文献综述
本课题的意义及应用价值:
随着工业的不断进步与发展,“工业4.0”又成了最热门的概念。“工业4.0”是德国人在2013年4月的汉诺威工业博览会上提出的,是以蒸汽机、大规模流水线生产和电气自动化为标志的继前三次工业革命之后的第四次工业革命[1] [2] [3]。流水线作为启动“规模经济[4]”的一种思维方式,百年来不断进化和迭代的流水线和规模化生产大大推进了现代工业文明,发展至今,工业流水线已转向“合作自动化[5]”。在社会快速发展、竞争激烈的今天,企业流水线生产扮演着重要的角色,而流水线自动化作为工业自动化的一部分是现代化控制系统中重要组成部分,其提高生产效率[6],降低成产工艺成本,提高产品质量[7],最大限度地满足生产要求将直接决定各企业工厂能否紧跟社会脚步;赢得时间,占领市场甚至将决定企业的生死存亡。
传输带是生产系统中重要的物料传送工具,广泛应用于煤炭、电力、建材、机械、轻工业等行业的物料传送系统[8] [9] [10]。一般传输带的电气控制系统采用硬件连接方式的继电器控制系统,设备故障率高、可靠性低、体积大、维修改造不方便,已不能满足现代生产线物料传送系统的管理需要。而PLC作为微型电子计算机与常规控制元件(如继电器等)互相结合形成的新型工业自动化控制装置,在传输带的控制系统中占有绝对优势[11] [12]。它能把继电器控制简单易行、成本低、容易掌握等优点和计算机的功能完善、灵活方便、通用性好等特点结合起来[13],不仅可以取代传统的继电器接触器控制系统,还可以进行复杂的过程控制和构成分布式自动化系统[14] [15] [16]。
江苏欧凯包装科技有限公司是一家常年从事食品干燥剂、脱氧剂封装的企业。多年来,立足市场,不断创新,保持着不错的市场占有率,但随着其他企业的崛起,竞争不断加剧,人工成本增大,其中最消耗人工成本的就是食品干燥剂的计数封装。所以,江苏欧凯包装科技有限公司希望可以提升自身企业的竞争力,设计出一条封装车间的物料传送系统,可以操控多台包装机器的计数、装袋、传送以及封装,提高自动化水平,大幅度减轻一线工人的劳动强度和现场管理难度,实现一个工人管理一个车间从送料到包装全生产线的目标。
为了适应江苏欧凯包装科技有限公司的工业生产需要,本课题试图开发基于PLC的物料传送自动计数封装系统,并借用必要的精密仪器(如红外传感器),使其能够对包装好的小袋食品干燥剂进行计数,实现多机工作时的同步物料传送封装,适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产[17]。在此设计中,PLC取代了传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制、用于车间多机工作的流水线物料传送控制系统,大大降低车间生产成本,实现生产和管理的规范化、科学化、自动化。
本课题研究的现状及发展趋势:
食品和包装机械行业形成于20世纪70年代末与80年代初[18],经过80年代的快速发展,90年代的高速增长,引进吸收国外先进技术,不断拓展国内产化生产,现在已进入创新发展的关键时期。食品包装机械行业以11%~12%的平均增长速度发展,已成为机械工业系统14大行业之一[19],初步满足了我国食品工业的需要。食品干燥剂作为加工食品中必不可少的添加物,其包装自动化量产也是急需解决的问题。
车间生产流水线物料传送控制是企业现代化生产的重要组成部分,面对激烈的市场竞争,车间惯用的人力包装运输方式已不能适应快速增长的生产速率[20]。为了提高生产效率,降低生产成本,减轻一线工人的劳动强度,要求达到整个生产车间从给料到包装运输的过程全自动化,这就离不开车间生产流水线物料传送系统[21] [22]。
随着自动化的不断发展,车间生产线的产品运输控制得到不断的改善,生产效率也不断提高, 国内外车间生产流水线产品运输控制系统经历了以下几个阶段:
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