摘  要：食品包裝機械自動化有利于提高設備的生產率，滿足人們日益增長的生活需求，保證食品

包裝的一致性和安全性．指出要實現食品包裝機械自動化，需要考慮包括控制器、傳感器、伺服驅

動技術、人機交互界面及網絡技術等問題；同時從食品包裝機械自動化的發(fā)展趨勢看，要加強對設

備的數控化，設備信息的一體化及設備故障診斷的智能化等方面的研究．

    食品包裝機械是指能完成全部或部分產品和食品包裝過程的機械．包裝過程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及與其相關的前后工序，如清洗、堆碼和拆卸等．此外，包裝還包括計量或在包裝件』二蓋印等工序．食品包裝機械具有自己的特點：1)種類繁多，功能各異，更新快．目前世界上包裝機械的品種已達到2 000種左右，這還不包括一些輔助機械和包裝材料機械、包裝容器的加工機械在內．隨著社會產品不斷增多，包裝材料和包裝工藝的變換，包裝機構的運動副迅速更新，并向更高的技術水平發(fā)展．2)包裝機械機構復雜，要求動作精確，工序多，速度快，影響其結構性能的因素多(如被包裝物品的尺寸、形狀，包裝材料、容器的質量，包裝：l：藝等)，對包裝機械的設計和制造要求高(如精度、剛度和耐磨性等)．

1 食品包裝機械實現自動控制的必要性

食品和包裝機械形成行業(yè)已20多年，相對于食品工業(yè)，還是一個新行業(yè)．目前國內食品包裝機械企業(yè)組合化和機電一體化生產力較低，多數食品包裝機械企業(yè)以生產單機為主，生產效率低、能耗高，穩(wěn)定性和可靠性差，控制技術和自動化技術應用較少．這幾年是世界技術發(fā)展較快的時期，新技術不斷在行業(yè)上應用，而國內行業(yè)的基礎薄弱，技術及科研力量不足，其發(fā)展相對滯后，在某種程度上拖了食品和包裝工業(yè)的后腿。隨著人們生活水平的迅速提高，食品行業(yè)的發(fā)展空間愈發(fā)巨大．為了滿足人們日新月異的消費需求，對食品包裝機械提出了以下要求：1)食品包裝機械的生產效率越高越好．2)食品包裝機械具有很高的柔性和靈活性，能有效保證包裝機械可根據被包裝物品的要求和包裝材料的不同，實現包裝規(guī)格化、標準化，符合集合包裝的要求．3)對食品包裝機械在工作過程中發(fā)生的故障要迅速排除．4)食品包裝機械具有自動識別功能．5)食品包裝機械的包裝過程要實現綠色包裝．6)保證食品生產和包裝過程的安全衛(wèi)生．

由此可見，實現食品包裝機械的自動化，尤其是實現具有高度柔性的自動包裝線，不僅體現了現代生產的發(fā)展方向，同時也可以使企業(yè)獲得巨大的經濟效益．

2 食品包裝機械實現自動控制的途徑

自動化技術可有效提高食品包裝機械的國內外競爭力，對我國食品包裝機械發(fā)展具有重要意義，是我國食品包裝機械發(fā)展的必由之路．

2．1 食品包裝機械的控制方式

食品從生產到包裝，整個過程可采用3種控制方式：開環(huán)控制，對產品質量和包裝要求不高的食品包裝機械，可采用此種方式．成本低、可靠性高是其優(yōu)勢．閉環(huán)控制，利用安裝在食品包裝機械上的各種傳感器檢測設備的工作狀態(tài)，并將檢測到的信息反饋到設備的控制器來實現閉環(huán)控制．對產品質量和包裝要求高的食品包裝機械，可采用此種方式．半閉環(huán)控制，利用安裝在食品包裝機械上某些位置的傳感器檢測設備的工作狀態(tài)，這些檢測到的信息只是間接反映了設備的工作狀態(tài)．對產品質量和包裝要求較高的食品包裝機械，半閉環(huán)控制是主要選擇．

2．2食品包裝機械上的控制器

自動化控制產品已逐步應用在食品包裝機械行業(yè)．就目前在食品包裝機械上采用的控制器而言，可以分為以下幾類、’：1)采用簡單的繼電器回路，利用按鈕對設備進行操作控制，設備功能單一固定，柔性差，自動化水平低．2)使用可編程邏輯控制器(PLC)強大的順序控制和邏輯控制功能，對食品包裝機械進行控制，設備的可靠性和靈活性得到更大的提升；同時為了方便操作人員操縱設備，采用人機交互圖形界面(HMI)，交互性好，食品包裝機械的自動化水平得到迅速提高，這也是目前在國內食品包裝機械應用較廣泛的一種方式．3)總線技術的成熟，使在食品包裝機械上使用PROFIBUS—DP、CC—link和DEVI—CENET等現場總線技術、遠程I／O技術和網絡通訊技術成為事實．這在一定程度上發(fā)揮了自動化產品的優(yōu)勢，為整個生產線的無人化操作以及為設備的傳動、檢測等工序的無縫銜接提供了便利．4)采用計算機作為主控機，PLC等工業(yè)計算機作為現場控制器，對設備進行管理．

同時PackML技術在食品包裝機械上的應用，使得食品包裝機械自動化技術進一步標準化，控制接口規(guī)范化，提高設備的靈活性和市場適應能力．

2．3食品包裝機械上的驅動技術

食品包裝機械的動作組成多，動作細，速度快，而且各個動作在設備的工作過程中要協(xié)調一致，以便實現設備精確的位置控制和各部分嚴格的速度同步．傳統(tǒng)的食品包裝機械一般采用一個主電機作為動力源，通過復雜的機械傳動，實現各個分動作．整個機械結構十分繁瑣，故障率高，而且設備維護或維修起來較困難．將先進的伺服驅動技術應用到食品包裝機械上，可以使整個設備的機械傳動裝置得到精簡．如在食品包裝機械上應用三軸聯(lián)動或多軸聯(lián)動伺服驅動技術，既能保證設備可靠高效的運行，又能使整個設備的機械傳動機構簡單化．食品包裝機械上常用的伺服電機有步進電機、直流電機和交流電機，設備的速度控制可通過步進電機的細分技術、直流電機的PWM技術、交流電機的變頻技術等來實現．

伺服驅動技術主要應用于食品的輸送、裝卸、碼垛、卸垛、打標等工序．可根據食品包裝機械中采用的伺服驅動技術不同，將其劃分高、中、低檔，這與食品包裝機械采用的控制方式相對應，有利于食品包裝機械的產品升級．

2．4食品包裝機械上的傳感器

要實現食品包裝機械設備的自動化，在設備上安裝傳感器是必不可少的．如在食品飲料存儲罐的監(jiān)控、灌裝封裝、混合及加工、冷卻及加溫、清潔、包裝等工序中都要用到傳感器．在食品包裝機械上可應用的傳感器有電感傳感器、壓力傳感器、光電傳感器、電容傳感器等6-7．廣東組合秤領域，有一家規(guī)模制造企業(yè)，就是廣東精威智能機器有限公司，這家企業(yè)產品線寬且深，象上述四類傳感器，產品線上都用到了，而且每一類都是更大幅度的使用。

3 食品包裝機械自動化的發(fā)展方向

3．1 食品包裝機械的數控化

將開發(fā)數控機床的成功經驗應用到食品包裝機械的設計與開發(fā)上，采用數字控制，可以應用程序來控制食品包裝機械的包裝過程和包裝動作，提高設備使用的柔性和適應面，有利于提升食品包裝機械的設備價值．

3．2食品包裝機械的信息一體化

    CAD技術在工程領域已得到廣泛應用．將CAD技術應用到食品包裝機械上，可以大大縮短設備的設計開發(fā)周期，在設計過程中可應用人機工程學，充分考慮人操作起來方便與否來進行反復多次的設計；對設計出來的結果應用CAE軟件進行性能和結構的優(yōu)化，使設計滿足綠色環(huán)保的要求；應用CAPP技術將產品的各個零件盡量標準化，對零件進行編碼歸類，對每一類零件進行加工工藝規(guī)劃，存儲到加工知識庫中；在產品的制造過程中，可應用CAM技術進行零件的加工過程仿真和數控加工代碼的生成，實現產品的虛擬制造或應用數控加工技術快速制造設備．食品包裝機械設備從市場需求和調研開始，到最后設備的維修和保養(yǎng)整個過程可以統(tǒng)一歸納到CIMS中去．在食品包裝機械上采用CAX技術，有利于適應市場快速多變的需求8-9．

3．3食品包裝機械監(jiān)控和故障診斷智能化

    為了提高食品包裝機械的自動化程度，保證設備的利用率和生產率，有必要建立食品包裝機械的故障診斷和監(jiān)控系統(tǒng)．在廣泛收集設備在工作過程中發(fā)生的故障現象、故障原因和故障位置的基礎上，建立設備的故障診斷系統(tǒng)．利用多傳感器信息融合的監(jiān)控系統(tǒng)，對設備進行實時監(jiān)控．發(fā)現問題時，可利用設備故障診斷系統(tǒng)，通過智能的正向推理和反向推理相結合，快速幫助用戶確定和解決故障．企業(yè)利用網絡技術也很容易實現遠程監(jiān)控和設備故障診斷、自動排除，減少人工參與，保證食品包裝機械生產的產品在生產中沒有人為接觸和污染，產品質量均勻統(tǒng)一．安全衛(wèi)生．同時借助現有的商用網絡，設備制造商可以很輕松實現異地對生產線的監(jiān)控、診斷和修改，提高自己的產品在市場上的競爭力．

4 結束語

在“十二五”期間，食品包裝機械總產值可望突破4000億元。”。目前在食品包裝機械快速發(fā)展的背后，大量技術含量高的設備是依靠進口．因此，在今后的食品包裝機械設計中，應注重提高設備的自動化水平，在設備的機械結構領域中充分應用先進的控制和伺服驅動技術，將數字化技術融入到設備的研發(fā)和制造過程中，以實現設備的完全自動化、高效化、節(jié)能化、綠色化．