自动化食品包装机械控制系统的优化设计

张辉 陈强

[摘    要]阐述了包装机械设备的特征，在建设食品包装设备的自动化控制系统时，要结合产品的特点及具体的加工环节来设定自动化操控系统的每项参数，科学合理地设计人户交互系统，为做出正确决策提供参考，为后期的设备调试提供方便。为了让主操控系统具有更加精准的控制性能，应该切实提高模块结构间的协调性，同时，对环节转换的位置和时间进行更加精确掌握，以让包装机械设备的工作效率得到更加有效的提高。

[关键词]自动化;包装机械;控制系统;优化

[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]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

最近几年，智能化技术等先进技术在包装机械设备中得到了非常广泛的运用，借助这些技术，能够结合产品特性，进行设备的自动调整，这样，产品间的差异也得到了有效降低。本文分析了包装机械的特性，同时，就其自动化控制系统相应设计基准进行阐述，并且从多个自动化控制系统方面，探析包装机械控制系统的设计方法。

1 包装机械的特征

包装机械是按系统指令包装商品的机械，具体工作流程有：填充商品、包装、缝口、摆放包装成品等。使用包装机械后，将有效降低包装工序的人力投入，可以设定基准指令，将包装产品之间的误差降至最低。使用包装机械，会让生产效率得到极大提升，同时，还可按商品的外观或形状等，进行量化生产。一些手动包装无法完成的流程，可由包装机械完成。另外，包装机械还可进行压缩打包，这适用于一些蓬松且可压缩的商品，例如毛巾，压缩后，商品的存储、运输能力均得到极大提升。包装机械还被广泛应用于一些人工不能碰触、法律禁止手工包装的商品，例如药品，借助包装机械，可极好地实现一体化包装，为产品卫生提供保障。

2 自动化技术在食品包装机械中的运用

2.1 意义

将自动化技术运用到食品包装机械中，对食品企业的意义是非常重要的，主要体现在：①更好地满足当前大幅增长的食品需求量，让包装机械的效率得到切实提升，让食品供应更加稳定;②更好地顺应当前食品行业飞速、大规模发展的大趋势，当前的包装材质、密封技术越来越多样化，在包装机械中使用自动化技术，可结合食品品种、特性和具体的规格进行差异化包装;③食品包装机械结构复杂，如果有故障发生，解决难度非常大。使用自动化技术，可让故障排查率得到极大提升，同时，还对故障的预防有很大的帮助。④好的包装效果，对于食品销售也有积极的作用，借助自动化技术，可精准识别食品包装的对象，将包装过程中的错误发生率降至最低;⑤在包装规范性、包装材料的质量等方面，包装机械的要求是非常高的。当前，食品種类不断丰富，食品包装日趋多元化，包装风格的体现也逐渐受到人们的重视。使用自动化技术，可以在包装流程中更好地实现一些先进的理念，例如低碳环保理念等，这会让包装的内涵越来越丰富。

2.2 食品包装机械中常用的自动化技术

2.2.1 安全监测技术

将自动化技术应用于食品包装机械的主要目的是让食品的健康和安全得到更好保障，所以，在生产实践中，安全检测技术是食品包装机械中最常用的技术，借助智能化检测、系统化检测，可保证机械参数规范，同时，还可对食品及其包装过程等属性进行精准判断，对食品安全进行精准监测，杜绝包装污染、食品变质等问题的发生。借助监测系统，对食品质量进行快速监测，使用人机交互，深入了解机械的运行状况，然后借助触摸屏，更加方便地进行控制和监测。同时，在监测时，能够将不符合标准的食品或是食品包装剔除，这一过程既发挥了自动化食品包装机械的优势，同时，还降低了人力投入且保障了食品安全。

2.2.2 运动控制技术

该技术也是食品包装机械中应用非常普遍的自动化技术。该技术的工作原理是精准监测食品的运动位置，保证运动速度同步，另外，在灌装时，为让包装质量及系统稳定性得到保证，需要对食品的位置进行精准地监测，借助高速通讯的方法，对作业线进行实时控制，同时，定位目标点，借助信息端口多种多样的功能和快速转换控制模式，让包装机械更好地运行，在保证作业线高效运行的前提下，更好地满足食品包装的需求。另外，运动控制技术，还可对食品位置、速度同步进行精准控制，在食品传送、码垛、装卸等环节，有着非常好的应用效果，将这一技术和传动系统相结合，能够切实提升食品包装生产线的运作效率。

2.2.3 自动识别技术

以前的食品包装机械，只是按照一些非常简单的工艺进行自动化打包或是包装，将自动识别技术运用在食品包装机械中，可自动鉴别并自动剔除一些不合格的原料和成品，让食品包装的安全得到了更好的保障。在运用实践中，可用智能处理技术、光电技术等先进技术，形成一个非常稳定的识别系统，并借助拍照技术，让包装效率得到极大提升，以免出现操作人员疲劳上岗导致的人工操作失误。借助传感器，还可及时获得食品信息，让食品质量得到有效保证。

3 自动化包装机械控制系统的设计

3.1 设计标准

智能化技术、数字化技术等先进技术是自动包装机械的“灵魂”，在这些技术及一些设备的支持下，更好地实现加工一体化。包装机械的工作原理大致相同，下面以“点心的包装”为主要切入点，分析包装机械的模块化设计。

设计包装机械系统时，设备最核心的部件是内部模块化操控系统，借助这一系统的分化操作，实现设备的多功能运行。模块化操控系统具有成本低、质量高、柔性强、种类多等生产特性，结合产品的特性，可用模块化设计实现操控，用精密的操控方法，确保在产品包装实践中，结构性能完整、稳定，产出的产品才更具有形式化，从而更好地满足多样化的市场需求。模块化操控系统，可以帮助设定操作基准，将产品包装的误差降至最低，让产品质量得到切实提高，另外，借助这一系统，能够批量生产某些单体部件，这会让加工成本极大降低。

3.2 相关控制系统的设计

3.2.1 传动系统

包装机械传动系统，通常是控制包装链上产品的运行速度，并结合系统指令，调整传动速度，以实现产品包装形式的多样化。通常情况下，伺服传动轴是包装机械传动系统中最主要的组成内容，点心在包装过程中时，大致包括3个流程，包装时用三点位式包装方法，完成点心成品的包装，3个工位在工作时，具体的运转状况，是由分别对应的伺服电機操控，结合产品差异化的包装加工形式，协调传动轴的位置和运行方式，同时，还能结合每个环节实际作业状况，进行精准定位，确保当前这一包装环节在流转到下一包装环节时，能够实现精准对接。这样有助于确保各包装环节的速度一致，让每个环节所需时间能够得以精准计算，使产品包装的精准性得到有效提高。在设计传动系统外部接口时，要使用总线模块设计方式，以让系统运行内的数据得到有效反馈。

3.2.2 人机交互系统

设计人机交互系统时，应以操作者的行为意识为主导，在技术运行的前提下，实现人和设备高效沟通。通常情况下，人机交互系统是以数据采集、分类为主，记录存储设备在各种状态下产生的数据，让数据完整性得到保证。工作人员可以随时查阅一些设备故障数据、设备运行数据等数据信息。智能UI界面是人机交互系统的主要展示形式，这一界面能够做到立体化呈现各种数据，同时，还能把产品的各项参数和实际参数进行对比，通常情况下，智能UI界面是和PLC操控系统一起运行的，这样整个包装过程才会更加完整，另外，还可用来监督设备生产状况和反馈数据，如果数据出现了很大范围的波动，那么就会发出警报，或是直接急停，设计人机交互系统，能够为相关操作人员提供智能化操控，该系统会用图像的形式呈现设备运行的具体状况，为工作人员制定科学的决策和发出正确的指令提供方便。

3.2.3 运动控制系统

运动控制系统的运行，离不开伺服电机的支持，该系统可以让产品包装环节得到进一步优化，以让包装设备的振频功能、调整功能得以更好地实现。在包装点心时，会用到多种工艺：滚切、剥离、输送等，每个环节都有一个相匹配的伺服电机进行驱动，这样设备的多功能性才能得到更好地体现。运动操控系统是精度非常高的控制机构，它可以在速度非常快的包装过程中实现各环节的完美对接，在设计运动控制系统时，建议使用多点位定向传输的设计方法，让信息传输的精确度得到有效提高，同时，对包装设备的多轴部件进行编程，让包装转换过程所用时间减少，这样设备工作效率就会极大提升。

3.2.4 主操控系统

PLC系统的优点有稳定性强、工作效率高、能够进行模块化操作等。包装设备在使用过程中，属于设备同体操作，整个操作过程是以任务目标为导向，各独立式操作共同完成一个终极目标。在设计设备单体系统时，必须要高度重视模块间的协调性，以将传动轴协调运动产生的误差降至最低。包装设备传动轴工作是否稳定，与多轴的坐标及具体的传动速度有很大的关系。在构建PLC系统的指令时，可设一个虚拟坐标轴作基准，同时，构建以基准轴为主的下位传动轴，然后分析传动轴的位置、速度，严控实体轴和虚拟轴的比例，以让系统运行精准性得到有效提高，在这一过程中，是以传动轴为基准的，这样目标数据反馈精准性才能得到更好地保障。

4 食品包装机械自动化技术发展前景

4.1 标准越来越统一

食品包装机械本身的性能和食品健康有着很大的关系，因此，必须要保证技术标准统一，将污染降至最低。所以，在未来，食品包装机械自动化发展形势，将会越来越重视技术标准的统一，一定要严格参照国际食品包装机械的技术标准，来明确本国的技术标准，同时，还要保证这些技术标准符合当前我国现用的法律条文，让食品包装机械自动化技术应用越来越专业、越来越规范，让应用效果得到提升。

4.2 应用更加先进的技术

当前，食品加工技术一直在持续创新，同时也实现了更好地发展，应在食品包装机械设备的设计工作中，积极使用自动化技术，也必须要顺应社会发展的大趋势，同时，还要重视先进技术的研发、普及和应用，完善现代化食品包装机械应用系统，同时，高度重视该系统的可行性和实用性。所以，在食品包装机械中，运用先进的自动化技术时，应该重视生产效率的提升，重视附加值的增加，重视能源消耗的降低，重视食品的安全、健康和营养等，这会切实增加一些人性化设备的研究开发力度，推进食品包装机械在实现自动化时，始终坚持“以人为本”的基本原则，更好地体现实用性特征。

4.3 切实提升设备的工作效率

食品包装机械在未来的发展应用中，应具有自动调节、连续生产、专业操作、规模经营等优点，所以，要高度重视食品包装机械的研究、开发和创新，要重视提升包装机械设备的工作效率，用一些专业化设备代替通用性设备，用大型的设备代替小型设备，用连续作业设备代替间歇作业设备，未来的发展方向是借助于机电一体化控制技术，让整条作业线的智能化水平和自动化水平均得到极大提升，让食品包装的工作效率、工作质量均得到有效提升，以更好地满足批量生产的要求，保持市场食品资源输出的稳定性。

4.4 高度重视质量安全的控制工作

食品包装机械自动化技术的发展方向是在整条作业流水线中，高度重视质量安全的控制工作，也就是说，要提升对污染源、卫生不达标的环境等方面的管控水平，引进并全面应用安全检测技术体系，及时发现不符合标准的食品，不能让其进入市场，以免发生食品安全问题。积极使用自动化管控技术，将食品生产过程中的人为误差、人为产生的污染等状况降至最低，高度重视食品包装后续的检验工作，让食品安全问题得到更加有效的管控。再就是，不仅要重视食品安全，还要重视技术及设备的安全，在现在的生产作业实践中，机械化程度日渐升高，设备安全也成了生产系统管理的重要内容，在管理过程中，也要积极使用自动化技术，让一些设备故障情况得到智能化处理，让损失降至最低，让设备维护的安全性得到保障。

5 结束语

在建设包装设备的控制系统时，要结合产品的特点及具体的加工环节来设定各操控系统的各项参数，科学合理地设计人户交互系统，以为做出正确决策提供参考，为后期的设备调试提供方便。为了让主操控系统具有更加精准的控制性能，应该切实提高模块结构间的协调性，同时，对环节转换的位置和时间进行更加精确地掌握，以让包装机械设备的工作效率得到更加有效地提高。

参考文献

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