PLC在食品機械自動化改造中的應用探討

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）設施的總體集成度比較高，一般由存儲設備、編程架構和信息交互數據接口組成，以實現機械設備集成的管理計劃。PLC數字化技術發展不但很好地推動了生產力水平的迅速提升，也推動了機械加工行業的迅速發展。中國是一個制造業大國，機械加工行業對工業生產有著非常重要的影響。

1 PLC技術概述和特點

1.1 概述

（1）基本組成。PLC是控制系統和繼電器技術緊密結合的產物，是可編程控制（Programmable Logic Controller）的簡寫，是利用微型處理設備來實現把控的一個功能性終端設備。其具體組成有存儲設備、主機電源、處理設備和數據接口等，其組成與計算機系統非常類似。此外，PLC當中還包括編程領域的軟件和機器設備。編程設施能夠監測PLC基本參數的情況，能夠實現程序的測試運行和編輯。使用者能夠利用計算機聯網方式實現編程互享，為使用PLC提供軟件平臺，甚至可實現系統仿真建模功能。

（2）基本原理。PLC也就是人們所指的可編輯控制系統，其是一種新型的工業控制系統，以微處理器為基礎，將通信技術、電子計算機技術以及自動化控制技術緊密結合。此外，其融合了電子計算機技術與傳統化的機電控制模塊技術，在機械自動化生產環節有著非常重要的作用。PLC依照電力行業標準所給定的概念，服務于生產制造過程，是一種電子控制系統。其將順序控制、運算、內部邏輯運算、計數等操作流程應用可編程序的存儲器實施輸出和輸入，以實現對機械設備生產環節實施把控的目標[1]。

1.2 特點

PLC具備較強的便利性、靈活度、穩定性、數字化等特征，主要表現為應用高效快捷。PLC在實施特殊功能把控時，必須實施程序編寫。其語言簡明扼要，常以語言或圖案組成，對電腦基礎知識的需求非常低。此外，功能編程后也可以實施在線編輯與及時補充，高效快捷；結構件簡易靈便。PLC主要是對打開或關停實施把控，其結構精巧、靈便、簡易，可以與別的系統組合建立健全的控制系統，實現自動化控制技術；數字化性能指標高。PLC可改變性能指標，應用靈便，操作簡單，進而促使PLC在數字化能力發揮時，數字化性能指標不易遭受別的要素的影響；穩定性高。PLC的結構件相對簡易，材料獨特，抗性較強，所以對工作環境不具備挑剔性，且抗干擾性能指標非常平穩，給PLC的應用提供了較高的安全性和穩定性。

2 食品機械自動化改造的必要性

食品企業有著廣闊的發展前景，與人們的生活、營養健康有必然聯系?，F代化的機械設備對食品企業的發展有至關重要的影響，各大企業對食品加工機械十分重視，期待增強食品機械設備技術，不斷完善食品企業，滿足行業發展必需。

現階段，傳統食品制造型企業的利潤空間逐漸降低，人口紅利慢慢消失，市場競爭日趨激烈，以前借助規模、價格制勝的優勢消失殆盡。食品生產加工企業大多屬于勞動密集型企業，現階段面對的壓力巨大。因此，務必高度重視食品機械智能化、自動化改造作業，在有效改善食品生產加工環境，增強生產質量和效率的前提下，降低勞動成本，提高自動化生產水平，推動傳統食品機械設備及食品產業的創新發展，在行業市場中建立強大的核心競爭優勢，實現平穩可持續發展的目標。

3 食品機械行業中智能控制技術的應用現狀

在當代機械制造行業，智能控制技術的運用為一些無法用人腦完成或由于缺少精準數據而無法預測的情況帶來了高效解決方案。例如，可依托于模糊數學、神經網絡等常見自動化控制方式，對整個生產流程實施動態化環境建模，從而運用傳感器達到信息的預設處理；也可以運用專家系統里的反向邏輯推理，及時處理機械系統運轉問題，從而更改控制機構或基本參數，搭建最合適的控制方式。此外，在食品機械設備運轉實踐中，受主觀和客觀要素的影響，加上長期操作，不可避免發生故障問題。依托于智能傳感器技術的預見性維護系統，可將機械設備的即時運轉狀態反饋給有關部門，并依靠專家系統，達到迅速、精確檢查，減少關機時間，提高企業生產效率的目的[2]。與此同時，工業4.0適配的傳感器，除常規系統控制傳輸作用外，還配置了一個端口銜接到云服務器，完成了遠程控制。時至今日，我國食品機械對智能控制技術的運用探究日臻成熟，特別是機器人技術在食品行業里的運用發展獲得了巨大成就，包含堆垛、裝車、撿取等機器人。

盡管中國食品工業智能化建設獲得了很大成績，但與西方國家相比還存在著一定的距離。我國應找到影響食品工業智能化建設的因素，并針對性地給予改善，從而最大限度地發揮智能控制技術的實用價值。具體來說，我國目前食品機械設備生產廠家智能化設計水平仍處在開發階段，只有不到1/3的企業真正步入了智能工廠的運用環節。因為發展狀況不同，食品機械設備企業對智能化建設的投資強度具有差別，對各種研發資源的匯聚水平各有不同，科學創新表現力不夠，從而嚴重影響食品機械設備對智能控制技術的運用水平。特別是許多中小企業在智能工廠的建設過程中存在難度，其相應投資大幅提高了企業產品成本，融資困難變成緩解這一問題的核心。生產型企業的成本上升，造成食品機械設備對智能控制技術的運用成本上升，從而嚴重影響用戶消費決定，在缺乏市場需求的支撐下，此項工作必然難以推動，最后造成不良循環。

4 PLC技術在食品機械自動化改造中的應用

4.1 PLC技術在瓶裝飲料行業中的應用

隨著我國經濟水平和人們生活品質的提高，在工業生產過程中，食品企業注重生產能力的同時更重視質量。在罐裝飲料生產過程中，傳統化的人為操控生產流水線已不適應社會的需求，逐步被自動化生產所替代。因為PLC具備迅速、靈便、功能強大等優勢，進而被企業所運用。PLC依據商品加工工藝，對生產工藝流程進行編程設計，實現操作系統和加工設備間的銜接，利用簡單的自動化控制，實現商品完全加工或局部加工的智能化操控，可以智能進行空罐殺菌、運送、灌入飲品、密封加蓋和檢驗密封氣密性等生產工藝流程[3]。利用PLC技術實現快捷的生產設計和操縱，提高工作效率的同時，減少生產成本，充分滿足如今的生產強度需求。

4.2 PLC技術在食品包裝行業中的應用

包裝使用PLC技術，其主要包含全自動包裝機、附屬設備、傳送裝置、包裝、檢驗及智能調整補償設備控制等。此外，需要包裝的商品要不斷送進生產流水線，在對應部位添加包裝原料，將商品依據對應的生產工藝流程，最終由另一邊輸出，這類生產工藝流程無需人工操作，能直接智能化完成傳送和包裝。為了提高包裝生產能力和品質，應快速升級食品生產包裝智能化水平，實現PLC在食品包裝過程中的運用，充分滿足人們的生活需要。

4.3 PLC技術在食品稱量中的應用

以PLC作為稱重操作系統的重點，能準確地實現稱重操作系統的操縱需求，一般適用于板栗、大棗和夏果等干果以及荸薺、蔥頭、山芋和糖塊等較大顆粒物料的按量稱重。該稱重系統對操縱層面的一般需求有2方面。①能實現吊斗升降機的人工升降以及智能入料操作。②能控制各稱重部分快、慢速送料，實現精準稱重。因為操作系統存在比較嚴重的延遲性，控制關系比較復雜，而控制目標又以小存儲量的負載居多。PLC自動控制系統能實現既簡單、安全、可靠又便捷靈便地操作控制[4]。該自動控制系統具備電源電路簡易、可靠系數高、質量穩定、運行速度快、抗干擾性強及使用系統維護便捷等優勢，運用該自動控制系統的稱重操作系統已經在全國各地全面推廣。

4.4 PLC技術在水產養殖中的運用

借助于PCL搭建的水質檢測操作系統的基本功能包含以下幾方面。①24 h持續實時檢測。②無線智能監測。相關工作人員無需在現場就可以對養殖環境進行監測。③自動報警。可利用短消息、中心控制機軟件等方法報警。④數據監測的監管、研究和匯總。⑤按時形成監測統計報表。⑥互聯網瀏覽。使用者能聯網瀏覽實時檢測數據信息和監測統計報表。⑦遠程操作。使用者可以通過網絡、手機信息等方法操縱智能終端[5]。例如，可以依據設置的時間、必要條件或使用者命令操縱輸氧裝置或水的溫度調整裝置。

PCL水質檢測操作系統運用特征包含以下幾方面。①監測性能強，各種水體參數可實時檢測，如水溶氧濃度，水的溫度等。②監測效果明顯，相較人工監測，智能化監測更直接和正確。③搭建和運營成本費用低，因為使用移動/聯通供應的GPRS/CDMA1X無線通信網絡，僅需裝好智能監測終端設備就可以對養殖水域進行24 h持續的自動監控，不需要額外布置其他通信線路。④具有投入成本少、效果好，中后期更新升級、系統維護成本費用低的特點。

5 結語

總而言之，隨著工業4.0的到來，食品機械自動化控制改造已是大勢所趨。因為受到全球一體化發展因素的直接影響，行業的市場競爭日趨激烈，這就需要企業充分應用智能化控制技術，對食品生產制造的整個過程實施智能化、自動化控制，從而提高食品的生產質量及效率，進而助力食品行業的轉型發展。在運用PLC技術環節，應當以世界領先水平為標準，科學合理地應用技術，并強化對新型PLC智能化自動控制系統的研究與開發，更高效地提高中國機械設備制造的智能化水平。