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食品包装机械与自动控制

时间: 2021-04-26

来源:食品机械产业网,原题:《食品包装机械的自动控制》

摘 要:食品包装机械自动化有利于提高设备的生产率,满足人们日益增长的生活需求,保证食品

包装的一致性和安全性.指出要实现食品包装机械自动化,需要考虑包括控制器、传感器、伺服驱

动技术、人机交互界面及网络技术等问题;同时从食品包装机械自动化的发展趋势看,要加强对设

备的数控化,设备信息的一体化及设备故障诊断的智能化等方面的研究.

食品包装机械是指能完成全部或部分产品和食品包装过程的机械.包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序,以及与其相关的前后工序,如清洗、堆码和拆卸等.此外,包装还包括计量或在包装件』二盖印等工序.食品包装机械具有自己的特点:1)种类繁多,功能各异,更新快.目前世界上包装机械的品种已达到2 000种左右,这还不包括一些辅助机械和包装材料机械、包装容器的加工机械在内.随着社会产品不断增多,包装材料和包装工艺的变换,包装机构的运动副迅速更新,并向更高的技术水平发展.2)包装机械机构复杂,要求动作精确,工序多,速度快,影响其结构性能的因素多(如被包装物品的尺寸、形状,包装材料、容器的质量,包装:l:艺等),对包装机械的设计和制造要求高(如精度、刚度和耐磨性等).

1 食品包装机械实现自动控制的必要性

食品和包装机械形成行业已20多年,相对于食品工业,还是一个新行业.目前国内食品包装机械企业组合化和机电一体化生产力较低,多数食品包装机械企业以生产单机为主,生产效率低、能耗高,稳定性和可靠性差,控制技术和自动化技术应用较少.这几年是世界技术发展较快的时期,新技术不断在行业上应用,而国内行业的基础薄弱,技术及科研力量不足,其发展相对滞后,在某种程度上拖了食品和包装工业的后腿。随着人们生活水平的迅速提高,食品行业的发展空间愈发巨大.为了满足人们日新月异的消费需求,对食品包装机械提出了以下要求:1)食品包装机械的生产效率越高越好.2)食品包装机械具有很高的柔性和灵活性,能有效保证包装机械可根据被包装物品的要求和包装材料的不同,实现包装规格化、标准化,符合集合包装的要求.3)对食品包装机械在工作过程中发生的故障要迅速排除.4)食品包装机械具有自动识别功能.5)食品包装机械的包装过程要实现绿色包装.6)保证食品生产和包装过程的安全卫生.

由此可见,实现食品包装机械的自动化,尤其是实现具有高度柔性的自动包装线,不仅体现了现代生产的发展方向,同时也可以使企业获得巨大的经济效益.

2 食品包装机械实现自动控制的途径

自动化技术可有效提高食品包装机械的国内外竞争力,对我国食品包装机械发展具有重要意义,是我国食品包装机械发展的必由之路.

2.1 食品包装机械的控制方式

食品从生产到包装,整个过程可采用3种控制方式:开环控制,对产品质量和包装要求不高的食品包装机械,可采用此种方式.成本低、可靠性高是其优势.闭环控制,利用安装在食品包装机械上的各种传感器检测设备的工作状态,并将检测到的信息反馈到设备的控制器来实现闭环控制.对产品质量和包装要求高的食品包装机械,可采用此种方式.半闭环控制,利用安装在食品包装机械上某些位置的传感器检测设备的工作状态,这些检测到的信息只是间接反映了设备的工作状态.对产品质量和包装要求较高的食品包装机械,半闭环控制是主要选择.

2.2食品包装机械上的控制器

自动化控制产品已逐步应用在食品包装机械行业.就目前在食品包装机械上采用的控制器而言,可以分为以下几类、’:1)采用简单的继电器回路,利用按钮对设备进行操作控制,设备功能单一固定,柔性差,自动化水平低.2)使用可编程逻辑控制器(PLC)强大的顺序控制和逻辑控制功能,对食品包装机械进行控制,设备的可靠性和灵活性得到更大的提升;同时为了方便操作人员操纵设备,采用人机交互图形界面(HMI),交互性好,食品包装机械的自动化水平得到迅速提高,这也是目前在国内食品包装机械应用较广泛的一种方式.3)总线技术的成熟,使在食品包装机械上使用PROFIBUS—DP、CC—link和DEVI—CENET等现场总线技术、远程I/O技术和网络通讯技术成为事实.这在一定程度上发挥了自动化产品的优势,为整个生产线的无人化操作以及为设备的传动、检测等工序的无缝衔接提供了便利.4)采用计算机作为主控机,PLC等工业计算机作为现场控制器,对设备进行管理.

同时PackML技术在食品包装机械上的应用,使得食品包装机械自动化技术进一步标准化,控制接口规范化,提高设备的灵活性和市场适应能力.

2.3食品包装机械上的驱动技术

食品包装机械的动作组成多,动作细,速度快,而且各个动作在设备的工作过程中要协调一致,以便实现设备精确的位置控制和各部分严格的速度同步.传统的食品包装机械一般采用一个主电机作为动力源,通过复杂的机械传动,实现各个分动作.整个机械结构十分繁琐,故障率高,而且设备维护或维修起来较困难.将先进的伺服驱动技术应用到食品包装机械上,可以使整个设备的机械传动装置得到精简.如在食品包装机械上应用三轴联动或多轴联动伺服驱动技术,既能保证设备可靠高效的运行,又能使整个设备的机械传动机构简单化.食品包装机械上常用的伺服电机有步进电机、直流电机和交流电机,设备的速度控制可通过步进电机的细分技术、直流电机的PWM技术、交流电机的变频技术等来实现.

伺服驱动技术主要应用于食品的输送、装卸、码垛、卸垛、打标等工序.可根据食品包装机械中采用的伺服驱动技术不同,将其划分高、中、低档,这与食品包装机械采用的控制方式相对应,有利于食品包装机械的产品升级.

2.4食品包装机械上的传感器

要实现食品包装机械设备的自动化,在设备上安装传感器是必不可少的.如在食品饮料存储罐的监控、灌装封装、混合及加工、冷却及加温、清洁、包装等工序中都要用到传感器.在食品包装机械上可应用的传感器有电感传感器、压力传感器、光电传感器、电容传感器等6-7.广东组合秤领域,有一家规模制造企业,就是广东精威智能机器有限公司,这家企业产品线宽且深,象上述四类传感器,产品线上都用到了,而且每一类都是更大幅度的使用。

3 食品包装机械自动化的发展方向

3.1 食品包装机械的数控化

将开发数控机床的成功经验应用到食品包装机械的设计与开发上,采用数字控制,可以应用程序来控制食品包装机械的包装过程和包装动作,提高设备使用的柔性和适应面,有利于提升食品包装机械的设备价值.

3.2食品包装机械的信息一体化

CAD技术在工程领域已得到广泛应用.将CAD技术应用到食品包装机械上,可以大大缩短设备的设计开发周期,在设计过程中可应用人机工程学,充分考虑人操作起来方便与否来进行反复多次的设计;对设计出来的结果应用CAE软件进行性能和结构的优化,使设计满足绿色环保的要求;应用CAPP技术将产品的各个零件尽量标准化,对零件进行编码归类,对每一类零件进行加工工艺规划,存储到加工知识库中;在产品的制造过程中,可应用CAM技术进行零件的加工过程仿真和数控加工代码的生成,实现产品的虚拟制造或应用数控加工技术快速制造设备.食品包装机械设备从市场需求和调研开始,到*后设备的维修和保养整个过程可以统一归纳到CIMS中去.在食品包装机械上采用CAX技术,有利于适应市场快速多变的需求8-9.

3.3食品包装机械监控和故障诊断智能化

为了提高食品包装机械的自动化程度,保证设备的利用率和生产率,有必要建立食品包装机械的故障诊断和监控系统.在广泛收集设备在工作过程中发生的故障现象、故障原因和故障位置的基础上,建立设备的故障诊断系统.利用多传感器信息融合的监控系统,对设备进行实时监控.发现问题时,可利用设备故障诊断系统,通过智能的正向推理和反向推理相结合,快速帮助用户确定和解决故障.企业利用网络技术也很容易实现远程监控和设备故障诊断、自动排除,减少人工参与,保证食品包装机械生产的产品在生产中没有人为接触和污染,产品质量均匀统一.安全卫生.同时借助现有的商用网络,设备制造商可以很轻松实现异地对生产线的监控、诊断和修改,提高自己的产品在市场上的竞争力.


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