鄭永良

（廈門綠泉實(shí)業(yè)有限公司 福建省廈門市 361000）

食品飲料行業(yè)中的酒、碳酸飲料是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姡彩亲畛ｏ嬘玫奈镔|(zhì)。在食品行業(yè)的生產(chǎn)中，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，通過一整套先進(jìn)的自動化生產(chǎn)線進(jìn)行食品飲料的生產(chǎn)，不但能夠降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還能提升企業(yè)競爭力和經(jīng)濟(jì)效益，但在實(shí)際的自動化技術(shù)應(yīng)用中，還需要做好對自動化的控制工作，避免自動化生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種設(shè)備、系統(tǒng)故障，才能實(shí)現(xiàn)自動化設(shè)備的良好運(yùn)行，使食品飲料行業(yè)向著人工智能的方向發(fā)展。

1 我國食品飲料自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢

1.1 食品飲料自動化生產(chǎn)跟隨市場的需求而變化

隨著人們的物質(zhì)水平不斷的提高，食品飲料的生產(chǎn)為了滿足不同人群的需求，也為了更好的適應(yīng)市場的變化，所以市場上食品飲料的種類非常多，這也是為了更好的適應(yīng)人們多樣化的需求。食品飲料的生產(chǎn)向著自動化技術(shù)的方向發(fā)展，在一定程度上就需要適應(yīng)市場的變化需求，通過新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，可以更好提升企業(yè)的競爭力和降低企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 高精密以及高效率的自動化技術(shù)得到深入應(yīng)用

在食品飲料的生產(chǎn)中，節(jié)能、環(huán)保、降噪是食品飲料自動化生產(chǎn)的最終要求，因此自動化技術(shù)也在不斷的進(jìn)行改善[1]。在食品飲料的生產(chǎn)加工中，生產(chǎn)加工程度反映了自動化技術(shù)水平的高低，自動化技術(shù)水平越高，經(jīng)濟(jì)效益也就越高，反之亦然。高精度和高效率的自動化生產(chǎn)技術(shù)由于可以降低生產(chǎn)成本，所以在生產(chǎn)過程中對各類工序的銜接也越來越完善，這不僅可以加速制作過程，也可以加速后續(xù)的保障搬運(yùn)等各個(gè)環(huán)節(jié)。

1.3 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在食品飲料行業(yè)開始逐步應(yīng)用

傳統(tǒng)的食品飲料生產(chǎn)還存在勞動密集型的運(yùn)作模式，隨著社會的發(fā)展，企業(yè)的勞動力成本也在逐漸提高，消費(fèi)者對食品飲料的質(zhì)量和安全的要求也在不斷的提高，所以工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)正好適應(yīng)食品飲料行業(yè)的發(fā)展。而食品飲料作為我國國民經(jīng)濟(jì)的第二大支柱產(chǎn)業(yè)，食品飲料的自動化水平已經(jīng)成為了我國人民生活質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和國家GDP 發(fā)展的重要標(biāo)志。

2 在食品飲料生產(chǎn)中使用自動化技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 具有智能化優(yōu)勢

在食品飲料的生產(chǎn)中使用在線檢測、快速檢測等自動化技術(shù)，可以對原料的添加、過程控制及消毒和包裝等功能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。在應(yīng)用在線糖度、CO2檢測可以實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)節(jié)飲料的糖度、含汽指標(biāo)，確保過程及產(chǎn)品的穩(wěn)定；應(yīng)用容量控制技術(shù)可以按要求實(shí)時(shí)控制流量或充填容量；應(yīng)用伺服控制技術(shù)可以對飲料瓶蓋密封扭力等進(jìn)行自動調(diào)節(jié)；應(yīng)用快速檢測技術(shù)可以對在食品飲料生產(chǎn)過程及產(chǎn)品進(jìn)行微生物快速檢測，避免不合格的食品飲料流入下一道工序。因此，自動化智能技術(shù)的應(yīng)用提升了產(chǎn)品品質(zhì)的符合性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，和人工生產(chǎn)相比，具有不可比擬的優(yōu)勢。在裝箱、碼垛、產(chǎn)品輸送等環(huán)節(jié)應(yīng)用機(jī)器人、機(jī)械手，可以適應(yīng)多品類、多包裝的生產(chǎn)模式及快速轉(zhuǎn)換能力，從而提升制造的精益性和靈活性。而信息技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)行效率統(tǒng)計(jì)、故障診斷及遠(yuǎn)程技術(shù)支持等。

圖1：可編程邏輯控制器的輸入和輸出

圖2：食品飲料自動化速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.2 具有食品安全優(yōu)勢

由于傳統(tǒng)的食品飲料生產(chǎn)中，需要大量的人工操作，再加上食品飲料生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，操作人員較多的情況下，很難實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理，很容易在食品飲料生產(chǎn)中發(fā)生食品飲料污染的情況。但使用自動化技術(shù)，就可以有效的減少人工操作，可以極大的避免食品污染風(fēng)險(xiǎn)，確保進(jìn)入市場的食品飲料的安全性。機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用，提升了自動化技術(shù)對生產(chǎn)的自動控制水平，特別是在高速生產(chǎn)線上，可以對每一件產(chǎn)品進(jìn)行在線檢測，包括形狀、尺寸、顏色、液位、密封、容量等差異識別，并及時(shí)將不良品剔除。如汽水、包裝飲用水生產(chǎn)中，對PET 空瓶、瓶蓋進(jìn)行檢測，剔除瓶口缺陷空瓶、缺陷瓶蓋，對產(chǎn)品進(jìn)行多方位拍照、比對，剔除容量不足、高歪蓋等不良品。因此在食品包裝新技術(shù)應(yīng)用使食品飲料的安全性得到顯著提高。

2.3 具有環(huán)保優(yōu)勢

食品飲料行業(yè)的自動化技術(shù)由于是在無塵車間進(jìn)行的，所以在這種封閉的狀態(tài)下能夠很好的避免粉塵的污染，同時(shí)自動化技術(shù)還能避免減少食品飲料生產(chǎn)中的廢棄物產(chǎn)生，節(jié)約了資源；在對污水的處理中，利用在線檢測技術(shù)可以自動采樣檢測污水處理指標(biāo)，如COD、PH 值等，確保達(dá)標(biāo)排放，降低了對環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 具有高效性的優(yōu)勢

由于傳統(tǒng)的食品飲料生產(chǎn)需要消耗大量的人力對食品飲料進(jìn)行搬運(yùn)，如將原材料搬到設(shè)備旁邊，當(dāng)食品飲料完成生產(chǎn)加工后，再將食品飲料搬運(yùn)到包裝線上，這樣的生產(chǎn)過程不但無法保證食品的安全，也會浪費(fèi)大量的人力。而使用食品自動化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)批量性的搬運(yùn)處理，使生產(chǎn)效率得到大幅度的提升，同時(shí)也能夠保證食品的質(zhì)量[2]。從傳統(tǒng)人工搬運(yùn)、到采用輸送帶連接，到采用多機(jī)臺組合聯(lián)動技術(shù)，飲料生產(chǎn)線也在不斷更新?lián)Q代。如新型的德國克朗斯（KRONES）PET 飲料生產(chǎn)線采用BLOC 組合技術(shù)，將吹瓶、灌注、封蓋、貼標(biāo)機(jī)進(jìn)行組合、同步聯(lián)動，運(yùn)行高效、占地少，操作人員也大量減少。

3 當(dāng)前常見的食品飲料自動化技術(shù)

3.1 食品飲料自動化中對DCS的應(yīng)用

DCS 是一種通過微處理的方式進(jìn)行分散型綜合控制系統(tǒng)，通過分散控制的方式，實(shí)現(xiàn)集中操作，并對自動化設(shè)備進(jìn)行分級管理和靈活配置，在食品飲料自動化生產(chǎn)中，由于技術(shù)的日新月異發(fā)展，對控制要求也越來越高，DCS 能夠在生產(chǎn)中提供更好的控制過程管理，使食品飲料無論從加工前還是加工后，都能夠?qū)崿F(xiàn)更加完善的控制。在DCS 自動化操作系統(tǒng)的界面，由于操作界面大部分以圖形為主，所以還可以直觀的顯示出食品飲料在生產(chǎn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以使管理者隨時(shí)掌握生產(chǎn)過程和生產(chǎn)品質(zhì)。

3.2 食品飲料自動化中對IPC的應(yīng)用

食品飲料自動化技術(shù)的控制中，由于數(shù)控生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到各類行業(yè)中，所以IPC 技術(shù)在食品飲料的生產(chǎn)應(yīng)用中，大部分情況下采取可視化的應(yīng)用方式，可以對食品飲料的生產(chǎn)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益提升空間。

3.3 食品飲料自動化中對HMI的應(yīng)用

HMI是計(jì)算機(jī)和用戶之間進(jìn)行信息交互的媒介，在人機(jī)交換中，以工作面板對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制和操作，實(shí)現(xiàn)對食品飲料自動化的控制。通常在食品飲料的生產(chǎn)中，使用先進(jìn)的HMI 系統(tǒng)，具有流程直觀性、操作便利性，可以有效的提高生產(chǎn)效率，并具有防呆放錯(cuò)功能。由于這種設(shè)備會給食品飲料帶來很多的附加值，所以HMI在食品飲料自動化生產(chǎn)中的發(fā)展空間是非常廣闊的，也深受各大企業(yè)的信賴和喜愛。

3.4 食品飲料自動化中對控制器的編程應(yīng)用

食品飲料行業(yè)在生產(chǎn)中，需要對溫度、壓力、濕度等進(jìn)行嚴(yán)格的控制，因此在自動化技術(shù)中，為了確保食品飲料生產(chǎn)符合食品檢測要求，就需要對自動化技術(shù)進(jìn)行可編程的控制。通過對計(jì)算機(jī)功能進(jìn)行完善，在可編程上對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化和改善，從而使食品飲料自動化生產(chǎn)設(shè)備更好的應(yīng)用在食品飲料的生產(chǎn)中，由于可編程控制器的硬件中的模塊品種比較多，為了加快這類產(chǎn)品的通用性和可靠性，這些控制器都具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，正因?yàn)槿绱耍@些可編程控制器已經(jīng)得到了廣泛的使用。

4 自動化技術(shù)在食品飲料行業(yè)中的操作應(yīng)用

4.1 可編程邏輯控制器的操作應(yīng)用

由于可編程邏輯控制器通常用于內(nèi)部程序的存儲，所以在執(zhí)行邏輯運(yùn)算和順序控制中，通過數(shù)字或模擬式的輸入，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)數(shù)字信息的采樣，在整個(gè)自動化技術(shù)的運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器主要控制CUP 實(shí)現(xiàn)重復(fù)性的操作[3]。在用戶程序執(zhí)行的階段，由于可編程邏輯控制器總是按照由上而下的順序進(jìn)行掃描，所以在輸出過程中影像寄存器會被立即更新，當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就會進(jìn)入到刷新的階段，再經(jīng)過輸出電路的驅(qū)動外設(shè)，實(shí)現(xiàn)對可編程邏輯控制器的程序內(nèi)容輸出（如圖1所示）。

4.2 自動化技術(shù)對食品飲料的包裝應(yīng)用

包裝過程是食品飲料的最后一道工序，通常在生產(chǎn)線上經(jīng)過自動檢測、傳送、噴碼、裝箱，從而實(shí)現(xiàn)對包裝生產(chǎn)系統(tǒng)的完善，由于包裝線的主要組成設(shè)備包括了很多設(shè)備步驟，所以在食品飲料的自動化包裝技術(shù)中，包裝流程是非常重要的，通過完整的包裝流程，才能確保食品飲料符合相關(guān)的食品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 食品飲料自動化速度調(diào)節(jié)技術(shù)

在食品飲料自動化的速度調(diào)節(jié)控制中，通過變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線設(shè)備的速度調(diào)節(jié)，使生產(chǎn)線的運(yùn)行更加平穩(wěn)順暢，也更加節(jié)能。通常在系統(tǒng)運(yùn)行中，如果可編程邏輯控制器接收到異常信號的時(shí)候，會發(fā)出一個(gè)開關(guān)信號K，隨后將相應(yīng)的減速信號S 在接入到調(diào)速回路中，能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)均勻的將速度調(diào)升到設(shè)定值，使得傳送帶均加速到設(shè)定的速度，避免了食品飲料自動化生產(chǎn)中出現(xiàn)產(chǎn)品堆積的情況（如圖2所示）。

另外，在生產(chǎn)線設(shè)備間利用編碼器同步、伺服控制技術(shù)，可以替代傳統(tǒng)的機(jī)械聯(lián)動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)同步聯(lián)動或單機(jī)運(yùn)行，從而簡化機(jī)器結(jié)構(gòu)，為食品飲料生產(chǎn)的衛(wèi)生、清潔帶來更好保證。

4.4 食品飲料生產(chǎn)中視覺技術(shù)

從傳統(tǒng)的慢速生產(chǎn)線，到高速生產(chǎn)線、“無人車間”的革命性變化，對產(chǎn)品的在線檢驗(yàn)提出了更高的要求，因此機(jī)器視覺系統(tǒng)也大量應(yīng)用到食品飲料生產(chǎn)線上，如ASEBI（全方位空瓶檢測機(jī)）、FGI（全方位成品檢測機(jī)）等，利用光學(xué)技術(shù)及像素分析軟件，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程及產(chǎn)品的快速檢驗(yàn)。

4.5 食品飲料生產(chǎn)自動化系統(tǒng)整體控制流程

由于自動化控制系統(tǒng)在對制定的食品飲料位置進(jìn)行瓶裝控制中，需要對壓力、流量進(jìn)行控制，才能確保相關(guān)的飲料原材料以均勻的速度流入到瓶中，實(shí)現(xiàn)既不少裝也不多裝，達(dá)到指定的瓶裝量。同時(shí)在對食品飲料的傳輸過程中進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)，可以使空瓶和滿瓶實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸送。在對食品飲料瓶裝中的瓶口沖水進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測控制，有利于避免瓶口消毒殺菌殘?zhí)堑葐栴}。在對系統(tǒng)壓力的控制中，通常自動化系統(tǒng)采用的是恒壓力閉環(huán)控制，防止在食品飲料的生產(chǎn)中出現(xiàn)過快或者過慢導(dǎo)致瓶子堆堵的情況。在自動化控制系統(tǒng)中，灌裝機(jī)的電機(jī)由于是主電機(jī)，因此在自動化傳送帶的拖動電機(jī)中，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的速度都是以轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)，而其他的電機(jī)則跟隨減速或者運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到自動化系統(tǒng)設(shè)定的速度。

5 結(jié)束語

在食品飲料的自動化技術(shù)應(yīng)用中，通過自動化技術(shù)能夠推動食品行業(yè)的快速發(fā)展，使食品飲料的產(chǎn)量提高并降低了生產(chǎn)成本，對于食品飲料的工業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義，雖然我國在食品飲料自動化的發(fā)展中與西方發(fā)達(dá)國家有著一定的差距，但隨著我國食品飲料自動化技術(shù)的不斷完善，信息化、效率化的食品生產(chǎn)技術(shù)也在逐漸向最先進(jìn)的自動化技術(shù)方向發(fā)展中，從而使食品飲料生產(chǎn)既符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，又能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；可a(chǎn)或智能化、精益化生產(chǎn)。