趙錦康

（哈爾濱理工大學，黑龍江 哈爾濱150000）

1 自動化技術在包裝機械中的應用

1.1 傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)的作用是根據(jù)實際生產(chǎn)任務需要，來靈活調(diào)整生產(chǎn)過程的周期變化。目前，在自動化包裝機械的傳動系統(tǒng)中，通過變頻器，將計算機技術、自動控制技術和互聯(lián)網(wǎng)技術進行了緊密結合，具有精度高、響應快、運行效率高和調(diào)節(jié)范圍廣等諸多優(yōu)點，在包裝生產(chǎn)線上已經(jīng)得到了廣泛的應用[1]。

1.2 運動控制

運動控制模塊在裝卸、輸送、打標等工序當中都有著廣泛應用，該模塊是通過伺服電機來實現(xiàn)對位置的精準控制，并能實現(xiàn)速度同步。伺服電機是運動控制模塊的關鍵，有著低震動、快速響應和具有自動調(diào)整功能等特點。

1.3 人機界面

在包裝機械搭配自動控制系統(tǒng)使用后，其人機界面多以顯示器形式展現(xiàn)，可通過該界面進行設置和調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)、記錄并查看各階段的生產(chǎn)情況、實時監(jiān)控機械運行狀態(tài)等工作。

1.4 自動控制系統(tǒng)

現(xiàn)階段的自動控制系統(tǒng)主要是指PLC 控制系統(tǒng)，與其他控制系統(tǒng)相比，PLC 控制系統(tǒng)具有可靠性較強、抗干擾能力強和靈活性好等優(yōu)點，因此在包裝機械自動化應用中非常廣泛，預計未來一段時間仍將是包裝機械自動化方面的重要控制系統(tǒng)。具體來看，PLC 控制系統(tǒng)所控制的包裝機械主要應用于飲品包裝設備、方便食品包裝設備和紙箱生產(chǎn)設備等方面。

2 自動化包裝機械控制系統(tǒng)設計概述

2.1 自動化包裝機械控制系統(tǒng)的設計特點

（1）單獨計算機控制。包裝機械中要應用自動化技術，就離不開計算機系統(tǒng)對包裝機械的控制，如此才能確保機械順利完成自動包裝工作。除此之外，計算機系統(tǒng)還能對包裝機械的操作情況進行實時監(jiān)控，工作人員只需輸入相應操作指令，就可以讓包裝機械根據(jù)指令完成相應的包裝工作，大大降低了工作人員的工作強度和復雜程度[2]。

（2）小批量和多品種生產(chǎn)。不同的用戶對于包裝有著不同的需求，如建立多條生產(chǎn)線則花費成本過高而得不償失。為此，可通過模塊化設計，讓包裝機械自動完成不同品種的小批量包裝。同時，模塊化的設計可以讓不同品種的小批量包裝工序同時進行，有效減少了工作周期。

（3）分辨材質(zhì)。包裝機械中應用自動化技術，就可以自動化收集和分析原材料材質(zhì)的相關數(shù)據(jù)信息，與人工分析和識別相比，其對于材質(zhì)的分析和識別更為精準高效，這一過程主要是通過借助探測器來實現(xiàn)的。通過對材質(zhì)的自動分析和識別，就可以及時發(fā)現(xiàn)材料是否發(fā)生變化或材料的變化情況，并將這一結果顯示在人機界面當中。

（4）降低生產(chǎn)成本。包裝機械中應用自動化技術可以有效促進生產(chǎn)規(guī)模的擴大，同時，自動化技術還減少了人力資源的消耗，降低了人力成本。

2.2 包裝機械自動化的關鍵技術

（1）現(xiàn)場總線技術?，F(xiàn)場總線技術通過布置工業(yè)數(shù)據(jù)總線，可以實現(xiàn)不同自動化領域中現(xiàn)場智能設備之間的相互通信。具體來看，包裝機械企業(yè)可采用ERP 系統(tǒng)來應用現(xiàn)場總線技術，實時了解包裝機械生產(chǎn)運行情況，管理人員可以輕松地利用ERP 系統(tǒng)對包裝機械的相關生產(chǎn)數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)進行調(diào)取和分析，以便進行下一步?jīng)Q策。

（2）物流自動化技術。物流自動化技術主要用于構建包裝機械和其他設備之間所形成的一套完整的傳送體系，這套體系在產(chǎn)品加工和包裝工序中都有著廣泛應用，對于節(jié)省人力成本有著重要作用。

（3）傳感器技術。在自動控制系統(tǒng)中，傳感器技術是不可或缺的，傳感器技術在自動化包裝機械控制中具有重要地位。在具體實施過程中，通過在各個工序流程的關鍵節(jié)點上安裝相應的傳感器，就可利用傳感器技術對這些工序進行自動控制。該技術在封裝、冷卻、加熱和包裝等工序當中都有著廣泛的應用[3]。

（4）安全檢測技術。各行各業(yè)都關注安全問題，包裝機械行業(yè)自然也不例外。由于食品包裝行業(yè)在包裝行業(yè)中具有重要地位，所以包裝的安全問題也一直為人們所重視。要避免安全問題的發(fā)生，就必須加強安全檢測技術，使之為包裝機械自動化提供有效保障。

3 自動化包裝機械控制系統(tǒng)設計流程

3.1 硬件系統(tǒng)設計

（1）PLC 硬件結構及其原理。PLC 自動控制系統(tǒng)的硬件結構由存儲器、核心處理器、I/O 系統(tǒng)、編碼器和編程器等組成，每一個模塊都是自動控制所不可或缺的，能夠?qū)崿F(xiàn)各種信號輸入與輸出。其中，核心處理器是將用戶所發(fā)送的指令轉(zhuǎn)換為相應電信號的關鍵部件，也是整個編程控制器的核心部分。I/O 接口用于對轉(zhuǎn)換后的信號進行放大分析，并對起到干擾的無用信號進行有效過濾，確保自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在PLC 自動控制系統(tǒng)的結構當中，核心處理器和編碼器等器件都是經(jīng)由I/O 端口，通過周期性掃描循環(huán)來進行信號的轉(zhuǎn)換。除此之外，在自動控制系統(tǒng)運行期間，系統(tǒng)會按照用戶預先設計的程序進行產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)，如用戶不輸入其他指令，則系統(tǒng)會反復運行預設程序，并掃描新程序，直至收到停止指令后，方停止工作。

（2）編碼器的設計。自動控制系統(tǒng)的設計使用脈沖編碼器更為實用，這種編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的編碼器，能夠?qū)⑽恢谩⑥D(zhuǎn)速等信號轉(zhuǎn)化為所需的信號，對于電脈沖信號也能有效兼容。雖然這種編碼器內(nèi)部結構較為簡單，但分辨率卻很高，并且具有較強的抗外界干擾能力。使用這種脈沖編碼器，可以有效克服長期以來關鍵器件依賴進口產(chǎn)品的問題，大量降低使用成本。不僅如此，這種編碼器的應用，對于系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行的促進作用也是不容小覷的。

（3）模塊化設計。不同的包裝機械有著不同的特性，為此，在自動化設計過程中也要充分考慮這一情況，根據(jù)包裝機械的實際情況來進行模塊化設計，各個模塊分別對應不同的生產(chǎn)任務，利用現(xiàn)有的包裝機械，同時生產(chǎn)更多種類的包裝產(chǎn)品，不僅豐富了系統(tǒng)的多樣性和增加了系統(tǒng)的功能，還能充分滿足市場需求。

（4）氣動系統(tǒng)的設計。自動包裝機的氣動系統(tǒng)主要由一定數(shù)量的氣缸和電磁閥組成，縱封汽缸用來提供一定的氣壓，使縱封在到達指定位置后固定不動，對包裝紙進行縱封處理；縱封牽引輪氣缸則用來推動牽引輪到達指定位置并在此位置保持固定；橫封氣缸用于推動橫封的運動，有效減少包裝時間，并將連在一起的包裝袋快速切割為單體。而電磁閥主要分為送料電磁閥和分離電磁閥兩類，送料電磁閥用于輸送物料，分離電磁閥用來引導壓縮空氣吹入，使物料完全進入預定區(qū)域，降低失誤。

（5）運動控制設計。運動控制設計是確保精準控制包裝機械運行的關鍵，對提高包裝機械的工作效率和精度都有著重要意義。為此，在運動控制設計中，首要工作就是確保伺服電機能夠做到自我調(diào)節(jié)和修正，使伺服電機在一些特殊工況下仍能正常運行。具體來看，在運動控制設計工作當中，自動化技術作為控制的核心，要貫穿于整個工作流程當中，自動化技術的使用能讓伺服電機具有改變自身運動狀態(tài)的能力，從而增加伺服電機的運行獨立性。除此之外，為了進一步提高包裝機械的工作精度，可采用多軸編程法，進一步提高包裝機械運行的平穩(wěn)度，如此，其工作精度就得到了保證。在自動化包裝機械控制系統(tǒng)設計中還需要注意的是，所編程序應當還具有記錄產(chǎn)品更新時間的能力，這對提高設備整體水平是很有幫助的。通過編寫相應的程序代碼，可以實現(xiàn)包裝機械各個模塊之間的協(xié)調(diào)功能，進而實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)對各個模塊的同步自動化控制，有效降低產(chǎn)品誤差，提高包裝工作的效率和質(zhì)量。

3.2 軟件系統(tǒng)設計

（1）人機界面和觸摸屏的設計。在如今這個大數(shù)據(jù)時代，人機界面的設計也應當體現(xiàn)出大數(shù)據(jù)技術的功能，使得人機界面能夠及時捕捉到設備運行的所有數(shù)據(jù)。在具體的設計工作中，仍可采用PLC 自動控制系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)精準控制生產(chǎn)參數(shù)，在這種情況下，即使用戶更換了所生產(chǎn)的產(chǎn)品，也能夠最快速度地確定新的對應措施。設計人機交互界面時，要充分了解各種產(chǎn)品的實際情況，從而有針對性地體現(xiàn)工藝參數(shù)的自動化效果。一般來說，觸摸屏是最為常用的人機交互方式。觸摸屏能夠直觀顯示出用戶可以進行的編程操作，用戶只需在觸摸屏上輸入想要的指令，就可以實現(xiàn)對包裝機械設備的控制和調(diào)整。具體來看，人機交互界面可實現(xiàn)參數(shù)設定、手動控制、包裝計數(shù)和定量設置等多種功能，參數(shù)設定模塊用來控制系統(tǒng)運行參數(shù)及產(chǎn)品包裝參數(shù)；手動控制模塊主要用于控制薄膜的拉伸程度，使薄膜的形狀和尺寸滿足不同的包裝形式，還能控制切刀的運行情況；包裝計數(shù)模塊則用于對包裝生產(chǎn)數(shù)量進行實時監(jiān)控，其定量范圍可在設置中進行更改。

（2）控制系統(tǒng)的處理結構及其微調(diào)。在包裝機械自動化的實際運行當中，往往會出現(xiàn)一些無法審核通過的產(chǎn)品，這就需要對這些產(chǎn)品進行微調(diào)處理。微調(diào)處理是基于微處理結構進行的，微處理結構主要用于處理包裝生產(chǎn)過程中的一些隱患問題。如在包裝圖案的印刷中經(jīng)常需要調(diào)整標識的位置，這就需要設計人員對處理結構進行調(diào)整，確保新的生產(chǎn)包裝圖案順利通過系統(tǒng)審核。

目前，隨著自動化技術的快速發(fā)展，包裝機械的自動控制系統(tǒng)的模式和功能也在不斷豐富，能夠充分滿足用戶的不同需求。用戶可根據(jù)自身的實際需求來選擇相應的控制程序，進行差異化包裝，進而實現(xiàn)自動化的包裝生產(chǎn)。

4 自動化包裝機械的未來發(fā)展和展望

4.1 國內(nèi)包裝機械行業(yè)的未來發(fā)展趨勢

（1）提高包裝生產(chǎn)效率。隨著自動化技術在包裝機械行業(yè)中的推廣與應用，使得相關的生產(chǎn)工序有了更為緊密的連接，各條生產(chǎn)線都能有序地開展生產(chǎn)工作，大幅度提高了包裝效率，減少了工作強度和工作時間。同時，自動化技術的應用也降低了成本，讓包裝機械行業(yè)取得更多經(jīng)濟效益，反過來再推動包裝機械行業(yè)的進一步發(fā)展，實現(xiàn)了良性循環(huán)。

（2）滿足產(chǎn)品包裝變更要求。在確保產(chǎn)品包裝質(zhì)量的基礎上，對于產(chǎn)品包裝設計方面也不能忽視，應當盡可能滿足這方面的需求，力求完美。因此，在產(chǎn)品包裝的細節(jié)上要有適當?shù)母淖?，而這一改變在自動化包裝機械中是非常容易實現(xiàn)的。自動化包裝機械具有靈活的特點，能夠給予同一生產(chǎn)線上不同包裝的細節(jié)變更，也能夠降低包裝生產(chǎn)過程中的意外損耗。

（3）及時發(fā)現(xiàn)與排除設備故障。自動化的包裝機械在一定程度上具有自我發(fā)現(xiàn)故障并排障的能力。在此基礎上，一旦包裝機械在工作中出現(xiàn)故障，則系統(tǒng)就會第一時間發(fā)現(xiàn)故障，并自動對故障進行分析和排除，確保自動化包裝機械能夠繼續(xù)順利運行。預計隨著未來人工智能技術的進一步發(fā)展，該系統(tǒng)也將具有學習功能，從而有效地解決更多難以預見的運行故障問題。

4.2 自動化包裝機械設計的創(chuàng)新思路

（1）工藝流程自動化的進一步提高?，F(xiàn)階段，包裝機械的自動化程度仍然有待于進一步提高，具體來看，可通過智能機械手的應用來完成包裝過程中的一系列復雜動作，這對于設備靈活性的提高有著重要意義，能夠進一步提高自動化程度，在現(xiàn)有基礎上使生產(chǎn)效率變得更高。

（2）產(chǎn)品機械和包裝機械一體化。產(chǎn)品機械和包裝機械一體化也是提高生產(chǎn)效率的一個重要途徑，當前，一體化工作所受到的阻礙主要來自于包裝機械的水平，為此，技術人員應當注重提高包裝機械的生產(chǎn)能力，從而解決兩種機械的匹配問題，實現(xiàn)二者一體化。

（3）提高包裝機械的柔性和靈活性。隨著包裝機械市場競爭的日趨激烈，包裝產(chǎn)品的迭代升級也在不斷加快。要確保包裝產(chǎn)品具有長期的競爭力，就需要包裝機械具有更強的柔性和靈活性，從而適應產(chǎn)品多樣化的實際需要。與此同時，還需要確保新型包裝機械具有良好的經(jīng)濟性，使得新技術的應用不會顯著增加生產(chǎn)成本。

4.3 自動化技術在包裝機械中的應用展望

整體來看，我們可在以下兩個方面對自動化技術在包裝機械中的應用進行展望：第一，隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，自動化技術也會變得更為高效和智能，在包裝機械中將有著更廣泛的應用，傳統(tǒng)的自動化技術也將得到進一步發(fā)展和升級；第二，隨著“中國制造2025”的提出，包裝機械設備也將朝著更先進的方向發(fā)展，其靈活性將不斷增強，對于生產(chǎn)過程中的各個細節(jié)都能進行有效處理。

未來自動化技術在包裝機械中將有著更高的應用價值，同時自動化技術也將與互聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)技術和人工智能技術進行有機結合，由此可見，自動化技術的發(fā)展前景廣闊，自動化包裝機械也將迎來新的發(fā)展。

5 結束語

在今天，自動化早已成為包裝機械行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，由于科技的不斷進步，自動化包裝機械行業(yè)也在不斷發(fā)展，為了使自動化包裝機械行業(yè)始終處于領先地位，我們必須做到與時俱進。要在自動化包裝機械行業(yè)及其衍生的行業(yè)等多個方面積極自主創(chuàng)新和實踐，不斷提升自動化技術水平。在相關領域可以采用“拿來主義”的做法，積極吸收國內(nèi)外的先進技術和先進研究經(jīng)驗，再根據(jù)自身的實際情況，提高自動化技術在包裝機械行業(yè)的應用深度和廣度，使自動化技術在包裝機械行業(yè)中充分得到應用，并不斷發(fā)展進步。