自動(dòng)化控制技術(shù)及其在包裝機(jī)械中的應(yīng)用

鄭 梅黃和平（ 陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)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(dòng)化控制技術(shù)及其在包裝機(jī)械中的應(yīng)用

鄭 梅1黃和平2
（1 陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)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(jī)械在當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，包裝機(jī)械的生產(chǎn)率和可靠性逐步提升，為人們的工業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的便利，可以預(yù)見自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用依然具有很大的潛力。文章分析了我國包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了自動(dòng)化技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的具體應(yīng)用。

自動(dòng)化；包裝機(jī)械；應(yīng)用

我國包裝機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用起步較晚，20世紀(jì)70年代，我國制造了第一臺(tái)包裝機(jī)，并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)過多年的發(fā)展，包裝機(jī)械工業(yè)已經(jīng)成為我國工業(yè)快速發(fā)展的支撐力量。包裝機(jī)械在啤酒和飲料灌裝設(shè)備中應(yīng)用廣泛，并逐步和自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的高速化、成套化發(fā)展，其生產(chǎn)穩(wěn)定性和可靠性較強(qiáng)。當(dāng)前自動(dòng)化包裝機(jī)械以單機(jī)控制為主，應(yīng)用PLC和工控機(jī)等設(shè)備，食品包裝機(jī)械傳統(tǒng)上采用機(jī)械傳動(dòng)，系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，這也是自動(dòng)化技術(shù)需要重點(diǎn)提升的技術(shù)點(diǎn)。同時(shí)，當(dāng)前包裝機(jī)械應(yīng)用中，其傳感和檢測(cè)技術(shù)、定位控制、在線監(jiān)測(cè)等得不到充分應(yīng)用，同國外的高檔化自動(dòng)化技術(shù)比依然存在較大的差距?，F(xiàn)今，我國包裝機(jī)械品種約有1300多種，缺少高科技、高精度、高質(zhì)量配套產(chǎn)品，產(chǎn)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(jī)械的技術(shù)水平從整體上看比先進(jìn)國家落后20年左右。從科研產(chǎn)品開發(fā)上看，還基本停留在測(cè)試仿制階段，自行開發(fā)能力不強(qiáng)，科研投入少，經(jīng)費(fèi)僅占銷售額的1%，而發(fā)達(dá)國家高達(dá)8% ～10%[1]。

1 包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展對(duì)自動(dòng)化的要求

包裝機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）提升生產(chǎn)效率，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用目的是降低產(chǎn)品成本，提高生產(chǎn)規(guī)模，包裝機(jī)械對(duì)于生產(chǎn)工序的連接精度要求較高，整個(gè)生產(chǎn)線和包裝工序要做到啟動(dòng)和提供及時(shí)，并且保持生產(chǎn)的有序性。

（2）自動(dòng)化技術(shù)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化，包裝機(jī)械要迎合產(chǎn)品生產(chǎn)，根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量性能來調(diào)整其生產(chǎn)流程。

（3）設(shè)備故障的迅速排出，自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用不僅提升了生產(chǎn)效率，同時(shí)也提升了設(shè)備處理速率，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障之后，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)識(shí)別故障，并發(fā)送到人機(jī)界面提示故障，同時(shí)主機(jī)系統(tǒng)會(huì)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷，及時(shí)排除機(jī)械故障[2]。

2 自動(dòng)化技術(shù)及其在包裝機(jī)械中的應(yīng)用

自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用極大提升了包裝作業(yè)速度、質(zhì)量和衛(wèi)生條件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大批量連續(xù)性生產(chǎn)。包裝機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)主要包括包裝機(jī)、聯(lián)動(dòng)機(jī)、傳輸機(jī)、自動(dòng)儲(chǔ)存設(shè)備、自動(dòng)檢測(cè)裝備等。

2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)

傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)，是自動(dòng)化包裝機(jī)械中的關(guān)鍵部分，其主要的功能是調(diào)整工藝速度和控制電機(jī)的生產(chǎn)速度。在自動(dòng)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(dāng)了重要的角色，當(dāng)前變頻器由計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)聯(lián)動(dòng)控制，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制。提升傳動(dòng)系統(tǒng)的相應(yīng)速度、傳輸精度、運(yùn)行效率是自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)，同時(shí)要降低傳統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行的能耗，實(shí)現(xiàn)簡單化操作。變頻器應(yīng)用于大型包裝機(jī)和生產(chǎn)線中，取得了良好的效果，當(dāng)前市場(chǎng)應(yīng)用效果較好的品牌有臺(tái)大、富士、西門子等。

2.2 人機(jī)界面

人機(jī)界面是完成相關(guān)操作的重要平臺(tái)，自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)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(nèi)容的連接。通過人機(jī)界面，操作人員將信號(hào)傳輸?shù)阶詣?dòng)化操作系統(tǒng)中，控制器的主機(jī)則會(huì)接收到信號(hào)并進(jìn)行分析，將信號(hào)傳輸?shù)巾憫?yīng)設(shè)備中，從而啟動(dòng)相應(yīng)的操作。人機(jī)界面用以設(shè)定生產(chǎn)工藝參數(shù)，并監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，記錄設(shè)備生產(chǎn)狀況，并對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，為以后設(shè)備檢修和操作提供參考。

2.3運(yùn)動(dòng)控制

在自動(dòng)化包裝機(jī)械中運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的功能主要是用過伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的自動(dòng)調(diào)整能力、低震動(dòng)、相應(yīng)速度等優(yōu)點(diǎn)。它主要控制生產(chǎn)精密度、保持控制操作的同步性。因此，在自動(dòng)化應(yīng)用中肩負(fù)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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度，在果汁飲料和啤酒行業(yè)包裝中應(yīng)用廣泛，實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的精密性操作。

2.4 控制系統(tǒng)

近年，包裝機(jī)械的主流控制系統(tǒng)將是PLC控制系統(tǒng)，其具有程序設(shè)計(jì)方便靈活、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高級(jí)運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，深受客戶歡迎。我國大部分的包裝機(jī)械控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，并且PLC控制系統(tǒng)主要應(yīng)用在食品包裝機(jī)械市場(chǎng)中的西門子、施耐德、三菱及臺(tái)達(dá)等品牌中。另外，變頻器、人機(jī)界面和PLC主要集中應(yīng)用于飲料、啤酒的包裝等設(shè)備上，也應(yīng)用于方便食品生產(chǎn)線、全自動(dòng)包裝機(jī)及乳品包裝設(shè)備上[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械中應(yīng)用廣泛，具有良好的應(yīng)用效果，極大提升了產(chǎn)品生產(chǎn)效率。自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)高速、優(yōu)質(zhì)、低耗、安全生產(chǎn)，提高自動(dòng)化技術(shù)的可操作性。但我國包裝機(jī)械和發(fā)達(dá)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(shù)是前提。另外，如何將控制技術(shù)很好地融合在包裝機(jī)械中也是包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[4]。

[1] 王海濤.自動(dòng)化技術(shù)在包裝機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用研究[J].中國包裝工業(yè)，2015(Z2)：105.

[2] 何孝武，杜健.自動(dòng)化控制產(chǎn)品在包裝機(jī)械行業(yè)的應(yīng)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(jì)算機(jī)視覺的啤酒瓶空瓶檢測(cè)圖像采集技術(shù)[J]. 食品與機(jī)械，2016,32(5)：105-107.

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

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

2016-08-21