食品包裝技術(shù)論文(2)
食品包裝技術(shù)論文
食品包裝技術(shù)論文篇二
食品包裝行業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展方向
摘 要：包裝機(jī)械廣泛應(yīng)用于飲料、食品、化工等等行業(yè)。目前飲料化工等行業(yè)包裝機(jī)械自動(dòng)化程度已較高，甚至幾家國(guó)內(nèi)外知名公司可以提供整廠自動(dòng)化解決方案，但是食品行業(yè)目前還難以擺脫對(duì)人工的需求，自動(dòng)化也是集中于某些環(huán)節(jié)的單機(jī)產(chǎn)品，如何實(shí)現(xiàn)食品行業(yè)整線自動(dòng)化值得我們大家一起思考、努力。
關(guān)鍵詞：自控技術(shù);食品包裝機(jī)械;機(jī)器人;無人化工廠
自動(dòng)控制技術(shù)是一門各行業(yè)廣泛應(yīng)用的綜合性技術(shù)，集合了控制理論、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)傳動(dòng)、以及氣動(dòng)技術(shù)等等。隨著科技的日益進(jìn)步，自控技術(shù)在食品包裝機(jī)械制造行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用。而由于食品行業(yè)的獨(dú)特性，自動(dòng)化設(shè)備以單機(jī)為主，例如多頭秤灌裝、枕式包裝機(jī)等。以枕式包裝機(jī)為例，上料目前也是人工為主，上料整線自動(dòng)化設(shè)備大部分也是依靠國(guó)外進(jìn)口。國(guó)內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商由于技術(shù)、成本等原因在整個(gè)自動(dòng)化裝備制造上和國(guó)外相比還有一些距離，從而導(dǎo)致食品廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的成本過高，對(duì)人員的需求居高不下。
自動(dòng)化設(shè)備從最早的按鈕繼電器控制到可編程控制器和人機(jī)界面再到工業(yè)計(jì)算機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人技術(shù)、總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集及圖像處理系統(tǒng)等集成在一起，整個(gè)控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。從生產(chǎn)到倉(cāng)儲(chǔ)到物流到銷售最后售后追蹤，整套系統(tǒng)數(shù)據(jù)都可實(shí)行自動(dòng)化管理。當(dāng)前要做好食品包裝行業(yè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)真正無人化需要發(fā)展以下幾個(gè)方面：
1、工業(yè)PC的應(yīng)用。當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入成熟期，軟硬件都比較完善，工業(yè)計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中不可缺少的器件之一，它有計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，也有工業(yè)設(shè)備的實(shí)用性，會(huì)在未來的自動(dòng)化進(jìn)程中起到不可替代的作用。功能強(qiáng)大的工業(yè)計(jì)算機(jī)既可以當(dāng)單機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器又可以作為整線設(shè)備的大腦。而對(duì)于傳統(tǒng)的控制任務(wù)，基于PC的控制技術(shù)提供了良好的可升級(jí)性和靈活性，將在以后的工業(yè)應(yīng)用中取代現(xiàn)有的PLC控制器和傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制器。
2、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。包括利用伺服驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、直線電機(jī)等來做一些速度控制、位置控制、凸輪曲線運(yùn)動(dòng)、扭矩控制等等。閉環(huán)控制系統(tǒng)無論從精度或者速度上面都可以完全超越以往的開環(huán)控制系統(tǒng)或者傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)也從早期發(fā)脈沖指令逐漸往集成高速總線方面發(fā)展，好的伺服驅(qū)動(dòng)既可以位置模式運(yùn)行也可以速度模式運(yùn)行，電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)參數(shù)可以在驅(qū)動(dòng)上面修改，也可以在運(yùn)動(dòng)控制器的軟件中來修改。伺服驅(qū)動(dòng)的功能在逐漸簡(jiǎn)單化，復(fù)雜的工作將慢慢向軟件程序上面轉(zhuǎn)移，伺服參數(shù)保存到工業(yè)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存當(dāng)中，伺服驅(qū)動(dòng)器故障只需更換硬件即可，使維護(hù)更加簡(jiǎn)單，而且伺服故障率低一般可保持60000小時(shí)無故障。
3、基于以太網(wǎng)的高速總線應(yīng)用?，F(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制總線有多種多樣，基于以太網(wǎng)技術(shù)的高速總線有奧地利B&R公司的POWERLINK，德國(guó)BECKHOFF的ETHERCAT，德國(guó)SIEMENS的PROFINET，以及其他一些公司運(yùn)用的SERCOS Ⅲ等等。高速總線有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、直達(dá)IO(輸入輸出)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng);2、沒有網(wǎng)關(guān)延時(shí);3、輸入輸出，傳感器，顯示單元等所有設(shè)備在同一個(gè)總線上;4、全雙工速度可達(dá)2X100M;5、對(duì)TCP/IP協(xié)議兼容等等。并且高速總線可以向下兼容現(xiàn)有的PLC或者是變頻器或者是傳感器等等，擁有很強(qiáng)的開放性?，F(xiàn)在越來越多的控制器、驅(qū)動(dòng)器等等都在慢慢向高速總線靠攏，這對(duì)于設(shè)備制造商來講是一個(gè)很好的事情，在選型、技術(shù)應(yīng)用、成本方面出現(xiàn)更廣闊的空間，可以選擇性價(jià)比比較高的硬件，并且從控制到驅(qū)動(dòng)到電機(jī)等等都可以自由搭配，這給打破壟斷，最優(yōu)化選型提供了最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
4、機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前食品包裝行業(yè)人員需求較大，操作人員基數(shù)也較大，人員技術(shù)水平參差不齊，進(jìn)而造成管理不便。而要減少人為干預(yù)，減少操作人員數(shù)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)離不開機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用。機(jī)器人技術(shù)是運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)以及數(shù)控技術(shù)的延伸?，F(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人主要有重載和輕載，重載工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車行業(yè)，例如焊接、噴涂以及包裝行業(yè)的碼垛、裝箱等搬運(yùn)動(dòng)作。輕載工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于食品、藥品、化工等行業(yè)分揀、裝盒、替代人工上料等等速度要求較高的動(dòng)作。以前工業(yè)機(jī)器人國(guó)內(nèi)應(yīng)用主要依靠進(jìn)口，而今慢慢已經(jīng)有一些大型公司在這一方面投入大量研發(fā)力量，中國(guó)包裝行業(yè)龍頭企業(yè)廣州達(dá)意隆包裝機(jī)械股份有限公司基于PC技術(shù)研發(fā)的DELTA機(jī)械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、物品的分揀和枕式包裝機(jī)的上料，開放的機(jī)器人控制系統(tǒng)不光可以控制機(jī)器人本身還可以集成控制整線其他設(shè)備或者輸送系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)整線自動(dòng)化，機(jī)器人在研發(fā)早期要注重系統(tǒng)的開放性和可集成性，要為整線產(chǎn)品開發(fā)而不是作為單機(jī)產(chǎn)品來定位。
5、視覺系統(tǒng)的應(yīng)用。工業(yè)上視覺系統(tǒng)主要有兩種：一種是智能相機(jī)，所有功能都集成在相機(jī)的處理芯片上面，利用PC對(duì)功能應(yīng)用進(jìn)行編程然后程序下載到相機(jī)處理器運(yùn)行，這種應(yīng)用操作相對(duì)簡(jiǎn)單，專用性強(qiáng);還有一種是基于PC+圖像采集卡，此類功能強(qiáng)大，自由度較高，當(dāng)然對(duì)應(yīng)用人員素質(zhì)及經(jīng)驗(yàn)要求相應(yīng)較高，并且此類應(yīng)用比較適合整線集成，視覺處理器直接用整線工業(yè)PC來代替，當(dāng)然工業(yè)PC的性能要足夠強(qiáng)大。一般來說，工業(yè)上視覺系統(tǒng)主要應(yīng)用于定位捕捉、產(chǎn)品種類分辨、瑕疵檢測(cè)、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(zhí)行機(jī)構(gòu)信息共享，聯(lián)合工作。
6、以太網(wǎng)技術(shù)和IT以及自動(dòng)化技術(shù)完美融合。以太網(wǎng)作為集成式通訊系統(tǒng)，可將辦公數(shù)據(jù)庫(kù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)、銷售數(shù)據(jù)庫(kù)連在一起，通用型基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)涵蓋了傳感器、執(zhí)行單元、PC和管理層，執(zhí)行單元可以直接與上位控制系統(tǒng)通訊，將不再需要多重?cái)?shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)共享，資源共享，使無人化工廠成為可能。另外無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使遠(yuǎn)程維護(hù)和診斷更加方便，控制更加智能，從而不僅實(shí)現(xiàn)無人化工廠，更可實(shí)現(xiàn)智能化工廠。
7、電氣控制安全性標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。隨著國(guó)內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備的蓬勃發(fā)展，不可避免的帶來多種安全問題。電氣控制安全關(guān)系到用戶的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，不論設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展如何方便、如何智能，控制安全永遠(yuǎn)是排在首位，重中之重。機(jī)械初始設(shè)計(jì)過程要對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，保證機(jī)械設(shè)備各項(xiàng)安全指標(biāo)能夠符合機(jī)械控制安全管理的具體要求，提高機(jī)械設(shè)備的綜合管理控制水平，為機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)造良好的設(shè)備安全環(huán)境，控制系統(tǒng)要能對(duì)機(jī)械運(yùn)行中產(chǎn)生的故障進(jìn)行全面檢測(cè)與分析，對(duì)安全隱患進(jìn)行分析和規(guī)避，提升設(shè)備的安全管理性能，并且使安全控制標(biāo)準(zhǔn)模塊化，在實(shí)現(xiàn)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(xiàn)一份力量。
總的來說，工業(yè)PC技術(shù)，以太網(wǎng)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、視覺系統(tǒng)等等將改變食品包裝行業(yè)的控制模式，提高機(jī)電一體化的應(yīng)用水平，開發(fā)真正的智能裝備，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、智能、安全的無人化工廠。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：
張揚(yáng)輝，1983.4.27 ，男，漢族，本科，專業(yè)自動(dòng)化，廣州達(dá)意隆包裝機(jī)械股份有限公司工業(yè)自動(dòng)化事業(yè)部自控設(shè)計(jì)主管。
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