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包装机械自动化技术应用及展望

时间:2021-01-14 08:46来源:未知 作者:admin 点击:
摘要:包装机械行业对于其他工业飞速发展所起到的促进作用是有目共睹的,为了适应新时期的发展需要,包装机械行业应当与自动化技术有效融合,以提升行业的综合水平。基于此,文章简要介绍了自动化技术在包装机械中的应用要点,详细阐述了自动化包装机械设计
  
摘要:包装机械行业对于其他工业飞速发展所起到的促进作用是有目共睹的,为了适应新时期的发展需要,包装机械行业应当与自动化技术有效融合,以提升行业的综合水平。基于此,文章简要介绍了自动化技术在包装机械中的应用要点,详细阐述了自动化包装机械设计的有关内容,并对未来包装机械行业自动化技术的应用进行了展望,以期为相关从业人员提供参考。
 
关键词:包装机械;自动控制系统;自动化技术
 
1自动化技术在包装机械中的应用
 
1.1传动系统
 
传动系统的作用是根据实际生产任务需要,来灵活调整生产过程的周期变化。目前,在自动化包装机械的传动系统中,通过变频器,将计算机技术、自动控制技术和互联网技术进行了紧密结合,具有精度高、响应快、运行效率高和调节范围广等诸多优点,在包装生产线上已经得到了广泛的应用[1]。
 
1.2运动控制
 
运动控制模块在装卸、输送、打标等工序当中都有着广泛应用,该模块是通过伺服电机来实现对位置的精准控制,并能实现速度同步。伺服电机是运动控制模块的关键,有着低震动、快速响应和具有自动调整功能等特点。
 
1.3人机界面
 
在包装机械搭配自动控制系统使用后,其人机界面多以显示器形式展现,可通过该界面进行设置和调整生产工艺参数、记录并查看各阶段的生产情况、实时监控机械运行状态等工作。
 
1.4自动控制系统
 
现阶段的自动控制系统主要是指PLC控制系统,与其他控制系统相比,PLC控制系统具有可靠性较强、抗干扰能力强和灵活性好等优点,因此在包装机械自动化应用中非常广泛,预计未来一段时间仍将是包装机械自动化方面的重要控制系统。具体来看,PLC控制系统所控制的包装机械主要应用于饮品包装设备、方便食品包装设备和纸箱生产设备等方面。
 
2自动化包装机械控制系统设计概述
 
2.1自动化包装机械控制系统的设计特点
 
(1)单独计算机控制。包装机械中要应用自动化技术,就离不开计算机系统对包装机械的控制,如此才能确保机械顺利完成自动包装工作。除此之外,计算机系统还能对包装机械的操作情况进行实时监控,工作人员只需输入相应操作指令,就可以让包装机械根据指令完成相应的包装工作,大大降低了工作人员的工作强度和复杂程度[2]。(2)小批量和多品种生产。不同的用户对于包装有着不同的需求,如建立多条生产线则花费成本过高而得不偿失。为此,可通过模块化设计,让包装机械自动完成不同品种的小批量包装。同时,模块化的设计可以让不同品种的小批量包装工序同时进行,有效减少了工作周期。(3)分辨材质。包装机械中应用自动化技术,就可以自动化收集和分析原材料材质的相关数据信息,与人工分析和识别相比,其对于材质的分析和识别更为精准高效,这一过程主要是通过借助探测器来实现的。通过对材质的自动分析和识别,就可以及时发现材料是否发生变化或材料的变化情况,并将这一结果显示在人机界面当中。(4)降低生产成本。包装机械中应用自动化技术可以有效促进生产规模的扩大,同时,自动化技术还减少了人力资源的消耗,降低了人力成本。
 
2.2包装机械自动化的关键技术
 
(1)现场总线技术。现场总线技术通过布置工业数据总线,可以实现不同自动化领域中现场智能设备之间的相互通信。具体来看,包装机械企业可采用ERP系统来应用现场总线技术,实时了解包装机械生产运行情况,管理人员可以轻松地利用ERP系统对包装机械的相关生产数据和运行数据进行调取和分析,以便进行下一步决策。(2)物流自动化技术。物流自动化技术主要用于构建包装机械和其他设备之间所形成的一套完整的传送体系,这套体系在产品加工和包装工序中都有着广泛应用,对于节省人力成本有着重要作用。(3)传感器技术。在自动控制系统中,传感器技术是不可或缺的,传感器技术在自动化包装机械控制中具有重要地位。在具体实施过程中,通过在各个工序流程的关键节点上安装相应的传感器,就可利用传感器技术对这些工序进行自动控制。该技术在封装、冷却、加热和包装等工序当中都有着广泛的应用[3]。(4)安全检测技术。各行各业都关注安全问题,包装机械行业自然也不例外。由于食品包装行业在包装行业中具有重要地位,所以包装的安全问题也一直为人们所重视。要避免安全问题的发生,就必须加强安全检测技术,使之为包装机械自动化提供有效保障。
 
3自动化包装机械控制系统设计流程
 
3.1硬件系统设计
 
(1)PLC硬件结构及其原理。PLC自动控制系统的硬件结构由存储器、核心处理器、I/O系统、编码器和编程器等组成,每一个模块都是自动控制所不可或缺的,能够实现各种信号输入与输出。其中,核心处理器是将用户所发送的指令转换为相应电信号的关键部件,也是整个编程控制器的核心部分。I/O接口用于对转换后的信号进行放大分析,并对起到干扰的无用信号进行有效过滤,确保自动控制系统的稳定运行。在PLC自动控制系统的结构当中,核心处理器和编码器等器件都是经由I/O端口,通过周期性扫描循环来进行信号的转换。除此之外,在自动控制系统运行期间,系统会按照用户预先设计的程序进行产品的自动化生产,如用户不输入其他指令,则系统会反复运行预设程序,并扫描新程序,直至收到停止指令后,方停止工作。(2)编码器的设计。自动控制系统的设计使用脉冲编码器更为实用,这种编码器是一种旋转式的编码器,能够将位置、转速等信号转化为所需的信号,对于电脉冲信号也能有效兼容。虽然这种编码器内部结构较为简单,但分辨率却很高,并且具有较强的抗外界干扰能力。使用这种脉冲编码器,可以有效克服长期以来关键器件依赖进口产品的问题,大量降低使用成本。不仅如此,这种编码器的应用,对于系统高效稳定运行的促进作用也是不容小觑的。(3)模块化设计。不同的包装机械有着不同的特性,为此,在自动化设计过程中也要充分考虑这一情况,根据包装机械的实际情况来进行模块化设计,各个模块分别对应不同的生产任务,利用现有的包装机械,同时生产更多种类的包装产品,不仅丰富了系统的多样性和增加了系统的功能,还能充分满足市场需求。(4)气动系统的设计。自动包装机的气动系统主要由一定数量的气缸和电磁阀组成,纵封汽缸用来提供一定的气压,使纵封在到达指定位置后固定不动,对包装纸进行纵封处理;纵封牵引轮气缸则用来推动牵引轮到达指定位置并在此位置保持固定;横封气缸用于推动横封的运动,有效减少包装时间,并将连在一起的包装袋快速切割为单体。而电磁阀主要分为送料电磁阀和分离电磁阀两类,送料电磁阀用于输送物料,分离电磁阀用来引导压缩空气吹入,使物料完全进入预定区域,降低失误。(5)运动控制设计。运动控制设计是确保精准控制包装机械运行的关键,对提高包装机械的工作效率和精度都有着重要意义。为此,在运动控制设计中,首要工作就是确保伺服电机能够做到自我调节和修正,使伺服电机在一些特殊工况下仍能正常运行。具体来看,在运动控制设计工作当中,自动化技术作为控制的核心,要贯穿于整个工作流程当中,自动化技术的使用能让伺服电机具有改变自身运动状态的能力,从而增加伺服电机的运行独立性。除此之外,为了进一步提高包装机械的工作精度,可采用多轴编程法,进一步提高包装机械运行的平稳度,如此,其工作精度就得到了保证。在自动化包装机械控制系统设计中还需要注意的是,所编程序应当还具有记录产品更新时间的能力,这对提高设备整体水平是很有帮助的。通过编写相应的程序代码,可以实现包装机械各个模块之间的协调功能,进而实现自动控制系统对各个模块的同步自动化控制,有效降低产品误差,提高包装工作的效率和质量。
 
3.2软件系统设计
 
(1)人机界面和触摸屏的设计。在如今这个大数据时代,人机界面的设计也应当体现出大数据技术的功能,使得人机界面能够及时捕捉到设备运行的所有数据。在具体的设计工作中,仍可采用PLC自动控制系统,利用该系统精准控制生产参数,在这种情况下,即使用户更换了所生产的产品,也能够最快速度地确定新的对应措施。设计人机交互界面时,要充分了解各种产品的实际情况,从而有针对性地体现工艺参数的自动化效果。一般来说,触摸屏是最为常用的人机交互方式。触摸屏能够直观显示出用户可以进行的编程操作,用户只需在触摸屏上输入想要的指令,就可以实现对包装机械设备的控制和调整。具体来看,人机交互界面可实现参数设定、手动控制、包装计数和定量设置等多种功能,参数设定模块用来控制系统运行参数及产品包装参数;手动控制模块主要用于控制薄膜的拉伸程度,使薄膜的形状和尺寸满足不同的包装形式,还能控制切刀的运行情况;包装计数模块则用于对包装生产数量进行实时监控,其定量范围可在设置中进行更改。(2)控制系统的处理结构及其微调。在包装机械自动化的实际运行当中,往往会出现一些无法审核通过的产品,这就需要对这些产品进行微调处理。微调处理是基于微处理结构进行的,微处理结构主要用于处理包装生产过程中的一些隐患问题。如在包装图案的印刷中经常需要调整标识的位置,这就需要设计人员对处理结构进行调整,确保新的生产包装图案顺利通过系统审核。目前,随着自动化技术的快速发展,包装机械的自动控制系统的模式和功能也在不断丰富,能够充分满足用户的不同需求。用户可根据自身的实际需求来选择相应的控制程序,进行差异化包装,进而实现自动化的包装生产。
 
4自动化包装机械的未来发展和展望
 
4.1国内包装机械行业的未来发展趋势
 
(1)提高包装生产效率。随着自动化技术在包装机械行业中的推广与应用,使得相关的生产工序有了更为紧密的连接,各条生产线都能有序地开展生产工作,大幅度提高了包装效率,减少了工作强度和工作时间。同时,自动化技术的应用也降低了成本,让包装机械行业取得更多经济效益,反过来再推动包装机械行业的进一步发展,实现了良性循环。(2)满足产品包装变更要求。在确保产品包装质量的基础上,对于产品包装设计方面也不能忽视,应当尽可能满足这方面的需求,力求完美。因此,在产品包装的细节上要有适当的改变,而这一改变在自动化包装机械中是非常容易实现的。自动化包装机械具有灵活的特点,能够给予同一生产线上不同包装的细节变更,也能够降低包装生产过程中的意外损耗。(3)及时发现与排除设备故障。自动化的包装机械在一定程度上具有自我发现故障并排障的能力。在此基础上,一旦包装机械在工作中出现故障,则系统就会第一时间发现故障,并自动对故障进行分析和排除,确保自动化包装机械能够继续顺利运行。预计随着未来人工智能技术的进一步发展,该系统也将具有学习功能,从而有效地解决更多难以预见的运行故障问题。
 
4.2自动化包装机械设计的创新思路
 
(1)工艺流程自动化的进一步提高。现阶段,包装机械的自动化程度仍然有待于进一步提高,具体来看,可通过智能机械手的应用来完成包装过程中的一系列复杂动作,这对于设备灵活性的提高有着重要意义,能够进一步提高自动化程度,在现有基础上使生产效率变得更高。(2)产品机械和包装机械一体化。产品机械和包装机械一体化也是提高生产效率的一个重要途径,当前,一体化工作所受到的阻碍主要来自于包装机械的水平,为此,技术人员应当注重提高包装机械的生产能力,从而解决两种机械的匹配问题,实现二者一体化。(3)提高包装机械的柔性和灵活性。随着包装机械市场竞争的日趋激烈,包装产品的迭代升级也在不断加快。要确保包装产品具有长期的竞争力,就需要包装机械具有更强的柔性和灵活性,从而适应产品多样化的实际需要。与此同时,还需要确保新型包装机械具有良好的经济性,使得新技术的应用不会显著增加生产成本。
 
4.3自动化技术在包装机械中的应用展望
 
整体来看,我们可在以下两个方面对自动化技术在包装机械中的应用进行展望:第一,随着人工智能技术的不断发展,自动化技术也会变得更为高效和智能,在包装机械中将有着更广泛的应用,传统的自动化技术也将得到进一步发展和升级;第二,随着“中国制造2025”的提出,包装机械设备也将朝着更先进的方向发展,其灵活性将不断增强,对于生产过程中的各个细节都能进行有效处理。未来自动化技术在包装机械中将有着更高的应用价值,同时自动化技术也将与互联网技术、大数据技术和人工智能技术进行有机结合,由此可见,自动化技术的发展前景广阔,自动化包装机械也将迎来新的发展。
 
5结束语
 
在今天,自动化早已成为包装机械行业发展的必然趋势,由于科技的不断进步,自动化包装机械行业也在不断发展,为了使自动化包装机械行业始终处于领先地位,我们必须做到与时俱进。要在自动化包装机械行业及其衍生的行业等多个方面积极自主创新和实践,不断提升自动化技术水平。在相关领域可以采用“拿来主义”的做法,积极吸收国内外的先进技术和先进研究经验,再根据自身的实际情况,提高自动化技术在包装机械行业的应用深度和广度,使自动化技术在包装机械行业中充分得到应用,并不断发展进步。
 
参考文献:
 
[1]韩子超.自动化在包装机械中的应用和展望[J].中国科技投资,2017(9):55-57.
 
[2]黄帆.自动化技术在包装机械中的应用[J].低碳世界,2017(22):118-119.
 
[3]杨坛.关于自动化在包装机械中的应用探讨[J].科技展望.2016(14):77.
 
作者:赵锦康 单位:哈尔滨理工大学
(责任编辑:mac)
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