眾所周知，傳統(tǒng)的食品機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)僅僅是將一臺(tái)可編程序邏輯控制器PLC配備于全機(jī)械式設(shè)備上而已，其主要用在對(duì)驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械動(dòng)力軸與邏輯功能的控制上，但是該設(shè)備的穩(wěn)定性和靈活性欠佳。而由于產(chǎn)品品種多樣、食品生命周期短，因此食品包裝機(jī)械設(shè)備需具備很強(qiáng)的穩(wěn)定性與靈活性。隨后開發(fā)出來的第二代自動(dòng)化設(shè)備的功能自機(jī)械動(dòng)力軸轉(zhuǎn)至電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用PLC系統(tǒng)控制邏輯功能。相較于第一代自動(dòng)化設(shè)備，第二代自動(dòng)化設(shè)備明顯更先進(jìn)些，而如今的第三代自動(dòng)化設(shè)備則采用全電子化技術(shù)，在這當(dāng)中最為關(guān)鍵的技術(shù)就是控制與驅(qū)動(dòng)技術(shù)。自動(dòng)化食品機(jī)械融合了聲、生、機(jī)、磁、美、電、化、光于一身，是高智能、高技術(shù)的產(chǎn)品。運(yùn)用于食品機(jī)械上的自動(dòng)化產(chǎn)品主要涵蓋了傳動(dòng)控制、機(jī)器視覺、人機(jī)界面、控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制、傳感器等幾大類別。
1自動(dòng)化技術(shù)
1．1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)首先“解放”了大部分的硬件，使得繁瑣的安裝環(huán)節(jié)得到簡(jiǎn)化。在生產(chǎn)應(yīng)用的實(shí)際過程中，便利性與靈活1生更加明顯；可以將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成，這樣管理層就可以通過ERP系統(tǒng)十分便利地調(diào)取、分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，了解生產(chǎn)的實(shí)際和即時(shí)情況，監(jiān)測(cè)車間的運(yùn)行情況。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在大型食品加工企業(yè)應(yīng)用較為普遍，這為整個(gè)生產(chǎn)線的無人化操作以及傳動(dòng)、檢測(cè)等工序的無縫銜接提供了便利。
1．2傳感器技術(shù)
在食品加工與食品機(jī)械行業(yè)中，傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合繁多，在食品飲料存儲(chǔ)罐的監(jiān)控、灌裝封裝、混合及加工、冷卻及加溫、清潔、包裝等工序都要用到傳感器。
1．3傳動(dòng)控制技術(shù)
傳動(dòng)產(chǎn)品在食品機(jī)械上的使用，主要是為了調(diào)整工藝速度和控制電機(jī)在生產(chǎn)過程速度的周期性變化。但對(duì)于大多數(shù)食品機(jī)械而言，變頻器并非必選的電氣產(chǎn)品。變頻器在本行業(yè)的使用率較低，在大型標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的包裝生產(chǎn)線上有較大的發(fā)展空間。
1．4運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)
運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品在包裝機(jī)上的應(yīng)用，主要是實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步，用于裝卸，輸送，打標(biāo)，碼垛，卸垛等工序。
1．5人機(jī)界面技術(shù)
食品機(jī)械的HMI通常與PLC或者單片機(jī)配合使用，用以設(shè)定生產(chǎn)工藝參數(shù)，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，記錄設(shè)備生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。少數(shù)高端機(jī)械使用了觸摸屏。
1．6物流自動(dòng)化技術(shù)
物流自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展就使得整個(gè)食品加工與包裝生產(chǎn)線得到完善，一個(gè)完整的食品加工鏈就形成了。物流自動(dòng)化技術(shù)最直接的體現(xiàn)就是使得人力得到節(jié)省，盡管中國(guó)的勞動(dòng)力較為充足，但物流的發(fā)展是大勢(shì)所趨。
i．7自動(dòng)識(shí)別技術(shù)
自動(dòng)識(shí)別包裝材料的厚度、硬度、反彈力等，通過電腦反饋到機(jī)械手調(diào)整動(dòng)作幅度，保證不反彈；同時(shí)，保證各種不同的產(chǎn)品裝到同一盒中，其排列是有規(guī)律的。由于生產(chǎn)線傳遞的產(chǎn)品是無序的，則需要探頭掃描來確定不同形狀的物料位置，然后反饋給不同機(jī)械手，這樣它就會(huì)準(zhǔn)確無誤地將物品按準(zhǔn)確的位置及方向放入托盤中。廣東精威組合秤與琺瑪珈數(shù)粒機(jī)，在遠(yuǎn)程系統(tǒng)及視覺自動(dòng)識(shí)別應(yīng)用方面，在國(guó)內(nèi)頗具代表性。
I．8安全檢測(cè)技術(shù)
食品加工與包裝過程中的檢測(cè)技術(shù)不僅僅局限于生產(chǎn)線上雜質(zhì)的檢測(cè)，隨著食品檢驗(yàn)受重視程度逐漸加大，自動(dòng)化技術(shù)在檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)大。
2自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用
2．1開放而靈活的接口設(shè)計(jì)
一個(gè)開放的系統(tǒng)才能連接到各個(gè)傳感器、儀器儀表、安全系統(tǒng)，這不僅包括了設(shè)備的之間的互聯(lián)，也包括了與上位的EIKP／MES，CIMS等系統(tǒng)的互聯(lián)能力，包括開放的接口如oPcServer，與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接等。
2．2靈活的硬件設(shè)計(jì)
首先要有完整的產(chǎn)品生產(chǎn)線來滿足各種控制系統(tǒng)的產(chǎn)品，如B&R的GMC就包含了針對(duì)同步伺服、異步伺服、直流、步進(jìn)、液壓等的控制，同時(shí)也包含了機(jī)器人的支持能力。
2．3柔性的生產(chǎn)
由于食品包裝對(duì)象的巨大變化能力，對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)的柔提出了巨大的挑戰(zhàn)，一方面，工藝要快速切換，另一方面，無需為一個(gè)新的生產(chǎn)設(shè)計(jì)新的機(jī)器，這就體現(xiàn)在生產(chǎn)系統(tǒng)的適應(yīng)范圍上，而生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性不
僅體現(xiàn)在生產(chǎn)工廠的組織、流程的優(yōu)化，在執(zhí)行面上，由自動(dòng)化系統(tǒng)提供的則是快速的工藝切換，以及帶來的生產(chǎn)范圍的擴(kuò)展。
2．4安全技術(shù)
隨著終端用戶以及政府對(duì)于人身安全的重視，系統(tǒng)的安全陛必須得到重視。
3氣動(dòng)技術(shù)應(yīng)用
現(xiàn)在食品加工的大部分包裝工作，尤其是較復(fù)雜的包裝過程基本還是人工操作，從而極可能對(duì)被包裝產(chǎn)品造成污染，這種狀況極需得到改變。目前，國(guó)家加大力度實(shí)施食品質(zhì)量安全市場(chǎng)準(zhǔn)人制度，食品設(shè)備也正在逐步納入食品質(zhì)量安全準(zhǔn)人體系中，其中的基礎(chǔ)組成部分之一是氣動(dòng)技術(shù)。氣動(dòng)技術(shù)，具有高速高效、清潔安全、低成本、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在食品包裝及生產(chǎn)過程中也正在發(fā)揮越來越重要的作用，飲料和啤酒灌裝機(jī)、果凍充填包裝機(jī)、灌醬機(jī)、肉類包裝機(jī)等均有大量使用，可以縮短加工輔助時(shí)間，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮設(shè)備的高效性能。在食品生產(chǎn)中，不同的生產(chǎn)區(qū)對(duì)衛(wèi)生有不同要求，將食品加工機(jī)械的環(huán)境定義為3個(gè)工作區(qū)，食品區(qū)、飛濺區(qū)和非食品區(qū)；根據(jù)不同的區(qū)域，所需要使用的氣動(dòng)技術(shù)及產(chǎn)品也不盡相同。在食品區(qū)和飛濺區(qū)，氣動(dòng)技術(shù)主要用于分配、裝瓶、成形、灌裝、配劑、密封等裝置中，由于氣動(dòng)元件需要直接或間接與主要生產(chǎn)原料接觸，為了防止產(chǎn)生對(duì)最終產(chǎn)品產(chǎn)生污染的可能性，其材質(zhì)應(yīng)為無毒、無吸收眭、耐腐蝕的不銹鋼；如果使用鋁合金，則應(yīng)具有一定抗腐蝕能力、無毒性、無吸收性；元件內(nèi)部所使用的橡膠制品如密封件等應(yīng)符合相應(yīng)的衛(wèi)生要求，在工作環(huán)境中應(yīng)具有耐熱、耐酸堿、耐油的穩(wěn)定眭，可接受正常清洗和消毒，不溶解，無毒性、無吸收性，不得有影響產(chǎn)品的氣味；工作空氣過濾裝置應(yīng)保證不得使5ixm以上的塵埃通過；結(jié)構(gòu)及表面應(yīng)平滑、耐久、易于清潔并達(dá)到良好的洗凈效果。在這兩種環(huán)境中應(yīng)用的典型的氣動(dòng)產(chǎn)品有不銹鋼氣缸、潔凈型氣缸、易清洗閥島、不銹鋼氣源處理元件等，而其中最具有代表意義的，是潔凈型氣缸。非食品區(qū)，在這個(gè)區(qū)域，氣動(dòng)技術(shù)主要用于封袋、包裝、貼標(biāo)、檢測(cè)、加蓋等裝置中，盡管這個(gè)區(qū)域的氣動(dòng)元件不需要接觸生產(chǎn)原料，但通常仍然需要具有標(biāo)準(zhǔn)化、易清洗、智能環(huán)保、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。
總結(jié)
在食品加工技術(shù)水平不斷提升的推動(dòng)下，食品包裝的自動(dòng)化水平也呈現(xiàn)出高速提升的趨勢(shì)。如今，食品機(jī)械的研制與開發(fā)正在向功能多樣化、控制智能化、高速發(fā)展的方向前進(jìn)，微電子、智能型、工業(yè)機(jī)器人、圖像傳感技術(shù)、電腦等的運(yùn)用范圍也會(huì)變得愈來愈廣，而在食品機(jī)械上用到的氣動(dòng)技術(shù)也勢(shì)必會(huì)朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。事實(shí)上，大部分氣動(dòng)系統(tǒng)的故障均源于空氣處理系統(tǒng)，但由于狀態(tài)的反饋與監(jiān)控的缺失使得傳統(tǒng)意義上的氣源處理存有大量不足，比方說調(diào)壓閥調(diào)壓不正常、過濾器濾芯堵塞等問題，這些問題的出現(xiàn)給整個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的正常周轉(zhuǎn)與運(yùn)作帶來極大的問題。為此，智能化三聯(lián)件應(yīng)運(yùn)而生，它能及時(shí)告知是否更換潤(rùn)滑油、濾芯、記錄使用時(shí)間以及壓力狀態(tài)，將維修、維護(hù)成本及故障發(fā)生幾率降至最低，增強(qiáng)設(shè)備與系統(tǒng)的生產(chǎn)能力與正常的運(yùn)作時(shí)間。
