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包裝機械封切機自動定位系統(tǒng)的設計和實現
１、引言
由于單片機具有很靈活的控制功能和能夠提供可靠的運行測試，因此在機電一體化的領域中得到廣泛的應用。利用單片機的功能實現自動化控制加工已成為現代工業(yè)常用的控制方法之一。
本設計的主要目標在于充分的利用單片機的資源和功能，以簡單的方法來完成封切機定位系統(tǒng)的復雜任務。系統(tǒng)工作時通過光電信號傳感器對封切機運動參數進行檢測和單片機的軟硬件控制功能來實現對封切機運動狀態(tài)的自動定位，從而控制步進電機的送料的速度，使之與主電機控制的封切運動狀態(tài)相配合，實現包裝袋的封切；同時，實現包裝自動電子計數及顯示，袋長顯示及調整，點動和清零等操作功能。
２、封切機自動定位系統(tǒng)的工作原理
封切機自動定位系統(tǒng)的應用對象是包裝袋，通過８７５１單片機的軟硬件功能和光電信號傳感器檢測到的信號來實現對包裝袋輸送和封切的運動狀態(tài)自動定位，控制送料步進電機的速度，使送料與無級調速主電機的封切動作相配合，以實現包裝袋封切的自動化；同時，通過顯示器和報警系統(tǒng)向生產操作員提供準確的生產信息。
封切機自動定位系統(tǒng)的工作原理，圖中虛線部分為８７５１單片機及其外部接口，在輸入端有人工操作信息和現場信息輸入；輸出端有顯示系統(tǒng)和執(zhí)行機構響應單片機的運行結果；人工輸入包括：調整袋長、清零、復位、點動等操作；現場信息有主要為光電眼的信息；工作狀態(tài)顯示則為顯示袋長數值和被加工袋的數量；外部執(zhí)行機構是起送袋作用的步進電機，它的頻率受單片機控制。
在包裝生產行業(yè)中，用作包裝袋的復合薄袋可以分為兩種：一種為空白袋，另一種為印刷袋（色袋）。色袋上印有可供光電信號檢測傳感器識別的標識。封切機自動定位系統(tǒng)通過光電信號傳感器自動檢測到主電機控制的封切機頻率，從而轉化為脈沖數與另一個光電信號傳感器檢測到的脈沖數作比較，調整送料步進電機的頻率，以達到改變其送料的速度，使之適應主電機的封切運動。
自動定位系統(tǒng)根據封切袋的不同又可以分為兩種定位方式：一種是空白袋定位系統(tǒng)，此定位系統(tǒng)為定長定位系統(tǒng)，只要求封切運動的速度與送袋速度相配合，達到定長封切的要求；另一種是印刷袋定位系統(tǒng)，印刷袋定位系統(tǒng)則為定位的跟蹤，要求每次封切的位置必須落在標識位置。
我們在進行各項封切任務時，必然會遇到一個問題；就是每次任務要求的袋長都可能會改變，而這必然會影響到我們在系統(tǒng)中預置的袋長初值。又因為檢測色袋標識的光電眼與封切口之間的距離Ｓ為一個定值，袋長改變了，也必然會影響送袋速度與封切速度之間的關系。因此為實現加工的自動化定位，必須要對此袋長與距離Ｓ之間作一定的函數調整。但這只對封切印刷袋有效，而在封切空白袋時則沒有意義了。
３、自動定位系統(tǒng)的硬件設計
３．１步進電機的控制
本系統(tǒng)因８７５１單片機的硬件接口限制和為了提高系統(tǒng)運行時的精度，對步進的控制采取硬件分配方式而不是用軟件分配，步進電機的運行、停止和運動速度則由８７５１單片機的Ｐ１．０端口輸出脈沖頻率來控制。當改變Ｐ１．０端口輸出脈沖的周期時，ＡＢＣ三相繞組高低電平的寬度將發(fā)生變化。這就導致通電和斷電的速率發(fā)生了變化，從而改變步進電機的速度。綜上所說，要控制步進電機的運動狀態(tài)和運行速度，只要調節(jié)Ｐ１．０端口輸出的脈沖周期和脈沖數就可以實現了。
３．２光電信號傳感器的應用
光電信號傳感器是以光為媒介進行信號傳輸的器件。在封切機自動定位系統(tǒng)中，安裝了兩個光電信號傳感器（如圖１所示）。系統(tǒng)工作時通過光電信號傳感器對封切機運動參數進行檢測和單片機的軟硬件控制功能來實現對封切機運動狀態(tài)的自動定位，從而控制步進電機的送料的速度，使之與主電機控制的封切運動狀態(tài)相配合，實現包裝袋的封切。它的主要作用是：對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，當光電信號傳感器接收到信號時，就會把接收到的信號以電平的形式傳輸給ＣＰＵ，并產生中斷要求：要求ＣＰＵ在完成當前指令的下一機器周期跳變到該中斷要求所對應的中斷子程序，執(zhí)行該中斷子程序，完成對整個系統(tǒng)的實時監(jiān)控和有關數據的運算及傳送。
一個光電信號傳感器（又稱光電眼）安裝在包裝機熱封裝置前，當封切機自動定位系統(tǒng)的運行模式為印刷袋控制時，便開啟光電眼來檢測印刷袋上的顏色信號并將檢測得到的信號傳輸給ＣＰＵ，ＣＰＵ通過軟件功能將信號轉化為能夠控制步進電機運行的脈沖信號之一。
另一個光電眼傳感器安裝在封切到下落處，當封切機自動定位系統(tǒng)啟動時，該光電眼信號傳感器檢測到因封切刀起落引起的光亮變化而產生的或高或低電平信號并傳輸給ＣＰＵ，ＣＰＵ通過計數軟件和脈沖寬度測量軟件實現系統(tǒng)的自動電子計數功能和調整步進電機送料的速度。

包裝機械的使用和維護保養(yǎng)
設備在使用（或閑置）過程中會產生磨損。磨損有兩種形式：一種是有形磨損，亦稱物質磨損或物質損耗；一種是無形磨損，也稱精神磨損或經濟磨損。無論有形磨損還是無形磨損，其結果都會造成經濟損失。為了減少設備磨損和在設備磨損后及時進行補償，就必須首先弄清產生磨損的原因和磨損的規(guī)律，以便采取相應的技術、組織、經濟措施。
一、產生磨損的原因及其規(guī)律
（一）產生磨損的原因及其規(guī)律
設備無論在使用或是在閑置過程中，都會產生磨損。磨損，即設備在實物形態(tài)上的磨損。設備在運轉使用中，作相互運動的零、部件的表面，在力的作用下，因摩擦而產生各種復雜的變化，使表面磨損、剝落和形態(tài)改變，以及由于物理、化學的原因引起零、部件疲勞、腐蝕和老化等等。設備使用過程中的有形磨損，既有正常磨損，又有因保管、使用不當和因受自然力的腐蝕（工作環(huán)境惡劣所致）而引起的非正常磨損。這種磨損的結果，通常表現為：
（1）使組成設備的各零、部件的原始尺寸改變。當磨損到一定程度時，甚至會改變零、部件的幾何形狀。
（2）使零、部件之間的相互配合性質改變，導致傳動松動，精度和工作性能下降。
（3）零件損壞，甚至因個別零件的損壞而引起與之相關聯的其他零件的損壞，導致整個部件損壞，造成嚴重事故。
設備在閑置過程中，自然力的作用（如油封油質中的腐蝕性介質的侵蝕，空氣中的水分和有害氣體的侵蝕等等）是產生磨損的主要原因，如果保管不善，缺乏必要的維護保養(yǎng)措施，就會使設備受腐蝕，隨著時間的延長，腐蝕面和深度不斷擴大、加深，造成精度和工作能力自然喪失，甚至因銹蝕嚴重而報廢。
在一般情況下，設備在使用過程中，零、部件的磨損都有一定規(guī)律，大致可分為三個階段：
初期磨損階段（也稱磨合磨損階段）。在這個階段，設備各零、部件表面的宏觀幾何形狀和微觀幾何形狀（粗糙度）都要發(fā)生明顯的變化。這種現象的產生，原因是零件在加工、制造過程中，無論經何種精密加工，其表面仍有一定粗糙度。當互相配合作相對運動時，如粗糙表面由于摩擦而磨損。此時的磨損速度很快，磨損量和時間決定于零件加工的粗糙程度。這種現象一般發(fā)生在設備制造、修理的總裝調試時和投入使用期的調試和初期使用階段。
當作相對運動的零、部件的表面經磨合磨損以后，磨損進入了第二階段，即正常磨損階段。在這一階段內，如果零部件的工作條件不變或變化很小時，磨損量基本隨時間勻速增加。也就是說，在正常情況下，零、部件的磨損速度非常緩慢。當磨損至一定程度，零件不能繼續(xù)工作時，這一階段的時間就是這個零件的使用壽命。
第三階段稱為劇烈磨損階段。四、查看光纖頭與包裝膜之間的距離和位置，并看放膜電機工作是否正常，同時也要注意后面膜是否不擰緊，掉落偏移。這一階段的出現，往往是由于零件已到達它的壽命期而仍繼續(xù)使用，破壞了正常磨損關系，使磨損加劇，磨損量急劇上升，造成機器設備的精度、技術性能和生產效率明顯下降。例如，機器設備上的軸和滑動軸承之間的相互摩擦，在正常情況下，是由相互的配合間隙內的流體或半流體隔開，使它們不直接接觸摩擦。當軸或軸承磨損至一定程度而仍繼續(xù)使用時，就因間隙增大，造成油或油脂量不足，液體摩擦失去作用，使軸與軸承直接摩擦，磨損加劇。
了解了這一規(guī)律，我們就可以如何使初期磨損階段越短越好，正常磨損階段越長越好，避免出現劇烈磨損階段。初期磨損階段短，說明設備的零、部件加工、制造的質量好。
有時會出現這種現象：有些設備（或零、部件）在使用過程中，初期磨損階段以后沒有一個明顯的正常磨損階段，有的雖然有正常磨損階段，但時間很短暫，就直接進入劇烈磨損階段。這種現象的出現，除設備（或零、部件）的原制造（或修理）質量低劣外，在一般情況下，大都由于使用過程中的外部因素，如超負荷、超范圍使用，引起作用力增加；因潤滑不良，使兩個相互運動的零、部件表面直接接觸摩擦；在兩個摩擦面之間聚集了磨料和磨損物；等等。所有這些，均系使用不合理，維護保養(yǎng)不良所致。
也有這樣一種現象：由于組成設備的零、部件中，某些零、部件的工件特殊，它的磨損規(guī)律無一般零、部件正常磨損規(guī)律的一、二階段，會直接出現劇烈磨損階段，這種磨損叫特種磨損。
特種磨損是零件表面因疲勞而損壞所致，一般發(fā)生在設備中用作傳遞力的零件，如電動機的軸鍵部分；花鍵軸和花鍵槽等等。

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