0. 引言

随着社会经济的快速发展，人们生活水平也逐渐提高，同时对包装质量以及食品安全等要求越来越高。目前国外对于包装机的主要研究方向是提高包装精度、提高包装机智能控制以及包装功能多样化。三伺服枕式包装机中的三个伺服电机分别驱动送料，送膜和横封横切轴。送料机构主要有传送链轮（带拨叉）、成型器、纵封器及抚平压合装置组成。传动链轮由送料轴伺服电机直接驱动，正常运转下伺服电机输出的速度值在某一时刻保持恒定。驱动辊（主动轴）由送膜轴伺服电机直接驱动，而卷盘膜轴（被动轴） 的转动力矩来自驱动辊的恒速牵引。横封横切机构功能包括两个方面：横封与横切。物料前进过程中横向封装的同时进行横切作业，连续包装筒袋在色标点或定长处被切割成独立的包装成品。在高速连续包装过程中，需要实现多个传感器信息采集、三个伺服电机同步控制以及电子凸轮的柔性控制。为了实现三伺服枕式包装机的智能化控制，本文将 DSP 与触摸屏相结合，设计了一款控制系统。

1. 三伺服枕式包装机
2. 1. 包装机结构

三伺服枕式包装机结构所示，其主要由送膜、送料以及横封横切三部分构成。根据不同的包装工艺要求，在导向辊处安装有色标传感器，通过色标传感器完成袋膜追踪控制。伺服电机完成驱动轴的动力传输，驱动辊通过恒速牵引完成卷盘膜轴的转动。送料机构主要由物料拨叉装置、料位检测传感器、成型器、纵封装置组成。拨叉安装在链带上， 由送料伺服电机进行驱动，拨叉装置将传送过来的物料连续的传送到成型的袋膜中。纵封装置主要完成食品包装袋体的纵封工艺，纵封机构采用弹簧压合的方法将包装膜下边缘进行传送到纵封轮内部。在纵封轮内部安装有热电偶传感器和加热器，通过热电偶传感器完成温度值采集，加热器根据设定目标温度以及温度反馈值完成热封温度精确控制。横封机构主要完成食品包装袋膜的热封和切割，横封装置根据色标或定长处完成包装袋体的切割。

1. 2. 包装工艺流程

三伺服枕式包装机工艺流程所示，主要流程包括包装物料和包装膜输送、袋膜成型、纵封、横封。包装袋膜经过主动辊、压紧辊以及导向辊，传送到成型器，经过成型器卷曲成筒状，链条带动拨叉将物料传送带已成型的筒状包装膜内， 同时纵封装置将袋膜进行纵向热封，经过抚平装置处理后，经过横封和切断机构，将包装袋体切断成独立的成品，再输送到计数传感器处，由计数传感器完成包装袋数的统计。

2. 硬件系统设计

随着计算机技术的发展以及自动控制技术的进步，运动控制得到了快速发展。根据包装工艺流程，三伺服枕式包装机主要完成三轴同步运动控制，为了提高系统的性价比，本文采用触摸屏和DSP 相结合的运动控制方式，控制系统硬件结构所示。触摸屏实现与 DSP 数据传输，通过触摸屏完成包装参数的设置。DSP 控制器、触摸屏、温度采集模块、IO 信号采集板以及伺服驱动系统等构成了三伺服枕式包装机的一个完整的控制系统。

1. 1. 触摸屏

触摸屏主要作用是实现参数设置、数据显示、报警信息展示、设备调试命令发出等。通过触摸屏可以很好地监控包装机的运行状态，并对包装机的 I/O 点进行直观显示。通常情况下包装机运行环境较为恶劣，为了保证包装机高效可靠运行， 同时兼顾包装机的控制系统的成本，触摸屏选用威纶 Eview MT4300，该款触摸屏拥有多个通讯串口，200 MHz 的 32 位 RISC 的高效处理速度，C 语言灵活编程等优点。该款触摸屏可靠性高、稳定性好，完全能够满足包装机的各项设计要求。

1. 2. DSP

DSP 为包装机控制系统的控制核心，主要实现对三伺服系统的同步控制，以及外部传感器信号采集等。DSP 可以获得触摸屏设置的参数，并通过运动控制指令获得伺服电机的脉冲数量和脉冲频率，将脉冲参数传送到各轴的伺服驱动中，从而实现三伺服枕式包装机的协调控制。由色标传感器以及编码器完成反馈，进而实现包装机的闭环自动控制。

本文设计的包装机控制系统采用 DSP 进行多轴同步运动控制，嵌入式多轴同步控制器芯片采用 Motorola DSP56F807。该款芯片处理速度能够达到 40 兆条指令 /s，该款处理器是拥有可编程的 16 位数字信号处理器，并提供了丰富的 I/O 接口。