包装机械中自动化技术应用研究 张土寿
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（四）包装机械生产
在自动化系统设计完成后，即需要将自动化系统控制下的包装机械投入到生产当中。在实际的使用过程中，为了满足操作者的使用，自动化控制系统需要通过人机界面来实现操作者与机械之间的交互。自动化的控制过程中，模块的功能实现基于模拟信号的传递，因此可以通过显示器将模拟信号显示出来，操作者通过观察显示器中模拟信号，可以了解并判断包装机械的自动化运行状态，并在显示器上进行操作，使操作信息反馈给自动化系统，并直接作用于机械作业。目前较为先进的触摸控制显示屏幕的生产厂家有西门子、三菱、日立等[3]，设计者可根据实际情况进行选择。此外，为了实现包装机械与新的自动化系统相连接，传统的电机控制传动已经无法适用于现代技术要求，本文在对传动方式进行分析后发现，为了满足自动化系统的指令控制和时序一致性的要求，可以选择PLC变频器作为主要传动手段。PLC拥有可靠性强、操作简单、设计灵活等特点，对于自动化系统来说，拥有语言编写和扩展的能力，在自动化系统设计的选型中，具有突出优势。
（二）缺少竞争力
缺少核心技术、机械制造和设计停留在模仿、没有良好的产品性能，这些问题使得中共包装机械相较于国际上优秀的机械制造毫无竞争优势可言。据统计，目前中国包装企业在选购包装机械时一般会选择进口机械，日本、德国、意大利是主要的机械进口货源，且进口增速维持在年6%以上，持续增长[1]。而随着发展，目前欧美国家的包装机械已经可以完成与机器人的对接，实现智能化，这对于中国机械制造来说压力空前。
一、现阶段包装机械存在问题
（一）缺乏技术含量
据统计，目前中国包装机械的种类为1000种左右，从产业结构的完整性的角度考虑，这一数量仍处于起步阶段，远远不足以形成产业链。在发展当中，由于以小作坊形式的机械生产为主要的市场供应源，导致大部分包装机械本身缺乏技术含量。在多年的机械市场当中，中国包装机械一般表现为性能不稳定、可靠性不足、缺乏人机友好、结构粗糙、元器件质量难以得到保证以及使用寿命不足等情况。正处于模仿阶段的中国包装机械制造行业，缺少自主研发和创新能力，智能亦步亦趋，既无法形成自己的特色，也无法获得模仿对象的技术核心。
（二）PID控制
为了能够凸显模块自动化设计在包装机械当中的应用特色，本文需要利用技术手段保证模块指令在生产过程当中拥有较高的精准度。为此本文选用了传统机械动力学原理当中最常采取的PID控制技术。在对比了诸多控制技术后，结合包装特点，PID技术需要避免误差，防止位置偏移，因此需要应用到增量型PID控制技术。在生产实践当中，模块在进行三边封口时，需要对封口温度进行调节，从而保证温度能够满足封口要求，不会造成严重的封口失误。在PID控制技术当中，其所具有的超调量和过渡时间的调节，能够对封口模块所具有的温度进行控制和调节，从而使封口温度保持恒定，在自动化封口的过程中，恒定温度能够使封口快速成型，避免因温度变化带来的封口失败。
关键词：工作效率；产品包装；机械设计；自动化
前言
作为机械工业的支柱产业之一，包装机械在中国发展已经超过三十年，并在市场发展需求当中，扮演了重要角色。然而，虽然长足的发展和进步使包装机械俨然成为技术的革新，并有着走出国门的趋势，但是，产业结构当中缺乏高准确度、缺乏自动化、缺乏配套产品和完整产业链，仍然是目前包装机械所面对的“三座大山”。相较于世界先进机械工艺的发展，在市场需求的满足层面，中国包装机械仍然不具备产业优势。
（三）无法满足市场需求
在市场需求中，包装机械的选用既要具备资源利用率高，同时还要能够提升生产效率、缩短生产时间。以食品行业为例，食品包装作为应用包装机械最多的产业，为了应对小包装，需要包装机械拥有强大的精准度和运Hale Waihona Puke Baidu速度，并且能够在包装作业中尽可能多地实现自动化，这对于食品包装速度和效率的提升都十分关键。但是目前中国的包装机械很难满足食品包装这一市场需求。
（一）模块化功能设计
模块是系统的构成要素，在功能性上，可以称之为小系统。为了实现包装机械的自动化应用，需要首先结合包装机械的应用场景进行自动化系统的设计。而作为自动化系统，则需要使用模块化的设计方法进行功能的分区。从而使系统当中各个模块具有独立功能，并拥有互换性、兼容性等特点。本文在进行针对小型食品包装的包装机械的自动化系统设计时，根据包装场景，设计了三大功能模块，分别为传送模块、充填模块和封口模块[2]。其中，传送模块是系统的开始模块，在包装机械开始包装时，系统通过传送模块下达指令，使包装袋通过旋转折叠成型，形成三面开口的对折形状，并使两边对齐。对于这一模块所代表的阶段来说，自动化系统要根据具体的包装要求进行包装袋的制作，并完成封口、打码等具体的工序，进入到下一模块；充填模块主要负责开袋以及物料的填充，在经历了传送模块之后，已经成型的包装袋为三边封闭的包装模型，充填模块需要下达指令，使物料漏斗深入到包装袋内部，并利用计算使工序时间同步，从而将物料完整地填充到包装袋当中，使所需包装物料能够与包装袋完全贴合，进入到下一模块；封口模块是整个包装机械工序中最后的操作，模块通过指令完成包装袋最后一个开口边的封口。在实际操作中，为了使封口成型，更加牢固，一般的自动化包装机械会选择热封的方式，通过热封曲线的计算，完成封装。对于部分易发生霉变的食品，在封口模块当中还需要具备真空泵的指令，通过真空泵将包装袋内部的气体抽出，实现真空。
二、自动化技术在包装机械中的应用
包装机械的自动化设计需要符合市场对于包装机械的需求，能够切实地应用到市场环境当中。目前的包装市场中，食品包装作为主要的需求，其对于包装过程中包装袋设计、包装填充和包装封口部分要求最为严格，因此也成为包装机械自动化设计当中首要考量的重点。因此本文针对这一需求，进行了模块化的设计，并利用PID控制技术，提升模块自动化生产的精确性。
（三）模块组合
在前文列举的三项大功能模块之下，为了实现其自动化的功能，一般还需要建立多层的小模块。例如在传送模块中，为了满足包装袋的生产，需要包含制袋模块、三边封口模块、打码模块等具体的操作流程模块。同样的，在充填模块当中，还应该具备切割模块、料斗选择模块、物料模块等子模块，而封口模块则需要封装模块、计量模块、真空模块等，为了使这些细化的功能子模块能够完整地应用到自动化系统当中，就需要设计者通过一致性将其进行组合，实现拼接。
包装机械中自动化技术应用研究张土寿
摘要：在产品生产领域，包装是产品成型的重要步骤，为了使产品包装更具效率，包装机械的自动化研究也日益深入，成为现阶段包装机械领域的主要课题之一。本文对目前包装机械的现状进行了深入评析，结合先进的技术手法，对自动化包装机械的设计进行了详尽阐述，并结合具体的自动化包装实例，对自动化包装机械的使用场景进行了概述。
在自动化系统设计完成后，即需要将自动化系统控制下的包装机械投入到生产当中。在实际的使用过程中，为了满足操作者的使用，自动化控制系统需要通过人机界面来实现操作者与机械之间的交互。自动化的控制过程中，模块的功能实现基于模拟信号的传递，因此可以通过显示器将模拟信号显示出来，操作者通过观察显示器中模拟信号，可以了解并判断包装机械的自动化运行状态，并在显示器上进行操作，使操作信息反馈给自动化系统，并直接作用于机械作业。目前较为先进的触摸控制显示屏幕的生产厂家有西门子、三菱、日立等[3]，设计者可根据实际情况进行选择。此外，为了实现包装机械与新的自动化系统相连接，传统的电机控制传动已经无法适用于现代技术要求，本文在对传动方式进行分析后发现，为了满足自动化系统的指令控制和时序一致性的要求，可以选择PLC变频器作为主要传动手段。PLC拥有可靠性强、操作简单、设计灵活等特点，对于自动化系统来说，拥有语言编写和扩展的能力，在自动化系统设计的选型中，具有突出优势。
（二）缺少竞争力
缺少核心技术、机械制造和设计停留在模仿、没有良好的产品性能，这些问题使得中共包装机械相较于国际上优秀的机械制造毫无竞争优势可言。据统计，目前中国包装企业在选购包装机械时一般会选择进口机械，日本、德国、意大利是主要的机械进口货源，且进口增速维持在年6%以上，持续增长[1]。而随着发展，目前欧美国家的包装机械已经可以完成与机器人的对接，实现智能化，这对于中国机械制造来说压力空前。
一、现阶段包装机械存在问题
（一）缺乏技术含量
据统计，目前中国包装机械的种类为1000种左右，从产业结构的完整性的角度考虑，这一数量仍处于起步阶段，远远不足以形成产业链。在发展当中，由于以小作坊形式的机械生产为主要的市场供应源，导致大部分包装机械本身缺乏技术含量。在多年的机械市场当中，中国包装机械一般表现为性能不稳定、可靠性不足、缺乏人机友好、结构粗糙、元器件质量难以得到保证以及使用寿命不足等情况。正处于模仿阶段的中国包装机械制造行业，缺少自主研发和创新能力，智能亦步亦趋，既无法形成自己的特色，也无法获得模仿对象的技术核心。
（二）PID控制
为了能够凸显模块自动化设计在包装机械当中的应用特色，本文需要利用技术手段保证模块指令在生产过程当中拥有较高的精准度。为此本文选用了传统机械动力学原理当中最常采取的PID控制技术。在对比了诸多控制技术后，结合包装特点，PID技术需要避免误差，防止位置偏移，因此需要应用到增量型PID控制技术。在生产实践当中，模块在进行三边封口时，需要对封口温度进行调节，从而保证温度能够满足封口要求，不会造成严重的封口失误。在PID控制技术当中，其所具有的超调量和过渡时间的调节，能够对封口模块所具有的温度进行控制和调节，从而使封口温度保持恒定，在自动化封口的过程中，恒定温度能够使封口快速成型，避免因温度变化带来的封口失败。
关键词：工作效率；产品包装；机械设计；自动化
前言
作为机械工业的支柱产业之一，包装机械在中国发展已经超过三十年，并在市场发展需求当中，扮演了重要角色。然而，虽然长足的发展和进步使包装机械俨然成为技术的革新，并有着走出国门的趋势，但是，产业结构当中缺乏高准确度、缺乏自动化、缺乏配套产品和完整产业链，仍然是目前包装机械所面对的“三座大山”。相较于世界先进机械工艺的发展，在市场需求的满足层面，中国包装机械仍然不具备产业优势。
（三）无法满足市场需求
在市场需求中，包装机械的选用既要具备资源利用率高，同时还要能够提升生产效率、缩短生产时间。以食品行业为例，食品包装作为应用包装机械最多的产业，为了应对小包装，需要包装机械拥有强大的精准度和运Hale Waihona Puke Baidu速度，并且能够在包装作业中尽可能多地实现自动化，这对于食品包装速度和效率的提升都十分关键。但是目前中国的包装机械很难满足食品包装这一市场需求。
（一）模块化功能设计
模块是系统的构成要素，在功能性上，可以称之为小系统。为了实现包装机械的自动化应用，需要首先结合包装机械的应用场景进行自动化系统的设计。而作为自动化系统，则需要使用模块化的设计方法进行功能的分区。从而使系统当中各个模块具有独立功能，并拥有互换性、兼容性等特点。本文在进行针对小型食品包装的包装机械的自动化系统设计时，根据包装场景，设计了三大功能模块，分别为传送模块、充填模块和封口模块[2]。其中，传送模块是系统的开始模块，在包装机械开始包装时，系统通过传送模块下达指令，使包装袋通过旋转折叠成型，形成三面开口的对折形状，并使两边对齐。对于这一模块所代表的阶段来说，自动化系统要根据具体的包装要求进行包装袋的制作，并完成封口、打码等具体的工序，进入到下一模块；充填模块主要负责开袋以及物料的填充，在经历了传送模块之后，已经成型的包装袋为三边封闭的包装模型，充填模块需要下达指令，使物料漏斗深入到包装袋内部，并利用计算使工序时间同步，从而将物料完整地填充到包装袋当中，使所需包装物料能够与包装袋完全贴合，进入到下一模块；封口模块是整个包装机械工序中最后的操作，模块通过指令完成包装袋最后一个开口边的封口。在实际操作中，为了使封口成型，更加牢固，一般的自动化包装机械会选择热封的方式，通过热封曲线的计算，完成封装。对于部分易发生霉变的食品，在封口模块当中还需要具备真空泵的指令，通过真空泵将包装袋内部的气体抽出，实现真空。
二、自动化技术在包装机械中的应用
包装机械的自动化设计需要符合市场对于包装机械的需求，能够切实地应用到市场环境当中。目前的包装市场中，食品包装作为主要的需求，其对于包装过程中包装袋设计、包装填充和包装封口部分要求最为严格，因此也成为包装机械自动化设计当中首要考量的重点。因此本文针对这一需求，进行了模块化的设计，并利用PID控制技术，提升模块自动化生产的精确性。
（三）模块组合
在前文列举的三项大功能模块之下，为了实现其自动化的功能，一般还需要建立多层的小模块。例如在传送模块中，为了满足包装袋的生产，需要包含制袋模块、三边封口模块、打码模块等具体的操作流程模块。同样的，在充填模块当中，还应该具备切割模块、料斗选择模块、物料模块等子模块，而封口模块则需要封装模块、计量模块、真空模块等，为了使这些细化的功能子模块能够完整地应用到自动化系统当中，就需要设计者通过一致性将其进行组合，实现拼接。
包装机械中自动化技术应用研究张土寿
摘要：在产品生产领域，包装是产品成型的重要步骤，为了使产品包装更具效率，包装机械的自动化研究也日益深入，成为现阶段包装机械领域的主要课题之一。本文对目前包装机械的现状进行了深入评析，结合先进的技术手法，对自动化包装机械的设计进行了详尽阐述，并结合具体的自动化包装实例，对自动化包装机械的使用场景进行了概述。