自動化控制技術及其在包裝機械中的應用

鄭 梅黃和平（ 陜西科技大學機電工程學院，陜西 西安 700； 浙江正泰電器股份有限公司，浙江 溫州 35000）

自動化控制技術及其在包裝機械中的應用

鄭 梅1黃和平2
（1 陜西科技大學機電工程學院，陜西 西安 710021；2 浙江正泰電器股份有限公司，浙江 溫州 325000）

包裝機械在當前社會生產中廣泛應用，隨著電氣自動化技術的發(fā)展，包裝機械的生產率和可靠性逐步提升，為人們的工業(yè)生產帶來了極大的便利，可以預見自動化技術在包裝機械中的應用依然具有很大的潛力。文章分析了我國包裝機械行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了自動化技術在行業(yè)內的具體應用。

自動化；包裝機械；應用

我國包裝機械行業(yè)的應用起步較晚，20世紀70年代，我國制造了第一臺包裝機，并應用于工業(yè)生產中，經過多年的發(fā)展，包裝機械工業(yè)已經成為我國工業(yè)快速發(fā)展的支撐力量。包裝機械在啤酒和飲料灌裝設備中應用廣泛，并逐步和自動化技術相結合，實現(xiàn)了產品的高速化、成套化發(fā)展，其生產穩(wěn)定性和可靠性較強。當前自動化包裝機械以單機控制為主，應用PLC和工控機等設備，食品包裝機械傳統(tǒng)上采用機械傳動，系統(tǒng)無法實現(xiàn)最優(yōu)化設計，這也是自動化技術需要重點提升的技術點。同時，當前包裝機械應用中，其傳感和檢測技術、定位控制、在線監(jiān)測等得不到充分應用，同國外的高檔化自動化技術比依然存在較大的差距。現(xiàn)今，我國包裝機械品種約有1300多種，缺少高科技、高精度、高質量配套產品，產品性能低，穩(wěn)定性和可靠性差，壽命短，表面處理粗糙，造型不美觀，我國包裝機械的技術水平從整體上看比先進國家落后20年左右。從科研產品開發(fā)上看，還基本停留在測試仿制階段，自行開發(fā)能力不強，科研投入少，經費僅占銷售額的1%，而發(fā)達國家高達8% ～10%[1]。

1 包裝機械行業(yè)發(fā)展對自動化的要求

包裝機械自動化發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）提升生產效率，自動化技術應用目的是降低產品成本，提高生產規(guī)模，包裝機械對于生產工序的連接精度要求較高，整個生產線和包裝工序要做到啟動和提供及時，并且保持生產的有序性。

（2）自動化技術能夠適應產品變化，包裝機械要迎合產品生產，根據產品的質量性能來調整其生產流程。

（3）設備故障的迅速排出，自動化技術在包裝機械中的應用不僅提升了生產效率，同時也提升了設備處理速率，當系統(tǒng)發(fā)生故障之后，系統(tǒng)就會自動識別故障，并發(fā)送到人機界面提示故障，同時主機系統(tǒng)會實現(xiàn)遠程診斷，及時排除機械故障[2]。

2 自動化技術及其在包裝機械中的應用

自動化技術應用極大提升了包裝作業(yè)速度、質量和衛(wèi)生條件，同時實現(xiàn)了大批量連續(xù)性生產。包裝機械自動化技術主要包括包裝機、聯(lián)動機、傳輸機、自動儲存設備、自動檢測裝備等。

2.1 傳動系統(tǒng)的自動化控制技術

傳動系統(tǒng)主要包括齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、帶傳動及鏈傳動，是自動化包裝機械中的關鍵部分，其主要的功能是調整工藝速度和控制電機的生產速度。在自動化操作系統(tǒng)中，傳統(tǒng)系統(tǒng)的主要功能部件是變頻器，其充當了重要的角色，當前變頻器由計算機技術和現(xiàn)代控制技術聯(lián)動控制，通過網絡技術來實現(xiàn)對傳動系統(tǒng)的控制。提升傳動系統(tǒng)的相應速度、傳輸精度、運行效率是自動化系統(tǒng)優(yōu)化的目標，同時要降低傳統(tǒng)系統(tǒng)運行的能耗，實現(xiàn)簡單化操作。變頻器應用于大型包裝機和生產線中，取得了良好的效果，當前市場應用效果較好的品牌有臺大、富士、西門子等。

2.2 人機界面

人機界面是完成相關操作的重要平臺，自動化系統(tǒng)的運行流程在顯示器中顯示，系統(tǒng)的操作界面是完成系統(tǒng)操作內容的連接。通過人機界面，操作人員將信號傳輸到自動化操作系統(tǒng)中，控制器的主機則會接收到信號并進行分析，將信號傳輸到響應設備中，從而啟動相應的操作。人機界面用以設定生產工藝參數，并監(jiān)控設備運行狀態(tài)，記錄設備生產狀況，并對生產信息進行數據備份，為以后設備檢修和操作提供參考。

2.3運動控制

在自動化包裝機械中運動控制產品的功能主要是用過伺服電機來實現(xiàn)，具有很強的自動調整能力、低震動、相應速度等優(yōu)點。它主要控制生產精密度、保持控制操作的同步性。因此，在自動化應用中肩負著傳送、碼垛、卸載、裝卸等工作。高性能伺服控制器可以提升運動控制系統(tǒng)的運行速度，在果汁飲料和啤酒行業(yè)包裝中應用廣泛，實現(xiàn)了對運動控制系統(tǒng)的精密性操作。

2.4 控制系統(tǒng)

近年，包裝機械的主流控制系統(tǒng)將是PLC控制系統(tǒng)，其具有程序設計方便靈活、抗干擾能力強、可靠性高級運行穩(wěn)定等特點，深受客戶歡迎。我國大部分的包裝機械控制系統(tǒng)中得到了廣泛應用，并且PLC控制系統(tǒng)主要應用在食品包裝機械市場中的西門子、施耐德、三菱及臺達等品牌中。另外，變頻器、人機界面和PLC主要集中應用于飲料、啤酒的包裝等設備上，也應用于方便食品生產線、全自動包裝機及乳品包裝設備上[3]。

3 結語

綜上所述，自動化技術在包裝機械中應用廣泛，具有良好的應用效果，極大提升了產品生產效率。自動化技術在包裝機械應用中應當實現(xiàn)高速、優(yōu)質、低耗、安全生產，提高自動化技術的可操作性。但我國包裝機械和發(fā)達國家的差異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[4]。

[1] 王海濤.自動化技術在包裝機械行業(yè)中的應用研究[J].中國包裝工業(yè)，2015(Z2)：105.

[2] 何孝武，杜健.自動化控制產品在包裝機械行業(yè)的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨向[J].中國包裝工業(yè)，2011(3)：20-21.

[3] 何小虎. 基于計算機視覺的啤酒瓶空瓶檢測圖像采集技術[J]. 食品與機械，2016,32(5)：105-107.

[4] 李湘?zhèn)?劉尉. 基于PLC控制的全自動在線清洗系統(tǒng)的設計[J].食品與機械，2015,31(6)：120-123.

鄭梅（1967-），女，陜西科技大學機電工程學院工程師，碩士。E-mail：583638535@qq.com

2016-08-21