PLC在食品機(jī)械自動(dòng)化改造中的應(yīng)用探討

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）設(shè)施的總體集成度比較高，一般由存儲(chǔ)設(shè)備、編程架構(gòu)和信息交互數(shù)據(jù)接口組成，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備集成的管理計(jì)劃。PLC數(shù)字化技術(shù)發(fā)展不但很好地推動(dòng)了生產(chǎn)力水平的迅速提升，也推動(dòng)了機(jī)械加工行業(yè)的迅速發(fā)展。中國(guó)是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，機(jī)械加工行業(yè)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著非常重要的影響。

1 PLC技術(shù)概述和特點(diǎn)

1.1 概述

（1）基本組成。PLC是控制系統(tǒng)和繼電器技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，是可編程控制（Programmable Logic Controller）的簡(jiǎn)寫，是利用微型處理設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)把控的一個(gè)功能性終端設(shè)備。其具體組成有存儲(chǔ)設(shè)備、主機(jī)電源、處理設(shè)備和數(shù)據(jù)接口等，其組成與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)非常類似。此外，PLC當(dāng)中還包括編程領(lǐng)域的軟件和機(jī)器設(shè)備。編程設(shè)施能夠監(jiān)測(cè)PLC基本參數(shù)的情況，能夠?qū)崿F(xiàn)程序的測(cè)試運(yùn)行和編輯。使用者能夠利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)編程互享，為使用PLC提供軟件平臺(tái)，甚至可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真建模功能。

（2）基本原理。PLC也就是人們所指的可編輯控制系統(tǒng)，其是一種新型的工業(yè)控制系統(tǒng)，以微處理器為基礎(chǔ)，將通信技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)緊密結(jié)合。此外，其融合了電子計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)化的機(jī)電控制模塊技術(shù)，在機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)有著非常重要的作用。PLC依照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所給定的概念，服務(wù)于生產(chǎn)制造過(guò)程，是一種電子控制系統(tǒng)。其將順序控制、運(yùn)算、內(nèi)部邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)等操作流程應(yīng)用可編程序的存儲(chǔ)器實(shí)施輸出和輸入，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)施把控的目標(biāo)[1]。

1.2 特點(diǎn)

PLC具備較強(qiáng)的便利性、靈活度、穩(wěn)定性、數(shù)字化等特征，主要表現(xiàn)為應(yīng)用高效快捷。PLC在實(shí)施特殊功能把控時(shí)，必須實(shí)施程序編寫。其語(yǔ)言簡(jiǎn)明扼要，常以語(yǔ)言或圖案組成，對(duì)電腦基礎(chǔ)知識(shí)的需求非常低。此外，功能編程后也可以實(shí)施在線編輯與及時(shí)補(bǔ)充，高效快捷；結(jié)構(gòu)件簡(jiǎn)易靈便。PLC主要是對(duì)打開或關(guān)停實(shí)施把控，其結(jié)構(gòu)精巧、靈便、簡(jiǎn)易，可以與別的系統(tǒng)組合建立健全的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制技術(shù)；數(shù)字化性能指標(biāo)高。PLC可改變性能指標(biāo)，應(yīng)用靈便，操作簡(jiǎn)單，進(jìn)而促使PLC在數(shù)字化能力發(fā)揮時(shí)，數(shù)字化性能指標(biāo)不易遭受別的要素的影響；穩(wěn)定性高。PLC的結(jié)構(gòu)件相對(duì)簡(jiǎn)易，材料獨(dú)特，抗性較強(qiáng)，所以對(duì)工作環(huán)境不具備挑剔性，且抗干擾性能指標(biāo)非常平穩(wěn)，給PLC的應(yīng)用提供了較高的安全性和穩(wěn)定性。

2 食品機(jī)械自動(dòng)化改造的必要性

食品企業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景，與人們的生活、營(yíng)養(yǎng)健康有必然聯(lián)系。現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備對(duì)食品企業(yè)的發(fā)展有至關(guān)重要的影響，各大企業(yè)對(duì)食品加工機(jī)械十分重視，期待增強(qiáng)食品機(jī)械設(shè)備技術(shù)，不斷完善食品企業(yè)，滿足行業(yè)發(fā)展必需。

現(xiàn)階段，傳統(tǒng)食品制造型企業(yè)的利潤(rùn)空間逐漸降低，人口紅利慢慢消失，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，以前借助規(guī)模、價(jià)格制勝的優(yōu)勢(shì)消失殆盡。食品生產(chǎn)加工企業(yè)大多屬于勞動(dòng)密集型企業(yè)，現(xiàn)階段面對(duì)的壓力巨大。因此，務(wù)必高度重視食品機(jī)械智能化、自動(dòng)化改造作業(yè)，在有效改善食品生產(chǎn)加工環(huán)境，增強(qiáng)生產(chǎn)質(zhì)量和效率的前提下，降低勞動(dòng)成本，提高自動(dòng)化生產(chǎn)水平，推動(dòng)傳統(tǒng)食品機(jī)械設(shè)備及食品產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，在行業(yè)市場(chǎng)中建立強(qiáng)大的核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

3 食品機(jī)械行業(yè)中智能控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在當(dāng)代機(jī)械制造行業(yè)，智能控制技術(shù)的運(yùn)用為一些無(wú)法用人腦完成或由于缺少精準(zhǔn)數(shù)據(jù)而無(wú)法預(yù)測(cè)的情況帶來(lái)了高效解決方案。例如，可依托于模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等常見自動(dòng)化控制方式，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程實(shí)施動(dòng)態(tài)化環(huán)境建模，從而運(yùn)用傳感器達(dá)到信息的預(yù)設(shè)處理；也可以運(yùn)用專家系統(tǒng)里的反向邏輯推理，及時(shí)處理機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題，從而更改控制機(jī)構(gòu)或基本參數(shù)，搭建最合適的控制方式。此外，在食品機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)踐中，受主觀和客觀要素的影響，加上長(zhǎng)期操作，不可避免發(fā)生故障問(wèn)題。依托于智能傳感器技術(shù)的預(yù)見性維護(hù)系統(tǒng)，可將機(jī)械設(shè)備的即時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)反饋給有關(guān)部門，并依靠專家系統(tǒng)，達(dá)到迅速、精確檢查，減少關(guān)機(jī)時(shí)間，提高企業(yè)生產(chǎn)效率的目的[2]。與此同時(shí)，工業(yè)4.0適配的傳感器，除常規(guī)系統(tǒng)控制傳輸作用外，還配置了一個(gè)端口銜接到云服務(wù)器，完成了遠(yuǎn)程控制。時(shí)至今日，我國(guó)食品機(jī)械對(duì)智能控制技術(shù)的運(yùn)用探究日臻成熟，特別是機(jī)器人技術(shù)在食品行業(yè)里的運(yùn)用發(fā)展獲得了巨大成就，包含堆垛、裝車、撿取等機(jī)器人。

盡管中國(guó)食品工業(yè)智能化建設(shè)獲得了很大成績(jī)，但與西方國(guó)家相比還存在著一定的距離。我國(guó)應(yīng)找到影響食品工業(yè)智能化建設(shè)的因素，并針對(duì)性地給予改善，從而最大限度地發(fā)揮智能控制技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。具體來(lái)說(shuō)，我國(guó)目前食品機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家智能化設(shè)計(jì)水平仍處在開發(fā)階段，只有不到1/3的企業(yè)真正步入了智能工廠的運(yùn)用環(huán)節(jié)。因?yàn)榘l(fā)展?fàn)顩r不同，食品機(jī)械設(shè)備企業(yè)對(duì)智能化建設(shè)的投資強(qiáng)度具有差別，對(duì)各種研發(fā)資源的匯聚水平各有不同，科學(xué)創(chuàng)新表現(xiàn)力不夠，從而嚴(yán)重影響食品機(jī)械設(shè)備對(duì)智能控制技術(shù)的運(yùn)用水平。特別是許多中小企業(yè)在智能工廠的建設(shè)過(guò)程中存在難度，其相應(yīng)投資大幅提高了企業(yè)產(chǎn)品成本，融資困難變成緩解這一問(wèn)題的核心。生產(chǎn)型企業(yè)的成本上升，造成食品機(jī)械設(shè)備對(duì)智能控制技術(shù)的運(yùn)用成本上升，從而嚴(yán)重影響用戶消費(fèi)決定，在缺乏市場(chǎng)需求的支撐下，此項(xiàng)工作必然難以推動(dòng)，最后造成不良循環(huán)。

4 PLC技術(shù)在食品機(jī)械自動(dòng)化改造中的應(yīng)用

4.1 PLC技術(shù)在瓶裝飲料行業(yè)中的應(yīng)用

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和人們生活品質(zhì)的提高，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，食品企業(yè)注重生產(chǎn)能力的同時(shí)更重視質(zhì)量。在罐裝飲料生產(chǎn)過(guò)程中，傳統(tǒng)化的人為操控生產(chǎn)流水線已不適應(yīng)社會(huì)的需求，逐步被自動(dòng)化生產(chǎn)所替代。因?yàn)镻LC具備迅速、靈便、功能強(qiáng)大等優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而被企業(yè)所運(yùn)用。PLC依據(jù)商品加工工藝，對(duì)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)和加工設(shè)備間的銜接，利用簡(jiǎn)單的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)商品完全加工或局部加工的智能化操控，可以智能進(jìn)行空罐殺菌、運(yùn)送、灌入飲品、密封加蓋和檢驗(yàn)密封氣密性等生產(chǎn)工藝流程[3]。利用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)快捷的生產(chǎn)設(shè)計(jì)和操縱，提高工作效率的同時(shí)，減少生產(chǎn)成本，充分滿足如今的生產(chǎn)強(qiáng)度需求。

4.2 PLC技術(shù)在食品包裝行業(yè)中的應(yīng)用

包裝使用PLC技術(shù)，其主要包含全自動(dòng)包裝機(jī)、附屬設(shè)備、傳送裝置、包裝、檢驗(yàn)及智能調(diào)整補(bǔ)償設(shè)備控制等。此外，需要包裝的商品要不斷送進(jìn)生產(chǎn)流水線，在對(duì)應(yīng)部位添加包裝原料，將商品依據(jù)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝流程，最終由另一邊輸出，這類生產(chǎn)工藝流程無(wú)需人工操作，能直接智能化完成傳送和包裝。為了提高包裝生產(chǎn)能力和品質(zhì)，應(yīng)快速升級(jí)食品生產(chǎn)包裝智能化水平，實(shí)現(xiàn)PLC在食品包裝過(guò)程中的運(yùn)用，充分滿足人們的生活需要。

4.3 PLC技術(shù)在食品稱量中的應(yīng)用

以PLC作為稱重操作系統(tǒng)的重點(diǎn)，能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)稱重操作系統(tǒng)的操縱需求，一般適用于板栗、大棗和夏果等干果以及荸薺、蔥頭、山芋和糖塊等較大顆粒物料的按量稱重。該稱重系統(tǒng)對(duì)操縱層面的一般需求有2方面。①能實(shí)現(xiàn)吊斗升降機(jī)的人工升降以及智能入料操作。②能控制各稱重部分快、慢速送料，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)稱重。因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)存在比較嚴(yán)重的延遲性，控制關(guān)系比較復(fù)雜，而控制目標(biāo)又以小存儲(chǔ)量的負(fù)載居多。PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)既簡(jiǎn)單、安全、可靠又便捷靈便地操作控制[4]。該自動(dòng)控制系統(tǒng)具備電源電路簡(jiǎn)易、可靠系數(shù)高、質(zhì)量穩(wěn)定、運(yùn)行速度快、抗干擾性強(qiáng)及使用系統(tǒng)維護(hù)便捷等優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用該自動(dòng)控制系統(tǒng)的稱重操作系統(tǒng)已經(jīng)在全國(guó)各地全面推廣。

4.4 PLC技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的運(yùn)用

借助于PCL搭建的水質(zhì)檢測(cè)操作系統(tǒng)的基本功能包含以下幾方面。①24 h持續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)。②無(wú)線智能監(jiān)測(cè)。相關(guān)工作人員無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)就可以對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。③自動(dòng)報(bào)警。可利用短消息、中心控制機(jī)軟件等方法報(bào)警。④數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的監(jiān)管、研究和匯總。⑤按時(shí)形成監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。⑥互聯(lián)網(wǎng)瀏覽。使用者能聯(lián)網(wǎng)瀏覽實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)信息和監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。⑦遠(yuǎn)程操作。使用者可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)信息等方法操縱智能終端[5]。例如，可以依據(jù)設(shè)置的時(shí)間、必要條件或使用者命令操縱輸氧裝置或水的溫度調(diào)整裝置。

PCL水質(zhì)檢測(cè)操作系統(tǒng)運(yùn)用特征包含以下幾方面。①監(jiān)測(cè)性能強(qiáng)，各種水體參數(shù)可實(shí)時(shí)檢測(cè)，如水溶氧濃度，水的溫度等。②監(jiān)測(cè)效果明顯，相較人工監(jiān)測(cè)，智能化監(jiān)測(cè)更直接和正確。③搭建和運(yùn)營(yíng)成本費(fèi)用低，因?yàn)槭褂靡苿?dòng)/聯(lián)通供應(yīng)的GPRS/CDMA1X無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，僅需裝好智能監(jiān)測(cè)終端設(shè)備就可以對(duì)養(yǎng)殖水域進(jìn)行24 h持續(xù)的自動(dòng)監(jiān)控，不需要額外布置其他通信線路。④具有投入成本少、效果好，中后期更新升級(jí)、系統(tǒng)維護(hù)成本費(fèi)用低的特點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著工業(yè)4.0的到來(lái)，食品機(jī)械自動(dòng)化控制改造已是大勢(shì)所趨。因?yàn)槭艿饺蛞惑w化發(fā)展因素的直接影響，行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，這就需要企業(yè)充分應(yīng)用智能化控制技術(shù)，對(duì)食品生產(chǎn)制造的整個(gè)過(guò)程實(shí)施智能化、自動(dòng)化控制，從而提高食品的生產(chǎn)質(zhì)量及效率，進(jìn)而助力食品行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。在運(yùn)用PLC技術(shù)環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)以世界領(lǐng)先水平為標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)合理地應(yīng)用技術(shù)，并強(qiáng)化對(duì)新型PLC智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，更高效地提高中國(guó)機(jī)械設(shè)備制造的智能化水平。