包装机械设计中控制技术的应用

SilviaFlan

摘 要：包装机械是包装行业和机械行业必不可少的一部分，包装机械的质量直接影响着包装行业的发展。在包装机械中，控制技术是其核心，特别是当今社会对包装机械的自动化提出了更高的要求，需要包装机械中的控制技术更加成熟。该文从包装机械中控制技术的组成入手，首先分析了包装机械中控制技术的要求，然后研究了包装机械控制系统的设计，为包装机械设计中控制技术的应用研究提供了可参考的意见。
关键词：包装机械 设计 控制技术 应用
中图分类号：TB486 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0077-03
1 包装机械中控制技术的组成
包装机械并不是独立的个体，它由多个系统共同组成。所以，包装机械中控制技术也根据包装机械的系统组成分成不同的部分。
1.1 主传动部分
传动系统可以将未包装的物品运送到包装机械中，然后将包装好的物品传送到指定的位置。所以，传动系统是整个包装机械实现连续工作的基础。控制技术在传动系统中主要是用来控制传动的速度和精度，在包装开始前将产品传送到指定的位置进行包装操作，在包装完成后再将产品传送到指定的位置进行检测。这部分的控制技术主要是通过可编程逻辑控制器实现，电脑根据信号发出不同的指令，控制传动系统的运转方式。
1.2 计量部分
计量装置承担着称重和计数等作用，是包装操作开始前进行的操作。计数是为了给生产效率的计算提供原始数据，称重是为了给包装开始的物品质量提供保障。通过计量装置，可以一目了然整个生产的各项数据，明确生产是否符合预计的需求。在整个计量装置中，也处处体现着控制技术。首先，计量的检测信号就是控制开始的第一步；其次，数据的传送也需要控制技术的支撑；最后，数据的处理和反馈更是需要控制技术作为基础。
1.3 物品包装的执行部分
整个包装过程最关键的环节就是包装的执行操作，也是在这个环节，包装机械发挥其核心的作用。在包装过程中，控制技术最直接的控制整个操作。按照目前包装机械的情况，整个包装过程都是事先编好控制程序，然后由计算机控制输出指令，最后控制包装的操作。
综合分析整个包装的执行部分，控制技术是其核心。从指令的编写到指令的执行，必须通过控制技术来实现。包装机械的执行部分的控制系统主要是通过PLC系统实现，PLC可以将人们编写的程序语言逻辑化地反映在包装机械的生产中。而且，PLC控制系统还有可靠性强、设计较灵活和操作简单等优点。根据包装机械行业的发展，PLC的应用极大提高了包装机械的自动化程度，满足了生产对包装机械的需求。
1.4 成品的检测部分
包装机械完成包装的操作后，并没有完成整个包装的环节，成品还需要经过检验的环节，检查其质量是否符合企业设计的要求。因此，在包装机械包装的成品还需要经过检测，判断其合格性，然后把不符合要求的产品挑选出来。
检测部分的组成主要是传感器和探测器，探测器检验产品的各种属性，然后把它转换成相应的数据格式，再通过传感器传递给计算机系统。计算机系统根据数据的特征做相应地处理，然后由逻辑变成给机械手臂指令，最终选择挑选的动作或者静止的动作。控制系统在整个检测部分是其运转的中枢，信号在发出之后，控制系统根据指令的不同执行不同的动作，最后满足生产的各项需求。
2 包装机械中控制技术的要求
根据上文的分析，控制技术在包装机械的整个生产过程中都承担着重要的作用。包装机械不同的部分对控制技术也有着不同的要求，这需要从生产的角度考虑要求的问题，下文将就不同的要求作出具体地分析。
2.1 调节速度
包装机械的整个过程是一条生产线，每个环节对应的传动速度是不相同的，需要做出多种调节。而且，当前包装机械并不能全面地实现自动化操作，在一些步骤中还需要进行相应的手动操作，手动操作和自动操作对速度的要求也是不同的，需要进行速度调节的操作。
基于包装机械生产对速度调节的要求，控制技术要实现调节的功能，必须有可选的速度方案或者可以根据生产的需求随时调节传送的速度。为实现这一操作，需要将控制系统和传动系统结合设计，设置相应的调节方案或者调节装置，然后用传感器来传递相应的调节信号，当接收到信号时，执行相应的调节速度操作。
2.2 检测部分和执行部分在工作时间上的配合
整个包装的过程就是将物品传送到一个又一个的单元上，然后进行相应的操作。包装物品的主要操作就是包装执行过程，在这个过程中，物品是静止的。正是因为这种静止和运动的矛盾，需要包装机械的检测部分和执行部分部分在工作时间上紧密地配合，否则就无法完成整个包装的操作，或者包装的质量出现各种各样的问题。
包装机械进行包装操作不仅要满足检测部分和执行部分上的紧密配合，还要实现包装的连续性，这是生产的基本要求。例如，在进行烟草包装的时候，烟盒的包装材料并不能够连续传送，所以只能在进行完一个操作之后将其传送到下一个部位，然后再进行后续的操作。这也需要控制系统协调多个操作之间的配合，使之能够快速地完成整个包装过程。在检测部分和执行部分工作时间的配合上，控制技术发挥着协调的作用，通过控制不同部分之间的运作状态来协调整个包装的过程，这方面对控制技术的要求较高，需要其满足速度和精度上的要求。
2.3 主传动部分的控制
包装机械的主传动部分主要进行间歇性的运动和连续性的运动两种，包装机械也根据主传动部分的运动方式分为不同的类型。由于运动形式的不同，包装机械的运动结构也存在着很明显的差异。首先，因为主传动的不同，其力矩是不同的，零件结合处承受的载荷也是不同的，需要根据实际的需求做出多种调整。再者，包装机械各工作部位在不同的运动形式下也需要调节其运动的形式。
基于主传动方式选择的问题，包装机械的控制系统必须能够根据运动方式的不同做出不同的选择，然后保障包装机械高效地运行。另外，主传动方式也需要相应的控制技术，可以根据生产的实际需求调节主传动的运转方式，以此来适应生产的需求。
2.4 工作动作的次序
包装机械是一个复杂的整体，它集合了机电一体化技术、自动化技术和控制技术等，也正因为如此，包装机械的所有动作必须按照一定的次序进行，而且需要各部分元件之间的紧密配合。另外，包装机械的生产线也分为柔性包装生产线和刚性包装生产线，需要根据不同的生产需求进行多方地调节。
控制系统就是起到总体调节的作用，在整个包装的过程中，控制系统根据设计的需要和工艺流程的安排，依次将需要包装的商品运送到不同的包装区间，然后进行相应的包装操作。这需要整个控制系统和包装机械整体地配合，严密安排每一个生产的流程。另外，在包装的过程中也可能出现各种意外情况，还需要控制系统根据检测系统的信息做出各种调整，最终保障生产的正常进行。
2.5 安全方面的控制
任何生产操作，安全都是第一位的。由于包装机械工作的需要，它长时间处在高速运作的状态，再者，为了追求效率，包装机械的运作是连续性的。所以，很容易因为机械设备的疲劳磨损产生意外，造成不必要的安全问题。大型的包装机械设备还会因为磨损和疲劳等问题造成断裂的现象，给现场的工作人员带来安全方面的威胁。因此，包装机械的设计，必须体现安全方面的控制。
控制包装机械的安全问题需要从两方面入手，首先是包装机械设备本身的安全问题。包装机械一旦因为故障停止运转将给企业带来巨大的损失，所以要及时地发现问题和解决问题，这其中就涉及到了传感器和应变片的使用。在包装机械设备的重要部位贴上相应的影片，然后把设备运转中的各种数据转换为电信号，经过放大之后再传递给电脑。电脑处理了信息之后，做出相应地判断，判断包装机械设备的运转是否处在正常的状态。若有故障存在或者隐患存在，及时发出信号给人们提出预警，就可以进行相应地维护和故障排除操作，避免产生安全问题。其次就是操作人员的安全问题，需要加强对工作人员的培训，懂得如何处理紧急情况。另外，也要制定相应的预防措施，避免发生安全问题后造成不必要的损失。在安全的控制中，控制系统也起到不可忽视的作用，因为计算机系统会根据信号做出逻辑判断，不会因为疏忽等原因使意外发生。
3 包装机械控制系统的设计
3.1 记忆控制
包装机械中的各个工作步骤需要按照相应的次序联系起来，实现待包装物品有序进行各种操作。当操作满足生产的需求时，就需要把传感器收集到的信号记录下来，作为记忆控制的基础，这是从侧面实现包装机械可持续生产和自动化生产。记忆控制其实就是用一次成功的操作作为整个系统重复的基准，后续的操作都按照标准的模式继续进行。
在进行记忆控制设计时，需要在程序的设计中增加寄存器，把传感器和检测器记录下的各种信号记录下来，作为下次操作的基础。而且，为了实现记忆控制，还需要协调自动化在包装机械中的作用，实现包装机械自主控制的目的。按照设计的流程，第一次包装操作一般为半手动的形式，然后由检测器和传感器将采集到的信号传到寄存器中寄存，后续的操作只需要模拟寄存器中的参数，就可以实现包装机械的记忆控制。
3.2 基于市场需求的控制系统设计
包装机械设计不论是控制系统还是传动系统，都是为了满足市场的需求，所以在设计包装机械的控制系统时，就要从市场的需求入手，这样才能实现设计的目的，促进包装机械行业的发展。市场的需求是由客户决定的，因此在将控制技术应用在包装机械中时，首先要考虑的就是客户的需求。市场的发展和技术的进步给包装机械的客户提供了更多的考虑空间，所以他们的需求也发生了一定的变化。首先，他们要求提高包装机械生产的效率。生产效率是成本的保障，提高生产的效率就提高了自身的市场竞争力。其次，客户还追求包装机械和生产机械的一体化，要求生产商改变生产的思路和方向。这两点要求都体现了客户对包装机械柔性的需求，是包装机械在应用控制技术时考虑的重点。上述的几种市场需求都需要从控制系统入手，协调整个包装机械元件之间的关系，然后提高生产的效率，提供更多的功能模块满足个性化的要求。控制技术在其中起到的是中枢的作用，协调整个生产按照预期的方式进行。因此，必须在设计的时候就将控制系统引入到包装机械中。
包装机械的设计不仅要从市场的需求入手，还要相应地考虑社会在发展中包装机械的方向。自从我国提出可持续发展的概念后，整个社会都在追求可持续的经济发展方式。当前发展的是可持续的经济，要求机械设备产生的污染物较少，产生的噪声也要小，这就对包装机械内含的科技提出了更高的要求。只有满足这些需求，包装机械才能够实现长远发展的目标。控制系统是整个包装机械生产的核心，要优化整个包装的过程，满足可持续的需求，就要从优化包装机械的控制系统入手。
3.3 速度的控制
包装机械的速度控制可以用手动的方式控制，也可以用自动的方式控制。手动的方式较为简单，就是通过人为的观察包装机械的运动状态和按照生产的需求，调节包装机械的速度。包装机械的自动控制涉及得就较为广泛，因为在生产的过程中不仅需要采集生产中产品的各种参数，还要将这些参数传递到计算机系统中进行处理，然后根据处理的结构反馈操作的指令，控制整个包装机械的生产速度。两种方式都有各自的优点和缺点，但是整体来说，速度的控制系统并不复杂。
包装机械的速度控制若采用人为的方式，会减小前提的投入，但是生产中的效率并不高，而且会出现各种人为因素对生产质量的影响。如果采用自动控制的形式，将提高包装机械的自动化程度，加快生产的速度。而且，因为计算机处理数据的精确和高校，也将提高生产的效率，但是会增加前期的投入。因此，具体的速度控制方案要根据实际的生产需求来选择，在选定速度控制方案后，还要调节传动系统和检测系统，使之和包装机械之间紧密的配合，共同提高生产的质量，满足设计的需求。
4 结语
控制技术是包装机械的核心，要实现包装机械的发展，必须从控制技术入手，在设计中就将控制技术融入其中。我国包装机械和发达国家的差异就在于性能和控制方面，要缩小这种差距，提高控制技术是前提。另外，如何将控制技术很好地融合在包装机械中也是包装机械设计的关键。
参考文献
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