生產線自動裝箱裝置控制系統(tǒng)設計文獻綜述

1、攀枝花學院本科畢業(yè)設計(論文 文獻綜述題 目 生產線自動裝箱裝置控制系統(tǒng)設計 學生姓名 學號指導教師評語 :指導教師評定成績 簽字:交叉評閱教師評語 :交叉評閱教師評定成績 簽字:文獻綜述:生產線自動裝箱裝置控制系統(tǒng)設計1 本課題的研究意義當今時代, 由于科學技術的快速發(fā)展, 自動化生產技術在工業(yè)生產中得到越 來越廣泛的應用。 在機械制造、 電子等行業(yè)已經設計和制造出大量的類型各異的 自動化生產線。 這些自動化生產線的使用, 在提高勞動效率和產品的質量、 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, 當生產力還遠遠不如現在代, 生產線都十分復雜并且嚴重

2、浪費 財力物力, 從而生產出來的商品的合格率也令人堪憂, 生產的發(fā)展受到了很大的 制約。 這種情況下先驅改革者們開始思考用一種方法來改變這一現實, 生產者們 希望能通過制造各種機器來完全代替手工制作, 而其他工人就只需要在旁邊對機 器進行控制與操作即可, 每一道工序如:清點產品的數目, 自動包裝等工序都能 讓機器精確很而快速的進行。1969年,美國數字設備公司(DEC 研制出第一臺可編程控制器 , 用于通用 汽車的生產線, 取代生產線上的繼電器控制系統(tǒng), 開創(chuàng)了工業(yè)控制的新紀元。 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 用 2。從此之后,這項新得技術迅速

3、在全球得到廣泛推廣與應用,這項技術最大 限度的按照人們預先的期望來實現生產及控制, 使生產效率大大的提高, 使繁重 的生產至此變得簡單、有序、準確。在自動化生產逐步普及的當今, 包裝機械自動化程度的優(yōu)劣直接會對產品的 質量和生產效率產生重大的影響。 在工業(yè)的現代化生產中時常需要對產品進行計 數, 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, 而且生產效 率低下, 勞動強度讓人難以忍受, 這不能夠達到現代化生產的需要。 為了適應現 代化大批量生產一種產品, 促進工業(yè)現代化的飛速發(fā)展, 增加國民經濟, 提高廣 大勞動人民的生活水平 , 就應當準確的設計出一套完整的自動化生產線,再用這

4、 種自動化生產線來取代人工完成各種各樣的繁雜工作。 而且還需要有對產品進行計數, 包裝等各道程序。 生產自動化技術的使用大幅度的提高了工廠的經濟效益, 這在包裝業(yè)中體現的尤為明顯。 特別是近年來, 包裝生產線的自動化、 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、 較少的停機時間和包裝故障, 以 及產品損耗減少、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 最新的包裝設備和新技術。這些經濟實用的自動化技術將會成為未來的發(fā)展力 量?？梢娮詣友b箱技術的應用前景十分廣闊。當然由于生產的

5、產品不同, 各種類型的自動化生產線的大小不一, 結構有別, 功能各異。 我們可以把自動化生產線分為五個部分:機械本體、 檢測、 信息處理、 執(zhí)行機構和接口部分。 從功能上來看, 不論何種類型的自動化生產線都應具備最 基本的四大功能:即運轉功能、控制功能、檢測功能和驅動功能。運轉功能在自 動化生產線中依靠動力源來提供。 控制功能在自動生產線當中得以實現, 是由微 型機、 單片機、 可編程控制器或其他一些電子裝置來承擔完成的。 在工作過程中, 設在各部位的傳感器把信號檢測出來,控制裝置對信號進行儲存、運輸、運算、 變換等等, 然后用相應的接口電路向執(zhí)行機構發(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。 傳感器收集生產線上的各種信息,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。驅動功能主要有電動機、液壓缸、氣壓缸、電磁閥、機械 手或機器人等執(zhí)行機構來完成 1。2 生產線自動化的發(fā)展概況2.1國內研究的歷史及現狀中國的包裝業(yè)相對于如美國和歐盟等這些發(fā)達國家而言就相當落后, 但是卻 具有非常大的發(fā)展?jié)摿??？刂葡到y(tǒng)早在 20世紀四十年代就已經開始運用了,最 初的現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、電子技術和計算機技術的發(fā)展, PLC 的性能得到了大 規(guī)模的拓展, PLC 的應用范圍也逐漸向連續(xù)流程工業(yè)生產方面進軍,這一應用極 大的使得自動化生產線得到了前所未有的發(fā)展。在中國, 自動化技術還沒有成熟, 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, 這理所當然的成為未來很長一段 時間內的發(fā)展方向和趨勢。 目前而言中國的

8、經濟發(fā)展局勢也表明了十分需要各種 高技術來支持, 這樣才能滿足有一個比較穩(wěn)定的發(fā)展基礎。 國家西部大開發(fā)的政 策方針就必然伴隨著許多高技術的轉移, 各類工業(yè)生產也將需要自動化技術大力 支持, 因此加大發(fā)展自動化生產的力度也就成為了目前以及未來必然的趨勢。 相 信中國經濟跨越式進步的背景下必將有生產自動化技術成熟后的深遠影響。 現階段我國自動化市場有著活躍的發(fā)展狀況, 這種前提下劇烈地促進了對各 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)內人士稱為“多國部隊

9、”。因為 ABB 更加重 視在它的業(yè)務發(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 利實現這一目標, ABB 已經制定了清晰的 5點戰(zhàn)略,其中包括培養(yǎng)本地人才。根 據計劃,到 2008年 ABB 將在中國招聘新員工 5000名。那時, ABB 在中國的雇員 總數將達到約 12,000名。這些目標在此后一一得到了具體體現?，F在,與一系 列的中國本土化戰(zhàn)略相對應, 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、已經在實施。2.2國外生產線自動化發(fā)展概況可編程控制器 (PLC 是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的實時工業(yè)控制裝置。 隨著電子技術、自動控制技術和計算機通用技術的飛速發(fā)展, PLC 在硬件配置、 軟件編程、 通訊聯網功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進步, 已經成為 工廠自動化的標準配置之一。 用內部編程 “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, 實現單臺設備或生產過程的順序控制, 則是 PLC 主要功能的具體體 現 3。在許多工業(yè)比較發(fā)

11、達的國家之中, 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)的自動化已經形成了集電容器組調節(jié)控制、 變電所 自動化、 遠方抄表和饋線分段開關測控等系統(tǒng)于一體的配電網管理系統(tǒng) (DMS , 其功能已經多達 140余種。另外, 國外許多著名電力系統(tǒng)設備的制造廠家?guī)缀醵家呀浬孀闩潆娤到y(tǒng)自動 化領域,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,他們均已經推出了具有自主產權的配電網自動化產品。在這些產品中 PLC 的運用占有舉足輕重的作用,它對自動化生產產生了深遠的影響。在國外,自從上個世紀 30年代開始,許多機械加工企業(yè)為了大幅度提高生 產效率,

12、 就開始采用機械化流水生產線的作業(yè)方式, 并且大型自動生產線所需要 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 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)展開始進入黃金時期,迅速在 全球各地得到了大規(guī)模使用。20世紀末期,可編程控制器更加適應于現代工業(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、機及超小型機; 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、轉速、位移等各式各樣的控制場合;從產品 的配套能力上來說, 生產了各種人機界面單元, 通訊單元, 使應用可編程控制器 的工業(yè)自動控制系統(tǒng)的配套更加容易。21世紀的最初幾年,伴隨著現場總線技術的不斷進步,可編程控制器重點 發(fā)展了網絡通訊能力。 可編程控制器在工業(yè)控制網絡的各個層面上開始發(fā)揮重要 作用。 這標志著可編程控制器已從單臺設備的控制及小型生產線的控制發(fā)展為石 油化工、冶金鋼鐵、機械制造、汽車、輕工業(yè)等領域的大型或集散控制系統(tǒng)中的 基礎及骨干的設備 4。PLC 之所以在全球范圍內得到廣泛推崇,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器的元件，它起著指示程序步存儲地址的作用。在 指令下達之后，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），每當執(zhí)行一步之后計數器都要自動加 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)現場的數據 I/O 操作；執(zhí)行用戶程序和外設服務操作5。PLC 用梯形圖 編程，在解算邏輯方面，表現出快速的優(yōu)點。 3 生產線自動化的發(fā)展趨勢 自動化生產線是在流

15、水線的基礎上逐漸發(fā)展起來的。 它不僅要求線體上各種 機械加工裝置能自動完成預定的各道工序級工藝過程，使產品成為合格品的制 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行。 為了達到這一要求，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)將各個部分動作聯系起來，使其按照規(guī)定的程序自動地進行工作。我 們把這種自動工作的裝置系統(tǒng)稱為自動化生產線。 現今階段， 自動化生產線應滿足眾多的要求， 主要涉及的下列幾項指標： （1） 提高質量；（2）增加生產；（3）為適應生產變化而更換模具的時間短

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

17、一種工業(yè)控制計算機。 它不僅能夠完成邏輯 運算、時間控制、數量計量和對工作過程的記憶等功能，而且能對開關控制量和 模擬數據量實現大范圍地控制?？删幊炭刂破鳎≒LC）技術的運用完美地解決了 工業(yè)上控制用的計算機諸多難題，比如復雜的程序編程，由于外部接口的不標準 5 引起的組合復雜問題， 各種生產機械的不合理運用導致的資源浪費以及適應能力 差等各種缺陷。 但是運用 PLC 技術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） 應用機械手、機械人技術：在現代化自動生產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，排除生產過程中的各種加工余量和生產線包裝 等方面

18、， 機械手技術都得到了廣泛的運用。而新一代的機器人正在火熱的研發(fā)當 中，它具有傳統(tǒng)機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。 并且這種機器人判斷， 應急能力均達到了一個新的高度能。 這些技術正逐漸應用到自動生產線中。 （3） 應用傳感技術： 隨著現代科學技術的飛速發(fā)展， 新材料不斷地被開發(fā)出來， 不斷出現的各式物理效應，一個新興的科學體系誕生-傳感器應用技術。隨著 “智能傳感器” 加載的微型處理器的廣泛運用，傳感技術在自動生產線的生產中 起到了不可忽視的作用，他被大量的運用于各種復雜的自動控制程序監(jiān)視。 （4）應用液壓和氣壓傳動技術：特別是氣動技術，由于使用的是取之不盡的的 空氣作為介質，具有傳動反應快、動作迅速、氣動元件制作容易、成本小和便于 集中供應和長距離輸送等優(yōu)點。 而引起人們的普遍重視。氣動技術已經發(fā)展成為 一個獨立的技術領域。 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 用。 （5）應用網絡技術的飛躍發(fā)展：就是網絡技術的飛躍，無論是現場總線還是工 業(yè)太網絡，使得自動線中的各個控制單元構成一個協(xié)調運轉的整體。7 總之， 所有這些支持自動線的機電一體化技術的進一步發(fā)展，使得自動線功 能更加齊全、完善、先進，從而能完成技術性更加復雜的操作和生產線裝配工藝