基于工業(yè)4.0的口香糖智能裝料配送生產(chǎn)線的研發(fā)

舒金培，邱子航，陳升有，雷啟健，許創(chuàng)佳，廖雪瑩，方 葉，梁學(xué)龍

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510925）

基于工業(yè)4.0的口香糖智能裝料配送生產(chǎn)線的研發(fā)

舒金培，邱子航，陳升有，雷啟健，許創(chuàng)佳，廖雪瑩，方 葉，梁學(xué)龍

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510925）

介紹一套基于工業(yè)4.0的口香糖智能裝料配送生產(chǎn)線。為解決口香糖生產(chǎn)過程中的裝料配送的低質(zhì)、低效的瓶頸問題，設(shè)計(jì)了一套能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和編程的智能生產(chǎn)線，其主要包括機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)、電氣控制環(huán)節(jié)和遠(yuǎn)程控制環(huán)節(jié)，并分析其設(shè)計(jì)要點(diǎn)、主要技術(shù)性能和工作原理。

工業(yè)4.0；自動(dòng)化；口香糖裝料；互聯(lián)網(wǎng)+；國際IEC編程標(biāo)準(zhǔn)

0 引言

針對(duì)目前口香糖生產(chǎn)線上出現(xiàn)維護(hù)難，浪費(fèi)物料，成本高等缺陷，結(jié)合了“互聯(lián)網(wǎng)+”的工業(yè)4.0生產(chǎn)模式，利用工業(yè)以太網(wǎng)EtherCat技術(shù)與EtherNet的網(wǎng)絡(luò)的兼容性，產(chǎn)生更高效的輸出速度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及編程調(diào)試，創(chuàng)造順應(yīng)我國國情的口香糖智能裝料配送生產(chǎn)線[1-5]。

1 工藝流程

基于工業(yè)4.0的口香糖智能裝料配送生產(chǎn)線為全新設(shè)計(jì)開發(fā)的一套技術(shù)先進(jìn)的模塊化設(shè)備，集裝料、送料、物料盒推送、遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程控制于一體的全自動(dòng)智能化柔性生產(chǎn)設(shè)備。

其設(shè)計(jì)方案工作原理如下：包裝盒機(jī)構(gòu)提升→真空吸盤把包裝盒提起送至定位平臺(tái)上→定位平臺(tái)前進(jìn)→真空吸盤將口香糖提起并匹配速度送至包裝盒裝配（每次提取一個(gè)，需往返四次才能完成一個(gè)包裝盒的裝料）→末端推桿推送包裝盒→輸送系統(tǒng)輸送成品。

為解決口香糖生產(chǎn)過程中的裝料配送的低質(zhì)、低效的瓶頸問題，本工藝流程設(shè)計(jì)充分考慮了設(shè)備的合理性、經(jīng)濟(jì)性、高效性、可操作性和可控制性。

2 整線技術(shù)原理及設(shè)計(jì)

基于工業(yè)4.0的口香糖智能裝料配送生產(chǎn)線主要包括機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)、電氣控制環(huán)節(jié)和遠(yuǎn)程控制環(huán)節(jié)。

（1）機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)為裝料配送的執(zhí)行部分，包含皮帶的運(yùn)動(dòng)、絲桿的運(yùn)動(dòng)、真空吸盤等動(dòng)作，該生產(chǎn)線生產(chǎn)布局如圖1所示。

（2）電氣控制環(huán)節(jié)為裝料配送的驅(qū)動(dòng)和控制部分，包含工業(yè)控制器、工業(yè)適配器、低壓控制元件、開關(guān)傳感器、變頻驅(qū)動(dòng)器、伺服驅(qū)動(dòng)器等。

（3）遠(yuǎn)程控制環(huán)節(jié)為裝料配送的遠(yuǎn)程控制部分，包含路由分配器、智能網(wǎng)關(guān)、二維碼或網(wǎng)址、本地及遠(yuǎn)程智能終端等。

圖1 基于工業(yè)4.0的口香糖智能裝料配送生產(chǎn)線生產(chǎn)布局圖

2.1 機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)能實(shí)現(xiàn)包裝盒與口香糖的自動(dòng)上料和推送，機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

絲桿的運(yùn)動(dòng)：?jiǎn)?dòng)生產(chǎn)線后，1號(hào)絲桿往上送包裝盒，到指定位置后，2號(hào)絲桿氣缸帶動(dòng)1號(hào)真空吸盤動(dòng)作，每次將一個(gè)包裝盒放到3號(hào)絲桿上等待的定位平臺(tái)上。當(dāng)包裝盒到達(dá)定位臺(tái)后，3號(hào)絲桿勻速向前運(yùn)動(dòng)。同時(shí)4號(hào)絲桿到5號(hào)絲桿處通過氣缸與真空吸盤配合把口香糖提取，然后匹配速度送至包裝盒裝配。當(dāng)完成一次裝料后，1號(hào)絲桿與5號(hào)絲桿會(huì)隨之提升，將剩余的口香糖提高，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次裝料。

真空吸盤運(yùn)動(dòng)：本設(shè)計(jì)共有2個(gè)真空吸盤，1號(hào)真空吸盤首先將包裝盒吸取提升，在完成包裝盒的放置后，回歸原位等待下一次的裝料；當(dāng)定位平臺(tái)開始勻速啟動(dòng)時(shí)，2號(hào)真空吸盤與4號(hào)絲桿配合，匹配速度將口香糖送至包裝盒裝配。一次裝料過程中來回吸取與卸料4次，完成后回歸5號(hào)絲桿處的裝料位置。

皮帶的運(yùn)動(dòng)：當(dāng)定位平臺(tái)到達(dá)3號(hào)絲桿末端時(shí)，包裝盒即完成口香糖的包裝。推桿收到信號(hào)后，隨即將包裝盒推送到皮帶輸送系統(tǒng)上。待推桿歸位后便發(fā)送信號(hào)給皮帶使其運(yùn)動(dòng)至前一個(gè)工位。

2.2 電氣控制環(huán)節(jié)

本環(huán)節(jié)主要是口香糖的配送驅(qū)動(dòng)和控制部分，同時(shí)該環(huán)節(jié)結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”的工業(yè)4.0模式，利用工業(yè)以太網(wǎng)EtherCat技術(shù)與EtherNet的網(wǎng)絡(luò)兼容性，傳輸速度更快，迅速處理現(xiàn)場(chǎng)層的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)精確無誤地控制包裝盒在傳輸過程的精準(zhǔn)裝料。

底層總線采用的EtherCat工業(yè)以太網(wǎng)總線技術(shù)，減少電氣配線，降低設(shè)備制作成本。同時(shí)百兆帶寬使得數(shù)據(jù)傳送速度更高，支持多種類型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)冗余及擴(kuò)展更方便快捷，讓多臺(tái)伺服的同步控制更加簡(jiǎn)單、精準(zhǔn)，電氣控制原理如圖3所示。

2.3 遠(yuǎn)程控制環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)是本生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。將互聯(lián)網(wǎng)融入到工業(yè)控制中，工業(yè)生產(chǎn)的底層數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)通過以太網(wǎng)被遠(yuǎn)程和本地智能終端訪問，其訪問形

圖3 電氣控制原理圖

圖4 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)原理圖

本環(huán)節(jié)的工作過程如下：?jiǎn)?dòng)生產(chǎn)線后，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以通過工業(yè)控制器，將設(shè)備進(jìn)行回零，然后按照生產(chǎn)計(jì)劃對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)整。設(shè)置生產(chǎn)參數(shù)并放入包裝盒與口香糖成品，檢查無誤后便可啟動(dòng)設(shè)備。

如若生產(chǎn)計(jì)劃需要更改，操作人員能從本地智能終端對(duì)設(shè)備生產(chǎn)的模式進(jìn)行編程調(diào)整。不需要太多時(shí)間便可使生產(chǎn)線再次高速高效運(yùn)作，同時(shí)針對(duì)遠(yuǎn)程控制從而開發(fā)能連接以太網(wǎng)的手機(jī)APP，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，能實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 項(xiàng)目的先進(jìn)性

（1）機(jī)電一體化技術(shù)結(jié)合上工業(yè)4.0智能化自動(dòng)化生產(chǎn)制造模式實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)，解決了口香糖生產(chǎn)模式單一、兼容性差和產(chǎn)能過剩和供不應(yīng)求等問題。式可以通過二維碼、網(wǎng)址甚至是APP，同時(shí)也能設(shè)置不同的權(quán)限，對(duì)訪問者做數(shù)據(jù)及操作的權(quán)限設(shè)定。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以支持遠(yuǎn)程訪問的方式，對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程檢修排故，節(jié)省維護(hù)成本，提高設(shè)備使用時(shí)間。

首先本地智能終端通過掃描二維碼或者輸入網(wǎng)址進(jìn)入到設(shè)備控制界面，可發(fā)出設(shè)備啟動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)將開始工作。工業(yè)控制器發(fā)出指令控制絲桿和真空吸盤將口香糖成品和包裝盒送出，包裝盒的裝料與配送情況的數(shù)據(jù)均能通過EtherNet被遠(yuǎn)程和本地的智能終端訪問?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖4所示。

（2）EtherCat技術(shù)與以太網(wǎng)的相互配合，可通過網(wǎng)絡(luò)或者APP操控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和信息快速反饋，相比目前的生產(chǎn)線，能夠更精確的控制螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和盒子與口香糖的配合。對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制。

（3）整個(gè)裝料配送過程由設(shè)備全自動(dòng)檢測(cè)聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)，大大提高了口香糖生產(chǎn)的末端環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率，提升了裝料質(zhì)量，節(jié)省了勞動(dòng)成本。

4 結(jié)語

市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品包裝的技術(shù)需求日益增長，供應(yīng)商必須著力改善生產(chǎn)包裝效率。但目前生產(chǎn)包裝方式難以滿足這種市場(chǎng)的追求，其機(jī)械結(jié)構(gòu)往往隨著使用次數(shù)的積累，精度不斷降低，使其使用壽命較短，后期人工維護(hù)成本高，生產(chǎn)效率也隨著降低，隨著市場(chǎng)需求的不斷增長，企業(yè)亟需改變現(xiàn)有生產(chǎn)方式。而工業(yè)4.0的口香糖智能裝料配送生產(chǎn)線，結(jié)合多項(xiàng)新興科技和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)柔性制造，涉及行業(yè)范圍寬廣，大大提高了口香糖生產(chǎn)的末端環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率，提升了裝料質(zhì)量，降低了人工成本，為企業(yè)帶來巨大利潤的同時(shí)也推動(dòng)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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DResearch and Development of Intelligent Loading and Distribution Production Line Based on Industrial 4.0

SHU Jin-pei，QIU Zi-hang，CHEN Sheng-you，LEI Qi-jian，XU Chuang-jia，LIAO Xue-ying，F(xiàn)ANG Ye，LIANG Xue-long
（Guangdong Technical College of Water Resources and Electric Engineering， Guangzhou 510925，China）

An intelligent loading and distribution line based on industrial 4.0 is introduced.In order to solve the bottleneck problem of low quality and low efficiency in the process of gum distribution in chewing gum production,we designed a set of intelligent production line that can realize remote monitoring and programming.It mainly includes mechanical transmission link,electric control link and remote control link.The main points of the design,the main technical performance and the working principle are analyzed.

Industrial 4.0；automation；chewing gum distribution；Internet plus；international standards for IEC programming

TP278

A

1009－9492(2018)03－0089－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2018.03.024

2017－09－05

舒金培，男，1995年生，廣東潮州人，大學(xué)?？?。研究領(lǐng)域：機(jī)電一體化技術(shù)。

(編輯：向 飛)