1 引言
包裝機械大致可以分為立式包裝機與枕式包裝機。牙簽包裝機屬于立式包裝，它主要依靠自身重力，必要時(shí)輔以一定的機械作用便可完成包裝，而且立式包裝機一般都具有兩種包裝功能，機器運轉時(shí)采用哪種包裝方式取決于包裝膜上分是有光標還是沒(méi)有光標的。沒(méi)有光標的包裝膜只需滿(mǎn)足所有機構線(xiàn)速度相同即可，而采用光標裁切，則需通過(guò)光標定位實(shí)現包裝。近日，采一套基于四方CA100
伺服驅動(dòng)器及觸摸屏所設計的牙簽全自動(dòng)包裝機控制系統成功應用于浙江某機械廠(chǎng)，運行穩定、生產(chǎn)效率高。
2 工藝分析
牙簽包裝機主要由送膜裝置、送料裝置、封膜裝置以及切割裝置構成。其中送膜在設備的前后各有一部分，由送膜輥和送膜軸組成，主要負責把上下兩層包裝膜平整、均勻地送至封膜處，并與送料裝置送來(lái)的牙簽一起橫向封合。隨后在送至切割裝置進(jìn)行分包切割最后送至成品區。整個(gè)包裝的工藝流程如圖1所示。
牙簽包裝機實(shí)物如圖2所示。膜通過(guò)送膜軸帶動(dòng)送膜輥旋轉送入封膜輥中，在初始位置有一個(gè)色標傳感器，它通過(guò)與非色標區相比較來(lái)檢測特定色標或物體上的斑點(diǎn)。色標傳感器實(shí)際是一種反向裝置，光源垂直于目標物體安裝，而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測來(lái)自目標物體的散射光，從而避免傳感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。其中，送膜輥和拉膜輥是同步相連，封膜輥和切刀輥是同步相連，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)設備運行的過(guò)程。
3 控制系統原理及架構
牙簽自動(dòng)包裝機控制系統整體結構如圖3所示。
系統由傳統上下位機結構組成，上位機由EM1-070E系列觸摸屏作為人機界面進(jìn)行設備操作、參數設定及顯示等功能。下位機是一臺運動(dòng)控制器，完成自動(dòng)運行過(guò)程中送膜軸和封膜軸的定位控制。執行機構由CA100系列伺服系統完成。
包裝機有兩種工作模式：即膜有光標和無(wú)光標。無(wú)光標情況下，兩個(gè)伺服間只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的速度同步，使得送膜輥和封膜輥在線(xiàn)速度上一致，保證整個(gè)膜在運行過(guò)程中各部分速度相同即可。而有光標模式下，封膜的位置必須嚴格與色標的位置重合，這就需要送膜軸和封膜軸二者之間建立位置凸輪關(guān)系，在送膜軸將色標送到封膜輥處，封膜的封口也需要同一時(shí)間到達相同的位置，二者之間類(lèi)似一個(gè)飛剪機構，整個(gè)過(guò)程由運動(dòng)控制器控制伺服完成。
4 系統硬件及調試
牙簽自動(dòng)包裝機控制系統的硬件部分主要包括伺服系統，運動(dòng)控制器，觸摸屏這幾部分，其中在整個(gè)設備運行過(guò)程中最重要的還是伺服系統，它決定了控制系統的整體定位精度以及響應性。
4.1 伺服系統及參數設置
伺服系統主要包含了送膜伺服和封膜伺服，本次設計中送膜伺服選用了CA100-T3R0AP系列，封膜伺服為CA100-T4R5AP，主要參數如下表所示：
4.2 整機調試
整機調試為測試系統的整體性能是否能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的各項要求。整機調試需要注意以下問(wèn)題：
（1）有光標模式下，設備啟動(dòng)前必須回零。
（2） 由于是面板電位計進(jìn)行自動(dòng)時(shí)速度調節，調試時(shí)開(kāi)機前請確認速度是合理。
4.3 系統電氣圖
牙簽自動(dòng)包裝機控制系統的電氣圖如圖4所示。
5 系統軟件設計
5.1 上位機軟件設計
HMI主界面如圖5所示，可進(jìn)行產(chǎn)量的設定，并顯示設備的當前運行的速度、產(chǎn)能、產(chǎn)量、機械和報警狀態(tài)等信息。整個(gè)人機界面分配了兩級用戶(hù)，分別提供給終端用戶(hù)和設備廠(chǎng)家，二者各自有各自的登陸ID及密碼，在特定的界面中，不同級別的用戶(hù)享有不同權限的參數設置。
如圖6所示參數設定界面，所有用戶(hù)均可對機械及包裝參數進(jìn)行設定，滿(mǎn)足更多包裝的場(chǎng)合。設備的運行方式及界面的語(yǔ)言均可以在此界面中進(jìn)行修改。
參數設置界面
5.2 下位機軟件設計
下位機軟件主要是運動(dòng)控制器的程序設計。主要包括色標檢測糾偏、色標遮沒(méi)及偏離、送膜和封膜兩軸的電子凸輪控制三大部分。
由于機械以及色標噴涂的誤差，設備運行過(guò)程中色標與封膜位置會(huì )出現偏差，為了產(chǎn)品的質(zhì)量，因此必須進(jìn)行糾偏。本此設計的控制系統利用在送膜初始端的色標傳感器檢測的色標個(gè)數計算出膜所行走的距離，與封膜電機編碼器反饋回的脈沖所折算的距離進(jìn)行比較，得出的偏差在凸輪控制中進(jìn)行補償，使得色標與封膜位置始終保持在同一位置合理誤差范圍之內，保證了成品的質(zhì)量。
程序內色標內遮沒(méi)功能，可有效避免包裝膜污染，色標錯印所引起的光電誤動(dòng)作，增加了整個(gè)系統的穩定性。并且在色標偏離色標傳感器檢測范圍時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)停機并報警告知操作員。
6 結束語(yǔ)
本文基于四方電氣機電產(chǎn)品所設計的牙簽自動(dòng)包裝機控制系統，較好的解決了傳統的手工牙簽包裝的效率低、成本高的問(wèn)題。程序內部采用色標糾偏算法及凸輪控制，解決了生產(chǎn)過(guò)程中色標偏離、位置不準的問(wèn)題。采用四方CA100系列伺服及EM1系列觸摸屏，性能穩定、兼容性好、操作簡(jiǎn)便。系統穩定可靠，生產(chǎn)效率高，滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需求并得到了最終客戶(hù)的認可。