本发明属于食品包装技术领域，具体涉及到一种全自动食品杀菌流水线系统及使用方法。
背景技术
为了保证食品的存储周期，食品工程中需要在包装后对产品进行热力杀菌处理，常用的热力杀菌方式有：低温杀菌法(巴氏杀菌法)、高温短时杀菌法和超高温瞬时杀菌法。其中高温杀菌工艺中采用高温短时杀菌能在短时间完成杀菌，杀菌效果好，几乎可以达到或接近灭菌要求，而引起的化学变化很小，食品的保质期和保质效果更好。
以往的高温杀菌工艺多采用半自动杀菌工艺，即除高温杀菌釜外的其他工艺均采用人工完成，具体工艺流程详见图1，该工艺的缺点是：需要大量的人工和体力参与搬运、码垛、拆盘等过程，多采取间歇式生产，因此效率低、日产量低、能耗成本高，严重制约高温杀菌工艺的推广。
专利CN 205367699 U公开了一种全自动实罐饮料杀菌的流水线，其中实罐经流水线上的实罐输入链送入装笼机构处，装满的杀菌笼经杀菌笼输送链运送至杀菌箱中杀菌消毒；杀菌后的杀菌笼被运送至杀菌笼输送链上继续传输至卸笼机构处，卸笼；卸笼后的空气杀菌笼和隔板垛经杀菌笼循环用传输带和隔板循环用传输带运输至装笼机构处，实现自动装笼、杀菌和卸笼，但是仍存在需要人工将实罐输送至流水线上，产品质量不稳定等问题。因此，需要研发一种全程自动化、生产效率高、产品质量稳定的全自动食品杀菌流水线系统。
技术实现要素：
为了解决现有的技术问题，本发明提供了一种全自动食品杀菌流水线系统及使用方法，通过输送线体、重检机、金检机、理料装置、码盘机械人及冶具、空盘输送线体、满垛输送线体、自动台车、杀菌釜、卸盘输送线体、拆码盘机、卸盘机、分行机、除水风干线、空盘检测装置、翻盘装置和自动控制系统相互配合，实现杀菌盘在线自动循环，杀菌流水线的全程自动化、生产效率高、产品质量稳定。
本发明的技术方案是：一种全自动食品杀菌流水线系统，包括灌装机、产品输送线体、重检机、金检机、理料装置、码盘机械手及冶具、空盘输送线体、满垛输送线体、自动台车、杀菌釜、卸盘输送线体、拆码盘机、卸盘机、分行机、除水风干线、空盘检测装置、翻盘装置和自动控制系统；
所述灌装机、重检机、金检机和理料装置依次设置在产品输送线体上，灌装机设置在产品输送线体的前端，理料装置设置在产品输送线体的后端；
所述空盘输送线体设置在理料装置的后侧，空盘输送线体的后侧设置满垛输送线体和卸盘输送线体，空盘输送线体和满垛输送线体上均匀设置杀菌盘；码盘机械手及冶具设置在空盘输送线体上侧，与理料装置和满垛输送线体相对应；
所述满垛输送线体的后侧设置自动台车，卸盘输送线体一侧和自动台车相对应，另一侧和空盘输送线体连接，自动台车的后侧设置杀菌釜；
所述卸盘输送线体上依次设置拆码盘机、卸盘机、空盘检测装置和翻盘装置，拆码盘机设置在自动台车一侧，翻盘装置设置在空盘输送线体一侧；
所述卸盘机的后侧设置分行机，分行机的后侧设置除水风干线；
所述自动控制系统用于控制每个设备的动作。
进一步地，所述重检机用于检测物料的重量是否合格，将不合格的物料剔除；
所述金检机用于检测物料中是否有金属异物，将有金属异物的物料剔除；
所述理料装置用于将物料进行排组；
所述码盘机械手及冶具包括码盘机械手和机械手冶具，码盘机械手用于将理料装置排组好的物料移动至空盘输送线体上的空杀菌盘内，机械手冶具用于将载有物料的杀菌盘码放至满垛输送线体的杀菌盘上，形成产品垛；
所述自动台车用于将产品垛从满垛输送线体或杀菌釜接驳至自动台车上，将自动台车上的产品垛送入杀菌釜中或者卸盘输送线体上；
所述拆码盘机用于将产品垛进行拆盘，形成载有物料的单个杀菌盘；
所述卸盘机用于将杀菌盘上的物料移动至分行机上，卸盘机包括卸盘机械手和卸料皮带，卸盘机械手用于抓取物料并卸料至卸料皮带上，卸料皮带用于将物料输送到分行机位置；
所述分行机用于将物料分组成单行或双行进行输送；
所述除水风干线用于将物料表面的水分吹走、风干，并输送至后续的包装工序进行包装；
所述空盘检测装置用于检测杀菌盘内是否有物料；
所述翻盘装置用于夹持杀菌盘进行倾斜翻倒物料。
进一步地，所述产品输送线体、重检机、金检机、理料装置与灌装机的数量相匹配。
进一步地，所述空盘输送线体的入口处添加空杀菌盘，卸盘输送线体和空盘输送线体的入口处连接。
进一步地，所述码盘机械手及冶具设置在两台理料装置的中间。
进一步地，所述自动控制系统包括中央控制系统和现场分控柜，现场分控柜分别和全自动食品杀菌流水线系统各设备相对应，分别控制各模块设备的功能，中央控制系统用于控制现场分控柜。
进一步地，所述除水风干线包括网链输送机和风刀，风刀安装在网链输送机的上方。
本发明的一种全自动食品杀菌流水线系统的使用方法，具体步骤如下：
S1、自动控制系统采集灌装机动作信号后，自动启动系统开始工作；当灌装好的物料通过产品输送线体依次输送至重检机、金检机，分别进行重量和金属异物检测，将重量不合格、含有金属异物的物料剔除；合格的物料通过产品输送线体输送至理料装置，理料装置将物料进行排组，当理料装置中排组的物料到达设定的数值时，自动控制系统中的中央控制系统按照软件程序进行逻辑判断后，控制码盘机械手及冶具开始工作；
S2、空杀菌盘在空盘输送线体上输送，码盘机械手将理料装置排组好的物料移动至空盘输送线体上的空杀菌盘内，然后机械手冶具将载有物料的杀菌盘码放至满垛输送线体的杀菌盘上，完成一层杀菌盘的码垛，直至码垛的杀菌盘达到预设的满垛数量，形成产品垛，满垛输送线体启动运行，将产品垛向自动台车的方向输送；
S3、自动控制系统采集到满垛输送线体上的产品垛信号后，逻辑判断自动台车符合入釜条件，控制自动台车启动运行，自动台车首先对接到产品垛对应的满垛输送线体上，同时驱动位于自动台车上的输送链条正转，把产品垛接驳至自动台车上，然后自动台车携带产品垛运行至已完成上一次杀菌并发出可装载信号的杀菌釜，自动台车和杀菌釜进行自动对接后，驱动位于自动台车上的输送链条正转，把产品垛送入杀菌釜，完成入釜；再次循环入釜过程，直至杀菌釜装满产品垛；
S4、杀菌釜杀菌结束后，进行出釜，出釜为S3中入釜的逆动作，自动台车将杀菌结束后的产品垛从杀菌釜接驳出来，自动台车对接到卸盘输送线体上，产品垛从自动台车上卸载至卸盘输送线体上；
S5、卸盘输送线体上的产品垛输送至拆码盘机，拆码盘机将产品垛进行拆盘，形成载有物料的单个杀菌盘；载有物料的单个杀菌盘通过卸盘输送线体输送至卸盘机内，卸盘机将杀菌盘上的物料移动至分行机上，分行机将物料分组成单行或双行进行输送，物料输送至除水风干线上，物料表面的水分被吹走、风干，最后继续输送至后续的包装工序进行包装；
S6、卸盘机将杀菌盘上的物料移动至分行机上后，空杀菌盘通过卸盘输送线体依次输送至空盘检测装置和翻盘装置，空盘检测装置检测杀菌盘内是否有物料，当杀菌盘内有物料时，该杀菌盘经过翻盘装置时，翻盘装置夹持杀菌盘进行倾斜翻倒物料，当杀菌盘内没有物料时，该杀菌盘经过翻盘装置时，翻盘装置不进行动作，经过翻盘装置后的空杀菌盘通过卸盘输送线体输送至空盘输送线体上进行循环利用。
采用上述技术方案，本发明实现的有益效果如下：
(1)本发明通过通过输送线体、重检机、金检机、理料装置、码盘机械人及冶具、空盘输送线体、满垛输送线体、自动台车、杀菌釜、卸盘输送线体、拆码盘机、卸盘机、分行机、除水风干线、空盘检测装置、翻盘装置和自动控制系统相互配合，实现杀菌盘在线自动循环，杀菌流水线的全程自动化、无人化，工艺设备布置合理、占地面积小、处理能力高，具有节约能源、产品质量稳定、生产效率高等优点，可广泛推广应用于中小食品企业实现杀菌流水线的全自动化，前景广阔，应用范围不限于盒装食品，各种袋装、棒状食品、料理包、铝膜包装休闲食品等均适用。
(2)采用码盘机械手和机械手冶具将理料装置排组好的物料移动至空盘输送线体上的空杀菌盘内，再码放至满垛输送线体的杀菌盘上，码盘机械手和机械手冶具为本技术领域通用的技术手段，简化设备选型，降低了设备维护和操作难度，换产更简单方便。
(3)通过空盘检测装置检测杀菌盘内是否有物料，空盘检测装置采用视觉检测方式，无需接触杀菌盘，通过工业相机对正在输送的杀菌盘高速拍照后进行图像比对分析，检查杀菌盘内是否有物料遗漏，如有遗漏则进行翻盘倒盘动作，若没有则正常输送，提高了输送线效率。
(4)杀菌盘采用闭环循环方式，减少意外污染的风险，保证了生产过程的干净卫生。
(5)采用自动台车接驳产品垛入釜和出釜，自动化程度高，安全性高，避免人工操作出现失误。
(6)空盘输送线体、满垛输送线体和卸盘输送线体均设计成模块式结构，便于根据杀菌釜容量和产能进行匹配，优化输送线体的缓存区块，保证流水线高效运行。
(7)空盘输送线体设计有入口和出口，可以随时根据需要添加或移除空杀菌盘。
(8)自动控制系统采用工业级主PLC+分栈的形式，减少了不同功能模块设备之间的干扰和影响，主PLC动态模拟现场实时动态显示，所有设备之间均通过工业级互联网通讯，可在控制主PLC的中央控制室进行集中调控，实现全线高度自动化和智能化。本发明中软件控制采用一键启动方式，自动进行故障检查和报警输出；可采用多配方设置功能，可以预存多个配方，便于操作和调整。
附图说明
图1为半自动杀菌工艺流程图；
图2为本发明的全自动食品杀菌流水线工艺流程图；
图3为本发明的全自动食品杀菌流水线系统的结构示意图。
图中，灌装机1、产品输送线体2、重检机3、金检机4、理料装置5、码盘机械手及冶具6、空盘输送线体7、满垛输送线体8、自动台车9、杀菌釜10、卸盘输送线体11、拆码盘机12、卸盘机13、分行机14、除水风干线15、空盘检测装置16、翻盘装置17和自动控制系统18。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
参照图2-3中，一种全自动食品杀菌流水线系统，包括灌装机1、产品输送线体2、重检机3、金检机4、理料装置5、码盘机械手及冶具6、空盘输送线体7、满垛输送线体8、自动台车9、杀菌釜10、卸盘输送线体11、拆码盘机12、卸盘机13、分行机14、除水风干线15、空盘检测装置16、翻盘装置17和自动控制系统18；
所述灌装机1、重检机3、金检机4和理料装置5依次设置在产品输送线体2上，灌装机1设置在产品输送线体2的前端，理料装置5设置在产品输送线体2的后端；
所述空盘输送线体7设置在理料装置5的后侧，空盘输送线体7的后侧设置满垛输送线体8和卸盘输送线体11，空盘输送线体7和满垛输送线体8上均匀设置杀菌盘；码盘机械手及冶具6设置在空盘输送线体7上侧，与理料装置5和满垛输送线体8相对应；
所述满垛输送线体8的后侧设置自动台车9，卸盘输送线体11一侧和自动台车9相对应，另一侧和空盘输送线体7连接，自动台车9的后侧设置杀菌釜10；
所述卸盘输送线体11上依次设置拆码盘机12、卸盘机13、空盘检测装置16和翻盘装置17，拆码盘机12设置在自动台车9一侧，翻盘装置17设置在空盘输送线体7一侧；
所述卸盘机13的后侧设置分行机14，分行机14的后侧设置除水风干线15；
所述自动控制系统18用于控制每个设备的动作。
本实施例1为对盒装鸭血进行高温短时杀菌的流水线系统，共4条产品输送线体2，每两条产品输送线体2为一组，每组产品输送线体2上设置的理料装置5位于产品输送线体2的中间，对应同一个码盘机械手及冶具6，即实施例1中共2台码盘机械手及冶具6。实施例1中的空盘输送线体7为直线型，满垛输送线体8为2条，一条为L型，一条为直线型，L型满垛输送线体8对应第1台码盘机械手及冶具6的两侧，以及第2台码盘机械手及冶具6的一侧，直线型满垛输送线体8对应第2台码盘机械手及冶具6的另一侧；满垛输送线体8的出口和卸盘输送线体11的入口处于同一直线，自动台车9可在满垛输送线体8和卸盘输送线体11之间直线移动；杀菌釜10共4台。
进一步地，所述重检机3用于检测物料的重量是否合格，将不合格的物料剔除；
所述金检机4用于检测物料中是否有金属异物，将有金属异物的物料剔除；
所述理料装置5用于将物料进行排组；
所述码盘机械手及冶具6包括码盘机械手和机械手冶具，码盘机械手用于将理料装置5排组好的物料移动至空盘输送线体7上的空杀菌盘内，机械手冶具用于将载有物料的杀菌盘码放至满垛输送线体8的杀菌盘上，形成产品垛；
所述自动台车9用于将产品垛从满垛输送线体8或杀菌釜10接驳至自动台车9上，将自动台车9上的产品垛送入杀菌釜10中或者卸盘输送线体11上；
所述拆码盘机12用于将产品垛进行拆盘，形成载有物料的单个杀菌盘；
所述卸盘机13用于将杀菌盘上的物料移动至分行机14上，卸盘机13包括卸盘机械手和卸料皮带，卸盘机械手用于抓取物料并卸料至卸料皮带上，卸料皮带用于将物料输送到分行机14位置；
所述分行14用于将物料分组成单行或双行进行输送；
所述除水风干线15用于将物料表面的水分吹走、风干，并输送至后续的包装工序进行包装；
所述空盘检测装置16用于检测杀菌盘内是否有物料；
所述翻盘装置17用于夹持杀菌盘进行倾斜翻倒物料。
进一步地，所述产品输送线体2、重检机3、金检机4、理料装置5与灌装机1的数量相匹配。
进一步地，所述空盘输送线体7的入口处添加空杀菌盘，卸盘输送线体11和空盘输送线体7的入口处连接。
进一步地，所述码盘机械手及冶具6设置在两台理料装置5的中间。码盘机械手及冶具6在满足产能的情况下可兼顾2台理料装置5。
进一步地，所述自动控制系统18包括中央控制系统和现场分控柜，现场分控柜分别和全自动食品杀菌流水线系统各设备相对应，分别控制各设备的功能，中央控制系统用于控制现场分控柜。通过现场分控柜就近控制相应设备的功能，减少不同设备之间的相互干扰；采用工业级PLC进行自动逻辑控制，实现全程自动化。
进一步地，所述除水风干线15包括网链输送机和风刀，风刀安装在网链输送机的上方。物料表面的水分被风刀吹走并风干，便于进入后续包装工序进行包装。
本发明的一种全自动食品杀菌流水线系统的使用方法，具体步骤如下：
S1、自动控制系统18采集灌装机1动作信号后，自动启动系统开始工作；当灌装好的物料通过产品输送线体2依次输送至重检机3、金检机4，分别进行重量和金属异物检测，将重量不合格、含有金属异物的物料剔除；合格的物料通过产品输送线体2输送至理料装置5，理料装置5将物料进行排组，当理料装置5中排组的物料到达设定的数值时，自动控制系统18中的中央控制系统按照软件程序进行逻辑判断后，控制码盘机械手及冶具6开始工作；
S2、空杀菌盘在空盘输送线体7上输送，码盘机械手将理料装置5排组好的物料移动至空盘输送线体7上的空杀菌盘内，然后机械手冶具将载有物料的杀菌盘码放至满垛输送线体8的杀菌盘上，完成一层杀菌盘的码垛，直至码垛的杀菌盘达到预设的满垛数量，形成产品垛，满垛输送线体8启动运行，将产品垛向自动台车9的方向输送；
自动控制系统18中的中央控制系统对码盘机械手及冶具6发出抓取指令，码盘机械手及冶具6接到抓取指令后启动，码盘机械手首先从理料装置5把排组好的物料吸附抓起后旋转到空盘输送线体7上的空杀菌盘上方，按照设定的动作，进行对正、快速下落、开爪、慢速下落、对正，将物料准确放置到杀菌盘内，然后空盘抓取的夹爪闭合，机械手冶具携带物料和杀菌盘快速提升、旋转、对正点减速对正、快速下落、慢速下落对准、开爪，把满载物料的杀菌盘码放至位于满垛输送线体8的杀菌盘上，完成一层杀菌盘的码垛，重复上述过程，直至达到程序配方设定的数量后，形成产品垛，满垛输送线体8启动运行，把产品垛输送出码垛的位置，机械手冶具周而复始开始新的码垛动作。
S3、自动控制系统18采集到满垛输送线体8上的产品垛信号后，逻辑判断自动台车9符合入釜条件，控制自动台车9启动运行，自动台车9首先对接到产品垛对应的满垛输送线体8上，同时驱动位于自动台车9上的输送链条正转，把产品垛接驳至自动台车9上，然后自动台车9携带产品垛运行至已完成上一次杀菌并发出可装载信号的杀菌釜10，自动台车9和杀菌釜10进行自动对接后，驱动位于自动台车9上的输送链条正转，把产品垛送入杀菌釜10，完成入釜；再次循环入釜过程，直至杀菌釜10装满产品垛；
S4、杀菌釜10杀菌结束后，进行出釜，出釜为S3中入釜的逆动作，自动台车9将杀菌结束后的产品垛从杀菌釜10接驳出来，自动台车9对接到卸盘输送线体11上，产品垛从自动台车9上卸载至卸盘输送线体11上；
S5、卸盘输送线体11上的产品垛输送至拆码盘机12，拆码盘机12将产品垛进行拆盘，形成载有物料的单个杀菌盘；载有物料的单个杀菌盘通过卸盘输送线体11输送至卸盘机13内，卸盘机13将杀菌盘上的物料移动至分行机14上，分行机14将物料分组成单行或双行进行输送，物料输送至除水风干线15上，物料表面的水分被吹走、风干，最后继续输送至后续的包装工序进行包装；
卸盘机13将杀菌盘上的物料移动至分行机14上时，卸盘机械手自动下降、抓取物料后进行提升、平移到卸料皮带上方，然后再下降、卸料到卸料皮带上，卸料皮带将物料输送至分行机14位置。
S6、卸盘机13将杀菌盘上的物料移动至分行机14上后，空杀菌盘通过卸盘输送线体11依次输送至空盘检测装置16和翻盘装置17，空盘检测装置16检测杀菌盘内是否有物料，当杀菌盘内有物料时，该杀菌盘经过翻盘装置17时，翻盘装置17夹持杀菌盘进行倾斜翻倒物料，当杀菌盘内没有物料时，该杀菌盘经过翻盘装置17时，翻盘装置17不进行动作，经过翻盘装置后的空杀菌盘通过卸盘输送线体11输送至空盘输送线体7上进行循环利用。
满垛输送线体8上的杀菌盘是由码盘机械手及冶具6抓取空盘输送线体7上的空杀菌盘并移动放置到满垛输送线体8上。
进一步地，所述卸盘机13和空盘检测装置16之间的卸盘输送线体11上设置拆码盘机12；所述卸盘输送线体11和空盘输送线体7的连接处与码盘机械手及冶具6之间的空盘输送线体7上设置拆码盘机12。当码盘机械手及冶具6的装盘速度大于卸盘机13卸盘的速度时，这两个拆码盘机12不动作，空杀菌盘直接向前输送；当码盘机械手及冶具6的装盘速度小于卸盘机13卸盘的速度时，在卸盘机13和空盘检测装置16之间的拆码盘机12先把空杀菌盘码放，再由在卸盘输送线体11和空盘输送线体7的连接处与码盘机械手及冶具6之间的拆码盘机12进行拆盘，将单个空杀菌盘放置到空盘输送线体7上。其中装盘速度和卸盘速度按照每分钟完成的盘数来计算。
整个系统在上电自检正常后即进入工作待机状态，空盘输送线体7即开始运行。实施例1的S5中后续的包装工序包括装箱码垛等工序。
本发明中的灌装机、产品输送线体、重检机、金检机、理料装置、码盘机械手及冶具、空盘输送线体、满垛输送线体、自动台车、杀菌釜、卸盘输送线体、拆码盘机、卸盘机、分行机、除水风干线、空盘检测装置和翻盘装置的每一个设备单独的结构为现有技术，自动控制系统的软件程序的设计为本领域技术人员的常规技术手段。