具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

如图1～5所示，本发明的智能充绒机采用竖立封闭式箱体结构，从上到下分为依次连接的三个部分：上储绒箱2、下储绒箱3和称重箱4。上储绒箱2用于储存大量羽绒，下储绒箱3用于羽绒的除杂等准备工序。

上储绒箱2内设有搅拌装置20，主要由搅拌电机构成，联轴器安装在搅拌电机的输出轴上，搅拌齿21安装在搅拌轴22上，主要为了防止羽绒大量堆积造成管道阻塞等，对后续生产过程产生影响，且搅拌齿21为无棱角柱状(如U型、圆柱形)，避免损伤羽绒。透明亚克力视窗8(透明的亚克力板)安装在箱体1上，方便生产人员观察箱体内部情况。上储绒箱2右侧有上绒电机15和换绒电机，通过上绒电机将外部羽绒从进料口10吸入上储绒箱2内，实现人绒分离，实现对传统充绒房以及传统手工充绒方式的现代化、无尘环保改造，促进生产升级。

下储绒箱3用来存放少量羽绒原料并进行除杂，羽绒原料中可能会含有少量金属或其他杂质，在下储绒箱3周围安装磁铁，由于搅拌装置20分时搅拌，下储绒箱3中羽绒蓬松，金属及其他物质分别受磁铁与重力影响同羽绒分离，分离后的杂质附着在下储绒箱3表面，然后人工将杂质清楚，达到除杂效果。为了提升下储绒箱3中羽绒蓬松的效果，可以在下储绒箱3中加设搅拌器33。

称重是充绒机工作的核心，称重容器5内置在称重箱4中，由透明的亚克力板或者有机玻璃组成。称重容器5分为依次相连的上部52、中部54和下部55三部分，上部52为正方体或长方体形状，其四周及顶部配有纱网53，只能通过空气，防止羽绒飞溅出去，中部54为从上而下逐渐变窄的四棱台结构，下部55为长方体形状并设有出口56。称重容器5的上部设有进绒口51，进绒口51与下储绒箱3通过透明橡胶管道连通，将羽绒输送进来，因重力因素羽绒汇集在称重容器5的腔体下方。称重容器5下部的出口56与出绒管道相连，通过箱体1上的出绒口12将羽绒输送至待充物体中。

称重容器5固定在托盘57上，托盘57下方安装有称重传感器6，由于本发明最重称重羽绒在100g以内，称重精度要求达到0.1g，根据相关参数和比较，选用广州南创电子科技有限公司NC308C6MR/600g型称重传感器，该型号传感器采用悬臂梁安装方式，它的上半部分固定在称重容器的下方正方体托盘表面，下端固定在称重箱底部的防震支架上，可以避免工作过程中的箱体晃动导致称重容器与箱体接触的可能，安装维护也比较方便。箱体1上开设有门板11，打开门板11即可对称重容器5和称重传感器6进行维护。

本发明的智能充绒机采用气动装置作为执行机构，主要有气源装置和执行元件等组成，起羽绒物料运输作用，将下储绒箱里的羽绒输送到称重容器内，保证工作环节正常进行。工作时通过空气放大器产生负压，使羽绒通过管道送到设备各部分，由PLC控制中间继电器驱动电磁阀的开闭，控制气路的通和断，气缸的伸出和缩回，进绒和出绒等动作，完成设定的生产控制动作流程。

在执行机构中气源装置由空气压缩机、空气净化器、除油器、储气罐和空气干燥器等五大部分组合而成，用于提供符合要求的压缩空气。其中空气压缩机选用奥突斯空压机OTS-3×550W-65L型。

智能充绒机的执行元件主要有控制元件和气动辅件组成，控制元件采用电磁阀执行逻辑控制动作，实现气体的方向、压力工作需要。气动辅件，如消音器、接头以及连接导气管等，和控制元件有机的构成执行部件，工作中实现控制动作要求。

箱体1内设有控制箱，控制箱内安装有PLC控制器、称重模块、电机驱动器、继电器和电磁阀等控制单元。箱体1表面安装有触摸屏9，设有电源开关和启动与停止按钮等，箱体1侧面安装有上绒电机和换绒电机，方便人工上绒和换绒。

智能充绒机的上储绒箱和下储绒箱的安装采用焊接方法，缝隙之间密封处理，防止漏绒造成资源的浪费。上储绒箱和上绒电机、下储绒箱和称重容器、出口56和出绒口12之间采用透明橡胶管道连接，保证在加绒过程中设备不会对羽绒造成损坏和输送通道的通畅，透明橡胶管道使生产人员能及时的发现生产中羽绒堵塞故障。为了避免损坏羽绒和使用方便，输送管道全部采用软管，和设备连接时，用套圈拧紧，防止漏绒。在安装称重传感器时要特别注意，称重传感器不能受到挤压，否则传感器极易损坏。称重箱尽量安装在水平面上，以免对称重精度产生影响。

箱体1上设有触摸屏9，当智能充绒机启动后，上绒电机15工作，将储绒袋中羽绒上绒至上储绒箱2。上储绒箱内设置有搅拌装置，防止加入过量羽绒产生堆积，上储绒箱和下储绒箱通过下绒门板7相连，由安装在下储绒箱侧面的上限位传感器控制下绒门板开启关闭，保证下储绒箱有足量的羽绒，当下储绒箱2的上限位传感器未检测到信号，则表明下储绒箱并未满料，PLC控制下绒门板7打开，上储绒箱的羽绒由于重力自然下落，当检测到下储绒箱的羽绒达到上限值，上限位传感器31发送信号，PLC控制下绒门板7关闭。上绒电机继续上料至进料限位传感器23检测至上储绒箱满绒后，停止上绒。上气嘴24、下气嘴34、搅拌装置20及搅拌器33均在上绒结束后进行吹气及搅拌，防止上储绒箱和下储绒箱中羽绒粘合不够蓬松，在上绒期间不参与工作，避免影响进绒以及传感器检测等。

为了控制充绒环节的总绒量，需要对羽绒质量进行精准控制。称重箱内安装有称重传感器控制总出绒量，下储绒箱往称重容器运送羽绒时，需要PLC控制进绒电磁阀打开，控制调节空气流速使羽绒通过进绒管道进入称重容器，达到配方设定克重后，控制进绒电磁阀关闭，称重结束。触摸屏控制界面发出相应容器达到设定克重信息，操作员踩脚踏开关出绒，出绒电磁阀工作，将相应规格重量的羽绒输绒至套有被套的分隔箱中，出绒完毕，则出绒电磁阀关闭。

羽绒在输送过程中会有少量粘合在称重容器5的器皿壁上，如果根据称重显示出绒量并未达到要求，则需要启动辅出绒气枪13，将称重容器上残留的羽绒吹掉，从出口排出，填补所缺羽绒后关闭。称重容器5在长期工作中会有羽绒粘合或其他少量杂质产生，在智能充绒机未工作时，可以启动清洁电磁阀进行清洁气枪14吹气。辅出绒气枪13口径小一点(3mm)，防止工作中影响到称重传感器；清洁吹气是在工作结束后，清理内壁用的，不用考虑称重精度，所以清洁气枪14口径大一点(6mm)；气枪上有节流阀，随时可以调节气流大小。

根据智能充绒机的机械结构组成、生产工艺、自动充绒生产过程中所要执行的功能流程，以及企业多台机联合网络化监控生产要求，其控制硬件设计结构框图如图6所示。

根据智能充绒机工作原理，其系统控制所需的输入输出信号，参见表3-1所示，总计输入有15点(预留五个)、输出有25点(预留五个)，称重传感器四个即需要四通道称重模块。

表3-1地址分配表

根据控制系统的输入输出分配、控制要求和外部设备特性等，估算控制器所需存储器容量，并结合客户现场环境和组装要求等，本发明的智能充绒机的控制系统采用有较高性价比的PLC控制器及附属功能控制模块来搭建硬件控制系统。硬件设计中系统信号全部使用控制总线连接，上位机通讯支持MODBUS_TCP协议，因此本体PLC还需选配支持MODBUS_TCP协议的网口转发模块，结合系统性能与经济综合考虑、系统的实时性与数据点数要求，最终控制系统选用信捷XD3-60 PLC，其输入输出口可以很好的满足控制要求，称重扩展模块选用XD-E4WT-C。

根据客户成本以及生产中的操作性要求，智能充绒机系统工作中有大量配方数据处理，综合考虑选用昆仑通态公司生产的TPC 1570GI型号触摸屏，该型屏幕15.6英寸，性能强大，可以满足系统需要。同时，配备VNC软件，可实现网络化远程控制功能。

在控制设备选型后，根据输入输出分配表3-1，对智能充绒机控制硬件进行安装接线，智能充绒机的硬件接线，其原理图参见图7所示。

智能充绒机在工作过程中，通过PLC控制搅拌、加绒、定量称重和气路的通与闭等工作过程。设备开始运行前，首先由人工判断上储绒箱羽绒容量，如果容量不足，则向储绒箱加绒，达到设定时间后，自动停止上绒，以防止羽绒过多造成堵塞。上储绒箱上绒完成后，由PLC控制下绒门板打开，将部分羽绒由上储绒箱往下储绒箱输送，进行除杂、蓬松等工作。完成后，等待下一周期循环充绒信号。

接收到充绒信号后，PLC控制进绒电磁阀打开，将处理好的羽绒运送到称重箱体，运送过程由PLC控制，由称重传感器实时反馈重量信息，形成半闭环控制结构，精准填充所需重量并发送称重完成信号。最后，接收到称重完成信号后，触摸屏给出文字提示“第*号秤，称重已完成，请踩下脚踏开关，开始放绒”踩下脚踏，开始放绒，放绒完成后，发送放绒完成信号，由主程序重新分配配方重量，循环上述流程，其控制工作总流程参见图8所示。

在图8控制工作总流程的基础上，依据智能充绒机的生产工艺要求，进行主程序控制结构流程和各个子程序控制结构流程的设计，设计的控制程序结构流程参见图9所示。

首先对PLC的软元件进行初始化操作，主要执行各类掉电保持寄存器的数值复位等，然后判断处于测试模式和运行模式，测试模式下可通过触摸屏对所有输出元件进行测试，检查是否有元件在安装过程中损坏。在运行模式下，系统开始工作，并根据控制流程调用各个子程序，完成整个生产任务后系统自动停止。

主箱体的子程序主要负责上储绒箱和下储绒箱内的搅拌电机和上下吹气，保障羽绒的蓬松度，并判断下储绒箱的羽绒是否处于设定范围内，如果超过设定下限，控制下绒门板打开，将上储绒箱的羽绒输送到下储绒箱进行除杂等工作，如果达到设定上限，则控制下绒门板关闭，其控制工作流程参见图10所示。

称重箱的子程序主要负责每个称重容器的羽绒重量控制，系统运行后，接收到配方程序发送过来的数据后开始充绒，先选用电磁阀长动方式进行预充绒，达到设定重量预充比例重量时，改换电磁阀点动方式进绒充绒，达到设定重量的允许误差值下限为止。其控制工作流程参见图11所示。

配方程序主要负责将收到的触摸屏配方里羽绒重量、充绒格数和充绒次数等数据进行分配，触摸屏传送总格数，总次数和每格重量信息，配方程序将根据当前已经充绒次数和格数，合理分配重量信息给每个充绒子程序，并保证在每次生产任务完成和设备停止运行后，所有称重容器中没有剩余羽绒。其控制工作流程参见图12所示。

充绒程序主要负责收发信号，系统工作过程中，接收来自系统发送的各种信号，实时的向主程序发送每个称重过程的当前状态，以便于主程序按照控制要求控制出绒顺序。从实际现场调试来看，充绒过程中，羽绒虽经过除杂环节的处理，任可能有杂质和粉尘，所以，每次进行充绒前，系统会自动将每个称重容器进行校零，其控制工作流程参见图13所示。

以上是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。