包裝自動化應用工作原理

自動包裝設備是自動機械的一種，其結構組成與其他自動機械一樣，由原動機、傳動機構、工作機構和控制裝置四大部分組成。區(qū)別于其他自動機械的基本部分是自動包裝設備的工作機構，它借助于控制裝置，自動完成包裝生產過程的各種作業(yè)。如被包裝物料的進給、分揀、計量、裝填，包裝材料和容器的傳送、定向排列、定位、分離及成形制袋，包裝材料的粘合干燥、整形、封切、轉位傳送、排出包裝成品，以及在包裝作業(yè)過程中進行重量、位移或位置、數(shù)量、溫度、壓力、速度等物理參數(shù)檢測、包裝成品質量檢測、剔除廢品以及系統(tǒng)的故障報警等一系列工藝操作和輔助操作。由于包裝品的種類繁多，自動包裝設備的功能各種各樣，實現(xiàn)其功能的設備、工藝操作的繁簡程度也千差萬別。

包裝自動化應用設備的分類及其主要參數(shù)

自動控制系統(tǒng)可以從不同的角度進行分類。

(一)．按輸入量變化規(guī)律分類

1．恒值控制系統(tǒng)

所謂恒值就是恒定給定值的簡稱。系統(tǒng)的給定值不變，并且要求系統(tǒng)的輸出量相應地保持恒定。包裝過程中有些參數(shù)要求保持在一個正常標準值上不變，這個正常標準值就是給定值。如溫度控制、物料的重量控制、流量控制等就是這樣的系統(tǒng)。

2．程序控制系統(tǒng)

系統(tǒng)的給定值是一個事先確定的時間函數(shù)，按一定規(guī)律變化，系統(tǒng)的任務是使被控制量以一定的精度按給定規(guī)律變化。一個典型的例子是程序控制機床的控制系統(tǒng)。

3．隨動控制系統(tǒng)

隨動控制系統(tǒng)也稱跟蹤控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的特點是給定值在不斷變化，且變化規(guī)律是未知的。控制系統(tǒng)的目的是使被控參數(shù)快速地、準確地跟隨給定值變化。隨動控制系統(tǒng)在包裝過程中應用也很多，如物料自動稱重系統(tǒng)即可看成是一個隨動控制系統(tǒng)，指示器顯示值嚴格地、及時地跟隨輸入(物料的重量變化而變化)。

(二)按有無反饋環(huán)節(jié)分類

1．開環(huán)控制系統(tǒng)

如果系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間沒有反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用無影響，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。的電機調速系統(tǒng)即為開環(huán)控制系統(tǒng)。當給定電壓改變時，電機轉速也跟著改變，而轉速的變化對控制不起作用。這種系統(tǒng)經受不住負載轉矩變化對轉速的影響。開環(huán)系統(tǒng)結構簡單，不存在穩(wěn)定性的問題。但受干擾影響較大，控制精度取決于各環(huán)節(jié)的精度和干擾的大小，通常較低。由于步進電機采用脈沖電流驅動，且在一定頻率范圍內不會出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，故采用步進電機驅動的包裝設備，大多采用開環(huán)控制。

2．閉環(huán)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制作用有直接影響，這樣的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)的作用就是應用反饋來減小偏差，通常閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高。但閉環(huán)系統(tǒng)比開環(huán)系統(tǒng)復雜，而且存在著穩(wěn)定性問題，即系統(tǒng)輸出量遠離恒定的給定值或不能跟隨輸入量的變化，使系統(tǒng)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。因此設計閉環(huán)系統(tǒng)時要根據(jù)具體要求進行選擇。閉環(huán)控制系統(tǒng)在包裝過程中得到廣泛的應用。

(三)按系統(tǒng)的反應特性分類

1．連續(xù)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)中的參數(shù)變化都是連續(xù)的，即系統(tǒng)的信號傳遞和被控制對象的反應是不間斷的連續(xù)量或模擬量。前面提到的溫度控制、電機調速系統(tǒng)都屬于連續(xù)控制系統(tǒng)。按系統(tǒng)的輸出量與輸入量間的關系，這類系統(tǒng)又可分為：

(1)線性控制系統(tǒng)系統(tǒng)由線性元件組成，各個環(huán)節(jié)都可以用線性微分方程來描述，滿足疊加原理，即幾個擾動或控制作用同時作用于系統(tǒng)時，其總效果等于各單個作用引起的效果之和。

(2)非線性控制系統(tǒng)系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)具有非線性性質，如出現(xiàn)飽和、死區(qū)、摩擦等。這樣的系統(tǒng)往往要采用非線性微分方程來描述，不滿足疊加原理。

2．斷續(xù)控制系統(tǒng)

斷續(xù)控制系統(tǒng)也稱離散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內部信號是斷續(xù)量，其中又可分為：

(1)采樣控制系統(tǒng)其特點是將被控制的連續(xù)模擬量通過采樣裝置以一定的頻率采樣，轉換成數(shù)字量送入計算機或數(shù)控裝置，經數(shù)據(jù)處理或運算后，輸出控制指令，通過數(shù)模轉換成模擬量去控制被控制對象。采樣頻率往往遠高于對象的變化頻率。

(2)開關控制系統(tǒng)由開關元件組成的斷續(xù)工作的控制系統(tǒng)。由于開關元件只有“接通”與“斷開”兩種截然不同的狀態(tài)，不能連續(xù)反映控制信號的變化，因此系統(tǒng)所能實現(xiàn)的控制必然是斷續(xù)的。常見的繼電器接觸器控制系統(tǒng)，可編程序控制器系統(tǒng)等都屬于開關控制系統(tǒng)。同樣開關控制系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)兩種。開環(huán)的開關量控制理論基礎是邏輯代數(shù)。

(四)按生產工藝參數(shù)分類

按被控工藝參數(shù)，可分為溫度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)等。

設計自動化技術可以應用在航空、航天等行業(yè)復雜產品的研制設計過程。基于設計自動化技術研發(fā)的SYSWARE工程中間件平臺，已經用于航天、航空、船舶、導彈、發(fā)動機、電子、核工業(yè)等多個領域、多個型號研制中得到應用。

在現(xiàn)代科學技術出現(xiàn)科學與技術相互滲透和融合、各專業(yè)之間互相交叉和合作及科學技術發(fā)展全球化、科技與經濟發(fā)展趨向一體化的形勢下，自動化科學技術應與當代重要技術融合，求得自身的創(chuàng)新和發(fā)展，全自動化產業(yè)革命也要得到各科學技術門類的支持，共同完成人類的第三次產業(yè)革命。

在新世紀里，先進制造與自動化技術以外，還有生物技術、現(xiàn)代農業(yè)技術、海洋資源開發(fā)技術、現(xiàn)代交通運輸技術、航天航空技術、現(xiàn)代信息技術和通信技術、激光技術、環(huán)境保護技術、能源技術、材料技術、納米技術等12項重要技術，現(xiàn)僅結合自動化技術作一綜述。

生命科學發(fā)展至今，已經有了適用成果，形成生物技術?，F(xiàn)代生物技術主要指基因工程、基因工程藥物、轉基因食品、生物克隆技術，加上傳統(tǒng)生物技術中的發(fā)酵工程等，都需要自動化技術與之配合;特別是人類基因組計劃、DNA芯片(基因芯片)及生物信息學帶有科研性質的技術和產業(yè)，是生物科學與信息科學相結合的產物，其經濟價值很高，而且各種基因工程、生物工程中的操作設備，分析儀表和環(huán)境保證等應用設備，既有科研價值，又有生產價值，我們要在引進吸收的基礎上，充分利用先進制造技術，開展這個領域的儀器設備的研制工作。

現(xiàn)代農業(yè)技術與自動化技術在新世紀里，將會緊密結合，在農業(yè)機械化基礎上，將發(fā)展“精細農作”，在先進溫控及自動灌溉等技術基礎上將發(fā)展新溫室技術、工廠化的農業(yè)、無土栽培及工廠化的養(yǎng)殖業(yè)。

現(xiàn)代交通運輸自動化技術中，自動化技術的運動控制技術將發(fā)揮巨大作用。由于國情，我國鐵路運輸將會有更大發(fā)展，鐵路提速為車輛、鐵路、調度、安全、管理等方面帶來不少的課題，在借鑒國外技術的基礎上，已有所創(chuàng)新，如在鐵路信號自動化專業(yè)采用軌道電路疊加應答器，構成先進的控制系統(tǒng)，為安全提速做貢獻。公路運輸及城市交通，現(xiàn)在及今后相當長時間內，將會因小轎車等的發(fā)展而成為人們非常關注的話題，智能交通運輸系統(tǒng)(Intelligent Trans-portation System-ITS)將成為自動化技術中的熱點，它將反過來促進離散事件動態(tài)系統(tǒng)課題的科研工作，促進運籌學的應用，促進人工智能技術發(fā)展等。

現(xiàn)代信息和通信技術與自動化技術息息相關，計算機技術和網絡技術的發(fā)展，使自動化系統(tǒng)底層通訊爭論多年的現(xiàn)場總線技術將會有所改觀，使CIMS,CIPS系統(tǒng)扁平化成為現(xiàn)實;使人機界面更加友好，真正做到低成本自動化的時候將會提前來到。光學技術(光通信和激光)的發(fā)展已為信息技術和自動化技術帶來巨大的變化，在新的世紀里還會有更大的發(fā)展。

環(huán)保技術和能源技術的發(fā)展，除去能為自動化產業(yè)帶來巨大的市場以外，在新世紀里，也將對自動化技術提出許多新課題。切爾諾貝利核電站的一聲巨響，警示人們要使操作人員不能有一點失誤，有了失誤，也應有挽回損失的措施，這就要深人研究人機工程學和計算機仿真技術;我國是一個產煤大國，潔凈煤技術很重要，自動化技術在上世紀是從控制鍋爐燃燒起步的，到上世紀末，對循環(huán)流化床燃燒(CFBC)控制技術正在推廣，現(xiàn)在又增加一體化煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術，另外，行之有效的并聯(lián)串級交叉的自動燃燒控制等常規(guī)控制技術還需要大力推廣……所以控制技術實用化任務很繁重。節(jié)能的任務，任重道遠，這是自動化技術不可推卸的重任。

能源的生產、傳輸、貯存、轉換、終端使用諸方面，只要有一項突破就會為人類造福，使科技和生產力突飛猛進。

半導體材料、光電子材料(激光材料、光存儲材料、光電子控制元件材料)和導電高分子以及納米技術，與現(xiàn)代信息科學技術關系密切，它將對檢測、存貯、機器人等方面產生影響。

住宅以優(yōu)美的曲線與環(huán)境融為一體。多種建筑形式為居住者提供眾多選擇。住宅的外墻面將是活性的：室外溫度越高，室內越涼快。住宅采用新型增強混凝土及其它新材料的預制件建筑，外涂抗風化侵蝕的涂層。這種結構可把地震、颶風和火災的破壞減至最小程度。維納斯方案代表一個真正的電腦文化，所有社會結構均采用計算機和自動化技術，把計算機與自動化機械相連，協(xié)調整個城市的所有服務和機能。人們可以把這看作深入社會各個角落的電氣自主神經系統(tǒng)。例如，在農業(yè)帶，計算機將自動監(jiān)控和保持地下水位和土壤化學性質，并控制作物的種植和收獲；在居住區(qū)，計算機將自動控制和保持工廠和消費者之間穩(wěn)定的供貨。采用計算機與自動化技術只會對改善人們的生活起作用；它并不監(jiān)督或支配人們的活動。單調乏味的工作將會被逐步取消，人人都會過上高標準的生活。伴隨不斷的發(fā)展，從頭將有選擇最滿意生活方式的時間和自由。2100433B