基于物联网技术的食品生产机械自动化设计制造及算法实现.pdf

总第2 3 1 期2023年第9 期技术创新摘要：基于物联网技术，对传统的食品包装机械进行优化设计，采用模糊PID算法进行控制，并通过仿真实验加以验证。结果表明，该控制系统生产效率更高，不仅有效提升了机械识别运行的稳定性，而且还实现了机械设备的智能化控制，对于促进食品生产加工企业的发展有着十分重要的作用。关键词：食品机械；优化；模糊PID算法中图分类号：TS2030引言在市场经济飞速发展的背景下，食品行业在竞争激烈的市场中迎来了全新挑战。人们在选购食品时，不仅需要考虑食品的质量，而且还尤为注重食品的外观包装。在物联网时代下，食品行业为了提升产品销量，开始对食品的包装设计进行优化，进一步推动了食品包装技术与机械设备的创新，实现食品包装自动化生产,不仅有效节省了人工成本,而且还在一定程度上提升了食品包装生产的效率 1 。对于传统的食品包装设备而言，其自动化水平相对较低，难以满足现阶段市场发展需求。针对此种情况,本研究提出了一种基于物联网技术的自动化食品包装机械系统，在将其应用至食品包装设备中后，可有效提升食品包装机的生产效率,实现包装机的智能化控制。1现阶段食品包装机械系统存在的问题现阶段，食品包装机主要通过安装系统控制器来控制包装参数。在食品包装成型之前，需确保系统的稳定性。通过系统控制器的作用，可确保横封刀轴、送膜轴和送料轴三个部分的运动一致,进而提升包装的完整性。然而,由于系统为线性设计,智能化水平相对较低,其中一个部件发生故障,将导致整个系统瘫痪，进而影响整个机械设备的运行效果 2 。2基于物联网技术的食品包装机械控制系统设计本研究设计的自动化食品包装机械控制系统，其硬件架构主要是采用DSP来连接触摸屏与伺服系统，实现设备的自动化运行。如图1 所示，系统硬件主要由传感器、触摸屏和DSP等模块组成。在封装膜装置中,增设了卷膜辊、导向辊和驱动棍等部件,并且在导向辊处增设了传感器。在导向辊、驱动棍同时作用下，便可完成包装膜色标的追踪和打印,并且在封装过程中不会出现薄膜堆积或粘结拉扯的情况。此外，在传送装置中，由送料轴伺服电机直接收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 4作者简介：吴风乐（1 9 9 0 一），男，江苏东台人，研究方向为计算机软件、网络安全及物联网技术应用。现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization基于物联网技术的食品生产机械自动化设计制造及算法实现吴风乐（江苏省无锡技师学院，江苏无锡2 1 4 0 0 0)文献标识码：A横封切装置图1 控制系统硬件架构提供动力，使其在工作过程中始终保持匀速状态。而横封切装置主要用于封膜的切割，可根据色标点对包装筒袋进行切割,进而实现食品的独立包装。2.1触摸屏控制器设计对于硬件系统中的触摸屏控制器(ADS)而言,主要由多路低导通电阻模拟开关组成，通过电路网络测量供电,使用A/D转换器将数据输人至ADS中,并发送相应的指令，进而实现模拟开关的导通，为ADS电极提供电压。然后,再将电极上的触点坐标位置电压模拟量输送至A/D中，如图2 所示。+VccX+X-Y+oY-ADS不仅可展示设备的运行情况，而且具有提升系统稳定性的功能。此外，在实际工作中,操作人员还可通过触摸屏向系统发送指令。该控制系统对上位机的要求相对较高，不仅需要Total 231No.9,2023D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.09.034文章编号：2 0 9 5-0 7 4 8(2 0 2 3)0 9-0 1 1 5-0 3传感器10信号采集模块四通道多路复用器图2 ADS 内部结构触摸屏DSP控制模块伺服驱动器1伺服驱动器2封装膜装置传送料装置指标CDAC温度控制模块ODCLKOCS自动化控制ODINODOUTOBUSY现代工业经济和信息化具备多个串口通信，而且其扩展存储器需支持2 CB的SD卡和U盘,以便提升处理数据的效率。2.2核心DSP控制模块的选取本文选取的模块功率放大器主要为DA260型号,其参数详见表1。表1 功率放大器参数信息参数额定功率/W失真度/%输人电源净重/g2.3伺服驱动器设计选用1 3 0 ST-M07725驱动器，控制系统的运行速率。设计逻辑结构，通过数字信号处理器负责控制算法，来实现系统的数字化、智能化管理。当驱动器速度处于闭环状态时，电机转子可实时测量速度，并根据实际情况调整速度环的转速，进而提升系统速度运行精度。在三相全桥整流电路的作用下,功率驱动单元可对电路中输入的三相电进行整流处理,并将其转换成直流电。然后，再将其输人至电压型逆变器进行变频，驱动三相永磁式同步交流伺服电机。3模糊PID算法本研究提出的系统主要是通过模糊PID算法进行控制,该算法具有操作简单、容易控制的优势。其工作原理为：首先，对输人信号进行模糊化处理，然后，将机械中的控制模糊规则与模糊化信号进行匹配,最终获取匹配成功的控制参数。通过模糊PID算法,可以在线实时整改机械设备运行参数，将模糊PID参数调整至最优。其工作原理如图3 所示。模糊化解模糊推理计算r(tPID控制器图3 模糊PID控制工作原理r(t)=y(t)+e(t).式中：r(t)y(t)和e(t)分别为输人信号、输出信号以及输入信号与输出信号之间的差值。控制器的输出信号主要是由e(t)通过比例、积分和微分线性组合生成，即：0u(t)=kle(t)-1e(t)dt+T第1 3 卷式中：kp、T.和T。分别为比例系数、积分时间系数和微分时间系数。当机械设备运行时，控制系统将会对其进行模糊逻辑规则处理，进而完成PID参数的在线实时校正，PID算法实现流程如图4 所示。开始参数值当前输入值250.1DC 14.4 V0.62模糊被控对象de(t)dtr(t)=e(t)+y(t)规则模糊化规则是否匹配是模糊鉴定计算当前积分、比例系数PID控制器输出结束图4 PID算法实现流程4仿真实验验证4.1实验环境与参数仿真实验主要是在MATLAB平台进行。首先，在平台上建立相应的自动化控制系统，选择Win10操作系统来控制机械设备包装食品，实验参数详见表2。表2 实验参数设置参数信息取值CPU/GHz2.4运行服务器内存/GB24运行内存/GB84.2实实验结果本次试验主要是对比不同控制系统下（传统系统与本文系统)机械设备进行食品包装的稳定性与时效性,进而验证本文控制系统的可行性。1)稳定性。通过实验可知，在包装样品数量相同y（t)的情况下，传统系统的操作稳定性相对较低，而优化系统的稳定性可达9 5%。2)时效性。通过实验分析得知，在包装样品数量不断增加的情况下，两种系统（传统系统与优化系统）所消耗的时间均增加。但是，当包装样本数量一定时，(1)本文系统所消耗的时间远远低于传统系统 4 。由此可知，本文设计的控制系统生产效率更高，不仅可有效提升机械识别运行的稳定性，而且还实现了机械设备的智能化控制，对于促进食品生产加工企业的发展具有十分重要的作用。5结语(2)与传统系统相比，本研究设计的机械设备控制系2023年第9 期吴风乐：基于物联网技术的食品生产机械自动化设计制造及算法实现117统稳定性更高，在食品包装过程中所花费的时间更短，不仅有效提升了食品生产的加工质量，而且在一定程度上降低了企业的生产成本。参考文献1】赵勇.食品加工机械智能化生产技术的发展研究：评食品加工机械与设备 J.有色金属(冶炼部分),2 0 2 1(1):1 6.Automation Design,Manufacturing and Algorithm Implementation of Food ProductionAbstract:Against the backdrop of the rapid development of Internet of Things technology,the level of social informatization has also improved,and has officially entered the era of artificial intelligence.In the process of food production,the application of intelligent control technology is animportant link in creating a new ecosystem of mechanical applications.As an important equipment in food production,the importance of foodpackaging machines is self-evident.Due to the poor stability and low level of intelligence of food packaging machines at present,the developmentof the food industry is affected.In response to this situation,this study is based on IoT technology to optimize the design of traditional foodpackaging machinery and introduce the algorithms involved in the mechanical equipment control system.Key words:automation;food machinery;optimization;fuzzy pid(上接第8 1 页）Analysis of Interprovincial Differences in Industrial Electricity Consumption Efficiency and Its(State Grid Rudong County Power Supply Company,Rudong Jiangsu 226400,China)Abstract:The efficiency of electric power consumption is directly related to the coordination of power supply and economic development in theregion.Through a quantitative study of the 27 provinces of the total factor industrial power consumption efficiency consumption of influencingfactors.The ability of regional resource endowment,industrial structure,and institutions to coordinate with each other is a key factor affectingthe efficiency of energy use.The biggest obstacle to the improvement of power consumption efficiency lies in the states management and controlof power resource allocation as well as local industrial development.Therefore,it is important to further promote the market-led reform of theelectricity system so that the relationship between the central government and localities can be closer.Resource endowment,industrialstructure,and institutions are mutually complementary,it is fundamental to balanced power supply and improved electricity consumption.Key words:industrial electricity consumption efficiency;provincial differences;impacts(上接第1 0 8 页）Informatisation of Machinery Manufacturing Enterprises in the Development of Intelligent(Semiconductor Manufacturing International(Beijing)Corporation,Beijing 100176,China)Abstract:The information construction of machinery manufacturing enterprises in the development of intelligent manufacturing is analysedand studied in detail.The role of informatisation in intelligent manufacturing is discussed in relation to the concepts of intelligentmanufacturing and informatisation construction.Then the application and significance of informatisation construction in machinerymanufacturing enterprises are discussed in depth from the aspects of data collection,production planning,production process monitoring,equipment maintenance and supply chain management.Finally,the challenges and solutions that machinery manufacturing enterprises mayface in the process of information technology construction are analysed with practical cases.Through the study,the importance ofinformatisation construction in intelligent manufacturing can be better understood,providing reference and guidance for the development ofintelligent manufacturing in machinery manufacturing enterprises.Key words:intelligent manufacturing;informatisation construction;machinery manufacturing enterprises2陈冬鸥.天然气隧道炉食品加工区的智能化改造 J.电工技术，2022(24):14-15.3孟萌.食品机械智能化自动化的发展趋势探讨 J.山东工业技术,2 0 1 8(7):1 7.4赵广杰.全自动汉堡生产线控制系统开发与应用 J.电大理工，2022(3):23-28.(编辑：郭萍茹）Machinery Based on IoT TechnologyWuFengle(Wuxi Institute of Technology,Wuxi Jiangsu 214000,China)Influencing FactorsZhu XiaoxiManufacturingShao Lin