生產(chǎn)線自動裝箱裝置控制系統(tǒng)設(shè)計文獻(xiàn)綜述

1、攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文 文獻(xiàn)綜述題 目 生產(chǎn)線自動裝箱裝置控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號指導(dǎo)教師評語 :指導(dǎo)教師評定成績 簽字:交叉評閱教師評語 :交叉評閱教師評定成績 簽字:文獻(xiàn)綜述:生產(chǎn)線自動裝箱裝置控制系統(tǒng)設(shè)計1 本課題的研究意義當(dāng)今時代, 由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展, 自動化生產(chǎn)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到越 來越廣泛的應(yīng)用。 在機(jī)械制造、 電子等行業(yè)已經(jīng)設(shè)計和制造出大量的類型各異的 自動化生產(chǎn)線。 這些自動化生產(chǎn)線的使用, 在提高勞動效率和產(chǎn)品的質(zhì)量、 改善 工人勞動條件、降低能源消耗、節(jié)約材料等方面均取得了顯著的成效 1。 而對于以前, 當(dāng)生產(chǎn)力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如現(xiàn)在代, 生產(chǎn)線都十分復(fù)雜并且嚴(yán)重

2、浪費 財力物力, 從而生產(chǎn)出來的商品的合格率也令人堪憂, 生產(chǎn)的發(fā)展受到了很大的 制約。 這種情況下先驅(qū)改革者們開始思考用一種方法來改變這一現(xiàn)實, 生產(chǎn)者們 希望能通過制造各種機(jī)器來完全代替手工制作, 而其他工人就只需要在旁邊對機(jī) 器進(jìn)行控制與操作即可, 每一道工序如:清點產(chǎn)品的數(shù)目, 自動包裝等工序都能 讓機(jī)器精確很而快速的進(jìn)行。1969年,美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC 研制出第一臺可編程控制器 , 用于通用 汽車的生產(chǎn)線, 取代生產(chǎn)線上的繼電器控制系統(tǒng), 開創(chuàng)了工業(yè)控制的新紀(jì)元。 1971年,日本、德國、英國、法國等相繼開發(fā)了適于本國的可編程控制器,并推廣應(yīng) 用 2。從此之后,這項新得技術(shù)迅速

3、在全球得到廣泛推廣與應(yīng)用,這項技術(shù)最大 限度的按照人們預(yù)先的期望來實現(xiàn)生產(chǎn)及控制, 使生產(chǎn)效率大大的提高, 使繁重 的生產(chǎn)至此變得簡單、有序、準(zhǔn)確。在自動化生產(chǎn)逐步普及的當(dāng)今, 包裝機(jī)械自動化程度的優(yōu)劣直接會對產(chǎn)品的 質(zhì)量和生產(chǎn)效率產(chǎn)生重大的影響。 在工業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)中時常需要對產(chǎn)品進(jìn)行計 數(shù), 包裝。 但是這些繁雜的工作如果都讓人工去完成的話不但麻煩, 而且生產(chǎn)效 率低下, 勞動強(qiáng)度讓人難以忍受, 這不能夠達(dá)到現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。 為了適應(yīng)現(xiàn) 代化大批量生產(chǎn)一種產(chǎn)品, 促進(jìn)工業(yè)現(xiàn)代化的飛速發(fā)展, 增加國民經(jīng)濟(jì), 提高廣 大勞動人民的生活水平 , 就應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確的設(shè)計出一套完整的自動化生產(chǎn)線,再用這

4、 種自動化生產(chǎn)線來取代人工完成各種各樣的繁雜工作。 而且還需要有對產(chǎn)品進(jìn)行計數(shù), 包裝等各道程序。 生產(chǎn)自動化技術(shù)的使用大幅度的提高了工廠的經(jīng)濟(jì)效益, 這在包裝業(yè)中體現(xiàn)的尤為明顯。 特別是近年來, 包裝生產(chǎn)線的自動化、 電子監(jiān)測 和控制系統(tǒng)的大力發(fā)展, 使包裝企業(yè)以高速度、 較少的停機(jī)時間和包裝故障, 以 及產(chǎn)品損耗減少、工傷和老毛病降低等優(yōu)點而獲得出色的成績。 2002年 11月 3至 7日在芝加哥舉行的國際 PACK EXPO 上, 我們可以看到多家自動化公司展示的 最新的包裝設(shè)備和新技術(shù)。這些經(jīng)濟(jì)實用的自動化技術(shù)將會成為未來的發(fā)展力 量?？梢娮詣友b箱技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。當(dāng)然由于生產(chǎn)的

5、產(chǎn)品不同, 各種類型的自動化生產(chǎn)線的大小不一, 結(jié)構(gòu)有別, 功能各異。 我們可以把自動化生產(chǎn)線分為五個部分:機(jī)械本體、 檢測、 信息處理、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和接口部分。 從功能上來看, 不論何種類型的自動化生產(chǎn)線都應(yīng)具備最 基本的四大功能:即運轉(zhuǎn)功能、控制功能、檢測功能和驅(qū)動功能。運轉(zhuǎn)功能在自 動化生產(chǎn)線中依靠動力源來提供。 控制功能在自動生產(chǎn)線當(dāng)中得以實現(xiàn), 是由微 型機(jī)、 單片機(jī)、 可編程控制器或其他一些電子裝置來承擔(dān)完成的。 在工作過程中, 設(shè)在各部位的傳感器把信號檢測出來,控制裝置對信號進(jìn)行儲存、運輸、運算、 變換等等, 然后用相應(yīng)的接口電路向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出命令, 完成必要的動作。 檢測 功能主

6、要有位置傳感器、直線位移傳感器、角位移傳感器等各種傳感器來實現(xiàn)。 傳感器收集生產(chǎn)線上的各種信息,如:位置、溫度、壓力、流量等傳遞給信息處 理部分完成控制作用。驅(qū)動功能主要有電動機(jī)、液壓缸、氣壓缸、電磁閥、機(jī)械 手或機(jī)器人等執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成 1。2 生產(chǎn)線自動化的發(fā)展概況2.1國內(nèi)研究的歷史及現(xiàn)狀中國的包裝業(yè)相對于如美國和歐盟等這些發(fā)達(dá)國家而言就相當(dāng)落后, 但是卻 具有非常大的發(fā)展?jié)摿Α？刂葡到y(tǒng)早在 20世紀(jì)四十年代就已經(jīng)開始運用了,最 初的現(xiàn)場基地式儀表和后來的繼電器成為了控制系統(tǒng)的前身。 現(xiàn)在通常所說的控 制系統(tǒng), 大多指的是采用電腦或微處理器進(jìn)行智能控制的電子系統(tǒng), 在控制系統(tǒng) 多年發(fā)展的歷

7、史上,它被稱為第三代控制系統(tǒng)。這一代系統(tǒng)以 PLC 為代表,從 70年代開始應(yīng)用以來,在輕工、電力、冶金、石油等工業(yè)過程控制中得到飛速 的發(fā)展。 PLC ,即可編程控制器,開始主要是從順序控制發(fā)展而來,但自從 90年代以來,隨著通信技術(shù)、電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, PLC 的性能得到了大 規(guī)模的拓展, PLC 的應(yīng)用范圍也逐漸向連續(xù)流程工業(yè)生產(chǎn)方面進(jìn)軍,這一應(yīng)用極 大的使得自動化生產(chǎn)線得到了前所未有的發(fā)展。在中國, 自動化技術(shù)還沒有成熟, 需要較長一段時間的積累和發(fā)展, 因此在 以后各行業(yè)將會有足夠的空間來發(fā)展這項技術(shù), 這理所當(dāng)然的成為未來很長一段 時間內(nèi)的發(fā)展方向和趨勢。 目前而言中國的

8、經(jīng)濟(jì)發(fā)展局勢也表明了十分需要各種 高技術(shù)來支持, 這樣才能滿足有一個比較穩(wěn)定的發(fā)展基礎(chǔ)。 國家西部大開發(fā)的政 策方針就必然伴隨著許多高技術(shù)的轉(zhuǎn)移, 各類工業(yè)生產(chǎn)也將需要自動化技術(shù)大力 支持, 因此加大發(fā)展自動化生產(chǎn)的力度也就成為了目前以及未來必然的趨勢。 相 信中國經(jīng)濟(jì)跨越式進(jìn)步的背景下必將有生產(chǎn)自動化技術(shù)成熟后的深遠(yuǎn)影響。 現(xiàn)階段我國自動化市場有著活躍的發(fā)展?fàn)顩r, 這種前提下劇烈地促進(jìn)了對各 種自動化人才的大量需求。 此外, 國外自動化企業(yè)正在實施的包括人員本土化在 內(nèi)的全方位戰(zhàn)略,這一舉措也使得我國對自動化人才需求的與日驟增。 ABB是 一家國家著名的跨國公司,被廣大業(yè)內(nèi)人士稱為“多國部隊

9、”。因為 ABB 更加重 視在它的業(yè)務(wù)發(fā)展到的任何一個地方,都毫不猶豫并全力地推行人才本土化戰(zhàn) 略。 2004年 10月 25日, ABB 集團(tuán)董事長兼首席執(zhí)行官杜曼先生在北京的新聞發(fā) 布會上曾表示:5年后,中國將取代美國和德國成為 ABB 的第一大市場。為了順 利實現(xiàn)這一目標(biāo), ABB 已經(jīng)制定了清晰的 5點戰(zhàn)略,其中包括培養(yǎng)本地人才。根 據(jù)計劃,到 2008年 ABB 將在中國招聘新員工 5000名。那時, ABB 在中國的雇員 總數(shù)將達(dá)到約 12,000名。這些目標(biāo)在此后一一得到了具體體現(xiàn)?，F(xiàn)在,與一系 列的中國本土化戰(zhàn)略相對應(yīng), 更多的跨國企業(yè)都把大規(guī)模的招募計劃排上了日程 安排甚至早

10、已經(jīng)在實施。2.2國外生產(chǎn)線自動化發(fā)展概況可編程控制器 (PLC 是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的實時工業(yè)控制裝置。 隨著電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機(jī)通用技術(shù)的飛速發(fā)展, PLC 在硬件配置、 軟件編程、 通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進(jìn)步, 已經(jīng)成為 工廠自動化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。 用內(nèi)部編程 “軟元件” 取代繼電器邏輯控制電路中 的大量的時間繼電器和中間繼電器簡化控制線路、有效提高系統(tǒng)的可靠性,是 PLC 的突出特點;根據(jù)實際工藝要求,借助于順序功能圖(SFC 和梯形圖來編制用戶程序, 實現(xiàn)單臺設(shè)備或生產(chǎn)過程的順序控制, 則是 PLC 主要功能的具體體 現(xiàn) 3。在許多工業(yè)比較發(fā)

11、達(dá)的國家之中, 配電系統(tǒng)的自動化得到了各個企業(yè)甚至國 家的高度重視, 他們配電系統(tǒng)的自動化已經(jīng)形成了集電容器組調(diào)節(jié)控制、 變電所 自動化、 遠(yuǎn)方抄表和饋線分段開關(guān)測控等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng) (DMS , 其功能已經(jīng)多達(dá) 140余種。另外, 國外許多著名電力系統(tǒng)設(shè)備的制造廠家?guī)缀醵家呀?jīng)涉足配電系統(tǒng)自動 化領(lǐng)域,如美國 COOPER 公司、德國西門子公司、日本東芝公司、法國施耐德公 司等,他們均已經(jīng)推出了具有自主產(chǎn)權(quán)的配電網(wǎng)自動化產(chǎn)品。在這些產(chǎn)品中 PLC 的運用占有舉足輕重的作用,它對自動化生產(chǎn)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在國外,自從上個世紀(jì) 30年代開始,許多機(jī)械加工企業(yè)為了大幅度提高生 產(chǎn)效率,

12、 就開始采用機(jī)械化流水生產(chǎn)線的作業(yè)方式, 并且大型自動生產(chǎn)線所需要 加工的對象也發(fā)生了很大的變化。但是由于生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)大量地使用繼電 器, 而繼電器在頻繁工作情況下使用壽命都不長, 這種狀況使的生產(chǎn)線的可靠性 大為降低。因此許多公司為了解決這一問題而投入了大量的財力物力,直到 20世紀(jì) 60年代美國推出可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller , PLC 取代一直以來使用的繼電器控制裝置后, PLC 的發(fā)展開始進(jìn)入黃金時期,迅速在 全球各地得到了大規(guī)模使用。20世紀(jì)末期,可編程控制器更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模 上來說, 這個時期發(fā)展了大型

13、機(jī)及超小型機(jī); 從控制能力上說, 誕生了各種各樣 的特殊功能單元,用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合;從產(chǎn)品 的配套能力上來說, 生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元, 通訊單元, 使應(yīng)用可編程控制器 的工業(yè)自動控制系統(tǒng)的配套更加容易。21世紀(jì)的最初幾年,伴隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷進(jìn)步,可編程控制器重點 發(fā)展了網(wǎng)絡(luò)通訊能力。 可編程控制器在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的各個層面上開始發(fā)揮重要 作用。 這標(biāo)志著可編程控制器已從單臺設(shè)備的控制及小型生產(chǎn)線的控制發(fā)展為石 油化工、冶金鋼鐵、機(jī)械制造、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的大型或集散控制系統(tǒng)中的 基礎(chǔ)及骨干的設(shè)備 4。PLC 之所以在全球范圍內(nèi)得到廣泛推崇,它的工作原理是不

14、可忽視的。 PLC的 CPU 中有著一種叫程序計數(shù)器的元件，它起著指示程序步存儲地址的作用。在 指令下達(dá)之后，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為 END 指令），每當(dāng)執(zhí)行一步之后計數(shù)器都要自動加 1，之后再返回起始步開始循環(huán)運 算 。 PLC 每 完 成 一 次 循 環(huán) 操 作 所 需 的 時 間 稱 為 一 個 掃 描 周 期 ， 在掃描的過程之中要進(jìn)行 4 個方面的工作：以故障診斷和處理為主的公共操作; 處理工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù) I/O 操作；執(zhí)行用戶程序和外設(shè)服務(wù)操作5。PLC 用梯形圖 編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點。 3 生產(chǎn)線自動化的發(fā)展趨勢 自動化生產(chǎn)線是在流

15、水線的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的。 它不僅要求線體上各種 機(jī)械加工裝置能自動完成預(yù)定的各道工序級工藝過程，使產(chǎn)品成為合格品的制 品，而且要求在裝卸工件、定位夾緊、工件在工序間的輸送、工件的分揀甚至包 裝的方面都能自動地進(jìn)行。 為了達(dá)到這一要求，人們通過自動輸送及其他一些輔 助裝置按工序順序各種機(jī)械加工裝置連成一體，并通過液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)和電 氣控制系統(tǒng)將各個部分動作聯(lián)系起來，使其按照規(guī)定的程序自動地進(jìn)行工作。我 們把這種自動工作的裝置系統(tǒng)稱為自動化生產(chǎn)線。 現(xiàn)今階段， 自動化生產(chǎn)線應(yīng)滿足眾多的要求， 主要涉及的下列幾項指標(biāo)： （1） 提高質(zhì)量；（2）增加生產(chǎn)；（3）為適應(yīng)生產(chǎn)變化而更換模具的時間短

16、；（4） 生產(chǎn)過程的監(jiān)控；（5）操作人員的安全。 為了滿足上述要求，自動化系統(tǒng)的應(yīng)用增加了下列任務(wù)：（1）收集與管理 產(chǎn)品及機(jī)器參數(shù)。 這個任務(wù)的增加可以提高工作效率，同時也可給設(shè)備的維護(hù)提 供方便。（2）存儲最佳生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為連續(xù)生產(chǎn)過程制作實驗數(shù)據(jù)以及自動糾正 加工數(shù)據(jù)1。 自動化生產(chǎn)線所涉及的技術(shù)領(lǐng)域是很廣泛的，所以它的發(fā)展、完善是與各種 相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步及互相滲透是緊密相連的。 因而自動化生產(chǎn)線的發(fā)展概況就必須 以整個支持自動化生產(chǎn)線有關(guān)技術(shù)的發(fā)展聯(lián)系起來。技術(shù)應(yīng)用發(fā)展如下： （1）應(yīng)用可編程控制器（PLC）技術(shù)：PLC 主要以順序控制作為主要的控制方式， 而以回路的各種調(diào)節(jié)作為輔住功能的

17、一種工業(yè)控制計算機(jī)。 它不僅能夠完成邏輯 運算、時間控制、數(shù)量計量和對工作過程的記憶等功能，而且能對開關(guān)控制量和 模擬數(shù)據(jù)量實現(xiàn)大范圍地控制。可編程控制器（PLC）技術(shù)的運用完美地解決了 工業(yè)上控制用的計算機(jī)諸多難題，比如復(fù)雜的程序編程，由于外部接口的不標(biāo)準(zhǔn) 5 引起的組合復(fù)雜問題， 各種生產(chǎn)機(jī)械的不合理運用導(dǎo)致的資源浪費以及適應(yīng)能力 差等各種缺陷。 但是運用 PLC 技術(shù)就能非常好的解決這些問題，于是大量的傳統(tǒng) 順序控制器被其廣泛所取代。 （2） 應(yīng)用機(jī)械手、機(jī)械人技術(shù)：在現(xiàn)代化自動生產(chǎn)線中工件的裝卸及自身的夾 緊定位， 工件在各個階段的傳送，排除生產(chǎn)過程中的各種加工余量和生產(chǎn)線包裝 等方面

18、， 機(jī)械手技術(shù)都得到了廣泛的運用。而新一代的機(jī)器人正在火熱的研發(fā)當(dāng) 中，它具有傳統(tǒng)機(jī)器人所不具備的許多操作技能，而且更加的智能化，具備許多 人類具備的感知能力。 并且這種機(jī)器人判斷， 應(yīng)急能力均達(dá)到了一個新的高度能。 這些技術(shù)正逐漸應(yīng)用到自動生產(chǎn)線中。 （3） 應(yīng)用傳感技術(shù)： 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展， 新材料不斷地被開發(fā)出來， 不斷出現(xiàn)的各式物理效應(yīng)，一個新興的科學(xué)體系誕生-傳感器應(yīng)用技術(shù)。隨著 “智能傳感器” 加載的微型處理器的廣泛運用，傳感技術(shù)在自動生產(chǎn)線的生產(chǎn)中 起到了不可忽視的作用，他被大量的運用于各種復(fù)雜的自動控制程序監(jiān)視。 （4）應(yīng)用液壓和氣壓傳動技術(shù)：特別是氣動技術(shù)，由于使用的是取之不盡的的 空氣作為介質(zhì)，具有傳動反應(yīng)快、動作迅速、氣動元件制作容易、成本小和便于 集中供應(yīng)和長距離輸送等優(yōu)點。 而引起人們的普遍重視。氣動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為 一個獨立的技術(shù)領(lǐng)域。 在各行各業(yè)，特別是在自動線中得到迅速發(fā)展和廣泛地應(yīng) 用。 （5）應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛躍發(fā)展：就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛躍，無論是現(xiàn)場總線還是工 業(yè)太網(wǎng)絡(luò)，使得自動線中的各個控制單元構(gòu)成一個協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)的整體。7 總之， 所有這些支持自動線的機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使得自動線功 能更加齊全、完善、先進(jìn)，從而能完成技術(shù)性更加復(fù)雜的操作和生產(chǎn)線裝配工藝