PLC 在食品机械自动化改造中的应用研究

◎ 段慧龙

（泰安技师学院，山东 泰安 271000）

随着食品行业的不断发展和自动化技术的不断进步，食品机械自动化改造成为提高生产效率和质量的关键手段之一，而PLC 作为现代自动化控制领域的核心技术，被广泛应用于食品机械的自动化改造中。

1 PLC 的概述和原理

PLC的英文全称为Programmable Logic Controller，译为“可编程逻辑控制器”，是一种被广泛应用于自动化控制领域的可编程电子设备。PLC 的出现和发展极大地推动了工业自动化水平的提高，被广泛应用于制造业、能源、交通及建筑等领域，具有可编程性、可靠性、灵活性等优势，是现代工业控制系统的核心组成部分。PLC 的工作过程一般分为3 个阶段，即输入采样、用户程序执行、输出刷新，3 个阶段称作1 个扫描周期。PLC 的工作原理基于二进制逻辑运算。PLC 以扫描方式依次读取所有输入状态和数据，如传感器信号，将其转换为二进制位，然后根据预先编写的程序进行逻辑判断，程序中可以包括和、或、非等逻辑运算，还可以包括计时器、计数器等功能块[1]。根据判断结果执行相应的输出操作，控制执行器或设备实现预定的功能，输出信号也通过二进制位进行传输，通过输出模块驱动执行器或设备实现所需的控制功能。PLC 还会读取和保存数据，进行通信和监控等功能。PLC 的主要组成部分包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、内存、输入/输出模块（I/O模块）、通信接口及编程设备等。其中，CPU 是PLC的核心，负责处理输入信号、执行程序逻辑、控制输出信号等；内存用于存储程序和数据；I/O 模块负责和外部设备进行数据交换；通信接口允许PLC 和上位机、其他PLC 等设备进行通信；编程设备用于编写、修改、下载程序。

2 PLC 在食品机械自动化改造中的具体应用

2.1 精确称重控制

PLC 在食品机械自动化改造中具有广泛的应用，其中一个重要方面是精确称重控制。在食品加工过程中，精确称重是保障产品质量和生产效率的关键因素。PLC 可以实现对称重设备的自动化控制，提高产品称重的准确性和稳定性，进一步提升整个食品生产线的生产效率和产品质量[2]。称重设备通常由电子秤、传感器、执行器等组成，PLC 可通过程序控制实现对这些设备的启动、停止、监控。例如，可以设定称重目标值，并根据实际称重情况进行反馈控制，当称重超出设定范围时，PLC 能自动调整传送带的速度或调节给料量，实现精确称重。在食品生产过程中，准确记录和分析称重数据对于质量控制和生产管理至关重要。PLC 可实时采集称重设备的数据，并将这些数据存储到数据库中，供后续分析与报告。PLC 还可通过与上位机的通信或网络连接，将称重数据传输给生产管理系统，帮助生产管理人员及时掌握产品质量情况，及时调整生产参数，确保产品质量符合标准[3]。通过PLC 的程序控制，可实现称重设备的自动化控制、数据记录和分析，不仅能提高食品生产线的生产效率和产品质量，还能减少人工操作导致的错误和不稳定性。

2.2 温度和湿度控制

食品加工行业对环境温度和湿度要求非常严格，环境温度和湿度直接影响食品的质量和安全性。使用PLC 可实现对温度和湿度的精确控制，确保食品加工过程中环境的稳定性和一致性。PLC 可通过集成温度和湿度传感器实时监测环境的温度和湿度，该传感器将环境条件转化为电信号，PLC 接收到电信号后执行相应的控制策略。例如，在面包烘烤过程中，PLC 可以通过控制烤箱内的加热元件和风扇维持适宜的温度，当烤箱内温度低于设定的目标温度时，PLC 将启动加热元件并调整风扇速度，提高温度；当烤箱内温度高于设定值时，PLC 将关闭加热元件并调整风扇速度，降低温度。PLC 也可控制制冷装置实现对食品加工过程中温度的控制。例如，在巧克力生产过程中，需要将巧克力原料冷却到特定的温度以便成型，通过PLC 的控制，制冷装置将根据温度传感器反馈信息进行启动和停止操作[4]。PLC 还可控制加湿和除湿装置，实现对湿度的控制。食品加工过程中需要调整生产环境的湿度水平，确保食品质量良好。例如，在饼干生产过程中，需维持适当的湿度保障面团的质量和形状，PLC可通过控制加湿器和除湿器调整生产环境的湿度。

2.3 输送带控制

2.3.1 运行速度控制

食品自动化机械中的输送带长度通常是固定的，但运行速度需根据不同的生产需求进行调整。通过PLC控制器，可根据生产线的具体要求和工作步骤，实时调整输送带的运行速度，确保生产线上的物料能在适当的时间内到达目的地，避免过快或过慢的运输速度影响生产效率。

2.3.2 物料分拣和定位

食品生产过程中，需要将输送带上的原材料或成品按照一定的规则进行分拣和定位，PLC 可通过控制驱动器和电机等设备，实现输送带上的物料分拣和定位。通过相应的逻辑程序和传感器的配合，可实现对不同物料的正确分拣和定位，确保各个工序的顺利进行。

2.3.3 输送带的停止和启动

生产线运行过程中，有时需要暂时停止运行，进行维护、清洁、更换工作。通过PLC 的控制，可实现以按钮或传感器信号为触发条件，对输送带进行停止和启动的控制，方便操作员对输送带进行控制，保证生产线顺利安全地运行[5]。

2.4 包装机械控制

食品机械自动化改造是提高生产效率和产品质量的重要手段之一，而包装机械作为食品生产线中不可或缺的部分，负责将食品产品进行包装，对生产效率和产品质量起着至关重要的作用。传统包装机械的控制方式主要基于电气控制和机械传动，受到很多限制，如功能扩展困难、调试复杂等。PLC 的引入彻底改变了包装机械控制的方式。①PLC 具有高度可编程性，可以根据不同需求灵活地编写控制程序，实现各种功能扩展和灵活变化。②PLC 能集成多个控制设备，实现对食品机械全面的控制和监控，从而提高生产线的整体效率和稳定性。③PLC 具有强大的故障检测和诊断功能，能实时监测包装机械的运行状态，并提供详细的故障报告，方便及时维修和维护。在包装机械控制方面，PLC 的应用主要体现在以下几个方面。①运输控制。PLC 可控制包装机械中的传送带、输送线等设备，实现物料的运输和分拣。通过编写适应性强的控制程序，实现不同物料的精确运输、快速分拣和定位等功能。②包装控制。PLC 能准确控制包装机械中的各个动作部件，如夹具、打标机、灌装机等。通过编写合适的控制逻辑，实现不同包装方式的切换、包装速度的调节、包装质量的控制等。③堆叠控制。对于某些食品，如糕点、饼干等，需要将食品堆叠成一定的形状或层数。PLC 可根据需求精确控制堆叠机械的动作，实现食品的准确堆叠和层数控制[6]。④数量统计和分拣。PLC 可编写适当的程序，实现对包装机械中食品产品的数量统计和分拣。通过与传感器配合，实时监测食品的进出数量，并按照设定的规则进行分拣和定位。⑤故障检测和报警。PLC 具有强大的故障检测和报警功能，可实时监测包装机械的运行状态，并提供详细的故障报告。发生故障时，PLC 能迅速诊断问题，并提供准确的报警信息，使操作人员能及时采取措施，减少停机时间。

2.5 清洁和卫生控制

2.5.1 控制设备的清洁

食品加工设备通常需要定期进行清洁，确保设备表面以及内部的卫生。PLC 可通过编程控制清洁剂和水的供应以及清洗剂的注入量和清洗时间，保证设备在清洁过程中按照特定的程序运转，以达到最佳的清洁效果。

2.5.2 监测和控制设备的卫生状态

PLC 可接收传感器的信号，如生物传感器、卫生型温度传感器等，以检测设备的工作环境是否符合卫生标准。当传感器检测到异常情况时，PLC 发出警报并采取相应的控制措施，如停止设备的运行，以防止出现卫生不达标的问题。

2.5.3 控制和监控清洁剂和消毒剂的供应

在食品加工过程中，可能需要使用不同类型的清洁剂和消毒剂清洁设备和生产线。PLC 可通过编程控制清洁剂和消毒剂的供应，确保清洁剂和消毒剂以正确的比例混合和供应。此外，PLC 还可监测清洁剂和消毒剂的消耗量，以便及时补充[7]。

2.6 故障诊断和远程监控

故障诊断是食品机械自动化过程中不可或缺的一部分。在传统的食品机械中，由于缺乏实时监控和故障诊断手段，一旦出现故障，往往需要工程人员亲自到现场查找问题，费时费力，而通过PLC 的应用，可以实现机械故障的快速诊断和定位，进一步提高食品机械的稳定性和可靠性。PLC 通过对食品机械各个控制点的监测和记录，可以实时获取机械运行的数据。当机械出现故障时，PLC 能够快速捕捉到异常信号，并根据预设的故障诊断算法，确定故障类型和位置，如果机械的传动系统出现异常振动，PLC 可以通过监测电机的电流和振动传感器的信号，判断是否为轴承故障，并指导工程人员及时更换出现故障的零部件。PLC 还可以通过编写故障诊断的控制程序，对机械进行自检和故障快速排查，如通过设置合适的传感器和开关，当机械出现卡死或堵塞等情况时，PLC 能够自动停机，并根据预设的排查程序，检查传送带是否卷料，输送装置是否被堵塞，进而快速定位故障点，避免产生更大的损失。在食品机械自动化改造后，PLC可以根据机械的工作情况和故障类型，自动切换备用电源、调整传动装置的参数等，进而使机械迅速从故障中恢复，并保持正常的工作状态。远程监控是食品机械自动化改造中的另一个重要应用，通过PLC 的应用，可以实现对机械的远程监控和管理，提高生产效率和降低成本。通过网络连接，PLC 可以将数据传输到远程计算机或智能手机上，方便工程人员随时了解机械的运行情况，比如工程人员可以通过远程监控软件，实时查看机械的温度、压力、速度等参数，及时发现并解决潜在的问题。工程人员可通过远程控制软件控制机械的启动、停止、速度调节等，提高生产效率和灵活性，同时实现对机械的远程参数设置和程序更新，减少因现场操作需要而产生的时间和成本。

3 结语

随着时代的发展，PLC 技术的优势将会被进一步发挥，为食品机械自动化改造提供更有力的支持。另外，相关企业在食品机械自动化改造方面要扩宽视野，尤其是与国外先进企业进行合作，通过学习提升本土企业的机械自动化水平。