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机械包装自动化的应用

发布时间: 2019/06/27 16:01:23
包装机械由于工作速度快,停产造成的损失大,所以需求包装机械的企业对于包装机的生产率、稳定性以及可靠性要求非常高,这就要求包装机械同过程控制、电子信息、检测等自动化技术相结合。可以说,目前中国的整个包装行业在不断升级,包装机械的自动化、智能化、信息化水平不断提高。
一、我国包装机械行业的现状 
中国包装机械起步较晚,起于上个世纪70年代,北京市商业机械研究所在研究了日本的包装机械后,制造了中国第一台包装机。包装机械经过20多年的发展,已成为机械工业中十大行业之一,为我国包装工业快速发展提供了有效的保障。 
我国食品包装机械大部分以单机控制为主,应用PLC和工控机、DCS及现场总线技术不到设备总数的10%。食品和包装生产线的传动以机械传动为主,控制技术和驱动技术的综合应用水平低,系统不能达到最优化设计。由于生产企业技术水平不高,传感和检测技术、定位控制、在线监测等得不到充分应用,与国外先进控制技术有较大的差距。食品和包装机械高中低档产品自动化水平差距大。中高档食品和包装机械中自动化产品平均约占销售额的8%~12%,普遍应用PLC、变频器、合资低压电器产品,部分应用人机界面。低档食品和包装机械中,自动化产品平均约占销售额的3%~5%,大部分还是应用继电器控制,没采用变频器,应用国产低压电器产品,基本不应用人机界面。 
总之,最近的十年时间中国包装机械的技术水平上有较大的提高,但是和发达国家相比,还存在一定的差距。所以要想加快包装机械发展速度,赶超世界先进水平,我国必须采取强有力的措施,可以从以下几个方面来做: 
(1)要坚持自主创新,走产学研相结合的道 
路。由于我国研发经费非常少,所以可以在大学知识研发应用的基础上,加强科研机构技术开发、成果转化与工程成套,并与企业规模化生产制造相结合的产学研一体化的技术创新。 
(2)重大关键技术进行引进、消化吸收、再创新。我国目前的技术绝大部分是仿制国外的,真正自主研发的只有5%~10%,还太少。我们要在空白领域和重大关键技术方面通过引进,消化与吸收,然后再创新,开发具有自主知识产权的技术。 
(3)提高企业内部的信息化管理,顾及到上下游的需求和安全。制造本身是一个系统工程,要建立以市场信息为先导、原料信息、加工信息、销售与物流信息等一体的完整的产业信息体系,实现各产业链之间信息的有效反馈和衔接。 
二、传动系统 
传动产品在包装机械上的使用主要是为了调整主工艺速度和控制电机在生产过程速度的期性变化。在现代包装机械自动化中,变频器充当了极为重要的角色,它是计算机技术、现代控制技术和网络技术的有机结合,具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便、节能效果显著等一系列的优点。由于变频器具有上述优点,因而在大型包装机和包装生产线上得到了广泛地应用。应用在包装机械行业的变频器品牌主要有台达和施耐德、富士、安川、SEW、西门子等。 
三、人机界面 
包装机械的HMI以文本显示器为主,通常与PLC或者单片机配合使用,用以设定生产工艺参数,监控设备运行状态,记录设备生产历史。少数高端机械使用了触摸屏。人机界面厂家主要有DIGITAL、HITECH、三菱、OMRON、西门子和EASYVIEW。 
四、运动控制 
运动控制产品在包装机上的应用主要是实现精确的位置控制和严格的速度同步,主要通过伺服电机来实现,伺服电机具有自动调整、响应速度快、低振动等优点,故广泛应用于装卸,输送,打标,码垛,卸垛等工序。如台达ASDA-A2高性能伺服控制器的送标、切标系统,使套标速度达到600~800瓶/min,可以满足果汁饮料、啤酒等快速消费品生产需求。伺服控制器应用主要有松下、台达、富士、三菱等进口及合资企业产品。 
五、控制系统 
PLC控制系统具有可靠性高、程序设计方便灵活、抗干扰能力强、运行稳定等诸多优点,包装机械的大部分控制系统选择使用了PLC控制系统。调查显示PLC系统在5年以内将是包装机械的主流控制系统。PLC、变频器和人机界面的应用主要集中在啤酒和饮料包装设备、方便食品生产线、全自动包装机、瓦楞纸板(箱)生产设备、乳品包装设备上,应用在食品包装机械市场的PLC主要有三菱、OMRON、西门子、施耐德和台达等品牌。 
综上所述,包装行业虽属于配套行业,但涉及国民经济的许多领域,特别是食品与饮料行业,更是依赖于包装行业的技术进步和配套服务,因此,我们努力积极推动包装业走上快速健康发展的自动化道路。我国包装机械发展对自动化的要求自动化改变着包装机械行业的制造方法及其产品的传输方式,实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量,有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。 
食品原料在加工时不仅收获主要产品,还收获附加产品,如玉米加工,产品除了玉米淀粉外,还有玉米油、色拉油、人造黄油、葡萄糖、玉米蛋白及饲料等。另外还进行污水处理。生产全过程均为自动化,没有废弃物、没有污染,其他产品的价值已大大超过玉米淀粉的价值。为了适应食品包装机械对自动化趋势发展的要求和日益提高的加工工艺,设计时将包装机械的研发与计算机结合,实现机电一体化控制。从系统观点出发,运用过程控制原理,将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合,实现整体最佳化。具体来说,主要涉及到以下几种自动化技术: 
(1)现场总线技术现场总线技术的应用首先“解放”了大部分的硬件,其次简化了安装环节;可以将现场总线技术与ERP系统集成,这样管理层就可以通过ERP系统十分便利地调取、分析运行数据,了解生产的实时情况,监测车间的运行情况。现场总线技术在国内的大型食品加工企业应用较为普遍,这为整个生产线的无人化操作以及传动、检测等工序的无缝衔接提供了可能。 
(2)传感器技术在包装机械与食品加工行业中,传感器的应用场合繁多,对食品饮料存储罐的监控,对食品饮料的灌装封装、混合及加工、冷却及加温、清洁、包装等工序都要用到传感器。 
(3)物流自动化技术物流自动化使得整个产品加工与包装生产线得到完善,形成一个完整的产品加工链。物流自动化技术最直接的体现就是使得人力得到节省。 
六、结束语 
我国加入WTO,这对包装机械行业产品的出口提供了机遇,同时我国包装机械也因此面临着严峻的考验,要想缩小我国与欧美国家之间的差距,就必须将自动化技术引入到包装机械中。要将机电一体化技术、智能化包装技术按产品自动包装工艺要求组合成全自动包装统进行生产,生产过程的检测与控制、故障的诊断与排除将实现全面自动化,实现高速、优质、低耗和安全生产。 

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