量 稳定；还要求激石兹电路频f^通断，以每分冲包装2箱4失4丁计，每天三班主要正反 加i兹通断近5千次，每年则上百万次，由于加磁电流高达上百安培，对电源与电 路冲击大，则要求激磁电流与开关电路有足够的柔顺性与可靠性。为解决上述问题，本发明提出恒流式无触点力口磁排钉包装方法，专门设计的 设备包括(1)采用恒流式可控硅整流电源作为直流激磁电源，其输出电流由计 算才M呈序设定，实行电流闭环控制，由于电源输出电流是与数字设定值比较反馈 实时控制可控硅导通角，因而电源在^j可情况下均按电流设定值输出恒定电流， 不受网压或负栽电阻变化的影响；同时，在加磁结束，通过计算机将电流设定值 减少到零，就可使电源输出电流衰减为零，实现零电流断开电路；(2)采用IGBT 逆变换向开关电路来作为对激磁绕组正向加磁与反向去磁的电路无触点切换开 关，逆变换向开关电路由一次逆变电路与二次逆变电路组成， 一次逆变电路采用 半桥式逆变电路，用于将上述恒流电源输出的直流电流逆变为20KHZ的中频恒 流电流，二次逆变电路采用推挽式逆变电路，用于将中频恒流逆变为通断时间可 调的正向与反向交变激一磁电流；当恒流激^兹电源输出的直流电流通过》兹逆变开关 电路时，由计算机控制其二次4m式逆变电路中两个IGBT开关管交替导通，就 可实现无触点切换激磁绕组中的电流方向；(3)采用计算^4呈序控制激磁电源的 输出电流波形与逆变换向开关电路的正反向激磁电流通断，使之与自动包装各工 序协调一致，使自动包装设备性能柔性可调。本发明的上述关键技术解决了现有电磁式自动包装设备存在的加磁电流不稳 定，不精确可调，加磁开关电路冲击大，寿命短，可靠性差等问题，是一种可靠 实用的新型铁钉加磁排序包装方法。由于采用上述措施，解决了现有技术包括进口铁钉包装设备存在着的加磁设 备发热易损、加磁线圏寿命短故障多的重大技术隐患。本发明的优点和效果如下1、 恒流式无触点激磁电源能准确控制其激磁电流值，在加>^4失芯中4失4丁量变 化、电网电压波动、加磁线圈温升变化等情况下都能保持加磁过程中的激磁电流 与磁场强度恒定，保证包M量稳定。2、 采用无触点恒流激石兹电源在加》兹结束时能自动进行去》兹处理并衰减电流至 零，实现了无触点换向与切断电路，解决了直流接触器触点容易起弧烧损、力口磁电路寿命、故障多的问题。3、 大幅度提高了铁钉包装设备的可靠性与柔性化程度，在实际生产中稳定可靠。4、 当电网电压长时间过高时，电流也保持恒定，不^fc^磁线圈产生发热老 化，影响寿命等问题。5、 自动去磁处理禾呈序可调，去磁效果好。
图1为恒流式无触点加^兹系统电鴻^原理框中1、三相桥式可控硅整流电路，2、 IGBT逆变换向开关电路，3、铁芯 绕组式加》兹才几构，4、料斗，5、三相触发电路，6、电沭uS^赍;故大电路，7、光电 才企测电路，8、计算机D/A接口模块，9、计算机I/0接口模块，10、控制面板， 11、 PLC控制器微图2为恒流式无触点激》兹电源主电鴻，原理3为恒^^t磁电源电流负反馈控制电路原理4为恒流激磁电源输出特性图中1、恒^#性曲线，2、激磁绕组负载特性曲线图5为恒流无触点加磁#4丁包装方法激磁电流波形示意中1、可控硅整流电聘^输出电流波形，2、开关管IGBT3开通时序，3、 开关管IGBT4开通时序，4、激磁电流波形图6为恒流无触点加磁排钉方法控制程序^f呈7为恒流无触点才几构结构原理中1、石兹靱，2、激磁绕组，3、电^兹铁芯具体实施方式
现结合附图详细描述本发明的最佳实施例。一种恒流式无触点加磁氺M丁包装方法及设备，主要采用恒流式可控硅整流电 源作为激磁电源，采用IGBT逆变换向电路实现激磁电流无触点换向，采用可编 禾呈控制器对、激;兹电源输出电流与换向时间i^f亍凄t控。如图l示，三相桥式可控硅全波整流电路l与电^u^馈放大电路6、三相触 发电路5及计算机D/A接口模块8组成恒流式可控硅整流电源。其中，三相桥式 可控硅整流电翻夺三相工频交流点全波整流为直流，点Id,其最重输出电流1(12采 才權与计算才咸过D/A才狭8给出的电流设定值才勤以量Us在电流反馈放大电路 6中进行比较后输出闭环控制信号Uk,此信号由三相触发电鴻传化为三相全桥可 控石緣发信号来调导可控硅导通角，最终实时控制激磁电流Id2,使之恒定为计算 机设定值。IGBT逆变换向电路2与计算机I/O模块9、光电检测电路7及可编程控制器 ll组成加磁与去磁时序控制系统。当装有铁钉的料斗4到ii^口磁机构时，光电检 测电路7发出信号Ud表明加磁排序周期开始，PLC控制器随即通过I/O接口模 块9发出正向加^^信号Ud,则IGBT逆变换向电路对加磁才W勾3输出正向力口磁 电流Id2，正向加磁电流作用时间h由控制面板10上的力口磁时间设定旋钮确定， 当加磁时间t,到时，PLC控制器就通过I/0接口才^^出逆变开关换向信号Ut2, 此Ut2开关量信号使IGBT逆变换向电路切换输出电流方向，开始对加磁机构4 输出反向去磁电流，去磁到t2时间后，PLC控制器开始来回切换IGBT逆变开关 电路输出电流方向，对装箱铁钉进行反复去磁，与此同时PLC控制器通过D/A 才狭连接减小电流设定值才對以量Uc，以不断减少激磁电流Id2,其综辑用是PLC 控制器在去磁阶段可使电流交变数次，其幅值则不断减小，对已排序装入包装箱 中的铁钉^1去磁，以取得较好的去磁效果。PLC控制器的上iiio磁与去磁的流程如图6示，其相应加磁与去磁电流波形 Id2 (t)如图5示。本发明的恒流式无触点激磁电源系统主电路组成如图2示。图中，三相降压 变压器TV可控硅SCRi、 SCR2、 SCR3，整流珪管D,、 D2,D3，滤波电抗器Lp 续流^L管D4等器件組成恒流三相桥式可控硅整流电路，开关管IGBTV IGBT2，换向电容器d、 C2以及中频变压器T2的一次绕组等器件组成板桥式一次逆变电路；整流^^4及管Ds、 D6、 D7、 D8与中频变压器T2的二次绕组等器件组成板桥式 二次逆变电路。恒流式无触点激^兹电源系统主电路的工作原理如下三相380v工频交流电经三相降压变压器Tj变为3目lOOv工频交流电后，由三相半控桥式可控硅整流器SCRl 2, 3与Dl 2, 3进行全波整流，经电抗器L滤波后向IGBT逆变换向电，出直流电流I山；逆变换向电路的一次逆变电路通过开关管IGBTt与IGBT2交替导通和关断， 在中频变压器丁2的一次绕组产生20KHz的中频交流电；中频变压器T2的二次绕组有中间抽头O，当二次逆变电路的IGBT3开关管导 通而IGBT4关断，T2二次绕组的中频交流电经绕组l端，二玟管D5换向电感L2， 开关管IGBT3，加磁机构的激磁绕组R，回至绕组中间抽头O端构成中频交流电 正半波整流回路；中频交流电负半波时的整流回路则为丁2二次绕组2端一一整流 管D6——电感L2—~r开关管IGBT3——激磁绕组R——T2二次绕组中间抽头O 端；贝"，当开关管IGBT3导通时，逆变换向电5^T出正向加磁电流Id2;同理，当IGBT4导通，而IGB丁3关断时，逆变换向电路经D7、 Dg与IGBT4 向激磁绕组R输出反向去磁电流。恒流无触点激磁电源系统的电流负反馈控制电路原理见图3。图中，Ut为电 流霍尔传感器，U2、 U3、 U4为运算放大器，Us为三相触发电路，此电流负反馈电 路的恒流控制原理如下激磁电流Id2通过电流传感器Ui时产生电流传感信号电 压Ui,此电压信号经过U2同相放大后与PLC控制器D/A才狭发出的电流设定值 才勤以量信号电压Us在U3单元进行比较，其产生的电流负反馈信号经U4单元反向 积分放大为三相触发电路Us的控制信号电压Uk。当激磁电流Id2高于PLC控制器设定值时，其电流传感信号Ui经U2放M大于电流设定值信号Us,负反馈放 大电路U3输出正电压，经U4单元反向积分放大使控制信号Uk下降，三相触发电路Us产生的触发脉冲相位右移，则三相可控^L件导通角减小，激磁电源输出电 流Id2随之减小，此电流负反馈过程一直进行到激磁电源输出电流Id2恒定等于设 定值。同理，当ld2值变小时，电流负反馈电路U3输出负电压，经U4反向积分放 大后，使控制电压Uk增加，可控硅导通角增加，激磁电源输出电流1(12增加，直至恒定为设定值。由此，本发明的恒流无触点激磁电源系统获得恒流输出特性，如图4示，图中，曲线1为电源的恒沪u^T出伏安特性，曲线2为力口磁才赠激磁绕 组(见图7)的电阻性负载特性曲线，二者交点为稳定工作点，则在电流设定值 U—定时，电源输出电流1(12恒定，只有调节U值才能改变Id2值。
权利要求
1. 一种恒流式无触点加磁排钉包装方法，它包括采用恒流式无触点激磁电源，使铁钉在恒定电磁场中排序；在排钉结束时此电源平滑衰减电流，实现在零电流条件下切断加磁电路；此方法并采用逆变换向开关技术，实现无触点切换激磁电流方向，控制加磁与去磁全过程。
2、 一种^JU权利要求1所述的方法的设备，它包括(1) 釆用恒流式可控硅整流电源作为直流激磁电源，其输出电流由计算机 程序设定，实行电流闭环控制，由于电源输出电流是与数字设定值比4汰 馈实时控制可控硅导通角，因而电源在^f可情况下均按电流设定值输出恒 定电流，不受网压或负载电阻变化的影响；同时，在加磁结束，通过计算 才W寻电流设定值减少到零，就可使电源输出电流滚减为零，实现零电流断 开电路；(2) 采用IGBT逆变换向开关电路来作为对激磁绕组正向加磁与反向去磁 的电路无触点切换开关，逆变换向开关电路由一次逆变电路与二次逆变电 路组成， 一次逆变电路采用半桥式逆变电路，用于将上述恒流电源输出的 直流电流逆变为20KHZ的中频恒流电流，二次逆变电路釆用推挽式逆变 电路，用于将中频恒流逆变为通断时间可调的正向与反向交变激i兹电流； 当恒流激》兹电源输出的直流电流通过;兹逆变开关电路时，由计算才几控制其 二次推恍式逆变电路中两个IGBT开关管交替导通，就可实现无触点切换 激磁绕组中的电流方向；(3 ) 采用计算机程序控制激磁电源的输出电流波形与逆变换向开关电路的 正反向激磁电流通断，使之与自动包装各工序协调一致，使自动包装设备 性能柔性可调。
全文摘要
一种恒流式无触点加磁排钉包装方法及设备，它包括采用恒流式无触点激磁电源，使铁钉在恒定电磁场中排序；在排钉结束时此电源平滑衰减电流，实现在零电流条件下切断加磁电路；此方法并采用逆变换向开关技术，实现无触点切换激磁电流方向，控制加磁与去磁全过程。本发明提出的恒流式无触点加磁排钉包装新方法可保持加磁电流及磁场恒定不受电网电压波动及加磁线圈温升等因素影响，并能根据磁场实测值闭环调节磁场电流，优化控制加磁效果。恒流式加磁方法还可实现平滑衰减加磁电流，使加磁电路在零电流条件下开断，提高设备的稳定性与可靠性。
文档编号B65B35/56GK101274674SQ20071008666
公开日2008年10月1日 申请日期2007年3月29日 优先权日2007年3月29日
发明者俞建荣, 张甲英, 焦向东, 蒋力培 申请人:北京石油化工学院