0. 引言

隨著社會經濟的快速發展，人們生活水平也逐漸提高，同時對包裝質量以及食品安全等要求越來越高。目前國外對於包裝機的主要研究方向是提高包裝精度、提高包裝機智能控製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動，正常運轉下伺服電機輸出的速度值在某一時刻保持恒定。驅動輥（主動軸）由送膜軸伺服電機直接驅動，而卷盤膜軸（被動軸） 的轉動力矩來自驅動輥的恒速牽引。橫封橫切機構功能包括兩個方麵：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，連續包裝筒袋在色標點或定長處被切割成獨立的包裝成品。在高速連續包裝過程中，需要實現多個傳感器信息采集、三個伺服電機同步控製以及電子凸輪的柔性控製。為了實現三伺服枕式包裝機的智能化控製，本文將 DSP 與觸摸屏相結合，設計了一款控製係統。

1. 三伺服枕式包裝機
2. 包裝機結構

三伺服枕式包裝機，其主要由送膜、送料以及橫封橫切三部分構成。根據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製。伺服電機完成驅動軸的動力傳輸，驅動輥通過恒速牽引完成卷盤膜軸的轉動。

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動，撥叉裝置將傳送過來的物料連續的傳送到成型的袋膜中。縱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部。在縱封輪內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，加熱器根據設定目標溫度以及溫度反饋值完成熱封溫度精確控製。橫封機構主要完成食品包裝袋膜的熱封和切割，橫封裝置根據色標或定長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。包裝袋膜經過主動輥、壓緊輥以及導向輥，傳送到成型器，經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， 同時縱封裝置將袋膜進行縱向熱封，經過撫平裝置處理後，經過橫封和切斷機構，將包裝袋體切斷成獨立的成品，再輸送到計數傳感器處，由計數傳感器完成包裝袋數的統計。

2. 硬件係統設計

隨著計算機技術的發展以及自動控製技術的進步，運動控製得到了快速發展。根據包裝工藝流程，三伺服枕式包裝機主要完成三軸同步運動控製，為了提高係統的性價比，本文采用觸摸屏和DSP 相結合的運動控製方式，控製係統硬件結構如圖 3 所示。觸摸屏實現與 DSP 數據傳輸，通過觸摸屏完成包裝參數的設置。DSP 控製器、觸摸屏、溫度采集模塊、IO 信號采集板以及伺服驅動係統等構成了三伺服枕式包裝機的一個完整的控製係統。

1. 1. 觸摸屏

觸摸屏主要作用是實現參數設置、數據顯示、報警信息展示、設備調試命令發出等。通過觸摸屏可以很好地監控包裝機的運行狀態，並對包裝機的 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製係統的成本，觸摸屏選用威綸，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 語言靈活編程等優點。該款觸摸屏可靠性高、穩定性好，完全能夠滿足包裝機的各項設計要求。

1. 2. DSP

DSP 為包裝機控製係統的控製核心，主要實現對三伺服係統的同步控製，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，並通過運動控製指令獲得伺服電機的脈衝數量和脈衝頻率，將脈衝參數傳送到各軸的伺服驅動中，從而實現三伺服枕式包裝機的協調控製。由色標傳感器以及編碼器完成反饋，進而實現包裝機的閉環自動控製。

本文設計的包裝機控製係統采用 DSP 進行多軸同步運動控製，嵌入式多軸同步控製器芯片采用 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 位數字信號處理器，並提供了豐富的 I/O 接口。