自動灌裝封蓋機的PLC控制文獻綜述

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1、 本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻綜述 設(shè)計 (論文)題目 自動灌裝封蓋機的PLC控制 作者所在系別 機械工程系 作者所在專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 作者所在班級 作 者 姓 名 作 者 學 號 指導教師姓名 指導教師職稱 副教授 完 成 時 間 2010 年 12 月 17

2、 說 明 1．根據(jù)學?！懂厴I(yè)設(shè)計(論文)工作暫行規(guī)定》，學生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻綜述。文獻綜述作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．文獻綜述應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成，由指導教師簽署意見并經(jīng)所在專業(yè)教研室審查。 3．文獻綜述各項內(nèi)容要實事求是，文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．學生撰寫文獻綜述，閱讀的主要參考文獻應在10篇以上（土建類專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減），其中外文資料應占一定比例。本學科的基礎(chǔ)和專業(yè)課教材一般不應列為參考資料。

3、5．文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設(shè)計(論文)撰寫規(guī)范的要求，字數(shù)在2000字左右。文獻綜述應與開題報告同時提交。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）文 獻 綜 述 《自動灌裝封蓋機的PLC控制》的文獻綜述 內(nèi)容摘要：通過翻閱這些參考資料和文獻，深入了解了當代的自動控制技術(shù)，對一些生產(chǎn)線實例的了解與學習，進一步學習了生產(chǎn)控制的方法，并能對整個生產(chǎn)流程的技術(shù)設(shè)計有一定的了解，從而對灌裝機的控制有了方向性的指導。由于本次設(shè)計用到了PLC，通過對書中PLC系統(tǒng)設(shè)計方法深入的學習，對灌裝機的PLC控制方法有了初步的模型。這些參考資料和文獻，對準確設(shè)計低成本高技術(shù)的PLC系統(tǒng)有著方

4、向性的指導。 關(guān)鍵詞：自動控制 PC DCS 灌裝控制 PLC 發(fā)展方向 第一章 前言 工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。 工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的

5、的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動化技術(shù)作為20世紀現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。 灌裝機行業(yè)競爭激烈，企業(yè)要在激烈的競爭中站穩(wěn)腳步，需要不斷的改進產(chǎn)品質(zhì)量，向自動化、高效化發(fā)展。可編程控制器PLC以其抗干擾能力強，可靠性高，編程簡單，性能價格比高等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛應用，利用PLC實現(xiàn)灌裝封蓋機的自動控制，結(jié)構(gòu)靈活、維護簡單、體積小，可大幅度節(jié)約使用成本，而且設(shè)備運行安全平穩(wěn)。 利用PLC實現(xiàn)飲料行業(yè)自動灌裝封口機的控制，主要分析研

6、究產(chǎn)品生產(chǎn)流程的數(shù)據(jù)采集，PLC接線，程序編制，整個過程的控制協(xié)調(diào)以保證生產(chǎn)的持續(xù)性和對產(chǎn)品質(zhì)量的保證。 通過PLC控制大大提高生產(chǎn)的自動化控制，實現(xiàn)產(chǎn)品的無菌包裝和定量包裝，從而使得食品生產(chǎn)的質(zhì)量和效率能滿足更高的要求。 第二章 主題部分 一、我國自動控制的發(fā)展現(xiàn)狀 我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路，大多是在引進成套設(shè)備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發(fā)和應用。目前我國工業(yè)控制自動化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計算機系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展。 1. 以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)

7、控制自動化將成為主流 眾所周知，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠技術(shù)進步（即新設(shè)備、新工藝以及計算機應用）開始對傳統(tǒng)工業(yè)進行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。20世紀末世界上最大的變化就是全球市場的形成。全球市場導致競爭空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場時間（Time to Market）、改善質(zhì)量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務體系（Service），這就是企業(yè)的T.Q.C.S.。雖然計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企業(yè)實現(xiàn)“在正確的時間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五

8、個正確”。然而這種自動化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時是高風險的發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在我國，中小型企業(yè)以及準大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控制自動化的道路。 工業(yè)控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎(chǔ)自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎(chǔ)自動化和過程自動化。 傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進口的過程計算機或小型機組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應用軟件的價格之高令眾多企業(yè)望而卻步。 20世紀90年代以來，由于PC-based的工業(yè)計算機（簡稱工業(yè)PC）的發(fā)展，以工

9、業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡組成的PC-based的自動化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實現(xiàn)低成本工業(yè)自動化的重要途徑。我國重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐，也拆除了原來DCS或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器，而改用工業(yè)PC來組成控制系統(tǒng)，并采用模糊控制算法，獲得了良好效果。 由于基于PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護人員接受，所以，一個接一個的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用PC控制方案?；赑C的控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，從長遠角度看，PC控制系統(tǒng)維護成本低。由于可編程控制器（PLC）受PC控制的威脅最大，所

10、以PLC供應商對PC的應用感到很不安。事實上，他們現(xiàn)在也加入到了PC控制“浪潮”中。 近年來，工業(yè)PC在我國得到了異常迅速的發(fā)展。從世界范圍來看，工業(yè)PC主要包含兩種類型：IPC工控機和CompactPCI工控機以及它們的變形機，如AT96總線工控機等。由于基礎(chǔ)自動化和過程自動化對工業(yè)PC的運行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現(xiàn)有的IPC已經(jīng)不能完全滿足要求，將逐漸退出該領(lǐng)域，取而代之的將是 CompactPCI-based工控機，而IPC將占據(jù)管理自動化層。國家于2001年設(shè)立了“以工業(yè)控制計算機為基礎(chǔ)的開放式控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”工業(yè)自動化重大專項，目標就是發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PC

11、-based控制系統(tǒng)，在3(5年內(nèi)，占領(lǐng)30%(50%的國內(nèi)市場，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 幾年前，當“軟PLC”出現(xiàn)時，業(yè)界曾認為工業(yè)PC將會取代PLC。然而，時至今日工業(yè)PC并沒有代替PLC，主要有兩個原因：一個是系統(tǒng)集成原因；另一個是軟件操作系統(tǒng)Windows NT的原因。一個成功的PC-based控制系統(tǒng)要具備兩點：一是所有工作要由一個平臺上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。可以預見，工業(yè)PC與PLC的競爭將主要在高端應用上，其數(shù)據(jù)復雜且設(shè)備集成度高。工業(yè)PC不可能與低價的微型PLC競爭，這也是PLC市場增長最快的一部分。從發(fā)展趨勢看，控制系統(tǒng)的將來很可能存在于工業(yè)PC 和

12、PLC之間，這些融合的跡象已經(jīng)出現(xiàn)。 和PLC一樣，工業(yè)PC市場在過去的兩年里保持平穩(wěn)。與PLC相比，工業(yè)PC軟件很便宜。據(jù)Frost & Sullivan公司估計，全世界每年7億美元工業(yè)PC市場里，大約8500萬美元為控制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。到2007年會翻一番，工業(yè)PC市場變得非常可觀。 長期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂品桨福cDCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢。同時，PLC也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。 微型化、網(wǎng)絡化、PC化和開放性是PLC未來發(fā)展的主要方向

13、。在基于PLC自動化的早期，PLC體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32 I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價格只有幾百歐元。隨著軟PLC（Soft PLC）控制組態(tài)軟件的進一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長。 當前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)的擴展，PLC也不例外?，F(xiàn)在越來越多的PLC供應商開始提供Ethernet接口?？梢韵嘈?，PLC將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。 2.面向測控管一體化設(shè)計的DCS系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Con

14、trol System）問世于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國。我國從70年代中后期起，首先由大型進口設(shè)備成套中引入國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當時，我國主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進口。80年代初期在引進、消化和吸收的同時，開始了研制國產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。 雖然國產(chǎn)DCS的發(fā)展取得了長足進步，但國外DCS產(chǎn)品在國內(nèi)市場中占有率還較高，其中主要是Honeywell和橫河公司的產(chǎn)品。我國DCS的市場年增長率約為20%，年市場額約為30(35億元。由于近5年內(nèi)DCS在石化行業(yè)大型自控裝置中沒有可替代產(chǎn)品，所以其市場增長率不會下降

15、。據(jù)統(tǒng)計，到2005年，我國石化行業(yè)有1000多套裝置需要應用DCS控制；電力系統(tǒng)每年新裝1000多萬千瓦發(fā)電機組，需要DCS實現(xiàn)監(jiān)控；不少企業(yè)已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。所以，今后5年內(nèi)DCS作為自動化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品的地位不會動搖。 根據(jù)中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會公布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2002年我國DCS市場狀況如下：小型化、多樣化、PC化和開放性是未來DCS發(fā)展的主要方向。目前小型DCS所占有的市場，已逐步與PLC、工業(yè)PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先與這三種系統(tǒng)融合，而且“軟DCS”技術(shù)將首先在小型DCS中得到發(fā)展。PC-based控制將更加廣泛地應用于中小規(guī)模的過程

16、控制，各DCS廠商也將紛紛推出基于工業(yè)PC的小型DCS系統(tǒng)。開放性的DCS系統(tǒng)將同時向上和向下雙向延伸，使來自生產(chǎn)過程的現(xiàn)場數(shù)據(jù)在整個企業(yè)內(nèi)部自由流動，實現(xiàn)信息技術(shù)與控制技術(shù)的無縫連接，向測控管一體化方向發(fā)展。 二、自動控制的發(fā)展方向 1.控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場總線（FCS）方向發(fā)展 由于3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)的發(fā)展，過程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS（Fieldbus Control System）。FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場設(shè)備（Field Device）中?；诂F(xiàn)場總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互

17、操作的新一代生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)，它將取代現(xiàn)場一對一的4(20mA模擬信號線，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化。 根據(jù)IEC61158的定義，現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線使測控設(shè)備具備了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場總線標準工作，走過了16年的艱難歷程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的標準制定就陷于混亂。2000年初公布的IE

18、C61158現(xiàn)場總線國際標準子集有八種，分別為： 類型1 IEC技術(shù)報告（FFH1）； 類型2 Control-NET（美國Rockwell公司支持）； 類型3 Profibus（德國Siemens公司支持）； 類型4 P-NET（丹麥Process Data公司支持）； 類型5 FFHSE（原FFH2）高速以太網(wǎng)（美國Rosemount公司支持）； 類型6 Swift-Net（美國波音公司支持）； 類型7 WorldFIP（法國Alsto公司支持）； 類型8 Interbus（美國Phoenix Contact

19、公司支持）。 除了IEC61158的8種現(xiàn)場總線外，IEC TC17B通過了三種總線標準：SDS（Smart Distributed System）；ASI（Actuator Sensor Interface）；Device NET。另外，ISO公布了ISO 11898 CAN標準。其中Device NET于2002年10月8日被中國批準為國家標準，并于2003年4月1日開始實施。 目前在各種現(xiàn)場總線的競爭中，以Ethernet為代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術(shù)正成為現(xiàn)場總線發(fā)展中新的亮點。其關(guān)注的焦點主要集中在兩個方面：

20、 (1) 能否出現(xiàn)全世界統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標準； (2) 現(xiàn)場總線系統(tǒng)能否全面取代現(xiàn)時風靡世界的DCS系統(tǒng)。 采用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)造低成本的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，促進現(xiàn)場儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢。國家在“九五”期間為了加快現(xiàn)場總線技術(shù)在我國的發(fā)展，重點放在智能化儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的開發(fā)和工程化上，補充和完善工藝設(shè)備、開發(fā)裝置和測試裝置，建立智能化儀表和開發(fā)自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)基地，形成適度規(guī)模經(jīng)濟。2000年，“九五”國家科技攻關(guān)計劃“新一代全分布式控制系統(tǒng)研究與開發(fā)”和“現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)”兩個項目相繼完成。這兩個項目以及先期完

21、成的“現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的開發(fā)”項目，針對國際上已經(jīng)出現(xiàn)的多種現(xiàn)場總線協(xié)議并存的局面，重點選擇了HART協(xié)議和FF協(xié)議現(xiàn)場總線技術(shù)攻關(guān)。 總之，計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（DCS）后，將朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向發(fā)展。雖然以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展很快，但FCS發(fā)展還有很多工作要做，如統(tǒng)一標準、儀表智能化等。另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統(tǒng)的DCS還需要一個較長的過程，同時DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善?？梢钥隙ǖ氖?，結(jié)合DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進控制

22、等新技術(shù)的FCS將具有強大的生命力。工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線技術(shù)作為一種靈活、方便、可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，在工業(yè)現(xiàn)場得到了越來越多的應用，并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。 2.儀器儀表技術(shù)發(fā)展 經(jīng)過五十年的發(fā)展，我國儀器儀表工業(yè)已有相當基礎(chǔ)，初步形成了門類比較齊全的生產(chǎn)、科研、營銷體系?，F(xiàn)有各類儀器儀表企業(yè)6000余家，年銷售額約1000億元，成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產(chǎn)國。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，除去隨成套工程項目配套引進的儀器儀表不計，去年進口各類儀器儀表近60億美元，約占我國儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值的50%。但目前我國儀器儀表行業(yè)產(chǎn)品大多屬于中低檔水平，隨著國際上數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化

23、、微型化的產(chǎn)品逐漸成為主流，差距還將進一步加大。目前，我國高檔、大型儀器設(shè)備大多依賴進口。中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件，國外產(chǎn)品占有我國市場60%以上的份額，而國產(chǎn)分析儀器占全球市場不到千分之二的份額。 2001年3月，第九屆全國人大四次會議批準的“十五”計劃綱要首次提出“把發(fā)展數(shù)控機床，儀器儀表和基礎(chǔ)零部件放到重要位置，努力提高質(zhì)量和技術(shù)水平”。2001年8月，國家計委把儀器儀表明確列為國民經(jīng)濟重要技術(shù)裝備，國家經(jīng)貿(mào)委制定并公布的儀器儀表行業(yè) “十五”規(guī)劃，確立了6項高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目： 1. 基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放分散控制系統(tǒng)及智能儀表； 2. 新型傳感器；

24、 3. 智能化工業(yè)控制部件與執(zhí)行機構(gòu)； 4. 環(huán)境與污染源監(jiān)測儀器及自動監(jiān)測系統(tǒng)； 5. 城市污水處理利用成套工藝設(shè)備中的儀表自動化控制系統(tǒng)； 6. 煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回轉(zhuǎn)成套裝置中的儀表自動化控制系統(tǒng)。 3. 數(shù)控技術(shù)向智能化、開放性、網(wǎng)絡化、信息化發(fā)展 從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了51年的歷程。近10年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應運而生，發(fā)展很快。目前正朝著標準化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進。就結(jié)構(gòu)形式而言，當今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致可分為4種類型： 1. 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)

25、； 2. “PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)； 3. “NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)； 4. SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)。 我國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)，通過“七五”引進、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)，也帶動了機電控制與傳動控制技術(shù)的發(fā)展。同時，具有中國特色的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認可。 國外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(fā)展趨勢是： * 新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和

26、開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展； * 驅(qū)動裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展； * 增強通信功能，向網(wǎng)絡化發(fā)展； * 數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。 進入21世紀，人類社會將逐步進入知識經(jīng)濟時代，知識將成為科技和生產(chǎn)發(fā)展的資本與動力，而機床工業(yè)，作為機器制造業(yè)、工業(yè)以至整個國民經(jīng)濟發(fā)展的裝備部門，毫無疑問，其戰(zhàn)略性重要地位、受重視程度，也將更加鮮明突出。 近年來，我國數(shù)控機床一直保持兩位數(shù)增長。2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元。2002年產(chǎn)值達260億元，產(chǎn)量居

27、世界第4。但與發(fā)達國家相比，我國機床數(shù)控化率還不高，目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率還不到30%；消費值數(shù)控化率還不到50%，而發(fā)達國家大多在70%左右。由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，高檔次的數(shù)控機床及配套部件只能靠進口，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。 智能化、開放性、網(wǎng)絡化、信息化成為未來數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床發(fā)展的主要趨勢： * 向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)展； * 向模塊化、智能化、柔性化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展； * 向PC-based化和開放性方向發(fā)展；

28、 * 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備，機械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。 * 信息技術(shù)（IT）與機床的結(jié)合，機電一體化先進機床將得到發(fā)展。 * 納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流，并將有新的突破。 * 節(jié)能環(huán)保機床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場。 4.工業(yè)控制網(wǎng)絡將向有線和無線相結(jié)合方向發(fā)展 自從1977年第一個民用網(wǎng)系統(tǒng)ARCnet投入運行以來，有線局域網(wǎng)以其廣泛的適用性和技術(shù)價格方面的優(yōu)勢，獲得了成功并得到了迅速發(fā)展。然而，在工業(yè)現(xiàn)場，一些工業(yè)環(huán)境禁止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線局域網(wǎng)很難發(fā)揮作用，因此無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了發(fā)展和應用。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)

29、展，無線局域網(wǎng)技術(shù)將在工業(yè)控制網(wǎng)絡中發(fā)揮越來越大的作用。 無線局域網(wǎng)（Wireless LAN）技術(shù)可以非常便捷地以無線方式連接網(wǎng)絡設(shè)備，人們可隨時、隨地、隨意地訪問網(wǎng)絡資源，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。無線局域網(wǎng)可以在不采用網(wǎng)絡電纜線的情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。在推動網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展的同時，無線局域網(wǎng)也在改變著人們的生活方式。無線網(wǎng)通信協(xié)議通常采用IEEE802.3和802.11。802.3用于點對點方式，802.11用于一點對多點方式。無線局域網(wǎng)可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過無線Hub、無線接入站(AP)、無線網(wǎng)橋、無線Modem及無線網(wǎng)卡等來實現(xiàn)，以無線網(wǎng)卡使用最為普遍。無線局

30、域網(wǎng)的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫游、網(wǎng)絡管理以及與3G等其它移動通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問題上。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域，有成千上萬的感應器，檢測器，計算機，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要互相連接形成一個控制網(wǎng)絡，通常這些設(shè)備提供的通信接口是RS-232或RS-485。無線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備的RS-232串口信號與無線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡信號相互轉(zhuǎn)換，符合無線局域網(wǎng)IEEE 802.11b和以太網(wǎng)絡IEEE 802.3標準，支持標準的TCP/IP網(wǎng)絡通信協(xié)議，有效的擴展了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。 計算機網(wǎng)絡技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了“基

31、于無線技術(shù)的網(wǎng)絡化智能傳感器”的全新概念。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、移動機器人以及各種自動化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補了有線網(wǎng)絡的不足，進一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡的通信性能。 5.工業(yè)控制軟件正向先進控制方向發(fā)展 自20世紀80年代初期誕生至今，工業(yè)控制軟件已有20年的發(fā)展歷史。工業(yè)控制軟件作為一種應用軟件，是隨著PC機的興起而不斷發(fā)展的。工業(yè)控制軟件主要包括人機界面軟件（HMI），基于PC的控

32、制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。目前，我國已開發(fā)出一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的實時監(jiān)控軟件平臺、先進控制軟件、過程優(yōu)化控制軟件等成套應用軟件，工程化、產(chǎn)品化有了一定突破，打破了國外同類應用軟件的壟斷格局。通過在化工、石化、造紙等行業(yè)的數(shù)百個企業(yè)（裝置）中應用，促進了企業(yè)的技術(shù)改造，提高了生產(chǎn)過程控制水平和產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益。2000年，“九五”國家科技攻關(guān)計劃項目“大型骨干石化生產(chǎn)系統(tǒng)控制及計算機應用技術(shù)”通過了驗收。 作為工控軟件的一個重要組成部分，國內(nèi)人機界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取得了較大進展，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎(chǔ)上，

33、工業(yè)控制軟件將從人機界面和基本策略組態(tài)向先進控制方向發(fā)展。 先進過程控制APC（Advanced Process Control）目前還沒有嚴格而統(tǒng)一的定義。一般將基于數(shù)學模型而又必須用計算機來實現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱為先進過程控制策略。如： * 自適應控制； * 預測控制； * 魯棒控制； * 智能控制（專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡）等。 由于先進控制和優(yōu)化軟件可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，因此這些軟件也身價倍增。國際上已經(jīng)有幾十家公司，推出了上百種先進控制和優(yōu)化軟件產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)形成了一個強大的流程工業(yè)應用軟件產(chǎn)業(yè)。因此，開發(fā)我國具有自

34、主知識產(chǎn)權(quán)的先進控制和優(yōu)化軟件，打破外國產(chǎn)品的壟斷，替代進口，具有十分重要的意義。 在未來，工業(yè)控制軟件將繼續(xù)向標準化、網(wǎng)絡化、智能化和開放性發(fā)展方向。 工業(yè)信息化是指在工業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營過程中，通過信息基礎(chǔ)設(shè)施，在集成平臺上，實現(xiàn)信息的采集、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。在“十五”期間，國家用信息化帶動工業(yè)化的工作重點有三個方面：一是以電子信息技術(shù)應用為重點，提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程自動化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先進制造技術(shù)應用為重點，推進制造業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)，振興裝備制造業(yè)；三是改造提升重點產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)及其相關(guān)配套技術(shù)水平、工藝和

35、裝備水平。國家實施高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的主要目標有兩個：一是發(fā)展高技術(shù)，形成新興產(chǎn)業(yè)，培育新的增長點；二是利用先進技術(shù)改造和優(yōu)化傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高經(jīng)濟增長的質(zhì)量。 三、灌裝機的發(fā)展 1、灌裝機的簡介 液體灌裝機采用不銹鋼機身，下杯、放蓋、封口均一次完成。該機主要用杯、盒、碗裝牛奶、酸奶、方便面、藕粉、米線等食品、飲料的灌裝封蓋，也可以用于其它異型裝的封蓋。自動下杯，自動放蓋，自動封口、自動出杯；采用進口無級變速系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)生產(chǎn)速度；采用凸輪分度器，使下膜定位精確，機器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；吸蓋與封口同時完成，下膜移動對蓋膜定位精度無影響；準確的二次封口、封口壓力可調(diào)整，封口強度好；操作簡便、安全。方便面的工作流

36、程：自動放碗、手工放面及佐料、自動放蓋、自動封口、自動退碗。整個流程采用統(tǒng)一的控制，包括數(shù)據(jù)采集，分析輸出，操做執(zhí)行。 早期的灌裝機主要是手動灌裝機效率不高，衛(wèi)生條件無保障，后來發(fā)展到半自動話，在到全自動化灌裝機，成分混合、灌裝、封口于一體，發(fā)展迅速，不僅性能和技術(shù)上發(fā)展了，種類上也有了很大的發(fā)展， 隨著科技的進步，灌裝生產(chǎn)線的科技含量越來越高，其主要就是灌裝封口機的技術(shù)提高，PC控制、PLC控制被引入其中，無菌灌裝、定量灌裝等出現(xiàn)，滿足了市場的需求，大大提高了其自動化程度實現(xiàn)更高效率的生產(chǎn)。 2、灌裝控制的發(fā)展現(xiàn)狀 灌裝機的一半流程是，有空瓶的箱子堆放在托盤上，由輸送帶送到卸托盤機，

37、將托盤逐個卸下，箱子隨輸送帶送到卸箱機中，將空瓶從箱子中取出，空箱經(jīng)輸送帶送到洗箱機，經(jīng)清洗干凈，再輸送到裝箱機旁，以便將盛有飲料的瓶子裝入其中。從卸箱機取出的空瓶，由另一條輸送帶送入洗瓶機消毒和清洗，經(jīng)瓶子檢驗機檢驗，符合清潔標準后進入灌裝機和封蓋機。飲料由灌裝機裝入瓶中。裝好飲料的瓶子經(jīng)封蓋機加蓋封住并輸送到貼標機貼標，貼好標簽后送至裝箱機裝入箱中再送到堆托盤機堆放在托盤上送入倉庫。 自動液體灌裝生產(chǎn)線由傳送帶將全自動理瓶機、全自動灌裝機、全自動旋蓋機連為一體，由PLC統(tǒng)一控制各種機械動作，由傳感器監(jiān)控，保證各單機同步自動化操作。其工藝技術(shù)路線如下：人工將塑料瓶到入提升機的料箱中，提升機

38、將塑料瓶提進理瓶機，通過離心機轉(zhuǎn)盤將塑料瓶理順后上傳送帶。塑料瓶通過傳送帶進入灌裝機的螺旋進給機構(gòu)，將塑料瓶帶入灌裝機的灌裝頭下，灌裝頭通過真空系統(tǒng)裝置將瓶內(nèi)的空氣吸走，使瓶中產(chǎn)生負壓，在壓差的作用下，藥液灌進瓶中，裝完藥液的瓶子由灌裝轉(zhuǎn)盤、導輪送上傳送帶，帶到旋蓋機工位進行旋蓋，然后經(jīng)傳送帶下線。 灌裝封蓋機各種裝置主要涉及到傳感器技術(shù)和PLC控制技術(shù)，其中傳感器技術(shù)主要負責采集生產(chǎn)線上產(chǎn)品的位置，液位等信息的裝置，將采集信號交給控制裝置PLC，經(jīng)過分析后，輸出信號控制機械裝置運動。 因為液體灌裝封蓋的特殊性，傳感器主要是非接觸性的位移傳感器，又成為接近開關(guān)，采集信息準確，是實現(xiàn)plc控

39、制的有效配套裝置。在灌裝機行業(yè)，主要采用小型的plc控制（以s7-200為例）通過對傳感器的各種信號的分析，控制產(chǎn)品的灌裝和封口操作。 四、灌裝機控制（采用西門子S7-200PLC） 傳統(tǒng)的灌裝機多采用繼電器控制，隨著執(zhí)行機構(gòu)的增多，功能的增強，使得電路越來越復雜，給制造、調(diào)整、使用和維修均帶來不便，并且會使故障率增加。目前灌裝機行業(yè)競爭激烈，企業(yè)要在競爭中站穩(wěn)腳跟，需要不斷的改進產(chǎn)品質(zhì)量，向自動化、高效化發(fā)展。PLC由于其抗干擾能力強，可靠性高，編程簡單，性價比高等優(yōu)點被廣泛應用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域。利用PLC實現(xiàn)對灌裝機的控制，結(jié)構(gòu)簡化，維護方便，可以節(jié)約調(diào)整時間，增加設(shè)備的柔性，同時運

40、行穩(wěn)定可靠。生產(chǎn)流程圖：是集灌裝、旋蓋、清洗于一體的生產(chǎn)線，適用于有嘴軟包裝袋的自動定量灌裝、旋蓋，可以灌裝液體、醬料等流體產(chǎn)品。本機采用特殊灌裝頭，可分二次灌裝，當灌裝位置沒有包裝袋時，灌裝頭不會流出灌裝液體，保證了包裝袋產(chǎn)品外觀的干凈整潔。 控制系統(tǒng)：原系統(tǒng)采用凸輪系觸發(fā)控制信號，利用五個調(diào)整好的凸輪，來實行工作循環(huán)及節(jié)拍，控制各執(zhí)行機構(gòu)的動作。在執(zhí)行灌裝過程的五個步驟，即：電器聯(lián)鎖，泵工作，閥工作，旋蓋和清洗，要求凸輪在達到一定角度時五個凸輪配合工作。此方法雖然也能滿足控制的要求，但是凸輪位置要求較高，調(diào)整麻煩，設(shè)備的裝配、調(diào)整帶來困難，而且，當生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)發(fā)生變化時，調(diào)整起來

41、相當困難。 設(shè)計可采用PLC和旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)對各執(zhí)行機構(gòu)的精確控制，使控制系統(tǒng)模塊化，設(shè)備的零部件數(shù)量、結(jié)構(gòu)大為簡化。同時通過與文本顯示器相結(jié)合，還能根據(jù)包裝產(chǎn)品的不同，方便快捷地修改工藝參數(shù)，省去了原始控制面板的設(shè)計與生產(chǎn)。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的特點是每產(chǎn)生一個輸出脈沖信號就對應一個增量位移角，利用S7-200的高速計數(shù)器指令來實現(xiàn)精確讀取旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)對空間凸輪所轉(zhuǎn)過的角度進行檢測。當脈沖數(shù)表明空間凸輪轉(zhuǎn)過所要求的角度時，PLC就發(fā)出指令，要求各執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行相應的動作，即實現(xiàn)灌裝、旋蓋和清洗。高速計數(shù)器的最高計數(shù)頻率取決于CPU的型號，CPU224有6個高速計數(shù)器，6個單相計數(shù)器

42、，均為20kHz的時鐘速率。 控制系統(tǒng)時序圖及程序流程圖：控制系統(tǒng)的時序是非常重要的，既要緊湊，又要滿足各個工序要求，只有安排得好，各執(zhí)行機構(gòu)才能合理執(zhí)行各自的動作。原系統(tǒng)采用凸輪系對設(shè)備各執(zhí)行機構(gòu)進行控制，改造后采用PLC、位置傳感器及旋轉(zhuǎn)編碼器等來完成控制。 五、灌裝機的發(fā)展趨勢 當今的灌裝機械，尤其是飲料、啤酒灌裝機械和食品包裝機械，具有高速、成套、自動化程度高和可靠性好等特點，也是目前灌裝機械行業(yè)發(fā)展的趨勢走向。具體方向是：機械功能多遠化 結(jié)構(gòu)設(shè)計標準化 模組化 控制智能化 結(jié)構(gòu)高精度化 第三章 總結(jié) 由于大力發(fā)展工業(yè)自動化

43、是加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、提高企業(yè)整體素質(zhì)、提高國家整體國力、調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)、迅速搞活大中型企業(yè)的有效途徑和手段，國家將繼續(xù)通過實施一系列工業(yè)過程自動化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項，用信息化帶動工業(yè)化，推動工業(yè)自動化技術(shù)的進一步發(fā)展，加強技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，解決國民經(jīng)濟發(fā)展面臨的深層問題，進一步提高國民經(jīng)濟整體素質(zhì)和綜合國力，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。 目前，灌裝機行業(yè)競爭激烈，企業(yè)要在激烈的競爭中站穩(wěn)腳步，需要不斷的改進產(chǎn)品質(zhì)量，向自動化、高效化發(fā)展?？删幊炭刂破鱌LC以其抗干擾能力強，可靠性高，編程簡單，性能價格比高等優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛應用，利用PLC實現(xiàn)灌裝封蓋機的自動控制，結(jié)構(gòu)靈活、維護簡單

44、、體積小，可大幅度節(jié)約使用成本，而且設(shè)備運行安全平穩(wěn)。 參考文獻 [1]于慶廣 可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計 北京：清華大學出版社 2003：18-20. [2] 丁煒 魏孔平 可編程控制器在工業(yè)控制中的應用 北京：化學工業(yè)出版社，2004：112-125. [3] 田淑珍.可編程控制器原理及應用.北京：機械工業(yè)出版社.2005：112-123. [4] 周延佑.世界數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展與機床數(shù)控化改造[J].北京. 中國機電日報.2003.3.16. [5] 孫振強.可編程控制器原理及應用教程孫

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47、e of manufacture with equips the market, 2001(3):21-28. 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）文 獻 綜 述 指導教師意見 指導教師： 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見 負責人： 年 月 日