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0. 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平也逐漸提高，同時(shí)對(duì)包裝質(zhì)量以及食品安全等要求越來(lái)越高。目前國(guó)外對(duì)于包裝機(jī)的主要研究方向是提高包裝精度、提高包裝機(jī)智能控制以及包裝功能多樣化。三伺服枕式包裝機(jī)中的三個(gè)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)送料，送膜和橫封橫切軸。送料機(jī)構(gòu)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(dòng)鏈輪由送料軸伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)下伺服電機(jī)輸出的速度值在某一時(shí)刻保持恒定。驅(qū)動(dòng)輥（主動(dòng)軸）由送膜軸伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，而卷盤(pán)膜軸（被動(dòng)軸） 的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩來(lái)自驅(qū)動(dòng)輥的恒速牽引。橫封橫切機(jī)構(gòu)功能包括兩個(gè)方面：橫封與橫切。物料前進(jìn)過(guò)程中橫向封裝的同時(shí)進(jìn)行橫切作業(yè)，連續(xù)包裝筒袋在色標(biāo)點(diǎn)或定長(zhǎng)處被切割成獨(dú)立的包裝成品。在高速連續(xù)包裝過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器信息采集、三個(gè)伺服電機(jī)同步控制以及電子凸輪的柔性控制。為了實(shí)現(xiàn)三伺服枕式包裝機(jī)的智能化控制，本文將 DSP 與觸摸屏相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一款控制系統(tǒng)。

1. 三伺服枕式包裝機(jī)
2. 包裝機(jī)結(jié)構(gòu)

三伺服枕式包裝機(jī)，其主要由送膜、送料以及橫封橫切三部分構(gòu)成。根據(jù)不同的包裝工藝要求，在導(dǎo)向輥處安裝有色標(biāo)傳感器，通過(guò)色標(biāo)傳感器完成袋膜追蹤控制。伺服電機(jī)完成驅(qū)動(dòng)軸的動(dòng)力傳輸，驅(qū)動(dòng)輥通過(guò)恒速牽引完成卷盤(pán)膜軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

送料機(jī)構(gòu)主要由物料撥叉裝置、料位檢測(cè)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(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，撥叉裝置將傳送過(guò)來(lái)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(jī)構(gòu)采用彈簧壓合的方法將包裝膜下邊緣進(jìn)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(guò)熱電偶傳感器完成溫度值采集，加熱器根據(jù)設(shè)定目標(biāo)溫度以及溫度反饋值完成熱封溫度精確控制。橫封機(jī)構(gòu)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(biāo)或定長(zhǎng)處完成包裝袋體的切割。

包裝工藝流程

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(guò)主動(dòng)輥、壓緊輥以及導(dǎo)向輥，傳送到成型器，經(jīng)過(guò)成型器卷曲成筒狀，鏈條帶動(dòng)撥叉將物料傳送帶已成型的筒狀包裝膜內(nèi)， 同時(shí)縱封裝置將袋膜進(jìn)行縱向熱封，經(jīng)過(guò)撫平裝置處理后，經(jīng)過(guò)橫封和切斷機(jī)構(gòu)，將包裝袋體切斷成獨(dú)立的成品，再輸送到計(jì)數(shù)傳感器處，由計(jì)數(shù)傳感器完成包裝袋數(shù)的統(tǒng)計(jì)。

2. 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步，運(yùn)動(dòng)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(jī)主要完成三軸同步運(yùn)動(dòng)控制，為了提高系統(tǒng)的性價(jià)比，本文采用觸摸屏和DSP 相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)控制方式，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。觸摸屏實(shí)現(xiàn)與 DSP 數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)觸摸屏完成包裝參數(shù)的設(shè)置。DSP 控制器、觸摸屏、溫度采集模塊、IO 信號(hào)采集板以及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)成了三伺服枕式包裝機(jī)的一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。

1. 1. 觸摸屏

觸摸屏主要作用是實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警信息展示、設(shè)備調(diào)試命令發(fā)出等。通過(guò)觸摸屏可以很好地監(jiān)控包裝機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)包裝機(jī)的 I/O 點(diǎn)進(jìn)行直觀顯示。通常情況下包裝機(jī)運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，為了保證包裝機(jī)高效可靠運(yùn)行， 同時(shí)兼顧包裝機(jī)的控制系統(tǒng)的成本，觸摸屏選用威綸，該款觸摸屏擁有多個(gè)通訊串口，200 MHz 的 32 位 RISC 的高效處理速度，C 語(yǔ)言靈活編程等優(yōu)點(diǎn)。該款觸摸屏可靠性高、穩(wěn)定性好，完全能夠滿足包裝機(jī)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。

1. 2. DSP

DSP 為包裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制核心，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)三伺服系統(tǒng)的同步控制，以及外部傳感器信號(hào)采集等。DSP 可以獲得觸摸屏設(shè)置的參數(shù)，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制指令獲得伺服電機(jī)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(dòng)中，從而實(shí)現(xiàn)三伺服枕式包裝機(jī)的協(xié)調(diào)控制。由色標(biāo)傳感器以及編碼器完成反饋，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)的閉環(huán)自動(dòng)控制。

本文設(shè)計(jì)的包裝機(jī)控制系統(tǒng)采用 DSP 進(jìn)行多軸同步運(yùn)動(dòng)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(dá)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(hào)處理器，并提供了豐富的 I/O 接口。