張輝 陳強(qiáng)

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

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)化;包裝機(jī)械;控制系統(tǒng);優(yōu)化

[中圖分類號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(jìn)技術(shù)在包裝機(jī)械設(shè)備中得到了非常廣泛的運(yùn)用，借助這些技術(shù)，能夠結(jié)合產(chǎn)品特性，進(jìn)行設(shè)備的自動(dòng)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(jī)械的特性，同時(shí)，就其自動(dòng)化控制系統(tǒng)相應(yīng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)進(jìn)行闡述，并且從多個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)方面，探析包裝機(jī)械控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

1 包裝機(jī)械的特征

包裝機(jī)械是按系統(tǒng)指令包裝商品的機(jī)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(jī)械后，將有效降低包裝工序的人力投入，可以設(shè)定基準(zhǔn)指令，將包裝產(chǎn)品之間的誤差降至最低。使用包裝機(jī)械，會(huì)讓生產(chǎn)效率得到極大提升，同時(shí)，還可按商品的外觀或形狀等，進(jìn)行量化生產(chǎn)。一些手動(dòng)包裝無法完成的流程，可由包裝機(jī)械完成。另外，包裝機(jī)械還可進(jìn)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(chǔ)、運(yùn)輸能力均得到極大提升。包裝機(jī)械還被廣泛應(yīng)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(jī)械，可極好地實(shí)現(xiàn)一體化包裝，為產(chǎn)品衛(wèi)生提供保障。

2 自動(dòng)化技術(shù)在食品包裝機(jī)械中的運(yùn)用

2.1 意義

將自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用到食品包裝機(jī)械中，對(duì)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(dāng)前大幅增長的食品需求量，讓包裝機(jī)械的效率得到切實(shí)提升，讓食品供應(yīng)更加穩(wěn)定;②更好地順應(yīng)當(dāng)前食品行業(yè)飛速、大規(guī)模發(fā)展的大趨勢(shì)，當(dāng)前的包裝材質(zhì)、密封技術(shù)越來越多樣化，在包裝機(jī)械中使用自動(dòng)化技術(shù)，可結(jié)合食品品種、特性和具體的規(guī)格進(jìn)行差異化包裝;③食品包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果有故障發(fā)生，解決難度非常大。使用自動(dòng)化技術(shù)，可讓故障排查率得到極大提升，同時(shí)，還對(duì)故障的預(yù)防有很大的幫助。④好的包裝效果，對(duì)于食品銷售也有積極的作用，借助自動(dòng)化技術(shù)，可精準(zhǔn)識(shí)別食品包裝的對(duì)象，將包裝過程中的錯(cuò)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(jī)械的要求是非常高的。當(dāng)前，食品種類不斷豐富，食品包裝日趨多元化，包裝風(fēng)格的體現(xiàn)也逐漸受到人們的重視。使用自動(dòng)化技術(shù)，可以在包裝流程中更好地實(shí)現(xiàn)一些先進(jìn)的理念，例如低碳環(huán)保理念等，這會(huì)讓包裝的內(nèi)涵越來越豐富。

2.2 食品包裝機(jī)械中常用的自動(dòng)化技術(shù)

2.2.1 安全監(jiān)測(cè)技術(shù)

將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于食品包裝機(jī)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(shí)踐中，安全檢測(cè)技術(shù)是食品包裝機(jī)械中最常用的技術(shù)，借助智能化檢測(cè)、系統(tǒng)化檢測(cè)，可保證機(jī)械參數(shù)規(guī)范，同時(shí)，還可對(duì)食品及其包裝過程等屬性進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，對(duì)食品安全進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，杜絕包裝污染、食品變質(zhì)等問題的發(fā)生。借助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)食品質(zhì)量進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)，使用人機(jī)交互，深入了解機(jī)械的運(yùn)行狀況，然后借助觸摸屏，更加方便地進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。同時(shí)，在監(jiān)測(cè)時(shí)，能夠?qū)⒉环蠘?biāo)準(zhǔn)的食品或是食品包裝剔除，這一過程既發(fā)揮了自動(dòng)化食品包裝機(jī)械的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，還降低了人力投入且保障了食品安全。

2.2.2 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

該技術(shù)也是食品包裝機(jī)械中應(yīng)用非常普遍的自動(dòng)化技術(shù)。該技術(shù)的工作原理是精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)食品的運(yùn)動(dòng)位置，保證運(yùn)動(dòng)速度同步，另外，在灌裝時(shí)，為讓包裝質(zhì)量及系統(tǒng)穩(wěn)定性得到保證，需要對(duì)食品的位置進(jìn)行精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)，借助高速通訊的方法，對(duì)作業(yè)線進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，同時(shí)，定位目標(biāo)點(diǎn)，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(jī)械更好地運(yùn)行，在保證作業(yè)線高效運(yùn)行的前提下，更好地滿足食品包裝的需求。另外，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，還可對(duì)食品位置、速度同步進(jìn)行精準(zhǔn)控制，在食品傳送、碼垛、裝卸等環(huán)節(jié)，有著非常好的應(yīng)用效果，將這一技術(shù)和傳動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，能夠切實(shí)提升食品包裝生產(chǎn)線的運(yùn)作效率。

2.2.3 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

以前的食品包裝機(jī)械，只是按照一些非常簡(jiǎn)單的工藝進(jìn)行自動(dòng)化打包或是包裝，將自動(dòng)識(shí)別技術(shù)運(yùn)用在食品包裝機(jī)械中，可自動(dòng)鑒別并自動(dòng)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(yùn)用實(shí)踐中，可用智能處理技術(shù)、光電技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，形成一個(gè)非常穩(wěn)定的識(shí)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(dǎo)致的人工操作失誤。借助傳感器，還可及時(shí)獲得食品信息，讓食品質(zhì)量得到有效保證。

3 自動(dòng)化包裝機(jī)械控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

智能化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)是自動(dòng)包裝機(jī)械的“靈魂”，在這些技術(shù)及一些設(shè)備的支持下，更好地實(shí)現(xiàn)加工一體化。包裝機(jī)械的工作原理大致相同，下面以“點(diǎn)心的包裝”為主要切入點(diǎn)，分析包裝機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)包裝機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，設(shè)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(shí)現(xiàn)設(shè)備的多功能運(yùn)行。模塊化操控系統(tǒng)具有成本低、質(zhì)量高、柔性強(qiáng)、種類多等生產(chǎn)特性，結(jié)合產(chǎn)品的特性，可用模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)操控，用精密的操控方法，確保在產(chǎn)品包裝實(shí)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(chǎng)需求。模塊化操控系統(tǒng)，可以幫助設(shè)定操作基準(zhǔn)，將產(chǎn)品包裝的誤差降至最低，讓產(chǎn)品質(zhì)量得到切實(shí)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(huì)讓加工成本極大降低。

3.2 相關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)

包裝機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，通常是控制包裝鏈上產(chǎn)品的運(yùn)行速度，并結(jié)合系統(tǒng)指令，調(diào)整傳動(dòng)速度，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品包裝形式的多樣化。通常情況下，伺服傳動(dòng)軸是包裝機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中最主要的組成內(nèi)容，點(diǎn)心在包裝過程中時(shí)，大致包括3個(gè)流程，包裝時(shí)用三點(diǎn)位式包裝方法，完成點(diǎn)心成品的包裝，3個(gè)工位在工作時(shí)，具體的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，是由分別對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)操控，結(jié)合產(chǎn)品差異化的包裝加工形式，協(xié)調(diào)傳動(dòng)軸的位置和運(yùn)行方式，同時(shí)，還能結(jié)合每個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)際作業(yè)狀況，進(jìn)行精準(zhǔn)定位，確保當(dāng)前這一包裝環(huán)節(jié)在流轉(zhuǎn)到下一包裝環(huán)節(jié)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)對(duì)接。這樣有助于確保各包裝環(huán)節(jié)的速度一致，讓每個(gè)環(huán)節(jié)所需時(shí)間能夠得以精準(zhǔn)計(jì)算，使產(chǎn)品包裝的精準(zhǔn)性得到有效提高。在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)外部接口時(shí)，要使用總線模塊設(shè)計(jì)方式，以讓系統(tǒng)運(yùn)行內(nèi)的數(shù)據(jù)得到有效反饋。

3.2.2 人機(jī)交互系統(tǒng)

設(shè)計(jì)人機(jī)交互系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)以操作者的行為意識(shí)為主導(dǎo)，在技術(shù)運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)人和設(shè)備高效溝通。通常情況下，人機(jī)交互系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集、分類為主，記錄存儲(chǔ)設(shè)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(shí)查閱一些設(shè)備故障數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息。智能UI界面是人機(jī)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(shí)，還能把產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)和實(shí)際參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，通常情況下，智能UI界面是和PLC操控系統(tǒng)一起運(yùn)行的，這樣整個(gè)包裝過程才會(huì)更加完整，另外，還可用來監(jiān)督設(shè)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(dòng)，那么就會(huì)發(fā)出警報(bào)，或是直接急停，設(shè)計(jì)人機(jī)交互系統(tǒng)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)操作人員提供智能化操控，該系統(tǒng)會(huì)用圖像的形式呈現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的具體狀況，為工作人員制定科學(xué)的決策和發(fā)出正確的指令提供方便。

3.2.3 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，離不開伺服電機(jī)的支持，該系統(tǒng)可以讓產(chǎn)品包裝環(huán)節(jié)得到進(jìn)一步優(yōu)化，以讓包裝設(shè)備的振頻功能、調(diào)整功能得以更好地實(shí)現(xiàn)。在包裝點(diǎn)心時(shí)，會(huì)用到多種工藝：滾切、剝離、輸送等，每個(gè)環(huán)節(jié)都有一個(gè)相匹配的伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣設(shè)備的多功能性才能得到更好地體現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)操控系統(tǒng)是精度非常高的控制機(jī)構(gòu)，它可以在速度非?？斓陌b過程中實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的完美對(duì)接，在設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，建議使用多點(diǎn)位定向傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方法，讓信息傳輸?shù)木_度得到有效提高，同時(shí)，對(duì)包裝設(shè)備的多軸部件進(jìn)行編程，讓包裝轉(zhuǎn)換過程所用時(shí)間減少，這樣設(shè)備工作效率就會(huì)極大提升。

3.2.4 主操控系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有穩(wěn)定性強(qiáng)、工作效率高、能夠進(jìn)行模塊化操作等。包裝設(shè)備在使用過程中，屬于設(shè)備同體操作，整個(gè)操作過程是以任務(wù)目標(biāo)為導(dǎo)向，各獨(dú)立式操作共同完成一個(gè)終極目標(biāo)。在設(shè)計(jì)設(shè)備單體系統(tǒng)時(shí)，必須要高度重視模塊間的協(xié)調(diào)性，以將傳動(dòng)軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的誤差降至最低。包裝設(shè)備傳動(dòng)軸工作是否穩(wěn)定，與多軸的坐標(biāo)及具體的傳動(dòng)速度有很大的關(guān)系。在構(gòu)建PLC系統(tǒng)的指令時(shí)，可設(shè)一個(gè)虛擬坐標(biāo)軸作基準(zhǔn)，同時(shí)，構(gòu)建以基準(zhǔn)軸為主的下位傳動(dòng)軸，然后分析傳動(dòng)軸的位置、速度，嚴(yán)控實(shí)體軸和虛擬軸的比例，以讓系統(tǒng)運(yùn)行精準(zhǔn)性得到有效提高，在這一過程中，是以傳動(dòng)軸為基準(zhǔn)的，這樣目標(biāo)數(shù)據(jù)反饋精準(zhǔn)性才能得到更好地保障。

4 食品包裝機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展前景

4.1 標(biāo)準(zhǔn)越來越統(tǒng)一

食品包裝機(jī)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(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，將污染降至最低。所以，在未來，食品包裝機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展形勢(shì)，將會(huì)越來越重視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，一定要嚴(yán)格參照國際食品包裝機(jī)械的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，來明確本國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，還要保證這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)符合當(dāng)前我國現(xiàn)用的法律條文，讓食品包裝機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用越來越專業(yè)、越來越規(guī)范，讓應(yīng)用效果得到提升。

4.2 應(yīng)用更加先進(jìn)的技術(shù)

當(dāng)前，食品加工技術(shù)一直在持續(xù)創(chuàng)新，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了更好地發(fā)展，應(yīng)在食品包裝機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)工作中，積極使用自動(dòng)化技術(shù)，也必須要順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)，同時(shí)，還要重視先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)、普及和應(yīng)用，完善現(xiàn)代化食品包裝機(jī)械應(yīng)用系統(tǒng)，同時(shí)，高度重視該系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性。所以，在食品包裝機(jī)械中，運(yùn)用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)時(shí)，應(yīng)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(huì)切實(shí)增加一些人性化設(shè)備的研究開發(fā)力度，推進(jìn)食品包裝機(jī)械在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化時(shí)，始終堅(jiān)持“以人為本”的基本原則，更好地體現(xiàn)實(shí)用性特征。

4.3 切實(shí)提升設(shè)備的工作效率

食品包裝機(jī)械在未來的發(fā)展應(yīng)用中，應(yīng)具有自動(dòng)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(diǎn)，所以，要高度重視食品包裝機(jī)械的研究、開發(fā)和創(chuàng)新，要重視提升包裝機(jī)械設(shè)備的工作效率，用一些專業(yè)化設(shè)備代替通用性設(shè)備，用大型的設(shè)備代替小型設(shè)備，用連續(xù)作業(yè)設(shè)備代替間歇作業(yè)設(shè)備，未來的發(fā)展方向是借助于機(jī)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(dòng)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(chǎng)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(jī)械自動(dòng)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(duì)污染源、衛(wèi)生不達(dá)標(biāo)的環(huán)境等方面的管控水平，引進(jìn)并全面應(yīng)用安全檢測(cè)技術(shù)體系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的食品，不能讓其進(jìn)入市場(chǎng)，以免發(fā)生食品安全問題。積極使用自動(dòng)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(yàn)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(shè)備的安全，在現(xiàn)在的生產(chǎn)作業(yè)實(shí)踐中，機(jī)械化程度日漸升高，設(shè)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(dòng)化技術(shù)，讓一些設(shè)備故障情況得到智能化處理，讓損失降至最低，讓設(shè)備維護(hù)的安全性得到保障。

5 結(jié)束語

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

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