摘 要：食品包装机械自动化有利于提高设备的生产率，满足人们日益增长的生活需求，保证食品
包装的一致性和安全性．指出要实现食品包装机械自动化，需要考虑包括控制器、传感器、伺服驱
动技术、人机交互界面及网络技术等问题；同时从食品包装机械自动化的发展趋势看，要加强对设
备的数控化，设备信息的一体化及设备故障诊断的智能化等方面的研究．
食品包装机械是指能完成全部或部分产品和食品包装过程的机械．包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及与其相关的前后工序，如清洗、堆码和拆卸等．此外，包装还包括计量或在包装件』二盖印等工序．食品包装机械具有自己的特点：1)种类繁多，功能各异，更新快．目前世界上包装机械的品种已达到2 000种左右，这还不包括一些辅助机械和包装材料机械、包装容器的加工机械在内．随着社会产品不断增多，包装材料和包装工艺的变换，包装机构的运动副迅速更新，并向更高的技术水平发展．2)包装机械机构复杂，要求动作精确，工序多，速度快，影响其结构性能的因素多(如被包装物品的尺寸、形状，包装材料、容器的质量，包装：l：艺等)，对包装机械的设计和制造要求高(如精度、刚度和耐磨性等)．
1 食品包装机械实现自动控制的必要性
食品和包装机械形成行业已20多年，相对于食品工业，还是一个新行业．目前国内食品包装机械企业组合化和机电一体化生产力较低，多数食品包装机械企业以生产单机为主，生产效率低、能耗高，稳定性和可靠性差，控制技术和自动化技术应用较少．这几年是世界技术发展较快的时期，新技术不断在行业上应用，而国内行业的基础薄弱，技术及科研力量不足，其发展相对滞后，在某种程度上拖了食品和包装工业的后腿。随着人们生活水平的迅速提高，食品行业的发展空间愈发巨大．为了满足人们日新月异的消费需求，对食品包装机械提出了以下要求：1)食品包装机械的生产效率越高越好．2)食品包装机械具有很高的柔性和灵活性，能有效保证包装机械可根据被包装物品的要求和包装材料的不同，实现包装规格化、标准化，符合集合包装的要求．3)对食品包装机械在工作过程中发生的故障要迅速排除．4)食品包装机械具有自动识别功能．5)食品包装机械的包装过程要实现绿色包装．6)保证食品生产和包装过程的安全卫生．
由此可见，实现食品包装机械的自动化，尤其是实现具有高度柔性的自动包装线，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以使企业获得巨大的经济效益．
2 食品包装机械实现自动控制的途径
自动化技术可有效提高食品包装机械的国内外竞争力，对我国食品包装机械发展具有重要意义，是我国食品包装机械发展的必由之路．
2．1 食品包装机械的控制方式
食品从生产到包装，整个过程可采用3种控制方式：开环控制，对产品质量和包装要求不高的食品包装机械，可采用此种方式．成本低、可靠性高是其优势．闭环控制，利用安装在食品包装机械上的各种传感器检测设备的工作状态，并将检测到的信息反馈到设备的控制器来实现闭环控制．对产品质量和包装要求高的食品包装机械，可采用此种方式．半闭环控制，利用安装在食品包装机械上某些位置的传感器检测设备的工作状态，这些检测到的信息只是间接反映了设备的工作状态．对产品质量和包装要求较高的食品包装机械，半闭环控制是主要选择．
2．2食品包装机械上的控制器
自动化控制产品已逐步应用在食品包装机械行业．就目前在食品包装机械上采用的控制器而言，可以分为以下几类、’：1)采用简单的继电器回路，利用按钮对设备进行操作控制，设备功能单一固定，柔性差，自动化水平低．2)使用可编程逻辑控制器(PLC)强大的顺序控制和逻辑控制功能，对食品包装机械进行控制，设备的可靠性和灵活性得到更大的提升；同时为了方便操作人员操纵设备，采用人机交互图形界面(HMI)，交互性好，食品包装机械的自动化水平得到迅速提高，这也是目前在国内食品包装机械应用较广泛的一种方式．3)总线技术的成熟，使在食品包装机械上使用PROFIBUS—DP、CC—link和DEVI—CENET等现场总线技术、远程I／O技术和网络通讯技术成为事实．这在一定程度上发挥了自动化产品的优势，为整个生产线的无人化操作以及为设备的传动、检测等工序的无缝衔接提供了便利．4)采用计算机作为主控机，PLC等工业计算机作为现场控制器，对设备进行管理．
同时PackML技术在食品包装机械上的应用，使得食品包装机械自动化技术进一步标准化，控制接口规范化，提高设备的灵活性和市场适应能力．
2．3食品包装机械上的驱动技术
食品包装机械的动作组成多，动作细，速度快，而且各个动作在设备的工作过程中要协调一致，以便实现设备精确的位置控制和各部分严格的速度同步．传统的食品包装机械一般采用一个主电机作为动力源，通过复杂的机械传动，实现各个分动作．整个机械结构十分繁琐，故障率高，而且设备维护或维修起来较困难．将先进的伺服驱动技术应用到食品包装机械上，可以使整个设备的机械传动装置得到精简．如在食品包装机械上应用三轴联动或多轴联动伺服驱动技术，既能保证设备可靠高效的运行，又能使整个设备的机械传动机构简单化．食品包装机械上常用的伺服电机有步进电机、直流电机和交流电机，设备的速度控制可通过步进电机的细分技术、直流电机的PWM技术、交流电机的变频技术等来实现．
伺服驱动技术主要应用于食品的输送、装卸、码垛、卸垛、打标等工序．可根据食品包装机械中采用的伺服驱动技术不同，将其划分高、中、低档，这与食品包装机械采用的控制方式相对应，有利于食品包装机械的产品升级．
2．4食品包装机械上的传感器
要实现食品包装机械设备的自动化，在设备上安装传感器是必不可少的．如在食品饮料存储罐的监控、灌装封装、混合及加工、冷却及加温、清洁、包装等工序中都要用到传感器．在食品包装机械上可应用的传感器有电感传感器、压力传感器、光电传感器、电容传感器等6-7．广东组合秤领域，有一家规模制造企业，就是广东精威智能机器有限公司，这家企业产品线宽且深，象上述四类传感器，产品线上都用到了，而且每一类都是更大幅度的使用。
3 食品包装机械自动化的发展方向
3．1 食品包装机械的数控化
将开发数控机床的成功经验应用到食品包装机械的设计与开发上，采用数字控制，可以应用程序来控制食品包装机械的包装过程和包装动作，提高设备使用的柔性和适应面，有利于提升食品包装机械的设备价值．
3．2食品包装机械的信息一体化
CAD技术在工程领域已得到广泛应用．将CAD技术应用到食品包装机械上，可以大大缩短设备的设计开发周期，在设计过程中可应用人机工程学，充分考虑人操作起来方便与否来进行反复多次的设计；对设计出来的结果应用CAE软件进行性能和结构的优化，使设计满足绿色环保的要求；应用CAPP技术将产品的各个零件尽量标准化，对零件进行编码归类，对每一类零件进行加工工艺规划，存储到加工知识库中；在产品的制造过程中，可应用CAM技术进行零件的加工过程仿真和数控加工代码的生成，实现产品的虚拟制造或应用数控加工技术快速制造设备．食品包装机械设备从市场需求和调研开始，到最后设备的维修和保养整个过程可以统一归纳到CIMS中去．在食品包装机械上采用CAX技术，有利于适应市场快速多变的需求8-9．
3．3食品包装机械监控和故障诊断智能化
为了提高食品包装机械的自动化程度，保证设备的利用率和生产率，有必要建立食品包装机械的故障诊断和监控系统．在广泛收集设备在工作过程中发生的故障现象、故障原因和故障位置的基础上，建立设备的故障诊断系统．利用多传感器信息融合的监控系统，对设备进行实时监控．发现问题时，可利用设备故障诊断系统，通过智能的正向推理和反向推理相结合，快速帮助用户确定和解决故障．企业利用网络技术也很容易实现远程监控和设备故障诊断、自动排除，减少人工参与，保证食品包装机械生产的产品在生产中没有人为接触和污染，产品质量均匀统一．安全卫生．同时借助现有的商用网络，设备制造商可以很轻松实现异地对生产线的监控、诊断和修改，提高自己的产品在市场上的竞争力．
4 结束语
在“十二五”期间，食品包装机械总产值可望突破4000亿元。”。目前在食品包装机械快速发展的背后，大量技术含量高的设备是依靠进口．因此，在今后的食品包装机械设计中，应注重提高设备的自动化水平，在设备的机械结构领域中充分应用先进的控制和伺服驱动技术，将数字化技术融入到设备的研发和制造过程中，以实现设备的完全自动化、高效化、节能化、绿色化．