自动化控制技术及其在包装机械中的应用

郑 梅黄和平（ 陕西科技大学机电工程学院，陕西 西安 700； 浙江正泰电器股份有限公司，浙江 温州 35000）

自动化控制技术及其在包装机械中的应用

郑 梅1黄和平2
（1 陕西科技大学机电工程学院，陕西 西安 710021；2 浙江正泰电器股份有限公司，浙江 温州 325000）

包装机械在当前社会生产中广泛应用，随着电气自动化技术的发展，包装机械的生产率和可靠性逐步提升，为人们的工业生产带来了极大的便利，可以预见自动化技术在包装机械中的应用依然具有很大的潜力。文章分析了我国包装机械行业的发展现状，并分析了自动化技术在行业内的具体应用。

自动化；包装机械；应用

我国包装机械行业的应用起步较晚，20世纪70年代，我国制造了第一台包装机，并应用于工业生产中，经过多年的发展，包装机械工业已经成为我国工业快速发展的支撑力量。包装机械在啤酒和饮料灌装设备中应用广泛，并逐步和自动化技术相结合，实现了产品的高速化、成套化发展，其生产稳定性和可靠性较强。当前自动化包装机械以单机控制为主，应用PLC和工控机等设备，食品包装机械传统上采用机械传动，系统无法实现最优化设计，这也是自动化技术需要重点提升的技术点。同时，当前包装机械应用中，其传感和检测技术、定位控制、在线监测等得不到充分应用，同国外的高档化自动化技术比依然存在较大的差距。现今，我国包装机械品种约有1300多种，缺少高科技、高精度、高质量配套产品，产品性能低，稳定性和可靠性差，寿命短，表面处理粗糙，造型不美观，我国包装机械的技术水平从整体上看比先进国家落后20年左右。从科研产品开发上看，还基本停留在测试仿制阶段，自行开发能力不强，科研投入少，经费仅占销售额的1%，而发达国家高达8% ～10%[1]。

1 包装机械行业发展对自动化的要求

包装机械自动化发展趋势主要体现在以下几个方面：

（1）提升生产效率，自动化技术应用目的是降低产品成本，提高生产规模，包装机械对于生产工序的连接精度要求较高，整个生产线和包装工序要做到启动和提供及时，并且保持生产的有序性。

（2）自动化技术能够适应产品变化，包装机械要迎合产品生产，根据产品的质量性能来调整其生产流程。

（3）设备故障的迅速排出，自动化技术在包装机械中的应用不仅提升了生产效率，同时也提升了设备处理速率，当系统发生故障之后，系统就会自动识别故障，并发送到人机界面提示故障，同时主机系统会实现远程诊断，及时排除机械故障[2]。

2 自动化技术及其在包装机械中的应用

自动化技术应用极大提升了包装作业速度、质量和卫生条件，同时实现了大批量连续性生产。包装机械自动化技术主要包括包装机、联动机、传输机、自动储存设备、自动检测装备等。

2.1 传动系统的自动化控制技术

传动系统主要包括齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、带传动及链传动，是自动化包装机械中的关键部分，其主要的功能是调整工艺速度和控制电机的生产速度。在自动化操作系统中，传统系统的主要功能部件是变频器，其充当了重要的角色，当前变频器由计算机技术和现代控制技术联动控制，通过网络技术来实现对传动系统的控制。提升传动系统的相应速度、传输精度、运行效率是自动化系统优化的目标，同时要降低传统系统运行的能耗，实现简单化操作。变频器应用于大型包装机和生产线中，取得了良好的效果，当前市场应用效果较好的品牌有台大、富士、西门子等。

2.2 人机界面

人机界面是完成相关操作的重要平台，自动化系统的运行流程在显示器中显示，系统的操作界面是完成系统操作内容的连接。通过人机界面，操作人员将信号传输到自动化操作系统中，控制器的主机则会接收到信号并进行分析，将信号传输到响应设备中，从而启动相应的操作。人机界面用以设定生产工艺参数，并监控设备运行状态，记录设备生产状况，并对生产信息进行数据备份，为以后设备检修和操作提供参考。

2.3运动控制

在自动化包装机械中运动控制产品的功能主要是用过伺服电机来实现，具有很强的自动调整能力、低震动、相应速度等优点。它主要控制生产精密度、保持控制操作的同步性。因此，在自动化应用中肩负着传送、码垛、卸载、装卸等工作。高性能伺服控制器可以提升运动控制系统的运行速度，在果汁饮料和啤酒行业包装中应用广泛，实现了对运动控制系统的精密性操作。

2.4 控制系统

近年，包装机械的主流控制系统将是PLC控制系统，其具有程序设计方便灵活、抗干扰能力强、可靠性高级运行稳定等特点，深受客户欢迎。我国大部分的包装机械控制系统中得到了广泛应用，并且PLC控制系统主要应用在食品包装机械市场中的西门子、施耐德、三菱及台达等品牌中。另外，变频器、人机界面和PLC主要集中应用于饮料、啤酒的包装等设备上，也应用于方便食品生产线、全自动包装机及乳品包装设备上[3]。

3 结语

综上所述，自动化技术在包装机械中应用广泛，具有良好的应用效果，极大提升了产品生产效率。自动化技术在包装机械应用中应当实现高速、优质、低耗、安全生产，提高自动化技术的可操作性。但我国包装机械和发达国家的差异在于性能和控制方面，要缩小这种差距，提高控制技术是前提。另外，如何将控制技术很好地融合在包装机械中也是包装机械设计的关键[4]。

[1] 王海涛.自动化技术在包装机械行业中的应用研究[J].中国包装工业，2015(Z2)：105.

[2] 何孝武，杜健.自动化控制产品在包装机械行业的应用现状及发展趋向[J].中国包装工业，2011(3)：20-21.

[3] 何小虎. 基于计算机视觉的啤酒瓶空瓶检测图像采集技术[J]. 食品与机械，2016,32(5)：105-107.

[4] 李湘伟,刘尉. 基于PLC控制的全自动在线清洗系统的设计[J].食品与机械，2015,31(6)：120-123.

郑梅（1967-），女，陕西科技大学机电工程学院工程师，硕士。E-mail：583638535@qq.com

2016-08-21