包裝機械自動化技術應用及展望

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摘要：包裝機械行業對于其他工業飛速發展所起到的促進作用是有目共睹的，為了適應新時期的發展需要，包裝機械行業應當與自動化技術有效融合，以提升行業的綜合水平。基于此，文章簡要介紹了自動化技術在包裝機械中的應用要點，詳細闡述了自動化包裝機械設計的有關內容，并對未來包裝機械行業自動化技術的應用進行了展望，以期為相關從業人員提供參考。

關鍵詞：包裝機械；自動控制系統；自動化技術

1自動化技術在包裝機械中的應用

1.1傳動系統

傳動系統的作用是根據實際生產任務需要，來靈活調整生產過程的周期變化。目前，在自動化包裝機械的傳動系統中，通過變頻器，將計算機技術、自動控制技術和互聯網技術進行了緊密結合，具有精度高、響應快、運行效率高和調節范圍廣等諸多優點，在包裝生產線上已經得到了廣泛的應用[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對位置的精準控制，并能實現速度同步。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使用后，其人機界面多以顯示器形式展現，可通過該界面進行設置和調整生產工藝參數、記錄并查看各階段的生產情況、實時監控機械運行狀態等工作。

1.4自動控制系統

現階段的自動控制系統主要是指PLC控制系統，與其他控制系統相比，PLC控制系統具有可靠性較強、抗干擾能力強和靈活性好等優點，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。具體來看，PLC控制系統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設備等方面。

2自動化包裝機械控制系統設計概述

2.1自動化包裝機械控制系統的設計特點

（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，計算機系統還能對包裝機械的操作情況進行實時監控，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。不同的用戶對于包裝有著不同的需求，如建立多條生產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。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的相關數據信息，與人工分析和識別相比，其對于材質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的。通過對材質的自動分析和識別，就可以及時發現材料是否發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）降低生產成本。包裝機械中應用自動化技術可以有效促進生產規模的擴大，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）現場總線技術。現場總線技術通過布置工業數據總線，可以實現不同自動化領域中現場智能設備之間的相互通信。具體來看，包裝機械企業可采用ERP系統來應用現場總線技術，實時了解包裝機械生產運行情況，管理人員可以輕松地利用ERP系統對包裝機械的相關生產數據和運行數據進行調取和分析，以便進行下一步決策。（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，這套體系在產品加工和包裝工序中都有著廣泛應用，對于節省人力成本有著重要作用。（3）傳感器技術。在自動控制系統中，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。各行各業都關注安全問題，包裝機械行業自然也不例外。由于食品包裝行業在包裝行業中具有重要地位，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設計流程

3.1硬件系統設計

（1）PLC硬件結構及其原理。PLC自動控制系統的硬件結構由存儲器、核心處理器、I/O系統、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，能夠實現各種信號輸入與輸出。其中，核心處理器是將用戶所發送的指令轉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，確保自動控制系統的穩定運行。在PLC自動控制系統的結構當中，核心處理器和編碼器等器件都是經由I/O端口，通過周期性掃描循環來進行信號的轉換。除此之外，在自動控制系統運行期間，系統會按照用戶預先設計的程序進行產品的自動化生產，如用戶不輸入其他指令，則系統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。自動控制系統的設計使用脈沖編碼器更為實用，這種編碼器是一種旋轉式的編碼器，能夠將位置、轉速等信號轉化為所需的信號，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，對于系統高效穩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任務，利用現有的包裝機械，同時生產更多種類的包裝產品，不僅豐富了系統的多樣性和增加了系統的功能，還能充分滿足市場需求。（4）氣動系統的設計。自動包裝機的氣動系統主要由一定數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節和修正，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設計中還需要注意的是，所編程序應當還具有記錄產品更新時間的能力，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，可以實現包裝機械各個模塊之間的協調功能，進而實現自動控制系統對各個模塊的同步自動化控制，有效降低產品誤差，提高包裝工作的效率和質量。

3.2軟件系統設計

（1）人機界面和觸摸屏的設計。在如今這個大數據時代，人機界面的設計也應當體現出大數據技術的功能，使得人機界面能夠及時捕捉到設備運行的所有數據。在具體的設計工作中，仍可采用PLC自動控制系統，利用該系統精準控制生產參數，在這種情況下，即使用戶更換了所生產的產品，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，要充分了解各種產品的實際情況，從而有針對性地體現工藝參數的自動化效果。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，就可以實現對包裝機械設備的控制和調整。具體來看，人機交互界面可實現參數設定、手動控制、包裝計數和定量設置等多種功能，參數設定模塊用來控制系統運行參數及產品包裝參數；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；包裝計數模塊則用于對包裝生產數量進行實時監控，其定量范圍可在設置中進行更改。（2）控制系統的處理結構及其微調。在包裝機械自動化的實際運行當中，往往會出現一些無法審核通過的產品，這就需要對這些產品進行微調處理。微調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過程中的一些隱患問題。如在包裝圖案的印刷中經常需要調整標識的位置，這就需要設計人員對處理結構進行調整，確保新的生產包裝圖案順利通過系統審核。目前，隨著自動化技術的快速發展，包裝機械的自動控制系統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，進而實現自動化的包裝生產。

4自動化包裝機械的未來發展和展望

4.1國內包裝機械行業的未來發展趨勢

（1）提高包裝生產效率。隨著自動化技術在包裝機械行業中的推廣與應用，使得相關的生產工序有了更為緊密的連接，各條生產線都能有序地開展生產工作，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，讓包裝機械行業取得更多經濟效益，反過來再推動包裝機械行業的進一步發展，實現了良性循環。（2）滿足產品包裝變更要求。在確保產品包裝質量的基礎上，對于產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，在產品包裝的細節上要有適當的改變，而這一改變在自動化包裝機械中是非常容易實現的。自動化包裝機械具有靈活的特點，能夠給予同一生產線上不同包裝的細節變更，也能夠降低包裝生產過程中的意外損耗。（3）及時發現與排除設備故障。自動化的包裝機械在一定程度上具有自我發現故障并排障的能力。在此基礎上，一旦包裝機械在工作中出現故障，則系統就會第一時間發現故障，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順利運行。預計隨著未來人工智能技術的進一步發展，該系統也將具有學習功能，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新思路

（1）工藝流程自動化的進一步提高。現階段，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，在現有基礎上使生產效率變得更高。（2）產品機械和包裝機械一體化。產品機械和包裝機械一體化也是提高生產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能力，從而解決兩種機械的匹配問題，實現二者一體化。（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，包裝產品的迭代升級也在不斷加快。要確保包裝產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濟性，使得新技術的應用不會顯著增加生產成本。

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，傳統的自動化技術也將得到進一步發展和升級；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展，其靈活性將不斷增強，對于生產過程中的各個細節都能進行有效處理。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網技術、大數據技術和人工智能技術進行有機結合，由此可見，自動化技術的發展前景廣闊，自動化包裝機械也將迎來新的發展。

5結束語

在今天，自動化早已成為包裝機械行業發展的必然趨勢，由于科技的不斷進步，自動化包裝機械行業也在不斷發展，為了使自動化包裝機械行業始終處于領先地位，我們必須做到與時俱進。要在自動化包裝機械行業及其衍生的行業等多個方面積極自主創新和實踐，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，積極吸收國內外的先進技術和先進研究經驗，再根據自身的實際情況，提高自動化技術在包裝機械行業的應用深度和廣度，使自動化技術在包裝機械行業中充分得到應用，并不斷發展進步。

參考文獻：

[1]韓子超.自動化在包裝機械中的應用和展望[J].中國科技投資，2017（9）：55-57.

[2]黃帆.自動化技術在包裝機械中的應用[J].低碳世界，2017（22）：118-119.

[3]楊壇.關于自動化在包裝機械中的應用探討[J].科技展望.2016（14）：77.

作者：趙錦康 單位：哈爾濱理工大學