包裝機械設計中控制技術的應用

侯躍

摘 要：包裝機械是包裝行業和機械行業必不可少的一部分，包裝機械的質量直接影響著包裝行業的發展。在包裝機械中，控制技術是其核心，特別是當今社會對包裝機械的自動化提出了更高的要求，需要包裝機械中的控制技術更加成熟。該文從包裝機械中控制技術的組成入手，首先分析了包裝機械中控制技術的要求，然后研究了包裝機械控制系統的設計，為包裝機械設計中控制技術的應用研究提供了可參考的意見。

關鍵詞：包裝機械 設計 控制技術 應用

中圖分類號：TB486 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0077-03

1 包裝機械中控制技術的組成

包裝機械并不是獨立的個體，它由多個系統共同組成。所以，包裝機械中控制技術也根據包裝機械的系統組成分成不同的部分。

1.1 主傳動部分

傳動系統可以將未包裝的物品運送到包裝機械中，然后將包裝好的物品傳送到指定的位置。所以，傳動系統是整個包裝機械實現連續工作的基礎。控制技術在傳動系統中主要是用來控制傳動的速度和精度，在包裝開始前將產品傳送到指定的位置進行包裝操作，在包裝完成后再將產品傳送到指定的位置進行檢測。這部分的控制技術主要是通過可編程邏輯控制器實現，電腦根據信號發出不同的指令，控制傳動系統的運轉方式。

1.2 計量部分

計量裝置承擔著稱重和計數等作用，是包裝操作開始前進行的操作。計數是為了給生產效率的計算提供原始數據，稱重是為了給包裝開始的物品質量提供保障。通過計量裝置，可以一目了然整個生產的各項數據，明確生產是否符合預計的需求。在整個計量裝置中，也處處體現著控制技術。首先，計量的檢測信號就是控制開始的第一步；其次，數據的傳送也需要控制技術的支撐；最后，數據的處理和反饋更是需要控制技術作為基礎。

1.3 物品包裝的執行部分

整個包裝過程最關鍵的環節就是包裝的執行操作，也是在這個環節，包裝機械發揮其核心的作用。在包裝過程中，控制技術最直接的控制整個操作。按照目前包裝機械的情況，整個包裝過程都是事先編好控制程序，然后由計算機控制輸出指令，最后控制包裝的操作。

綜合分析整個包裝的執行部分，控制技術是其核心。從指令的編寫到指令的執行，必須通過控制技術來實現。包裝機械的執行部分的控制系統主要是通過PLC系統實現，PLC可以將人們編寫的程序語言邏輯化地反映在包裝機械的生產中。而且，PLC控制系統還有可靠性強、設計較靈活和操作簡單等優點。根據包裝機械行業的發展，PLC的應用極大提高了包裝機械的自動化程度，滿足了生產對包裝機械的需求。

1.4 成品的檢測部分

包裝機械完成包裝的操作后，并沒有完成整個包裝的環節，成品還需要經過檢驗的環節，檢查其質量是否符合企業設計的要求。因此，在包裝機械包裝的成品還需要經過檢測，判斷其合格性，然后把不符合要求的產品挑選出來。

檢測部分的組成主要是傳感器和探測器，探測器檢驗產品的各種屬性，然后把它轉換成相應的數據格式，再通過傳感器傳遞給計算機系統。計算機系統根據數據的特征做相應地處理，然后由邏輯變成給機械手臂指令，最終選擇挑選的動作或者靜止的動作。控制系統在整個檢測部分是其運轉的中樞，信號在發出之后，控制系統根據指令的不同執行不同的動作，最后滿足生產的各項需求。

2 包裝機械中控制技術的要求

根據上文的分析，控制技術在包裝機械的整個生產過程中都承擔著重要的作用。包裝機械不同的部分對控制技術也有著不同的要求，這需要從生產的角度考慮要求的問題，下文將就不同的要求作出具體地分析。

2.1 調節速度

包裝機械的整個過程是一條生產線，每個環節對應的傳動速度是不相同的，需要做出多種調節。而且，當前包裝機械并不能全面地實現自動化操作，在一些步驟中還需要進行相應的手動操作，手動操作和自動操作對速度的要求也是不同的，需要進行速度調節的操作。

基于包裝機械生產對速度調節的要求，控制技術要實現調節的功能，必須有可選的速度方案或者可以根據生產的需求隨時調節傳送的速度。為實現這一操作，需要將控制系統和傳動系統結合設計，設置相應的調節方案或者調節裝置，然后用傳感器來傳遞相應的調節信號，當接收到信號時，執行相應的調節速度操作。

2.2 檢測部分和執行部分在工作時間上的配合

整個包裝的過程就是將物品傳送到一個又一個的單元上，然后進行相應的操作。包裝物品的主要操作就是包裝執行過程，在這個過程中，物品是靜止的。正是因為這種靜止和運動的矛盾，需要包裝機械的檢測部分和執行部分部分在工作時間上緊密地配合，否則就無法完成整個包裝的操作，或者包裝的質量出現各種各樣的問題。

包裝機械進行包裝操作不僅要滿足檢測部分和執行部分上的緊密配合，還要實現包裝的連續性，這是生產的基本要求。例如，在進行煙草包裝的時候，煙盒的包裝材料并不能夠連續傳送，所以只能在進行完一個操作之后將其傳送到下一個部位，然后再進行后續的操作。這也需要控制系統協調多個操作之間的配合，使之能夠快速地完成整個包裝過程。在檢測部分和執行部分工作時間的配合上，控制技術發揮著協調的作用，通過控制不同部分之間的運作狀態來協調整個包裝的過程，這方面對控制技術的要求較高，需要其滿足速度和精度上的要求。

2.3 主傳動部分的控制

包裝機械的主傳動部分主要進行間歇性的運動和連續性的運動兩種，包裝機械也根據主傳動部分的運動方式分為不同的類型。由于運動形式的不同，包裝機械的運動結構也存在著很明顯的差異。首先，因為主傳動的不同，其力矩是不同的，零件結合處承受的載荷也是不同的，需要根據實際的需求做出多種調整。再者，包裝機械各工作部位在不同的運動形式下也需要調節其運動的形式。

基于主傳動方式選擇的問題，包裝機械的控制系統必須能夠根據運動方式的不同做出不同的選擇，然后保障包裝機械高效地運行。另外，主傳動方式也需要相應的控制技術，可以根據生產的實際需求調節主傳動的運轉方式，以此來適應生產的需求。

2.4 工作動作的次序

包裝機械是一個復雜的整體，它集合了機電一體化技術、自動化技術和控制技術等，也正因為如此，包裝機械的所有動作必須按照一定的次序進行，而且需要各部分元件之間的緊密配合。另外，包裝機械的生產線也分為柔性包裝生產線和剛性包裝生產線，需要根據不同的生產需求進行多方地調節。

控制系統就是起到總體調節的作用，在整個包裝的過程中，控制系統根據設計的需要和工藝流程的安排，依次將需要包裝的商品運送到不同的包裝區間，然后進行相應的包裝操作。這需要整個控制系統和包裝機械整體地配合，嚴密安排每一個生產的流程。另外，在包裝的過程中也可能出現各種意外情況，還需要控制系統根據檢測系統的信息做出各種調整，最終保障生產的正常進行。

2.5 安全方面的控制

任何生產操作，安全都是第一位的。由于包裝機械工作的需要，它長時間處在高速運作的狀態，再者，為了追求效率，包裝機械的運作是連續性的。所以，很容易因為機械設備的疲勞磨損產生意外，造成不必要的安全問題。大型的包裝機械設備還會因為磨損和疲勞等問題造成斷裂的現象，給現場的工作人員帶來安全方面的威脅。因此，包裝機械的設計，必須體現安全方面的控制。

控制包裝機械的安全問題需要從兩方面入手，首先是包裝機械設備本身的安全問題。包裝機械一旦因為故障停止運轉將給企業帶來巨大的損失，所以要及時地發現問題和解決問題，這其中就涉及到了傳感器和應變片的使用。在包裝機械設備的重要部位貼上相應的影片，然后把設備運轉中的各種數據轉換為電信號，經過放大之后再傳遞給電腦。電腦處理了信息之后，做出相應地判斷，判斷包裝機械設備的運轉是否處在正常的狀態。若有故障存在或者隱患存在，及時發出信號給人們提出預警，就可以進行相應地維護和故障排除操作，避免產生安全問題。其次就是操作人員的安全問題，需要加強對工作人員的培訓，懂得如何處理緊急情況。另外，也要制定相應的預防措施，避免發生安全問題后造成不必要的損失。在安全的控制中，控制系統也起到不可忽視的作用，因為計算機系統會根據信號做出邏輯判斷，不會因為疏忽等原因使意外發生。

3 包裝機械控制系統的設計

3.1 記憶控制

包裝機械中的各個工作步驟需要按照相應的次序聯系起來，實現待包裝物品有序進行各種操作。當操作滿足生產的需求時，就需要把傳感器收集到的信號記錄下來，作為記憶控制的基礎，這是從側面實現包裝機械可持續生產和自動化生產。記憶控制其實就是用一次成功的操作作為整個系統重復的基準，后續的操作都按照標準的模式繼續進行。

在進行記憶控制設計時，需要在程序的設計中增加寄存器，把傳感器和檢測器記錄下的各種信號記錄下來，作為下次操作的基礎。而且，為了實現記憶控制，還需要協調自動化在包裝機械中的作用，實現包裝機械自主控制的目的。按照設計的流程，第一次包裝操作一般為半手動的形式，然后由檢測器和傳感器將采集到的信號傳到寄存器中寄存，后續的操作只需要模擬寄存器中的參數，就可以實現包裝機械的記憶控制。

3.2 基于市場需求的控制系統設計

包裝機械設計不論是控制系統還是傳動系統，都是為了滿足市場的需求，所以在設計包裝機械的控制系統時，就要從市場的需求入手，這樣才能實現設計的目的，促進包裝機械行業的發展。市場的需求是由客戶決定的，因此在將控制技術應用在包裝機械中時，首先要考慮的就是客戶的需求。市場的發展和技術的進步給包裝機械的客戶提供了更多的考慮空間，所以他們的需求也發生了一定的變化。首先，他們要求提高包裝機械生產的效率。生產效率是成本的保障，提高生產的效率就提高了自身的市場競爭力。其次，客戶還追求包裝機械和生產機械的一體化，要求生產商改變生產的思路和方向。這兩點要求都體現了客戶對包裝機械柔性的需求，是包裝機械在應用控制技術時考慮的重點。上述的幾種市場需求都需要從控制系統入手，協調整個包裝機械元件之間的關系，然后提高生產的效率，提供更多的功能模塊滿足個性化的要求。控制技術在其中起到的是中樞的作用，協調整個生產按照預期的方式進行。因此，必須在設計的時候就將控制系統引入到包裝機械中。

包裝機械的設計不僅要從市場的需求入手，還要相應地考慮社會在發展中包裝機械的方向。自從我國提出可持續發展的概念后，整個社會都在追求可持續的經濟發展方式。當前發展的是可持續的經濟，要求機械設備產生的污染物較少，產生的噪聲也要小，這就對包裝機械內含的科技提出了更高的要求。只有滿足這些需求，包裝機械才能夠實現長遠發展的目標。控制系統是整個包裝機械生產的核心，要優化整個包裝的過程，滿足可持續的需求，就要從優化包裝機械的控制系統入手。

3.3 速度的控制

包裝機械的速度控制可以用手動的方式控制，也可以用自動的方式控制。手動的方式較為簡單，就是通過人為的觀察包裝機械的運動狀態和按照生產的需求，調節包裝機械的速度。包裝機械的自動控制涉及得就較為廣泛，因為在生產的過程中不僅需要采集生產中產品的各種參數，還要將這些參數傳遞到計算機系統中進行處理，然后根據處理的結構反饋操作的指令，控制整個包裝機械的生產速度。兩種方式都有各自的優點和缺點，但是整體來說，速度的控制系統并不復雜。

包裝機械的速度控制若采用人為的方式，會減小前提的投入，但是生產中的效率并不高，而且會出現各種人為因素對生產質量的影響。如果采用自動控制的形式，將提高包裝機械的自動化程度，加快生產的速度。而且，因為計算機處理數據的精確和高校，也將提高生產的效率，但是會增加前期的投入。因此，具體的速度控制方案要根據實際的生產需求來選擇，在選定速度控制方案后，還要調節傳動系統和檢測系統，使之和包裝機械之間緊密的配合，共同提高生產的質量，滿足設計的需求。

4 結語

控制技術是包裝機械的核心，要實現包裝機械的發展，必須從控制技術入手，在設計中就將控制技術融入其中。我國包裝機械和發達國家的差異就在于性能和控制方面，要縮小這種差距，提高控制技術是前提。另外，如何將控制技術很好地融合在包裝機械中也是包裝機械設計的關鍵。

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