包裝機械設(shè)計中控制技術(shù)的應(yīng)用

侯躍

摘 要：包裝機械是包裝行業(yè)和機械行業(yè)必不可少的一部分，包裝機械的質(zhì)量直接影響著包裝行業(yè)的發(fā)展。在包裝機械中，控制技術(shù)是其核心，特別是當(dāng)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(shù)更加成熟。該文從包裝機械中控制技術(shù)的組成入手，首先分析了包裝機械中控制技術(shù)的要求，然后研究了包裝機械控制系統(tǒng)的設(shè)計，為包裝機械設(shè)計中控制技術(shù)的應(yīng)用研究提供了可參考的意見。

關(guān)鍵詞：包裝機械 設(shè)計 控制技術(shù) 應(yīng)用

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

1 包裝機械中控制技術(shù)的組成

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

1.1 主傳動部分

傳動系統(tǒng)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(tǒng)是整個包裝機械實現(xiàn)連續(xù)工作的基礎(chǔ)。控制技術(shù)在傳動系統(tǒng)中主要是用來控制傳動的速度和精度，在包裝開始前將產(chǎn)品傳送到指定的位置進(jìn)行包裝操作，在包裝完成后再將產(chǎn)品傳送到指定的位置進(jìn)行檢測。這部分的控制技術(shù)主要是通過可編程邏輯控制器實現(xiàn)，電腦根據(jù)信號發(fā)出不同的指令，控制傳動系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方式。

1.2 計量部分

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

1.3 物品包裝的執(zhí)行部分

整個包裝過程最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是包裝的執(zhí)行操作，也是在這個環(huán)節(jié)，包裝機械發(fā)揮其核心的作用。在包裝過程中，控制技術(shù)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(zhí)行部分，控制技術(shù)是其核心。從指令的編寫到指令的執(zhí)行，必須通過控制技術(shù)來實現(xiàn)。包裝機械的執(zhí)行部分的控制系統(tǒng)主要是通過PLC系統(tǒng)實現(xiàn)，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(chǎn)中。而且，PLC控制系統(tǒng)還有可靠性強、設(shè)計較靈活和操作簡單等優(yōu)點。根據(jù)包裝機械行業(yè)的發(fā)展，PLC的應(yīng)用極大提高了包裝機械的自動化程度，滿足了生產(chǎn)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(huán)節(jié)，成品還需要經(jīng)過檢驗的環(huán)節(jié)，檢查其質(zhì)量是否符合企業(yè)設(shè)計的要求。因此，在包裝機械包裝的成品還需要經(jīng)過檢測，判斷其合格性，然后把不符合要求的產(chǎn)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(chǎn)品的各種屬性，然后把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式，再通過傳感器傳遞給計算機系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)的特征做相應(yīng)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?？刂葡到y(tǒng)在整個檢測部分是其運轉(zhuǎn)的中樞，信號在發(fā)出之后，控制系統(tǒng)根據(jù)指令的不同執(zhí)行不同的動作，最后滿足生產(chǎn)的各項需求。

2 包裝機械中控制技術(shù)的要求

根據(jù)上文的分析，控制技術(shù)在包裝機械的整個生產(chǎn)過程中都承擔(dān)著重要的作用。包裝機械不同的部分對控制技術(shù)也有著不同的要求，這需要從生產(chǎn)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(diào)節(jié)速度

包裝機械的整個過程是一條生產(chǎn)線，每個環(huán)節(jié)對應(yīng)的傳動速度是不相同的，需要做出多種調(diào)節(jié)。而且，當(dāng)前包裝機械并不能全面地實現(xiàn)自動化操作，在一些步驟中還需要進(jìn)行相應(yīng)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(jìn)行速度調(diào)節(jié)的操作。

基于包裝機械生產(chǎn)對速度調(diào)節(jié)的要求，控制技術(shù)要實現(xiàn)調(diào)節(jié)的功能，必須有可選的速度方案或者可以根據(jù)生產(chǎn)的需求隨時調(diào)節(jié)傳送的速度。為實現(xiàn)這一操作，需要將控制系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)結(jié)合設(shè)計，設(shè)置相應(yīng)的調(diào)節(jié)方案或者調(diào)節(jié)裝置，然后用傳感器來傳遞相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號，當(dāng)接收到信號時，執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)速度操作。

2.2 檢測部分和執(zhí)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(jìn)行相應(yīng)的操作。包裝物品的主要操作就是包裝執(zhí)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(zhí)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(zhì)量出現(xiàn)各種各樣的問題。

包裝機械進(jìn)行包裝操作不僅要滿足檢測部分和執(zhí)行部分上的緊密配合，還要實現(xiàn)包裝的連續(xù)性，這是生產(chǎn)的基本要求。例如，在進(jìn)行煙草包裝的時候，煙盒的包裝材料并不能夠連續(xù)傳送，所以只能在進(jìn)行完一個操作之后將其傳送到下一個部位，然后再進(jìn)行后續(xù)的操作。這也需要控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)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(zhí)行部分工作時間的配合上，控制技術(shù)發(fā)揮著協(xié)調(diào)的作用，通過控制不同部分之間的運作狀態(tài)來協(xié)調(diào)整個包裝的過程，這方面對控制技術(shù)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(jìn)行間歇性的運動和連續(xù)性的運動兩種，包裝機械也根據(jù)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(jié)構(gòu)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(jié)合處承受的載荷也是不同的，需要根據(jù)實際的需求做出多種調(diào)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(diào)節(jié)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(tǒng)必須能夠根據(jù)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(yīng)的控制技術(shù)，可以根據(jù)生產(chǎn)的實際需求調(diào)節(jié)主傳動的運轉(zhuǎn)方式，以此來適應(yīng)生產(chǎn)的需求。

2.4 工作動作的次序

包裝機械是一個復(fù)雜的整體，它集合了機電一體化技術(shù)、自動化技術(shù)和控制技術(shù)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(jìn)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(chǎn)線也分為柔性包裝生產(chǎn)線和剛性包裝生產(chǎn)線，需要根據(jù)不同的生產(chǎn)需求進(jìn)行多方地調(diào)節(jié)。

控制系統(tǒng)就是起到總體調(diào)節(jié)的作用，在整個包裝的過程中，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)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(qū)間，然后進(jìn)行相應(yīng)的包裝操作。這需要整個控制系統(tǒng)和包裝機械整體地配合，嚴(yán)密安排每一個生產(chǎn)的流程。另外，在包裝的過程中也可能出現(xiàn)各種意外情況，還需要控制系統(tǒng)根據(jù)檢測系統(tǒng)的信息做出各種調(diào)整，最終保障生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2.5 安全方面的控制

任何生產(chǎn)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(tài)，再者，為了追求效率，包裝機械的運作是連續(xù)性的。所以，很容易因為機械設(shè)備的疲勞磨損產(chǎn)生意外，造成不必要的安全問題。大型的包裝機械設(shè)備還會因為磨損和疲勞等問題造成斷裂的現(xiàn)象，給現(xiàn)場的工作人員帶來安全方面的威脅。因此，包裝機械的設(shè)計，必須體現(xiàn)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(shè)備本身的安全問題。包裝機械一旦因為故障停止運轉(zhuǎn)將給企業(yè)帶來巨大的損失，所以要及時地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，這其中就涉及到了傳感器和應(yīng)變片的使用。在包裝機械設(shè)備的重要部位貼上相應(yīng)的影片，然后把設(shè)備運轉(zhuǎn)中的各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大之后再傳遞給電腦。電腦處理了信息之后，做出相應(yīng)地判斷，判斷包裝機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)是否處在正常的狀態(tài)。若有故障存在或者隱患存在，及時發(fā)出信號給人們提出預(yù)警，就可以進(jìn)行相應(yīng)地維護(hù)和故障排除操作，避免產(chǎn)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(xùn)，懂得如何處理緊急情況。另外，也要制定相應(yīng)的預(yù)防措施，避免發(fā)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(tǒng)也起到不可忽視的作用，因為計算機系統(tǒng)會根據(jù)信號做出邏輯判斷，不會因為疏忽等原因使意外發(fā)生。

3 包裝機械控制系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)的次序聯(lián)系起來，實現(xiàn)待包裝物品有序進(jìn)行各種操作。當(dāng)操作滿足生產(chǎn)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(chǔ)，這是從側(cè)面實現(xiàn)包裝機械可持續(xù)生產(chǎn)和自動化生產(chǎn)。記憶控制其實就是用一次成功的操作作為整個系統(tǒng)重復(fù)的基準(zhǔn)，后續(xù)的操作都按照標(biāo)準(zhǔn)的模式繼續(xù)進(jìn)行。

在進(jìn)行記憶控制設(shè)計時，需要在程序的設(shè)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(chǔ)。而且，為了實現(xiàn)記憶控制，還需要協(xié)調(diào)自動化在包裝機械中的作用，實現(xiàn)包裝機械自主控制的目的。按照設(shè)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(xù)的操作只需要模擬寄存器中的參數(shù)，就可以實現(xiàn)包裝機械的記憶控制。

3.2 基于市場需求的控制系統(tǒng)設(shè)計

包裝機械設(shè)計不論是控制系統(tǒng)還是傳動系統(tǒng)，都是為了滿足市場的需求，所以在設(shè)計包裝機械的控制系統(tǒng)時，就要從市場的需求入手，這樣才能實現(xiàn)設(shè)計的目的，促進(jìn)包裝機械行業(yè)的發(fā)展。市場的需求是由客戶決定的，因此在將控制技術(shù)應(yīng)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(fā)展和技術(shù)的進(jìn)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(fā)生了一定的變化。首先，他們要求提高包裝機械生產(chǎn)的效率。生產(chǎn)效率是成本的保障，提高生產(chǎn)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(chǎn)機械的一體化，要求生產(chǎn)商改變生產(chǎn)的思路和方向。這兩點要求都體現(xiàn)了客戶對包裝機械柔性的需求，是包裝機械在應(yīng)用控制技術(shù)時考慮的重點。上述的幾種市場需求都需要從控制系統(tǒng)入手，協(xié)調(diào)整個包裝機械元件之間的關(guān)系，然后提高生產(chǎn)的效率，提供更多的功能模塊滿足個性化的要求?？刂萍夹g(shù)在其中起到的是中樞的作用，協(xié)調(diào)整個生產(chǎn)按照預(yù)期的方式進(jìn)行。因此，必須在設(shè)計的時候就將控制系統(tǒng)引入到包裝機械中。

包裝機械的設(shè)計不僅要從市場的需求入手，還要相應(yīng)地考慮社會在發(fā)展中包裝機械的方向。自從我國提出可持續(xù)發(fā)展的概念后，整個社會都在追求可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展方式。當(dāng)前發(fā)展的是可持續(xù)的經(jīng)濟，要求機械設(shè)備產(chǎn)生的污染物較少，產(chǎn)生的噪聲也要小，這就對包裝機械內(nèi)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?qū)崿F(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)是整個包裝機械生產(chǎn)的核心，要優(yōu)化整個包裝的過程，滿足可持續(xù)的需求，就要從優(yōu)化包裝機械的控制系統(tǒng)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(tài)和按照生產(chǎn)的需求，調(diào)節(jié)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(chǎn)的過程中不僅需要采集生產(chǎn)中產(chǎn)品的各種參數(shù)，還要將這些參數(shù)傳遞到計算機系統(tǒng)中進(jìn)行處理，然后根據(jù)處理的結(jié)構(gòu)反饋操作的指令，控制整個包裝機械的生產(chǎn)速度。兩種方式都有各自的優(yōu)點和缺點，但是整體來說，速度的控制系統(tǒng)并不復(fù)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(chǎn)中的效率并不高，而且會出現(xiàn)各種人為因素對生產(chǎn)質(zhì)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(chǎn)的速度。而且，因為計算機處理數(shù)據(jù)的精確和高校，也將提高生產(chǎn)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(jù)實際的生產(chǎn)需求來選擇，在選定速度控制方案后，還要調(diào)節(jié)傳動系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)，使之和包裝機械之間緊密的配合，共同提高生產(chǎn)的質(zhì)量，滿足設(shè)計的需求。

4 結(jié)語

控制技術(shù)是包裝機械的核心，要實現(xiàn)包裝機械的發(fā)展，必須從控制技術(shù)入手，在設(shè)計中就將控制技術(shù)融入其中。我國包裝機械和發(fā)達(dá)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(shù)是前提。另外，如何將控制技術(shù)很好地融合在包裝機械中也是包裝機械設(shè)計的關(guān)鍵。

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