一、导言
跟着计算机电力电子技能的开展，各个国家机电一体化产品层出不穷。机床、轿车、家用电器、包装机械、纺织机械、印刷机械等许多类别产品每年都有新的发展。机电一体化技能已越来越遭到各方面的重视，它在改进进步作业效率、人民生活、节约能源、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。
在包装职业中，绝大多数包装机选用PLC来完成对横封电机的操控，该计划选用模拟量进行速度跟从主轴运动，运用这种操控体系包装的产品一致性不是特别抱负，更重要的是包装速度很难进步到200袋/分钟以上的包装速度，这不契合企业进步作业效率的迫切要求。为此，咱们依据MPC05运动操控器规划了一套包装机操控系统，该套体系具有包装产品质量高和包装效率高的两个重要特色，并且还具有色标盯梢功用。
二、作业原理
如图一所示为一包装机的示意图。8纵封辊筒由异步电机带动即主轴电机，9热封辊筒、10冷封辊筒、12切刀由一个伺服电机带动即从轴电机。从轴电机要跟从主轴做跟从运动。其作业原理是MPC05运动操控器接纳主轴编码器信号，依据主轴编码器的脉冲数依照必定的运动规则驱动伺服电机跟从主轴作相应的跟从运动，该伺服电机经过链传动一起带动热封辊筒、冷封辊筒、切刀运动。
图1 包装机的示意图
热封辊筒轴以1：4的减速比装有一个编码器，用作闭环操控。该编码器的值与伺服电机理论上应该走的间隔进行比较进行PID调理，使从轴伺服电机跟从主轴电机做全闭环的方位跟从。
三、操控器的规划
操控体系的操控器选用FPGA+DSP的计划，图二为操控器的结构图，FLASH用于存储DSP程序，剩余的空间可以用来存储装备程序或加工程序以及体系工艺参数和现场数据。NAND FLASH大规模板上存储，用于存储装备数据、加工数据等。操控器的中心是DSP和FPGA，DSP完成CPU功用，FPGA完成操控功用和IO功用。
图2 操控器的结构图
该操控器的加工文件可以经过RS232下载，或经过U盘复制，接纳主轴编码器反应的信号以及从轴编码器反应信号，输出的脉冲方向信号接伺服电机驱动器，I/O口接停机信号或开机信号等。两个串口，其间，串口A为PC机接口，选用松下伺服的数据传输协议通讯。串口B为人机界面接口，选用规范的 Modbus协议通讯。
四、操控程序的规划
因为纵封辊筒和横封辊筒周长持平都为300mm，横封辊筒有4根筋，所以横封辊筒每转一转可以包装4袋产品。假如包装的袋长为300/4=75mm，则归于同步跟从，即横封纵封辊筒包装一袋所走的间隔持平。假如包装袋长大于75mm，则横封辊筒在非啮合区应该做减速运动，然后再升速到与主轴同步，预备下一次啮合，假如袋长小于75mm，则横封辊筒在非啮合区应该做升速运动，然后再降速到与主轴同步，预备下一次啮合。在啮合区需求横封和纵封辊筒同步运动，不然当横封辊筒速度高于纵封辊筒的速度时，将会呈现扯膜现象;当横封辊筒速度低于纵封辊筒的速度时，将会呈现堆膜的现象，这些现象将会影响加工产品的质量，严峻的状况还可能将包装膜扯断。
如图三所示为从轴电机运动的模型。
图3 从轴电机运动的模型
设A代表主轴，B代表从轴。首要计算出A、B的周期长度(周期长度是指包装一个袋子所需的脉冲数)以及同步系数，然后将A的周期分红如图三横坐标所示的5 段，再依据A的5段的长度和同步系数，计算出异步系数，最终计算出B对应的5段的长度，即同步段，升(降)速段、异步段，降(升)速段和同步段，其间在第一个同步段横封辊筒两齿啮合，在中心的升降速段为合适不同的袋长要求完成变袋长，最终的一段很短的同步段是为了使进入下一个啮合的同步段更为平稳(这儿长度的单位均为脉冲数)。
对从轴的方位操控选用比较老练的经典的PID操控。PID操控具有原理简略、运用方便、适应性好等长处。咱们这儿选用的是增量式PID操控算法。增量式PID操控有许多长处：
(1) 因为计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可选用逻辑判别的办法去掉;
(2) 算式中不需求累加，操控增量的确认，仅与最近k次的采样值有关，所以较简略经过加权处理而取得比较好的操控作用。
PID操控器是一种线性调理器，它把设定值(各段从轴应该发的脉冲数)与实践输出值(从轴编码器值)相减，得到操控差错 ， 的份额系数(P)、积分系数(I)和微分系数(D)经过线性组合构成操控变量 (伺服电机的脉冲频率)。操控变量的增量 的计算公式为：
式中，T为采样周期，K为份额系数，加大份额系数K可以减小稳态差错，但当K过大时，会使动态质量变差，导致体系不安稳。TI为积分常数，TI越大积分作用越弱，积分环节的参加，能消除静态差错，使体系趋于安稳。TD为微分系数，微分操控的作用可以改进体系的动态特性，进步操控精度，但TD偏大或偏小时，都会使超调量增大，调理时刻加长。
因为该体系选用安稳的采样周期T，一旦确认了K、TI、TD这三个操控参数，就可以确认操控变量，咱们现已在现场调试导出了这三个参数的值。
五、主动包装机体系的功用
此主动包装体系选用EasyView作为人机界面，界面友爱丰厚，适用于包装机操作现场作业。操控体系中外围设备和中心器材均选用工业级产品，确保了包装机运用过程中的安全安稳可靠性。简略的根底参数设置，可以别离设置包装速度，包装袋长、袋长参数、PID系数等参数。其间，关于固定的辊筒，袋长常数是必定的。如辊筒周长为300mm，该辊筒有四根筋，则袋长常数为75mm。
该包装机体系可在线修正袋长和包装速度，包装速度规模是20-200袋/分，包装袋长规模是40-160毫米。体系的从轴电机选用松下中惯量750瓦沟通伺服电机，选用精确的伺服方位操控方法，传动接连，定位精确，低速特性适当优秀，在硬件上就确保了体系操控的精确度。所以该体系包装出来的产品长度一致性好，差错也很小，差错规模在±1mm以内。包装速度高，精度好是该体系的最大的特色。
一键设定色标盯梢方法，对设定过错能主动监测。光标定位精度高，对光电眼要求低，下降厂家配套和保护本钱。不管处于跟色状况仍是数控状况定长，均可以主动监测断纸，断纸主动停机。跟色包装时选用含糊容错技能，答应单个漏印色标，主动进行盯梢补偿。 此外，该体系还有主动计数的功用，一切作业参数主动回忆保存。
六、结束语
有用作用标明，这儿研发的主动包装机操控系统可广泛适用于各类液体、粘稠体、粉末及颗粒物料等相关职业产品的制袋充填包装。现在该体系现已成功用于包装方便面内包装，袋装洗发水等运用场合，运转安稳，包装产品一致性很好。特别关于方便面内包装，对包装袋差错的要求不是特别严厉，而特别要求200袋/分以上的包装速度，运用该主动包装机体系不只减少了人力、物力，并且大大进步了生产率。
