自動化食品包裝機械控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計

張輝 陳強

[摘 ? ?要]闡述了包裝機械設備的特征，在建設食品包裝設備的自動化控制系統(tǒng)時，要結(jié)合產(chǎn)品的特點及具體的加工環(huán)節(jié)來設定自動化操控系統(tǒng)的每項參數(shù)，科學合理地設計人戶交互系統(tǒng)，為做出正確決策提供參考，為后期的設備調(diào)試提供方便。為了讓主操控系統(tǒng)具有更加精準的控制性能，應該切實提高模塊結(jié)構(gòu)間的協(xié)調(diào)性，同時，對環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換的位置和時間進行更加精確掌握，以讓包裝機械設備的工作效率得到更加有效的提高。

[關(guān)鍵詞]自動化;包裝機械;控制系統(tǒng);優(yōu)化

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）05–000–03

Optimal Design of Automatic Food Packaging Machinery Control System

Zhang Hui，Chen Qiang

[Abstract]In this article， the author expounds the characteristics of packaging machinery and equipment. When building an automatic control system for food packaging equipment， it is necessary to combine the characteristics of the product and specific processing links to set each parameter of the automatic control system. Reasonably design the human-user interaction system to provide reference for relevant personnel to make correct decisions and facilitate later equipment debugging. In order to make the main control system have more accurate control performance， we should effectively improve the coordination between the module structures， and at the same time， more accurately grasp the position and time of the link conversion， so as to make the work efficiency of the packaging machinery more effective. improve.

[Keywords]automation; packaging machinery; control system; optimization

最近幾年，智能化技術(shù)等先進技術(shù)在包裝機械設備中得到了非常廣泛的運用，借助這些技術(shù)，能夠結(jié)合產(chǎn)品特性，進行設備的自動調(diào)整，這樣，產(chǎn)品間的差異也得到了有效降低。本文分析了包裝機械的特性，同時，就其自動化控制系統(tǒng)相應設計基準進行闡述，并且從多個自動化控制系統(tǒng)方面，探析包裝機械控制系統(tǒng)的設計方法。

1 包裝機械的特征

包裝機械是按系統(tǒng)指令包裝商品的機械，具體工作流程有：填充商品、包裝、縫口、擺放包裝成品等。使用包裝機械后，將有效降低包裝工序的人力投入，可以設定基準指令，將包裝產(chǎn)品之間的誤差降至最低。使用包裝機械，會讓生產(chǎn)效率得到極大提升，同時，還可按商品的外觀或形狀等，進行量化生產(chǎn)。一些手動包裝無法完成的流程，可由包裝機械完成。另外，包裝機械還可進行壓縮打包，這適用于一些蓬松且可壓縮的商品，例如毛巾，壓縮后，商品的存儲、運輸能力均得到極大提升。包裝機械還被廣泛應用于一些人工不能碰觸、法律禁止手工包裝的商品，例如藥品，借助包裝機械，可極好地實現(xiàn)一體化包裝，為產(chǎn)品衛(wèi)生提供保障。

2 自動化技術(shù)在食品包裝機械中的運用

2.1 意義

將自動化技術(shù)運用到食品包裝機械中，對食品企業(yè)的意義是非常重要的，主要體現(xiàn)在：①更好地滿足當前大幅增長的食品需求量，讓包裝機械的效率得到切實提升，讓食品供應更加穩(wěn)定;②更好地順應當前食品行業(yè)飛速、大規(guī)模發(fā)展的大趨勢，當前的包裝材質(zhì)、密封技術(shù)越來越多樣化，在包裝機械中使用自動化技術(shù)，可結(jié)合食品品種、特性和具體的規(guī)格進行差異化包裝;③食品包裝機械結(jié)構(gòu)復雜，如果有故障發(fā)生，解決難度非常大。使用自動化技術(shù)，可讓故障排查率得到極大提升，同時，還對故障的預防有很大的幫助。④好的包裝效果，對于食品銷售也有積極的作用，借助自動化技術(shù)，可精準識別食品包裝的對象，將包裝過程中的錯誤發(fā)生率降至最低;⑤在包裝規(guī)范性、包裝材料的質(zhì)量等方面，包裝機械的要求是非常高的。當前，食品種類不斷豐富，食品包裝日趨多元化，包裝風格的體現(xiàn)也逐漸受到人們的重視。使用自動化技術(shù)，可以在包裝流程中更好地實現(xiàn)一些先進的理念，例如低碳環(huán)保理念等，這會讓包裝的內(nèi)涵越來越豐富。

2.2 食品包裝機械中常用的自動化技術(shù)

2.2.1 安全監(jiān)測技術(shù)

將自動化技術(shù)應用于食品包裝機械的主要目的是讓食品的健康和安全得到更好保障，所以，在生產(chǎn)實踐中，安全檢測技術(shù)是食品包裝機械中最常用的技術(shù)，借助智能化檢測、系統(tǒng)化檢測，可保證機械參數(shù)規(guī)范，同時，還可對食品及其包裝過程等屬性進行精準判斷，對食品安全進行精準監(jiān)測，杜絕包裝污染、食品變質(zhì)等問題的發(fā)生。借助監(jiān)測系統(tǒng)，對食品質(zhì)量進行快速監(jiān)測，使用人機交互，深入了解機械的運行狀況，然后借助觸摸屏，更加方便地進行控制和監(jiān)測。同時，在監(jiān)測時，能夠?qū)⒉环蠘藴实氖称坊蚴鞘称钒b剔除，這一過程既發(fā)揮了自動化食品包裝機械的優(yōu)勢，同時，還降低了人力投入且保障了食品安全。

2.2.2 運動控制技術(shù)

該技術(shù)也是食品包裝機械中應用非常普遍的自動化技術(shù)。該技術(shù)的工作原理是精準監(jiān)測食品的運動位置，保證運動速度同步，另外，在灌裝時，為讓包裝質(zhì)量及系統(tǒng)穩(wěn)定性得到保證，需要對食品的位置進行精準地監(jiān)測，借助高速通訊的方法，對作業(yè)線進行實時控制，同時，定位目標點，借助信息端口多種多樣的功能和快速轉(zhuǎn)換控制模式，讓包裝機械更好地運行，在保證作業(yè)線高效運行的前提下，更好地滿足食品包裝的需求。另外，運動控制技術(shù)，還可對食品位置、速度同步進行精準控制，在食品傳送、碼垛、裝卸等環(huán)節(jié)，有著非常好的應用效果，將這一技術(shù)和傳動系統(tǒng)相結(jié)合，能夠切實提升食品包裝生產(chǎn)線的運作效率。

2.2.3 自動識別技術(shù)

以前的食品包裝機械，只是按照一些非常簡單的工藝進行自動化打包或是包裝，將自動識別技術(shù)運用在食品包裝機械中，可自動鑒別并自動剔除一些不合格的原料和成品，讓食品包裝的安全得到了更好的保障。在運用實踐中，可用智能處理技術(shù)、光電技術(shù)等先進技術(shù)，形成一個非常穩(wěn)定的識別系統(tǒng)，并借助拍照技術(shù)，讓包裝效率得到極大提升，以免出現(xiàn)操作人員疲勞上崗導致的人工操作失誤。借助傳感器，還可及時獲得食品信息，讓食品質(zhì)量得到有效保證。

3 自動化包裝機械控制系統(tǒng)的設計

3.1 設計標準

智能化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等先進技術(shù)是自動包裝機械的“靈魂”，在這些技術(shù)及一些設備的支持下，更好地實現(xiàn)加工一體化。包裝機械的工作原理大致相同，下面以“點心的包裝”為主要切入點，分析包裝機械的模塊化設計。

設計包裝機械系統(tǒng)時，設備最核心的部件是內(nèi)部模塊化操控系統(tǒng)，借助這一系統(tǒng)的分化操作，實現(xiàn)設備的多功能運行。模塊化操控系統(tǒng)具有成本低、質(zhì)量高、柔性強、種類多等生產(chǎn)特性，結(jié)合產(chǎn)品的特性，可用模塊化設計實現(xiàn)操控，用精密的操控方法，確保在產(chǎn)品包裝實踐中，結(jié)構(gòu)性能完整、穩(wěn)定，產(chǎn)出的產(chǎn)品才更具有形式化，從而更好地滿足多樣化的市場需求。模塊化操控系統(tǒng)，可以幫助設定操作基準，將產(chǎn)品包裝的誤差降至最低，讓產(chǎn)品質(zhì)量得到切實提高，另外，借助這一系統(tǒng)，能夠批量生產(chǎn)某些單體部件，這會讓加工成本極大降低。

3.2 相關(guān)控制系統(tǒng)的設計

3.2.1 傳動系統(tǒng)

包裝機械傳動系統(tǒng)，通常是控制包裝鏈上產(chǎn)品的運行速度，并結(jié)合系統(tǒng)指令，調(diào)整傳動速度，以實現(xiàn)產(chǎn)品包裝形式的多樣化。通常情況下，伺服傳動軸是包裝機械傳動系統(tǒng)中最主要的組成內(nèi)容，點心在包裝過程中時，大致包括3個流程，包裝時用三點位式包裝方法，完成點心成品的包裝，3個工位在工作時，具體的運轉(zhuǎn)狀況，是由分別對應的伺服電機操控，結(jié)合產(chǎn)品差異化的包裝加工形式，協(xié)調(diào)傳動軸的位置和運行方式，同時，還能結(jié)合每個環(huán)節(jié)實際作業(yè)狀況，進行精準定位，確保當前這一包裝環(huán)節(jié)在流轉(zhuǎn)到下一包裝環(huán)節(jié)時，能夠?qū)崿F(xiàn)精準對接。這樣有助于確保各包裝環(huán)節(jié)的速度一致，讓每個環(huán)節(jié)所需時間能夠得以精準計算，使產(chǎn)品包裝的精準性得到有效提高。在設計傳動系統(tǒng)外部接口時，要使用總線模塊設計方式，以讓系統(tǒng)運行內(nèi)的數(shù)據(jù)得到有效反饋。

3.2.2 人機交互系統(tǒng)

設計人機交互系統(tǒng)時，應以操作者的行為意識為主導，在技術(shù)運行的前提下，實現(xiàn)人和設備高效溝通。通常情況下，人機交互系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集、分類為主，記錄存儲設備在各種狀態(tài)下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)完整性得到保證。工作人員可以隨時查閱一些設備故障數(shù)據(jù)、設備運行數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息。智能UI界面是人機交互系統(tǒng)的主要展示形式，這一界面能夠做到立體化呈現(xiàn)各種數(shù)據(jù)，同時，還能把產(chǎn)品的各項參數(shù)和實際參數(shù)進行對比，通常情況下，智能UI界面是和PLC操控系統(tǒng)一起運行的，這樣整個包裝過程才會更加完整，另外，還可用來監(jiān)督設備生產(chǎn)狀況和反饋數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)了很大范圍的波動，那么就會發(fā)出警報，或是直接急停，設計人機交互系統(tǒng)，能夠為相關(guān)操作人員提供智能化操控，該系統(tǒng)會用圖像的形式呈現(xiàn)設備運行的具體狀況，為工作人員制定科學的決策和發(fā)出正確的指令提供方便。

3.2.3 運動控制系統(tǒng)

運動控制系統(tǒng)的運行，離不開伺服電機的支持，該系統(tǒng)可以讓產(chǎn)品包裝環(huán)節(jié)得到進一步優(yōu)化，以讓包裝設備的振頻功能、調(diào)整功能得以更好地實現(xiàn)。在包裝點心時，會用到多種工藝：滾切、剝離、輸送等，每個環(huán)節(jié)都有一個相匹配的伺服電機進行驅(qū)動，這樣設備的多功能性才能得到更好地體現(xiàn)。運動操控系統(tǒng)是精度非常高的控制機構(gòu)，它可以在速度非?？斓陌b過程中實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的完美對接，在設計運動控制系統(tǒng)時，建議使用多點位定向傳輸?shù)脑O計方法，讓信息傳輸?shù)木_度得到有效提高，同時，對包裝設備的多軸部件進行編程，讓包裝轉(zhuǎn)換過程所用時間減少，這樣設備工作效率就會極大提升。

3.2.4 主操控系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)的優(yōu)點有穩(wěn)定性強、工作效率高、能夠進行模塊化操作等。包裝設備在使用過程中，屬于設備同體操作，整個操作過程是以任務目標為導向，各獨立式操作共同完成一個終極目標。在設計設備單體系統(tǒng)時，必須要高度重視模塊間的協(xié)調(diào)性，以將傳動軸協(xié)調(diào)運動產(chǎn)生的誤差降至最低。包裝設備傳動軸工作是否穩(wěn)定，與多軸的坐標及具體的傳動速度有很大的關(guān)系。在構(gòu)建PLC系統(tǒng)的指令時，可設一個虛擬坐標軸作基準，同時，構(gòu)建以基準軸為主的下位傳動軸，然后分析傳動軸的位置、速度，嚴控實體軸和虛擬軸的比例，以讓系統(tǒng)運行精準性得到有效提高，在這一過程中，是以傳動軸為基準的，這樣目標數(shù)據(jù)反饋精準性才能得到更好地保障。

4 食品包裝機械自動化技術(shù)發(fā)展前景

4.1 標準越來越統(tǒng)一

食品包裝機械本身的性能和食品健康有著很大的關(guān)系，因此，必須要保證技術(shù)標準統(tǒng)一，將污染降至最低。所以，在未來，食品包裝機械自動化發(fā)展形勢，將會越來越重視技術(shù)標準的統(tǒng)一，一定要嚴格參照國際食品包裝機械的技術(shù)標準，來明確本國的技術(shù)標準，同時，還要保證這些技術(shù)標準符合當前我國現(xiàn)用的法律條文，讓食品包裝機械自動化技術(shù)應用越來越專業(yè)、越來越規(guī)范，讓應用效果得到提升。

4.2 應用更加先進的技術(shù)

當前，食品加工技術(shù)一直在持續(xù)創(chuàng)新，同時也實現(xiàn)了更好地發(fā)展，應在食品包裝機械設備的設計工作中，積極使用自動化技術(shù)，也必須要順應社會發(fā)展的大趨勢，同時，還要重視先進技術(shù)的研發(fā)、普及和應用，完善現(xiàn)代化食品包裝機械應用系統(tǒng)，同時，高度重視該系統(tǒng)的可行性和實用性。所以，在食品包裝機械中，運用先進的自動化技術(shù)時，應該重視生產(chǎn)效率的提升，重視附加值的增加，重視能源消耗的降低，重視食品的安全、健康和營養(yǎng)等，這會切實增加一些人性化設備的研究開發(fā)力度，推進食品包裝機械在實現(xiàn)自動化時，始終堅持“以人為本”的基本原則，更好地體現(xiàn)實用性特征。

4.3 切實提升設備的工作效率

食品包裝機械在未來的發(fā)展應用中，應具有自動調(diào)節(jié)、連續(xù)生產(chǎn)、專業(yè)操作、規(guī)模經(jīng)營等優(yōu)點，所以，要高度重視食品包裝機械的研究、開發(fā)和創(chuàng)新，要重視提升包裝機械設備的工作效率，用一些專業(yè)化設備代替通用性設備，用大型的設備代替小型設備，用連續(xù)作業(yè)設備代替間歇作業(yè)設備，未來的發(fā)展方向是借助于機電一體化控制技術(shù)，讓整條作業(yè)線的智能化水平和自動化水平均得到極大提升，讓食品包裝的工作效率、工作質(zhì)量均得到有效提升，以更好地滿足批量生產(chǎn)的要求，保持市場食品資源輸出的穩(wěn)定性。

4.4 高度重視質(zhì)量安全的控制工作

食品包裝機械自動化技術(shù)的發(fā)展方向是在整條作業(yè)流水線中，高度重視質(zhì)量安全的控制工作，也就是說，要提升對污染源、衛(wèi)生不達標的環(huán)境等方面的管控水平，引進并全面應用安全檢測技術(shù)體系，及時發(fā)現(xiàn)不符合標準的食品，不能讓其進入市場，以免發(fā)生食品安全問題。積極使用自動化管控技術(shù)，將食品生產(chǎn)過程中的人為誤差、人為產(chǎn)生的污染等狀況降至最低，高度重視食品包裝后續(xù)的檢驗工作，讓食品安全問題得到更加有效的管控。再就是，不僅要重視食品安全，還要重視技術(shù)及設備的安全，在現(xiàn)在的生產(chǎn)作業(yè)實踐中，機械化程度日漸升高，設備安全也成了生產(chǎn)系統(tǒng)管理的重要內(nèi)容，在管理過程中，也要積極使用自動化技術(shù)，讓一些設備故障情況得到智能化處理，讓損失降至最低，讓設備維護的安全性得到保障。

5 結(jié)束語

在建設包裝設備的控制系統(tǒng)時，要結(jié)合產(chǎn)品的特點及具體的加工環(huán)節(jié)來設定各操控系統(tǒng)的各項參數(shù)，科學合理地設計人戶交互系統(tǒng)，以為做出正確決策提供參考，為后期的設備調(diào)試提供方便。為了讓主操控系統(tǒng)具有更加精準的控制性能，應該切實提高模塊結(jié)構(gòu)間的協(xié)調(diào)性，同時，對環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換的位置和時間進行更加精確地掌握，以讓包裝機械設備的工作效率得到更加有效地提高。

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