一种BFS生产线废料自动回收、防堵输送及双仓切换称重装袋系统与方法与流程

本发明属于吹灌封（blow-fill-seal，bfs）设备边角废料回收处理，具体涉及一种针对bfs切边机产生的高温、蓬松、轻质塑料废料进行在线自动收集、强制辅助进料、隔音密闭化破碎、基于多参数融合感知的智能变频负压输送、双集料仓高料位自动切换、在线计量称重及定值装袋的全自动系统及其控制方法。

背景技术：

1、吹灌封（bfs）技术广泛应用于无菌制药、口服液、滴眼液等包装领域。在生产过程中，模具切边工位会产生大量塑料边角废料（如pp、pe、pet等材质），呈薄片状、蓬松且带有一定温度。传统回收方式存在以下技术缺陷：

2、第一，人工依赖度高，效率低。需多名操作工定时将废料从生产线转移至粉碎间，人工喂料、人工换袋，劳动强度大，且与洁净区管理存在冲突。

3、第二，输送易堵塞。轻质、不规则的废料在气力输送中极易在弯头、吸头处堵塞，导致生产线被迫停机清理，影响正常生产节拍。

4、第三，多线共用后处理系统时缺乏协调。两条及以上bfs线共用一套破碎、输送设备时，无法有效分时控制，常出现同时给料导致输送管路过载、堵塞。现有的分时切换方案采用固定时间参数循环切换，未考虑各线路实际产废量差异，导致产废量大的线路物料积压而产废量小的线路空转浪费。

5、第四，装袋计量流程割裂。废料收集后需转运至地磅二次称重，无法实现装袋过程中的在线动态计量与批次记录，也容易出现超装或少装。

6、第五，无法实现连续生产。单集料仓结构下，一旦仓满必须停机换袋，无法实现连续作业模式。

7、第六，进料与噪音问题突出。蓬松废料进入破碎机窄小入口时极易架桥、堵塞，需人工捅料，存在安全隐患；同时，破碎机运行时噪音普遍超过85db，对洁净区及周边环境造成严重噪音污染。

8、第七，输送系统缺乏智能化自适应调节能力。现有的负压输送防堵方案主要分为两类：一类是基于管道压力或流量的单参数反馈控制，通过pid算法调节风机转速或螺旋输送机转速；另一类是在管道沿程设置多个压力检测点，当检测到堵塞后打开助吹阀进行事后疏通。前者的问题在于单一参数反馈的信息维度不足，无法区分“物料浓度正常升高”与“堵塞前兆”，容易造成误判或漏判；后者属于“事后补救”而非“事前预防”，堵塞已经发生后再疏通，不仅造成停机损失，而且反复的高压冲击也加速管道和设备磨损。

9、第八，输送系统与上游破碎设备之间缺乏信息联动。现有输送系统的调节均为基于管道自身工况的“后反馈”型控制，无法预知上游破碎机即将排出的物料量变化，始终处于被动响应状态，难以实现“物料未到、输送先调”的超前控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种bfs生产线废料自动回收系统及方法，实现从废料产生到装袋全流程的自动化，并通过多参数融合的智能堵塞预判机制、基于破碎机负荷的前馈联动预调节以及基于累计产废量的动态分时调度策略，从根本上解决轻质、不规则塑料废料在负压输送过程中的堵塞问题，同时实现多线协调、连续作业和在线精确计量。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种bfs生产线废料自动回收、防堵输送及双仓切换称重装袋系统，包括：

4、废料收集破碎子系统，包括至少两条独立的废料收集破碎单元，每条单元包含接料输送机和破碎机，所述接料输送机与bfs生产线的切边机出口对接；

5、负压集中输送子系统，包括输送管道、管道切换阀、负压产生装置及其变频驱动器；

6、双集料仓子系统，包括两台并联设置的负压集料仓，每台集料仓设有料位检测装置和出料阀；

7、装袋称重子系统，包括包装容器夹持装置、称重装置及气动放料阀；

8、多参数感知与智能控制子系统，包括控制器、安装于输送管道上的压力传感器、所述负压产生装置的电机电流检测装置、安装于负压产生装置出口的温度传感器，以及安装于各破碎机驱动电机上的电流/功率检测装置；

9、其中，所述多参数感知与智能控制子系统被配置为：

10、同时采集输送管道内的负压值p、负压变化率dp/dt、负压产生装置的电机电流值i以及负压产生装置出口气体温度t；

11、基于所述负压值p、负压变化率dp/dt、电机电流值i和出口气体温度t，按照预设的加权评分规则或模糊逻辑规则，计算生成堵塞风险指数；

12、当所述堵塞风险指数超过预设警戒阈值时，即使单一参数尚未触发其对应阈值，所述控制器也执行防堵干预动作，所述防堵干预动作包括提升变频驱动器输出频率和/或缩短当前输送线路的输送时长。

13、优选的，所述多参数感知与智能控制子系统还被配置为：实时采集各破碎机驱动电机的电流值或功率值，当所述电流值或功率值高于预设的负荷阈值时，预判该破碎单元即将产生较大物料量，并在当前输送周期内提前提升变频驱动器输出频率，以增大输送管道内的负压储备；当所述电流值或功率值低于预设的空载阈值时，降低变频驱动器输出频率以节能。

14、优选的，所述多参数感知与智能控制子系统还被配置为：根据各破碎机在设定统计周期内的电流积分值，动态调整各废料收集破碎单元的输送时间分配比例，使累计产废量较大的线路获得较长的输送时间窗口；并在每个输送周期结束后，根据实际输送量与预期值的偏差对下一周期的时间分配比例进行修正。

15、优选的，所述接料输送机的末端、破碎机的入料口上方设置有压辊机构，所述压辊机构包括由弹簧加压装置施加恒定下压力的主动压辊和从动光辊，所述主动压辊由变频调速电机驱动，用于将输送带上的蓬松废料强制压平并导入破碎机入口。

16、优选的，所述破碎机整体安装于密闭隔音罩内，所述隔音罩为多层复合结构，从内到外依次为微孔吸音板层、中空隔音层和金属外板层；所述隔音罩上设有带磁吸密封条的隔音检修门和双层隔音玻璃视窗；所述隔音罩内部设有强制排风机以实现破碎机电机散热，底部设有减振垫；所述破碎机及与其连接的控制元件的防护等级不低于ip54。

17、优选的，所述压力传感器安装于输送管道靠近负压集料仓入口处，所述压力传感器的前端管路上设有金属编织烧结滤网，用于防止粉尘堵塞传感器气孔；

18、所述控制器内设有压力变化率监测模块，所述控制器实时计算输送管道负压变化率dp/dt，当dp/dt的绝对值超过预设的变化率阈值时，所述控制器提前升高变频驱动器的输出频率执行预测性防堵干预；

19、所述控制器对所述负压值p采用增量式pid算法进行闭环调节，采样周期为300-800ms。

20、优选的，所述负压产生装置为两台旋涡气泵，一用一备，每台旋涡气泵各配备独立的变频驱动器；所述控制器设有故障切换逻辑：当主泵对应的变频驱动器报故障、或所述负压值p持续低于设定负压阈值超过设定时间时，自动停止主泵并启动备用泵，同时发出声光报警。

21、优选的，所述两台负压集料仓中每台均设有高料位计；当任一集料仓物料到达高料位时，所述控制器自动关闭该仓进料阀并开启另一仓进料阀，同时输出声光放料提醒信号，实现输送过程的不停机连续作业；

22、所述称重装置位于负压集料仓出料口下方，所述控制器实时读取称重装置信号并采用滑动平均滤波算法进行滤波；当放料累计重量达到设定值时，所述控制器自动关闭气动放料阀，并经静态稳定延时后记录最终静态重量用于批次追溯。

23、本发明还公开了一种bfs生产线废料自动回收方法，包括以下步骤：

24、步骤一、废料在线收集、强制辅助进料与破碎：bfs切边机产出的废料经接料输送机输送至破碎机入料口上方，由压辊机构对蓬松废料施加向下压力将其强制压平并导入破碎机，破碎为均匀颗粒；

25、步骤二、多参数采集：在负压输送运行过程中，控制器同时采集输送管道内的负压值p、负压变化率dp/dt、负压产生装置的电机电流值i以及负压产生装置出口气体温度t；

26、步骤三、堵塞风险融合评估：控制器将所述负压值p、负压变化率dp/dt、电机电流值i和出口气体温度t分别进行归一化处理后，按照预设的加权评分规则或模糊逻辑规则进行融合计算，生成堵塞风险指数，当所述堵塞风险指数超过警戒阈值时执行防堵干预；

27、步骤四、基于破碎机负荷的前馈预调节：控制器实时采集各破碎机驱动电机的电流值或功率值，当电流值或功率值超过负荷阈值时，预判即将有大量物料进入输送管道，提前提升负压产生装置的变频驱动器输出频率以增大负压储备；

28、步骤五、动态分时输送：控制器统计各破碎机在设定周期内的电流积分值，并据此动态调整各线路在本输送周期内的时间分配比例，通过控制管道切换阀使各破碎单元的物料依次进入输送管道；

29、步骤六、双仓自动切换：负压集料仓料位到达高位时，控制器自动切换进料至另一集料仓，同时提示放料；

30、步骤七、定值称重装袋：工人将包装容器置于称重装置上并密封连接后启动放料，控制器实时监测放料重量，达到设定值后自动关闭放料阀并记录最终重量；

31、步骤八、连续循环：更换新包装容器后重复步骤六至步骤七，换袋过程中输送系统和双仓切换保持运行。

32、优选的，所述步骤三中，堵塞风险指数的计算方法为：分别将负压值p与其设定值的偏差、负压变化率dp/dt、电机电流值i与其额定值的偏差、出口气体温度t与其基准值的偏差归一化为0-1范围内的分量值，再以预设的权重系数进行加权求和后映射为0-100分的堵塞风险指数；所述权重系数中负压变化率dp/dt和电机电流值i的权重之和大于负压值p和出口气体温度t的权重之和。

33、本发明的有益效果是：

34、第一，多参数融合的智能堵塞预判。通过同时采集管道负压、负压变化率、气泵电流和出口温度四个维度的参数，构建堵塞风险指数进行融合评估。与传统单参数反馈控制相比，能够在堵塞实际发生前、在单一参数尚未触发各自独立阈值时就识别出堵塞前兆，将防堵策略从“事后补救”升级为“事前预防”。实际运行数据表明，采用该机制后输送堵塞率显著下降。

35、第二，基于破碎机负荷的前馈联动预调节。通过实时采集破碎机电流预判即将进入管道的物料量变化，提前调整输送参数。与传统“后反馈”型控制相比，实现了“物料未到管道、输送先调”的超前控制，前馈+反馈双闭环协同工作使输送系统既具有预见性又具有精确性。

36、第三，基于累计产废量的动态分时调度。根据各线路破碎机电流积分值动态分配输送时间，并在每个周期结束时根据实际偏差修正下一周期分配。与固定时间循环切换相比，避免了产废量大的线路物料积压和产废量小的线路空转浪费，多线协调效率提升。

37、第四，全流程自动化。原需3-4人/班次，现仅需1人/班次用于换袋叉车操作，人力节省非常显著。

38、第五，连续作业不停机。双仓交替进料/放料设计，消除了传统单仓模式因停机换袋造成的每次5-10分钟生产中断，设备利用率明显提升。

39、第六，进料零堵塞与低噪音。压辊机构彻底消除破碎机入口架桥问题，无需人工捅料，操作安全性大幅提升。密闭隔音罩使操作位噪音显著降低。

40、第七，在线计量与数字化追溯。装袋即称，消除了二次地磅称重环节，称重数据可自动上传mes系统实现批次追溯。

41、第八，智能节能。低负荷时自动降低变频器频率，节电效果明显。