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摘 要：包装机械广泛应用于饮料、食品、化工等等行业。目前饮料化工等行业包装机械自动化程度已较高，甚至几家国内外知名公司可以提供整厂自动化解决方案，但是食品行业目前还难以摆脱对人工的需求，自动化也是集中于某些环节的单机产品，如何实现食品行业整线自动化值得我们大家一起思考、努力。
关键词：自控技术；食品包装机械；机器人；无人化工厂
自动控制技术是一门各行业广泛应用的综合性技术，集合了控制理论、系统工程、计算机技术、电力电子技术、电机传动、以及气动技术等等。随着科技的日益进步，自控技术在食品包装机械制造行业发挥着越来越重要的作用。而由于食品行业的独特性，自动化设备以单机为主，例如多头秤灌装、枕式包装机等。以枕式包装机为例，上料目前也是人工为主，上料整线自动化设备大部分也是依靠国外进口。国内设备生产商由于技术、成本等原因在整个自动化装备制造上和国外相比还有一些距离，从而导致食品厂实现自动化的成本过高，对人员的需求居高不下。
自动化设备从最早的按钮继电器控制到可编程控制器和人机界面再到工业计算机、伺服驱动、机器人技术、总线技术、网络技术、数据采集及图像处理系统等集成在一起，整个控制系统已经发生了翻天覆地的变化。从生产到仓储到物流到销售最后售后追踪，整套系统数据都可实行自动化管理。当前要做好食品包装行业机械设备自动化，实现真正无人化需要发展以下几个方面：
1、工业PC的应用。当前计算机技术发展已进入成熟期，软硬件都比较完善，工业计算机已经成为工业自动化应用中不可缺少的器件之一，它有计算机的特点，也有工业设备的实用性，会在未来的自动化进程中起到不可替代的作用。功能强大的工业计算机既可以当单机运动控制器又可以作为整线设备的大脑。而对于传统的控制任务，基于PC的控制技术提供了良好的可升级性和灵活性，将在以后的工业应用中取代现有的PLC控制器和传统的运动控制器。
2、运动控制系统的应用。包括利用伺服驱动及电机、直线电机等来做一些速度控制、位置控制、凸轮曲线运动、扭矩控制等等。闭环控制系统无论从精度或者速度上面都可以完全超越以往的开环控制系统或者传统PLC控制系统。伺服驱动技术也从早期发脉冲指令逐渐往集成高速总线方面发展，好的伺服驱动既可以位置模式运行也可以速度模式运行，电流环、速度环、位置环参数可以在驱动上面修改，也可以在运动控制器的软件中来修改。伺服驱动的功能在逐渐简单化，复杂的工作将慢慢向软件程序上面转移，伺服参数保存到工业计算机的内存当中，伺服驱动器故障只需更换硬件即可，使维护更加简单，而且伺服故障率低一般可保持60000小时无故障。
3、基于以太网的高速总线应用。现有的运动控制总线有多种多样，基于以太网技术的高速总线有奥地利B&R公司的POWERLINK，德国BECKHOFF的ETHERCAT，德国SIEMENS的PROFINET，以及其他一些公司运用的SERCOS Ⅲ等等。高速总线有以下几个特点：1、直达IO（输入输出）的实时以太网；2、没有网关延时；3、输入输出，传感器，显示单元等所有设备在同一个总线上；4、全双工速度可达2X100M；5、对TCP/IP协议兼容等等。并且高速总线可以向下兼容现有的PLC或者是变频器或者是传感器等等，拥有很强的开放性。现在越来越多的控制器、驱动器等等都在慢慢向高速总线靠拢，这对于设备制造商来讲是一个很好的事情，在选型、技术应用、成本方面出现更广阔的空间，可以选择性价比比较高的硬件，并且从控制到驱动到电机等等都可以自由搭配，这给打破垄断，最优化选型提供了最坚实的基础。
4、机器人技术的应用。当前食品包装行业人员需求较大，操作人员基数也较大，人员技术水平参差不齐，进而造成管理不便。而要减少人为干预，减少操作人员数量，实现自动化生产离不开机器人技术的应用。机器人技术是运动控制技术以及数控技术的延伸。现有工业机器人主要有重载和轻载，重载工业机器人主要应用于汽车行业，例如焊接、喷涂以及包装行业的码垛、装箱等搬运动作。轻载工业机器人主要应用于食品、药品、化工等行业分拣、装盒、替代人工上料等等速度要求较高的动作。以前工业机器人国内应用主要依靠进口，而今慢慢已经有一些大型公司在这一方面投入大量研发力量，中国包装行业龙头企业广州达意隆包装机械股份有限公司基于PC技术研发的DELTA机械手已经广泛应用于食品、物品的分拣和枕式包装机的上料，开放的机器人控制系统不光可以控制机器人本身还可以集成控制整线其他设备或者输送系统。要实现整线自动化，机器人在研发早期要注重系统的开放性和可集成性，要为整线产品开发而不是作为单机产品来定位。
5、视觉系统的应用。工业上视觉系统主要有两种：一种是智能相机，所有功能都集成在相机的处理芯片上面，利用PC对功能应用进行编程然后程序下载到相机处理器运行，这种应用操作相对简单，专用性强；还有一种是基于PC+图像采集卡，此类功能强大，自由度较高，当然对应用人员素质及经验要求相应较高，并且此类应用比较适合整线集成，视觉处理器直接用整线工业PC来代替，当然工业PC的性能要足够强大。一般来说，工业上视觉系统主要应用于定位捕捉、产品种类分辨、瑕疵检测、条码读取、二维码读取、异形判断等等方面，替代人眼，以及和其他执行机构信息共享，联合工作。
6、以太网技术和IT以及自动化技术完美融合。以太网作为集成式通讯系统，可将办公数据库、生产数据库、仓库数据库、销售数据库连在一起，通用型基于以太网的数据网络涵盖了传感器、执行单元、PC和管理层，执行单元可以直接与上位控制系统通讯，将不再需要多重数据管理，实现真正的数据共享，资源共享，使无人化工厂成为可能。另外无线网络技术可以使遠程维护和诊断更加方便，控制更加智能，从而不仅实现无人化工厂，更可实现智能化工厂。
7、电气控制安全性标准应用。随着国内自动化设备的蓬勃发展，不可避免的带来多种安全问题。电气控制安全关系到用户的人身安全和财产安全，不论设备自动化发展如何方便、如何智能，控制安全永远是排在首位，重中之重。机械初始设计过程要对自动化系统进行优化，保证机械设备各项安全指标能够符合机械控制安全管理的具体要求，提高机械设备的综合管理控制水平，为机械设计创造良好的设备安全环境，控制系统要能对机械运行中产生的故障进行全面检测与分析，对安全隐患进行分析和规避，提升设备的安全管理性能，并且使安全控制标准模块化，在实现无人化工厂过程中推广。从电气控制安全方面为食品安全贡献一份力量。
总的来说，工业PC技术，以太网技术、机器人技术、视觉系统等等将改变食品包装行业的控制模式，提高机电一体化的应用水平，开发真正的智能装备，实现优质、高效、低耗、智能、安全的无人化工厂。
参考文献
[1] 梁昌鑫，贾廷纲，陈孝祺.工业自动化现状与发展趋势[J].上海电机学院学报，2008[3].
[2] 马彦红，工业自动化现状及其应用[J].硅谷，2014[14]：40.
[3] 陈军进.工业自动化技术在各个工程领域中的应用[J]. 硅谷，2010[5]：129.
作者简介：
张扬辉，1983.4.27 ，男，汉族，本科，专业自动化，广州达意隆包装机械股份有限公司工业自动化事业部自控设计主管。
关键词：自控技术；食品包装机械；机器人；无人化工厂
自动控制技术是一门各行业广泛应用的综合性技术，集合了控制理论、系统工程、计算机技术、电力电子技术、电机传动、以及气动技术等等。随着科技的日益进步，自控技术在食品包装机械制造行业发挥着越来越重要的作用。而由于食品行业的独特性，自动化设备以单机为主，例如多头秤灌装、枕式包装机等。以枕式包装机为例，上料目前也是人工为主，上料整线自动化设备大部分也是依靠国外进口。国内设备生产商由于技术、成本等原因在整个自动化装备制造上和国外相比还有一些距离，从而导致食品厂实现自动化的成本过高，对人员的需求居高不下。
自动化设备从最早的按钮继电器控制到可编程控制器和人机界面再到工业计算机、伺服驱动、机器人技术、总线技术、网络技术、数据采集及图像处理系统等集成在一起，整个控制系统已经发生了翻天覆地的变化。从生产到仓储到物流到销售最后售后追踪，整套系统数据都可实行自动化管理。当前要做好食品包装行业机械设备自动化，实现真正无人化需要发展以下几个方面：
1、工业PC的应用。当前计算机技术发展已进入成熟期，软硬件都比较完善，工业计算机已经成为工业自动化应用中不可缺少的器件之一，它有计算机的特点，也有工业设备的实用性，会在未来的自动化进程中起到不可替代的作用。功能强大的工业计算机既可以当单机运动控制器又可以作为整线设备的大脑。而对于传统的控制任务，基于PC的控制技术提供了良好的可升级性和灵活性，将在以后的工业应用中取代现有的PLC控制器和传统的运动控制器。
2、运动控制系统的应用。包括利用伺服驱动及电机、直线电机等来做一些速度控制、位置控制、凸轮曲线运动、扭矩控制等等。闭环控制系统无论从精度或者速度上面都可以完全超越以往的开环控制系统或者传统PLC控制系统。伺服驱动技术也从早期发脉冲指令逐渐往集成高速总线方面发展，好的伺服驱动既可以位置模式运行也可以速度模式运行，电流环、速度环、位置环参数可以在驱动上面修改，也可以在运动控制器的软件中来修改。伺服驱动的功能在逐渐简单化，复杂的工作将慢慢向软件程序上面转移，伺服参数保存到工业计算机的内存当中，伺服驱动器故障只需更换硬件即可，使维护更加简单，而且伺服故障率低一般可保持60000小时无故障。
3、基于以太网的高速总线应用。现有的运动控制总线有多种多样，基于以太网技术的高速总线有奥地利B&R公司的POWERLINK，德国BECKHOFF的ETHERCAT，德国SIEMENS的PROFINET，以及其他一些公司运用的SERCOS Ⅲ等等。高速总线有以下几个特点：1、直达IO（输入输出）的实时以太网；2、没有网关延时；3、输入输出，传感器，显示单元等所有设备在同一个总线上；4、全双工速度可达2X100M；5、对TCP/IP协议兼容等等。并且高速总线可以向下兼容现有的PLC或者是变频器或者是传感器等等，拥有很强的开放性。现在越来越多的控制器、驱动器等等都在慢慢向高速总线靠拢，这对于设备制造商来讲是一个很好的事情，在选型、技术应用、成本方面出现更广阔的空间，可以选择性价比比较高的硬件，并且从控制到驱动到电机等等都可以自由搭配，这给打破垄断，最优化选型提供了最坚实的基础。
4、机器人技术的应用。当前食品包装行业人员需求较大，操作人员基数也较大，人员技术水平参差不齐，进而造成管理不便。而要减少人为干预，减少操作人员数量，实现自动化生产离不开机器人技术的应用。机器人技术是运动控制技术以及数控技术的延伸。现有工业机器人主要有重载和轻载，重载工业机器人主要应用于汽车行业，例如焊接、喷涂以及包装行业的码垛、装箱等搬运动作。轻载工业机器人主要应用于食品、药品、化工等行业分拣、装盒、替代人工上料等等速度要求较高的动作。以前工业机器人国内应用主要依靠进口，而今慢慢已经有一些大型公司在这一方面投入大量研发力量，中国包装行业龙头企业广州达意隆包装机械股份有限公司基于PC技术研发的DELTA机械手已经广泛应用于食品、物品的分拣和枕式包装机的上料，开放的机器人控制系统不光可以控制机器人本身还可以集成控制整线其他设备或者输送系统。要实现整线自动化，机器人在研发早期要注重系统的开放性和可集成性，要为整线产品开发而不是作为单机产品来定位。
5、视觉系统的应用。工业上视觉系统主要有两种：一种是智能相机，所有功能都集成在相机的处理芯片上面，利用PC对功能应用进行编程然后程序下载到相机处理器运行，这种应用操作相对简单，专用性强；还有一种是基于PC+图像采集卡，此类功能强大，自由度较高，当然对应用人员素质及经验要求相应较高，并且此类应用比较适合整线集成，视觉处理器直接用整线工业PC来代替，当然工业PC的性能要足够强大。一般来说，工业上视觉系统主要应用于定位捕捉、产品种类分辨、瑕疵检测、条码读取、二维码读取、异形判断等等方面，替代人眼，以及和其他执行机构信息共享，联合工作。
6、以太网技术和IT以及自动化技术完美融合。以太网作为集成式通讯系统，可将办公数据库、生产数据库、仓库数据库、销售数据库连在一起，通用型基于以太网的数据网络涵盖了传感器、执行单元、PC和管理层，执行单元可以直接与上位控制系统通讯，将不再需要多重数据管理，实现真正的数据共享，资源共享，使无人化工厂成为可能。另外无线网络技术可以使遠程维护和诊断更加方便，控制更加智能，从而不仅实现无人化工厂，更可实现智能化工厂。
7、电气控制安全性标准应用。随着国内自动化设备的蓬勃发展，不可避免的带来多种安全问题。电气控制安全关系到用户的人身安全和财产安全，不论设备自动化发展如何方便、如何智能，控制安全永远是排在首位，重中之重。机械初始设计过程要对自动化系统进行优化，保证机械设备各项安全指标能够符合机械控制安全管理的具体要求，提高机械设备的综合管理控制水平，为机械设计创造良好的设备安全环境，控制系统要能对机械运行中产生的故障进行全面检测与分析，对安全隐患进行分析和规避，提升设备的安全管理性能，并且使安全控制标准模块化，在实现无人化工厂过程中推广。从电气控制安全方面为食品安全贡献一份力量。
总的来说，工业PC技术，以太网技术、机器人技术、视觉系统等等将改变食品包装行业的控制模式，提高机电一体化的应用水平，开发真正的智能装备，实现优质、高效、低耗、智能、安全的无人化工厂。
参考文献
[1] 梁昌鑫，贾廷纲，陈孝祺.工业自动化现状与发展趋势[J].上海电机学院学报，2008[3].
[2] 马彦红，工业自动化现状及其应用[J].硅谷，2014[14]：40.
[3] 陈军进.工业自动化技术在各个工程领域中的应用[J]. 硅谷，2010[5]：129.
作者简介：
张扬辉，1983.4.27 ，男，汉族，本科，专业自动化，广州达意隆包装机械股份有限公司工业自动化事业部自控设计主管。