1背景

傳統的自動包裝機多采用機械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現了光電控制、氣動控制等控制形式。但是，隨著食品加工工藝的日益提高，對包裝參數的要求不斷增多，原有的控制系統已難以滿足發展的需要，應采用新的技術改變食品包裝機的面貌。

2電子凸輪定義及優點

2.1機械凸輪

傳統枕式包裝機為了實現橫封刀軸與膜軸的同步切膜運動實現大部分通過機械凸輪機構；凸輪機構能將旋轉運動轉換為預期的間歇直線往復運動或往復擺動等。但是凸輪機構在包裝機的實際應用中也存在著很多局限性[1]:

（1）機械凸輪傳動機構屬于高副的點、線接觸，存在較大的接觸應力，不能傳遞較大的功率；同時由于機械凸輪在工作過程中是高速運行，因此凸輪磨損快，長時間使用會使接觸運動部件運動失真，因而不能用在那些有較高的重復精度要求的場合。

（2）一個機械凸輪系統只能實現一種設定的運動規律,其輸出運動缺乏柔性,當需要從動件運動規律改變時,凸輪的設計、生產工藝等就需要重新調整或徹底更換。

（3）機械結構復雜，對機械安裝人員的要求高，生產成本高，維修調試不方便。

（4）凸輪機構傳動過程中存在較大噪音。

2.2電子凸輪

隨著科技進步和數字伺服技術的出現，在傳動及控制系統中我們可以利用電子凸輪代替傳統的機械凸輪實現各種復雜的往復運動。電子凸輪是以伺服運動控制技術為基礎，并結合先進的微處理器，通過數字化系統實現模擬機械凸輪的功能[2]。

（1）電子凸輪系統不存在機械凸輪系統中的慣性應力、彈性變形、剛性沖擊力等各種機械接觸破壞，故響應速度快，因此更能適合高速運動傳動場合。

（2）電子凸輪系統不存在磨損,凸輪傳動曲線形狀只要設計完成就不會改變,因而從動件重復實現預期運動的精度更高、穩定性更好。

（3）可以方便的更改運動傳動曲線，通過更改相應的運動參數就可以實現不同的運動傳動曲線，大大降低生產安裝更換成本。

（4）傳動平穩，機械振動小，噪音低，使用壽命更長。

3電子凸輪技術的實現

本文實現電子凸輪的通用運動控制器使用MotorolaDSP（DigitalSingalProcessing數字信號處理）的是56F807芯片為處理器，通過此芯片協調伺服驅動器和伺服電機實現電子凸輪的控制系統設計；此DSP芯片在80MHz時鐘頻率下，每秒可處理40×106條指令，同時有定時器模塊、相位檢測模塊、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的相位檢測模塊不斷讀取主軸伺服電機的位置和速度，根據主軸位置和速度計算出從軸相對應的速度和位置實現主從軸凸輪曲線對應關系。伺服電機的功能是將電脈沖信號變換成相應的角位移，即給1個電脈沖信號，電機將轉過1個固定的角度(可通過設置伺服電機軸分辨率來實現固定角度)。由于伺服電機的角位移與輸入脈沖成比例，調整DSP發出的電脈沖頻率，就可以對伺服電機進行調速[4]。

3.2電子凸輪的實現步驟[5]

（1）確定主從軸的速度曲線對應關系。

（2）將一個周期內從動軸的位移分段，根據主從軸速度曲線對應關系確定每段

位移內從軸的速度。

（3）將每段位移量轉化為伺服電機的脈沖數。

（4）根據從軸的速度要求計算出DSP所需要的電脈沖頻率。

（5）將上面計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

電機的轉速，實現電子凸輪功能。

4電子凸輪在三伺服枕式包裝機中的應用

4.1自動包裝機及其工作原理

自動包裝機[6]是指將具有熱塑特性的塑料復合膜經加熱軟化制成包裝容器，在一臺設備上自動完成制袋成型、填充物料、封合剪切等全過程的自動包裝設備。新型三伺服自動包裝機由自動接膜裝置、物料輸送機構、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工作原理圖。

圖1三伺服自動包裝機工作原理

從圖中看到，三伺服自動包裝機的橫封切斷輥刀、包裝膜軸和卸料傳送帶、送料撥叉軸分別由單獨的伺服電機作為動力，集自動送料、包裝物品、封口、切斷于一體，是一種高效率的連續式的包裝機，廣泛應用于食品、肥皂、藥品等產品的自動包裝上。其包裝材料為復合材料，采用卷筒薄膜供料，由牽引輥輪經導向輥進入制袋成型器，由于受成型器的作用，薄膜自然形成卷包的形式；同時待包裝物品由供料鏈撥叉推動至薄膜卷包的空間，卷包的薄膜在牽引輥輪的作用下向前運行并被縱封輥輪實施縱封熱融封合，薄膜在最后由橫封輥刀封合切斷，形成一個包裝成品，由卸料傳送帶輸出。新型三伺服自動包裝機控制系統的重點和難點在于三軸的位置及速度同步補償以及凸輪運動的實現[4]。該機橫封切斷輥刀、包裝膜軸和卸料傳送帶、送料撥叉軸分別由單獨的伺服電機作為動力該機集自動送料、包裝物品、封口、切斷于一體，是一種高效率的連續式的包裝機。其控制的重點和難點在于三軸的位置及速度同步以及凸輪運動的實現。位置同步是：橫封的切割點必須在塑料膜的色標點內，且保證橫封不能切到物料；速度同步：是橫封刀切割時的速度與此時塑料膜的速度以及物料速度要相等；凸輪運動是：由于包裝的袋長在一定范圍內是可變的，橫封刀旋轉1周所經過的距離一般不等于袋長，這就要求橫封在一定時間內要完成由同步速度到變速再到同步速度的凸輪運動過程[5]。

5結束語

本文使包裝機的機械結構大大簡化，傳動部分直接鏈條或同步帶傳動，省

去了機械凸輪結構，減輕機器的重量，減小機裝部分，并且操作更方便，用戶只需設定袋長、切斷偏移位置和停刀角度就可以起動調速運行。

參考文獻

[1]尤慧芳，ModBusRTU單片機通信程序編寫方法，工業控制計算機，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計[J].機械設計與研究,2000年增刊89-91.

[3]（RogerS.Pressman，SoftwareEngineering，APractitioner’sApproach，FifthEdition，NewYork：

McGraw-HillCompanies，2002。17-20

[4]于鐳,常軍,黃存柱.基于DSP的自動裝機控制系統的軟件設計[J].微型計算機與應用,2010,(1).

[5]衛光，郭坤.三伺服枕式包裝機電子凸輪控制系統的研究與應用[J].包裝與食品機械，2012.

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