制袋機連續送料嵌入式控制系統開發*

彭澤光，陳 忠，許美強，張憲民

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

制袋機連續送料嵌入式控制系統開發*

彭澤光1，陳 忠2，許美強1，張憲民2

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

論述了制袋機不間斷接駁恒張力送料的動作特點與完成了其嵌入式順序/伺服控制系統設計。針對制袋機高速運行下對連續送料的要求，提出了基于ARM 7 TDMI與嵌入式mC-OSII實時操作系統的連續送料單元的控制系統體系結構，實現了嵌入式順序/伺服控制系統。實際運行表明，所提出的制袋機恒張力連續送料嵌入式順序/伺服控制系統達到預期要求。

制袋機；連續送料；控制

包裝機械是機械工業的重要組成部分，而軟包裝機械是包裝機械的重要分支。制袋機裝備是完成制袋工藝的軟包裝機械，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，廣泛應用于食品、化工、醫藥等眾多關系國計民生的重大行業[1-3]。制袋機送料工序的不停機膜料接駁是確保制袋機工作進程連續運行的關鍵[4]。目前，國內很多制袋機采用停機接駁換料的方式，由操作者采用停機、膜料始末端接駁、啟動的步驟。這種接駁方式一方面增加了工人的勞動強度，另一方面嚴重影響了制袋機運行效率，制約了其工作節拍的提高。

為此，本文針對現有制袋機送料動作與接駁的缺點，提出了一種基于嵌入式控制系統的制袋機不間斷送料接駁控制系統，實現了制袋機高速連續送料。論文簡述了制袋機一般加工工序及送料動作要求與特點，設計一個基于ARM嵌入式不間斷送料控制子系統，包括系統結構設計與軟件模塊設計。該控制子系統在高速三列制袋機上得到了成功應用。

1 制袋機加工工藝與送料工序的動作特點

1.1 制袋機加工工藝

軟包裝制袋機的加工過程是在薄膜連續運動的過程中完成的。卷狀膜料經過動定送料對輥及恒張力送料控制系統完成膜料的輸入，通過緩沖與糾偏機構，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 制袋機工作流程示意圖

1.2 制袋機送料段的動作特點

如圖2所示，制袋機薄膜送料的動作包括牽引送料電機的驅動、糾偏電機的驅動、儲膜架提升氣缸的驅動、下置膜架的驅動和磁粉恒張力單元的制動。對這些動作的協調控制即可以實現不間斷恒張力薄膜送料。一般制袋機工作時，放置于上置膜架上的膜料從送料牽引輥恒張力送出，進入儲膜架。膜料經過儲膜段的緩沖，再由輸出導向輥輸出。糾偏動作貫穿于整個送料過程，通過光感的膜料位置探測，控制器連續自動發出糾偏指令，驅動糾偏電機調整膜料的橫向位置。這是一個正常連續的帶有糾偏動作的送料過程。

圖2 制袋機送料段結構示意圖

當上置膜架上的膜料快要用盡時，要更換新的薄膜卷材。涉及到一個動作序列：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；送料牽引輥電機停止運轉并鎖死；緩沖輥提升氣缸把下緩沖輥緩慢提升；手工接駁膜料；送料牽引輥電機啟動、緩沖輥提升氣缸緩慢下降到位。在這個動作序列中還涉及兩個持續的控制過程：膜料糾偏反饋控制和送料電機啟動后的恒張力送料控制。

2 制袋機送料端的嵌入式控制子系統

針對制袋機不間斷接駁送料動作的特點，設計了嵌入式順序與伺服驅動控制系統，完成控制體系規劃、軟件系統設計。

2.1 送料嵌入式控制子系統體系結構

針對制袋機不間斷接駁送料與恒張力送料的要求，設計如圖3所示的嵌入式順序與伺服運動控制體系結構。采用觸控式人機界面，并與所設計的嵌入式控制器采用MODNUS通訊協議，實現監控與指令數據的通訊傳輸。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嵌入式實時操作系統，完成了送料牽引伺服驅動的恒張力PID控制模塊、糾偏電機薄膜橫向位置調控的PID控制模塊以及不間斷接駁順序順序控制模塊等。實現了不間斷接駁恒張力送料的獨立控制單元，并與制袋機中央控制器組成了集總控制系統。

圖3 嵌入式伺服驅動同步控制系統

2.2 嵌入式軟件系統

由于制袋機對送料段的要求是不間斷連續送料，因此在軟件設計上針對其動作特點，以順序控制模式設計了一個不間斷接駁過程的自動控制流程，如圖4流程圖的左邊所示。同時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立性，專門設計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化與智能性，采用了兩個傳感信號：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信號，因為接駁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年廣東省數控一代機械產品創新應用示范重大項目（編號：2012B011300001）

2013－09－29