彭澤光，陳 忠，許美強(qiáng)，張憲民

（1.廣東中包機(jī)械有限公司，廣東潮州 515638；2.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510640）

制袋機(jī)連續(xù)送料嵌入式控制系統(tǒng)開發(fā)*

彭澤光1，陳 忠2，許美強(qiáng)1，張憲民2

（1.廣東中包機(jī)械有限公司，廣東潮州 515638；2.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510640）

論述了制袋機(jī)不間斷接駁恒張力送料的動(dòng)作特點(diǎn)與完成了其嵌入式順序/伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。針對制袋機(jī)高速運(yùn)行下對連續(xù)送料的要求，提出了基于ARM 7 TDMI與嵌入式mC-OSII實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的連續(xù)送料單元的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了嵌入式順序/伺服控制系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行表明，所提出的制袋機(jī)恒張力連續(xù)送料嵌入式順序/伺服控制系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期要求。

制袋機(jī)；連續(xù)送料；控制

包裝機(jī)械是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分，而軟包裝機(jī)械是包裝機(jī)械的重要分支。制袋機(jī)裝備是完成制袋工藝的軟包裝機(jī)械，主要是利用塑料的熱塑原理，涉及牽引、送料、燙壓熱封、沖切等工藝，將印刷好的薄膜制成包裝袋，廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥等眾多關(guān)系國計(jì)民生的重大行業(yè)[1-3]。制袋機(jī)送料工序的不停機(jī)膜料接駁是確保制袋機(jī)工作進(jìn)程連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵[4]。目前，國內(nèi)很多制袋機(jī)采用停機(jī)接駁換料的方式，由操作者采用停機(jī)、膜料始末端接駁、啟動(dòng)的步驟。這種接駁方式一方面增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面嚴(yán)重影響了制袋機(jī)運(yùn)行效率，制約了其工作節(jié)拍的提高。

為此，本文針對現(xiàn)有制袋機(jī)送料動(dòng)作與接駁的缺點(diǎn)，提出了一種基于嵌入式控制系統(tǒng)的制袋機(jī)不間斷送料接駁控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了制袋機(jī)高速連續(xù)送料。論文簡述了制袋機(jī)一般加工工序及送料動(dòng)作要求與特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)基于ARM嵌入式不間斷送料控制子系統(tǒng)，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與軟件模塊設(shè)計(jì)。該控制子系統(tǒng)在高速三列制袋機(jī)上得到了成功應(yīng)用。

1 制袋機(jī)加工工藝與送料工序的動(dòng)作特點(diǎn)

1.1 制袋機(jī)加工工藝

軟包裝制袋機(jī)的加工過程是在薄膜連續(xù)運(yùn)動(dòng)的過程中完成的。卷狀膜料經(jīng)過動(dòng)定送料對輥及恒張力送料控制系統(tǒng)完成膜料的輸入，通過緩沖與糾偏機(jī)構(gòu)，由輸出牽引輥把膜料折疊成型段，成型后的膜料通過定長牽引送入縱向熱封段，然后又經(jīng)定長定位牽引，把膜料送入橫向熱封段，其輸出的熱封后的膜料經(jīng)過沖切，完成具有良好密封性的成品袋的加工。其過程如圖1所示。

圖1 制袋機(jī)工作流程示意圖

1.2 制袋機(jī)送料段的動(dòng)作特點(diǎn)

如圖2所示，制袋機(jī)薄膜送料的動(dòng)作包括牽引送料電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、糾偏電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、儲(chǔ)膜架提升氣缸的驅(qū)動(dòng)、下置膜架的驅(qū)動(dòng)和磁粉恒張力單元的制動(dòng)。對這些動(dòng)作的協(xié)調(diào)控制即可以實(shí)現(xiàn)不間斷恒張力薄膜送料。一般制袋機(jī)工作時(shí)，放置于上置膜架上的膜料從送料牽引輥恒張力送出，進(jìn)入儲(chǔ)膜架。膜料經(jīng)過儲(chǔ)膜段的緩沖，再由輸出導(dǎo)向輥輸出。糾偏動(dòng)作貫穿于整個(gè)送料過程，通過光感的膜料位置探測，控制器連續(xù)自動(dòng)發(fā)出糾偏指令，驅(qū)動(dòng)糾偏電機(jī)調(diào)整膜料的橫向位置。這是一個(gè)正常連續(xù)的帶有糾偏動(dòng)作的送料過程。

圖2 制袋機(jī)送料段結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)上置膜架上的膜料快要用盡時(shí)，要更換新的薄膜卷材。涉及到一個(gè)動(dòng)作序列：膜料抬升氣缸抬升已放好新的薄膜卷材的下置膜輥到上置膜架；送料牽引輥電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)并鎖死；緩沖輥提升氣缸把下緩沖輥緩慢提升；手工接駁膜料；送料牽引輥電機(jī)啟動(dòng)、緩沖輥提升氣缸緩慢下降到位。在這個(gè)動(dòng)作序列中還涉及兩個(gè)持續(xù)的控制過程：膜料糾偏反饋控制和送料電機(jī)啟動(dòng)后的恒張力送料控制。

2 制袋機(jī)送料端的嵌入式控制子系統(tǒng)

針對制袋機(jī)不間斷接駁送料動(dòng)作的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了嵌入式順序與伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，完成控制體系規(guī)劃、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 送料嵌入式控制子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

針對制袋機(jī)不間斷接駁送料與恒張力送料的要求，設(shè)計(jì)如圖3所示的嵌入式順序與伺服運(yùn)動(dòng)控制體系結(jié)構(gòu)。采用觸控式人機(jī)界面，并與所設(shè)計(jì)的嵌入式控制器采用MODNUS通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與指令數(shù)據(jù)的通訊傳輸。不間斷接駁恒張力送料的嵌入式控制器采用ARM 7 TDMI微處理器，并采用mC-OSII嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，完成了送料牽引伺服驅(qū)動(dòng)的恒張力PID控制模塊、糾偏電機(jī)薄膜橫向位置調(diào)控的PID控制模塊以及不間斷接駁順序順序控制模塊等。實(shí)現(xiàn)了不間斷接駁恒張力送料的獨(dú)立控制單元，并與制袋機(jī)中央控制器組成了集總控制系統(tǒng)。

圖3 嵌入式伺服驅(qū)動(dòng)同步控制系統(tǒng)

2.2 嵌入式軟件系統(tǒng)

由于制袋機(jī)對送料段的要求是不間斷連續(xù)送料，因此在軟件設(shè)計(jì)上針對其動(dòng)作特點(diǎn)，以順序控制模式設(shè)計(jì)了一個(gè)不間斷接駁過程的自動(dòng)控制流程，如圖4流程圖的左邊所示。同時(shí)針對在送料過程中對恒張力控制與薄膜橫向位置糾偏控制的獨(dú)立性，專門設(shè)計(jì)了張力控制模塊與糾偏控制模塊，其流程圖如圖4流程圖的右邊所示。為了盡可能做到薄膜接駁過程的自動(dòng)化與智能性，采用了兩個(gè)傳感信號：膜料用盡與膜料接駁完畢。對膜料用盡的感知采用光電探測器的探測信號；對膜料接駁完畢采用人工觸發(fā)信號，因?yàn)榻玉g過程要采用人工操作。

Development of Embedded Control System for Continuous Film Feeding of Bag-Making Machine

PENG Ze-guang1，CHEN Zhong2，XU Mei-qiang1，ZHANG Xian-min2
（1.Guangdong ZHONGBAO Machine Co.，Ltd.，Chaozhou515638，China；2.School of Mechanical&Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou510640，China）

Disscussed the action characteristics of contineous feeding of films with constant tension in a bag-making machine and designed its embedded real-time sequential/servo control system.According to the requirements of contineous feeding in high running speed of a bag-making machine，a control architecture of contineous feeding based on ARM 7 TDMI micro-processor and mC-OSII embedded real-time operating system is presented，and an embedded sequential/servo control system is realized.The practical application indicates that the embeed control system for contineous feeding of films with constant tension attain the expected requirements.

bag-making machine；contineous feeding；control

TP273

A

1009－9492(2014)03－0045－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.013

*2012年廣東省數(shù)控一代機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用示范重大項(xiàng)目（編號：2012B011300001）

2013－09－29