1背景

傳統(tǒng)的自動(dòng)包裝機(jī)多采用機(jī)械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現(xiàn)了光電控制、氣動(dòng)控制等控制形式。但是，隨著食品加工工藝的日益提高，對(duì)包裝參數(shù)的要求不斷增多，原有的控制系統(tǒng)已難以滿足發(fā)展的需要，應(yīng)采用新的技術(shù)改變食品包裝機(jī)的面貌。

2電子凸輪定義及優(yōu)點(diǎn)

2.1機(jī)械凸輪

傳統(tǒng)枕式包裝機(jī)為了實(shí)現(xiàn)橫封刀軸與膜軸的同步切膜運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)大部分通過機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)；凸輪機(jī)構(gòu)能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為預(yù)期的間歇直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)等。但是凸輪機(jī)構(gòu)在包裝機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中也存在著很多局限性[1]:

（1）機(jī)械凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)屬于高副的點(diǎn)、線接觸，存在較大的接觸應(yīng)力，不能傳遞較大的功率；同時(shí)由于機(jī)械凸輪在工作過程中是高速運(yùn)行，因此凸輪磨損快，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)使接觸運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)失真，因而不能用在那些有較高的重復(fù)精度要求的場(chǎng)合。

（2）一個(gè)機(jī)械凸輪系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)一種設(shè)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,其輸出運(yùn)動(dòng)缺乏柔性,當(dāng)需要從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律改變時(shí),凸輪的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝等就需要重新調(diào)整或徹底更換。

（3）機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)機(jī)械安裝人員的要求高，生產(chǎn)成本高，維修調(diào)試不方便。

（4）凸輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)過程中存在較大噪音。

2.2電子凸輪

隨著科技進(jìn)步和數(shù)字伺服技術(shù)的出現(xiàn)，在傳動(dòng)及控制系統(tǒng)中我們可以利用電子凸輪代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械凸輪實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。電子凸輪是以伺服運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合先進(jìn)的微處理器，通過數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬機(jī)械凸輪的功能[2]。

（1）電子凸輪系統(tǒng)不存在機(jī)械凸輪系統(tǒng)中的慣性應(yīng)力、彈性變形、剛性沖擊力等各種機(jī)械接觸破壞，故響應(yīng)速度快，因此更能適合高速運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)場(chǎng)合。

（2）電子凸輪系統(tǒng)不存在磨損,凸輪傳動(dòng)曲線形狀只要設(shè)計(jì)完成就不會(huì)改變,因而從動(dòng)件重復(fù)實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)的精度更高、穩(wěn)定性更好。

（3）可以方便的更改運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)曲線，通過更改相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)曲線，大大降低生產(chǎn)安裝更換成本。

（4）傳動(dòng)平穩(wěn)，機(jī)械振動(dòng)小，噪音低，使用壽命更長(zhǎng)。

3電子凸輪技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

本文實(shí)現(xiàn)電子凸輪的通用運(yùn)動(dòng)控制器使用MotorolaDSP（DigitalSingalProcessing數(shù)字信號(hào)處理）的是56F807芯片為處理器，通過此芯片協(xié)調(diào)伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)電子凸輪的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；此DSP芯片在80MHz時(shí)鐘頻率下，每秒可處理40×106條指令，同時(shí)有定時(shí)器模塊、相位檢測(cè)模塊、PWM輸出、AD采集等功能模塊，并具有豐富的外圍接口，足夠滿足電子凸輪的各種曲線需求[3]。

3.1電子凸輪的DSP控制

本文的電子凸輪是通過DSP的相位檢測(cè)模塊不斷讀取主軸伺服電機(jī)的位置和速度，根據(jù)主軸位置和速度計(jì)算出從軸相對(duì)應(yīng)的速度和位置實(shí)現(xiàn)主從軸凸輪曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系。伺服電機(jī)的功能是將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移，即給1個(gè)電脈沖信號(hào)，電機(jī)將轉(zhuǎn)過1個(gè)固定的角度(可通過設(shè)置伺服電機(jī)軸分辨率來實(shí)現(xiàn)固定角度)。由于伺服電機(jī)的角位移與輸入脈沖成比例，調(diào)整DSP發(fā)出的電脈沖頻率，就可以對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行調(diào)速[4]。

3.2電子凸輪的實(shí)現(xiàn)步驟[5]

（1）確定主從軸的速度曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（2）將一個(gè)周期內(nèi)從動(dòng)軸的位移分段，根據(jù)主從軸速度曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系確定每段

位移內(nèi)從軸的速度。

（3）將每段位移量轉(zhuǎn)化為伺服電機(jī)的脈沖數(shù)。

（4）根據(jù)從軸的速度要求計(jì)算出DSP所需要的電脈沖頻率。

（5）將上面計(jì)算得到的電脈沖頻率作為DSP的PWM模塊的模值輸出即可控制伺服

電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電子凸輪功能。

4電子凸輪在三伺服枕式包裝機(jī)中的應(yīng)用

4.1自動(dòng)包裝機(jī)及其工作原理

自動(dòng)包裝機(jī)[6]是指將具有熱塑特性的塑料復(fù)合膜經(jīng)加熱軟化制成包裝容器，在一臺(tái)設(shè)備上自動(dòng)完成制袋成型、填充物料、封合剪切等全過程的自動(dòng)包裝設(shè)備。新型三伺服自動(dòng)包裝機(jī)由自動(dòng)接膜裝置、物料輸送機(jī)構(gòu)、制袋成型器、牽引輥輪、縱封輥輪、橫封切斷裝置和卸料傳送裝置等組成。如圖1所示為新型三伺服枕式包裝機(jī)工作原理圖。

圖1三伺服自動(dòng)包裝機(jī)工作原理

從圖中看到，三伺服自動(dòng)包裝機(jī)的橫封切斷輥刀、包裝膜軸和卸料傳送帶、送料撥叉軸分別由單獨(dú)的伺服電機(jī)作為動(dòng)力，集自動(dòng)送料、包裝物品、封口、切斷于一體，是一種高效率的連續(xù)式的包裝機(jī)，廣泛應(yīng)用于食品、肥皂、藥品等產(chǎn)品的自動(dòng)包裝上。其包裝材料為復(fù)合材料，采用卷筒薄膜供料，由牽引輥輪經(jīng)導(dǎo)向輥進(jìn)入制袋成型器，由于受成型器的作用，薄膜自然形成卷包的形式；同時(shí)待包裝物品由供料鏈撥叉推動(dòng)至薄膜卷包的空間，卷包的薄膜在牽引輥輪的作用下向前運(yùn)行并被縱封輥輪實(shí)施縱封熱融封合，薄膜在最后由橫封輥刀封合切斷，形成一個(gè)包裝成品，由卸料傳送帶輸出。新型三伺服自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于三軸的位置及速度同步補(bǔ)償以及凸輪運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)[4]。該機(jī)橫封切斷輥刀、包裝膜軸和卸料傳送帶、送料撥叉軸分別由單獨(dú)的伺服電機(jī)作為動(dòng)力該機(jī)集自動(dòng)送料、包裝物品、封口、切斷于一體，是一種高效率的連續(xù)式的包裝機(jī)。其控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于三軸的位置及速度同步以及凸輪運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。位置同步是：橫封的切割點(diǎn)必須在塑料膜的色標(biāo)點(diǎn)內(nèi)，且保證橫封不能切到物料；速度同步：是橫封刀切割時(shí)的速度與此時(shí)塑料膜的速度以及物料速度要相等；凸輪運(yùn)動(dòng)是：由于包裝的袋長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)是可變的，橫封刀旋轉(zhuǎn)1周所經(jīng)過的距離一般不等于袋長(zhǎng)，這就要求橫封在一定時(shí)間內(nèi)要完成由同步速度到變速再到同步速度的凸輪運(yùn)動(dòng)過程[5]。

5結(jié)束語(yǔ)

本文使包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，傳動(dòng)部分直接鏈條或同步帶傳動(dòng)，省

去了機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)，減輕機(jī)器的重量，減小機(jī)裝部分，并且操作更方便，用戶只需設(shè)定袋長(zhǎng)、切斷偏移位置和停刀角度就可以起動(dòng)調(diào)速運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]尤慧芳，ModBusRTU單片機(jī)通信程序編寫方法，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009（12）：86-87

[2]張閣,鄒蕙君,姚燕安,郭為忠.電子凸輪的概念與設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2000年增刊89-91.

[3]（RogerS.Pressman，SoftwareEngineering，APractitioner’sApproach，F(xiàn)ifthEdition，NewYork：

McGraw-HillCompanies，2002。17-20

[4]于鐳,常軍,黃存柱.基于DSP的自動(dòng)裝機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[J].微型計(jì)算機(jī)與應(yīng)用,2010,(1).

[5]衛(wèi)光，郭坤.三伺服枕式包裝機(jī)電子凸輪控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].包裝與食品機(jī)械，2012.

[6]張聰.自動(dòng)化食品包裝機(jī)[M].廣州：廣東科技出版社，2006：21～23.