食品包裝技術論文(2)
食品包裝技術論文
食品包裝技術論文篇二
食品包裝行業自動控制技術發展方向
摘 要：包裝機械廣泛應用于飲料、食品、化工等等行業。目前飲料化工等行業包裝機械自動化程度已較高，甚至幾家國內外知名公司可以提供整廠自動化解決方案，但是食品行業目前還難以擺脫對人工的需求，自動化也是集中于某些環節的單機產品，如何實現食品行業整線自動化值得我們大家一起思考、努力。
關鍵詞：自控技術;食品包裝機械;機器人;無人化工廠
自動控制技術是一門各行業廣泛應用的綜合性技術，集合了控制理論、系統工程、計算機技術、電力電子技術、電機傳動、以及氣動技術等等。隨著科技的日益進步，自控技術在食品包裝機械制造行業發揮著越來越重要的作用。而由于食品行業的獨特性，自動化設備以單機為主，例如多頭秤灌裝、枕式包裝機等。以枕式包裝機為例，上料目前也是人工為主，上料整線自動化設備大部分也是依靠國外進口。國內設備生產商由于技術、成本等原因在整個自動化裝備制造上和國外相比還有一些距離，從而導致食品廠實現自動化的成本過高，對人員的需求居高不下。
自動化設備從最早的按鈕繼電器控制到可編程控制器和人機界面再到工業計算機、伺服驅動、機器人技術、總線技術、網絡技術、數據采集及圖像處理系統等集成在一起，整個控制系統已經發生了翻天覆地的變化。從生產到倉儲到物流到銷售最后售后追蹤，整套系統數據都可實行自動化管理。當前要做好食品包裝行業機械設備自動化，實現真正無人化需要發展以下幾個方面：
1、工業PC的應用。當前計算機技術發展已進入成熟期，軟硬件都比較完善，工業計算機已經成為工業自動化應用中不可缺少的器件之一，它有計算機的特點，也有工業設備的實用性，會在未來的自動化進程中起到不可替代的作用。功能強大的工業計算機既可以當單機運動控制器又可以作為整線設備的大腦。而對于傳統的控制任務，基于PC的控制技術提供了良好的可升級性和靈活性，將在以后的工業應用中取代現有的PLC控制器和傳統的運動控制器。
2、運動控制系統的應用。包括利用伺服驅動及電機、直線電機等來做一些速度控制、位置控制、凸輪曲線運動、扭矩控制等等。閉環控制系統無論從精度或者速度上面都可以完全超越以往的開環控制系統或者傳統PLC控制系統。伺服驅動技術也從早期發脈沖指令逐漸往集成高速總線方面發展，好的伺服驅動既可以位置模式運行也可以速度模式運行，電流環、速度環、位置環參數可以在驅動上面修改，也可以在運動控制器的軟件中來修改。伺服驅動的功能在逐漸簡單化，復雜的工作將慢慢向軟件程序上面轉移，伺服參數保存到工業計算機的內存當中，伺服驅動器故障只需更換硬件即可，使維護更加簡單，而且伺服故障率低一般可保持60000小時無故障。
3、基于以太網的高速總線應用。現有的運動控制總線有多種多樣，基于以太網技術的高速總線有奧地利B&R公司的POWERLINK，德國BECKHOFF的ETHERCAT，德國SIEMENS的PROFINET，以及其他一些公司運用的SERCOS Ⅲ等等。高速總線有以下幾個特點：1、直達IO(輸入輸出)的實時以太網;2、沒有網關延時;3、輸入輸出，傳感器，顯示單元等所有設備在同一個總線上;4、全雙工速度可達2X100M;5、對TCP/IP協議兼容等等。并且高速總線可以向下兼容現有的PLC或者是變頻器或者是傳感器等等，擁有很強的開放性。現在越來越多的控制器、驅動器等等都在慢慢向高速總線靠攏，這對于設備制造商來講是一個很好的事情，在選型、技術應用、成本方面出現更廣闊的空間，可以選擇性價比比較高的硬件，并且從控制到驅動到電機等等都可以自由搭配，這給打破壟斷，最優化選型提供了最堅實的基礎。
4、機器人技術的應用。當前食品包裝行業人員需求較大，操作人員基數也較大，人員技術水平參差不齊，進而造成管理不便。而要減少人為干預，減少操作人員數量，實現自動化生產離不開機器人技術的應用。機器人技術是運動控制技術以及數控技術的延伸。現有工業機器人主要有重載和輕載，重載工業機器人主要應用于汽車行業，例如焊接、噴涂以及包裝行業的碼垛、裝箱等搬運動作。輕載工業機器人主要應用于食品、藥品、化工等行業分揀、裝盒、替代人工上料等等速度要求較高的動作。以前工業機器人國內應用主要依靠進口，而今慢慢已經有一些大型公司在這一方面投入大量研發力量，中國包裝行業龍頭企業廣州達意隆包裝機械股份有限公司基于PC技術研發的DELTA機械手已經廣泛應用于食品、物品的分揀和枕式包裝機的上料，開放的機器人控制系統不光可以控制機器人本身還可以集成控制整線其他設備或者輸送系統。要實現整線自動化，機器人在研發早期要注重系統的開放性和可集成性，要為整線產品開發而不是作為單機產品來定位。
5、視覺系統的應用。工業上視覺系統主要有兩種：一種是智能相機，所有功能都集成在相機的處理芯片上面，利用PC對功能應用進行編程然后程序下載到相機處理器運行，這種應用操作相對簡單，專用性強;還有一種是基于PC+圖像采集卡，此類功能強大，自由度較高，當然對應用人員素質及經驗要求相應較高，并且此類應用比較適合整線集成，視覺處理器直接用整線工業PC來代替，當然工業PC的性能要足夠強大。一般來說，工業上視覺系統主要應用于定位捕捉、產品種類分辨、瑕疵檢測、條碼讀取、二維碼讀取、異形判斷等等方面，替代人眼，以及和其他執行機構信息共享，聯合工作。
6、以太網技術和IT以及自動化技術完美融合。以太網作為集成式通訊系統，可將辦公數據庫、生產數據庫、倉庫數據庫、銷售數據庫連在一起，通用型基于以太網的數據網絡涵蓋了傳感器、執行單元、PC和管理層，執行單元可以直接與上位控制系統通訊，將不再需要多重數據管理，實現真正的數據共享，資源共享，使無人化工廠成為可能。另外無線網絡技術可以使遠程維護和診斷更加方便，控制更加智能，從而不僅實現無人化工廠，更可實現智能化工廠。
7、電氣控制安全性標準應用。隨著國內自動化設備的蓬勃發展，不可避免的帶來多種安全問題。電氣控制安全關系到用戶的人身安全和財產安全，不論設備自動化發展如何方便、如何智能，控制安全永遠是排在首位，重中之重。機械初始設計過程要對自動化系統進行優化，保證機械設備各項安全指標能夠符合機械控制安全管理的具體要求，提高機械設備的綜合管理控制水平，為機械設計創造良好的設備安全環境，控制系統要能對機械運行中產生的故障進行全面檢測與分析，對安全隱患進行分析和規避，提升設備的安全管理性能，并且使安全控制標準模塊化，在實現無人化工廠過程中推廣。從電氣控制安全方面為食品安全貢獻一份力量。
總的來說，工業PC技術，以太網技術、機器人技術、視覺系統等等將改變食品包裝行業的控制模式，提高機電一體化的應用水平，開發真正的智能裝備，實現優質、高效、低耗、智能、安全的無人化工廠。
參考文獻
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作者簡介：
張揚輝，1983.4.27 ，男，漢族，本科，專業自動化，廣州達意隆包裝機械股份有限公司工業自動化事業部自控設計主管。
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