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0. 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平也逐漸提高，同時對包裝質(zhì)量以及食品安全等要求越來越高。目前國外對于包裝機的主要研究方向是提高包裝精度、提高包裝機智能控制以及包裝功能多樣化。三伺服枕式包裝機中的三個伺服電機分別驅(qū)動送料，送膜和橫封橫切軸。送料機構主要有傳送鏈輪（帶撥叉）、成型器、縱封器及撫平壓合裝置組成。傳動鏈輪由送料軸伺服電機直接驅(qū)動，正常運轉(zhuǎn)下伺服電機輸出的速度值在某一時刻保持恒定。驅(qū)動輥（主動軸）由送膜軸伺服電機直接驅(qū)動，而卷盤膜軸（被動軸） 的轉(zhuǎn)動力矩來自驅(qū)動輥的恒速牽引。橫封橫切機構功能包括兩個方面：橫封與橫切。物料前進過程中橫向封裝的同時進行橫切作業(yè)，連續(xù)包裝筒袋在色標點或定長處被切割成獨立的包裝成品。在高速連續(xù)包裝過程中，需要實現(xiàn)多個傳感器信息采集、三個伺服電機同步控制以及電子凸輪的柔性控制。為了實現(xiàn)三伺服枕式包裝機的智能化控制，本文將 DSP 與觸摸屏相結(jié)合，設計了一款控制系統(tǒng)。

1. 三伺服枕式包裝機
2. 1. 包裝機結(jié)構

三伺服枕式包裝機結(jié)構所示，其主要由送膜、送料以及橫封橫切三部分構成。根據(jù)不同的包裝工藝要求，在導向輥處安裝有色標傳感器，通過色標傳感器完成袋膜追蹤控制。伺服電機完成驅(qū)動軸的動力傳輸，驅(qū)動輥通過恒速牽引完成卷盤膜軸的轉(zhuǎn)動。送料機構主要由物料撥叉裝置、料位檢測傳感器、成型器、縱封裝置組成。撥叉安裝在鏈帶上， 由送料伺服電機進行驅(qū)動，撥叉裝置將傳送過來的物料連續(xù)的傳送到成型的袋膜中?？v封裝置主要完成食品包裝袋體的縱封工藝，縱封機構采用彈簧壓合的方法將包裝膜下邊緣進行傳送到縱封輪內(nèi)部。在縱封輪內(nèi)部安裝有熱電偶傳感器和加熱器，通過熱電偶傳感器完成溫度值采集，加熱器根據(jù)設定目標溫度以及溫度反饋值完成熱封溫度精確控制。橫封機構主要完成食品包裝袋膜的熱封和切割，橫封裝置根據(jù)色標或定長處完成包裝袋體的切割。

1. 2. 包裝工藝流程

三伺服枕式包裝機工藝流程所示，主要流程包括包裝物料和包裝膜輸送、袋膜成型、縱封、橫封。包裝袋膜經(jīng)過主動輥、壓緊輥以及導向輥，傳送到成型器，經(jīng)過成型器卷曲成筒狀，鏈條帶動撥叉將物料傳送帶已成型的筒狀包裝膜內(nèi)， 同時縱封裝置將袋膜進行縱向熱封，經(jīng)過撫平裝置處理后，經(jīng)過橫封和切斷機構，將包裝袋體切斷成獨立的成品，再輸送到計數(shù)傳感器處，由計數(shù)傳感器完成包裝袋數(shù)的統(tǒng)計。

2. 硬件系統(tǒng)設計

隨著計算機技術的發(fā)展以及自動控制技術的進步，運動控制得到了快速發(fā)展。根據(jù)包裝工藝流程，三伺服枕式包裝機主要完成三軸同步運動控制，為了提高系統(tǒng)的性價比，本文采用觸摸屏和DSP 相結(jié)合的運動控制方式，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構所示。觸摸屏實現(xiàn)與 DSP 數(shù)據(jù)傳輸，通過觸摸屏完成包裝參數(shù)的設置。DSP 控制器、觸摸屏、溫度采集模塊、IO 信號采集板以及伺服驅(qū)動系統(tǒng)等構成了三伺服枕式包裝機的一個完整的控制系統(tǒng)。

1. 1. 觸摸屏

觸摸屏主要作用是實現(xiàn)參數(shù)設置、數(shù)據(jù)顯示、報警信息展示、設備調(diào)試命令發(fā)出等。通過觸摸屏可以很好地監(jiān)控包裝機的運行狀態(tài)，并對包裝機的 I/O 點進行直觀顯示。通常情況下包裝機運行環(huán)境較為惡劣，為了保證包裝機高效可靠運行， 同時兼顧包裝機的控制系統(tǒng)的成本，觸摸屏選用威綸 Eview MT4300，該款觸摸屏擁有多個通訊串口，200 MHz 的 32 位 RISC 的高效處理速度，C 語言靈活編程等優(yōu)點。該款觸摸屏可靠性高、穩(wěn)定性好，完全能夠滿足包裝機的各項設計要求。

1. 2. DSP

DSP 為包裝機控制系統(tǒng)的控制核心，主要實現(xiàn)對三伺服系統(tǒng)的同步控制，以及外部傳感器信號采集等。DSP 可以獲得觸摸屏設置的參數(shù)，并通過運動控制指令獲得伺服電機的脈沖數(shù)量和脈沖頻率，將脈沖參數(shù)傳送到各軸的伺服驅(qū)動中，從而實現(xiàn)三伺服枕式包裝機的協(xié)調(diào)控制。由色標傳感器以及編碼器完成反饋，進而實現(xiàn)包裝機的閉環(huán)自動控制。

本文設計的包裝機控制系統(tǒng)采用 DSP 進行多軸同步運動控制，嵌入式多軸同步控制器芯片采用 Motorola DSP56F807。該款芯片處理速度能夠達到 40 兆條指令 /s，該款處理器是擁有可編程的 16 位數(shù)字信號處理器，并提供了豐富的 I/O 接口。