一種在中央供料系統(tǒng)中的輸送與檢測裝置研制

吳峻睿 謝仲銘 葉培華 王立斌

摘要：中央供料系統(tǒng)如果不能實(shí)時(shí)監(jiān)控原料的使用情況，將會導(dǎo)致花費(fèi)更高的人工成本;中央供料系統(tǒng)如果不能監(jiān)控輸送機(jī)的生產(chǎn)，則不能掌握設(shè)備的生產(chǎn)信息，不能有效地安排工廠生產(chǎn)排程。為解決上述問題，提出開發(fā)一種自動(dòng)化程度高的新型輸送與檢測裝置，新型輸送與檢測裝置包括：具備RS485通訊功能的新型輸送機(jī)與原料消耗檢測器，中央供料系統(tǒng)通過新型輸送與檢測裝置來采集工廠的生產(chǎn)信息，利用這些生產(chǎn)信息來實(shí)時(shí)掌握設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)，合理地安排生產(chǎn)，提高工廠的自動(dòng)化程度。結(jié)果表明：此輸送與檢測裝置的開發(fā)能實(shí)時(shí)監(jiān)控工廠的生產(chǎn)狀況，減少傳統(tǒng)的人工換料時(shí)間，合理安排生產(chǎn)，降低人工成本。

關(guān)鍵詞：中央供料系統(tǒng);自動(dòng)化;生產(chǎn)信息;生產(chǎn)監(jiān)控

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-9492 f 2022）02-0129-04

0 引言

隨著“工業(yè)4.0”的到來，在中央供料系統(tǒng)中，塑料的自動(dòng)化生產(chǎn)越發(fā)重要，首先可以節(jié)約人工，提高生產(chǎn)力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化。其次，由于社會勞動(dòng)力不足與勞動(dòng)力成本的提高，工廠傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式由人工生產(chǎn)轉(zhuǎn)為自動(dòng)化生產(chǎn)是發(fā)展趨勢。

胡德源等[1]發(fā)明設(shè)計(jì)了一種高效能供料系統(tǒng)，應(yīng)用結(jié)果表明在中央供料系統(tǒng)中避免人工生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)具有重要意義。若中央供料系統(tǒng)采用人工生產(chǎn)，在原料的運(yùn)輸過程中會造成對原料污染，間接影響原料的質(zhì)量。若中央供料系統(tǒng)無法監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)，那么要花更多的人力監(jiān)控生產(chǎn)，會增加人工成本，影響企業(yè)效益。

通過汪俊等[2]發(fā)明設(shè)計(jì)中央供料計(jì)數(shù)控制裝置，表明在中央供料系統(tǒng)中監(jiān)控原料的生產(chǎn)具有重要意義。若中央供料系統(tǒng)不能有效計(jì)算注塑機(jī)上生產(chǎn)的數(shù)量，會出現(xiàn)少生產(chǎn)和多生產(chǎn)的情況，將會提高企業(yè)生產(chǎn)制造成本。

綜上所述，國內(nèi)對中央供料系統(tǒng)局部性能研究較多，但是對配套輸送與監(jiān)控裝置研究較少。本文通過參照輸送裝置與計(jì)數(shù)控制裝置模型，設(shè)計(jì)并制造出配套生產(chǎn)的輸送與檢測裝置，通過實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，以及用戶的反饋，此套裝置能在中央供料系統(tǒng)中實(shí)時(shí)監(jiān)控工廠的生產(chǎn)狀況，減少傳統(tǒng)的人工換料時(shí)間，合理安排生產(chǎn)，降低人工成本。

1 設(shè)備工作原理

本文主要研究輸送一檢測一生產(chǎn)監(jiān)控循環(huán)，根據(jù)趙陳成等[3]提出的一種生產(chǎn)監(jiān)控循環(huán)。工作原理：輸送機(jī)1 工作，使料桶2內(nèi)產(chǎn)生真空負(fù)壓，同時(shí)，下料閥3關(guān)閉，料倉9里的原料10通過輸送管8輸送到輸送機(jī)的料桶里，完成吸料后，原料消耗檢測器4里的稱重傳感器5進(jìn)行檢測稱重，然后原料消耗檢測設(shè)備顯示器11進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過濾和說明后會顯示原料輸送的實(shí)際數(shù)量，而后實(shí)際數(shù)量通過RS485通訊接口12傳輸?shù)娇刂婆_13上，之后輸送機(jī)停止工作下料閥打開，原料下落儲存在集料斗6里進(jìn)入注塑機(jī)7生產(chǎn)，操作人員通過控制臺可觀察原料消耗檢測器顯示的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)輸送機(jī)生產(chǎn)狀態(tài)經(jīng)RS485通訊接口12傳送到控制臺，方便操作人員實(shí)時(shí)觀察設(shè)備的生產(chǎn)狀況，合理安排生產(chǎn)。如圖1所示。2傳統(tǒng)輸送裝置的結(jié)構(gòu)及性能分析

如圖2所示，通過單根立等[4]研究表明傳統(tǒng)的輸送機(jī)主要由風(fēng)機(jī)、過濾器、控制器、料桶、下料閥等組成。傳統(tǒng)的輸送機(jī)使用帶線式手控器，功能少、屏幕小、顯示不直觀，無RS485通訊接口不能聯(lián)機(jī)控制且操作復(fù)雜，此種設(shè)計(jì)不方便操作人員調(diào)試與監(jiān)控，浪費(fèi)生產(chǎn)時(shí)間，降低工廠生產(chǎn)效益。

由于傳統(tǒng)的輸送機(jī)料桶采用不銹鋼制作，在原料輸送的過程中無法直觀觀察輸送機(jī)輸送情況，當(dāng)輸送機(jī)料桶裝滿原料時(shí)設(shè)備才會停機(jī)報(bào)警，這在生產(chǎn)中容易造成多生產(chǎn)的情況，提高了企業(yè)生產(chǎn)成本。

3 新型輸送與檢測裝置的結(jié)構(gòu)及性能分析

針對目前市場輸送機(jī)存在的不足，根據(jù)馬平等[5]對LCD顯示器原理的研究，更改了傳統(tǒng)顯示器結(jié)構(gòu)，淘汰傳統(tǒng)顯示器黑白顯示，因LCD顯示器增加色彩元素顯示，提高了顯示器的觀賞性;根據(jù)龐鳳江[6]對RCB三色LED燈原理的研究，設(shè)計(jì)出一種基于RCB三色LED燈的模擬窗，此模擬窗可采集室外陽光色度值，使三色LED燈發(fā)光亮度可以模擬透過窗子的太陽光的亮度和色度，LED燈光模擬太陽光：操作者在室內(nèi)也能感受大自然的光線，有利于工廠操作人員的身心健康;根據(jù)謝仲銘等[7]提出一種用于計(jì)算原料消耗和輸送效率的檢測裝置及其方法，設(shè)計(jì)出一種能輔助輸送機(jī)生產(chǎn)的原料消耗檢測器，實(shí)時(shí)監(jiān)控原料生產(chǎn)狀況，避免出現(xiàn)少生產(chǎn)和多生產(chǎn)的情況，合理安排生產(chǎn)。

綜上所述研究及方法，結(jié)合現(xiàn)有的輸送機(jī)的不足，設(shè)計(jì)出新型的輸送與檢測裝置，新型的輸送與檢測裝置包括新型輸送機(jī)、新型原料消耗檢測器，以提高工廠的自動(dòng)化程度為目的。如圖3所示。從用戶的角度出發(fā)，嚴(yán)格模擬用戶工廠的生產(chǎn)環(huán)境，并對新型的輸送與檢測裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果表明：輸送與檢測裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控工廠的生產(chǎn)狀況，合理安排生產(chǎn)，降低人工成本。

3.1 新型輸送機(jī)結(jié)構(gòu)及性能分析

3.1.1 使用RCY三色LED燈替換RC=色貼片LED燈

如圖4-5所示。新型輸送機(jī)使用柔性RCY三色LED燈與RC二色貼片LED燈相比，柔性RCY三色LED燈光醒目、柔和，優(yōu)勢在于它能夠通過模擬窗采集室外陽光色度值，模擬窗包括：（1） RCY傳感器，用于采集室外陽光的色度值，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號;（2）與RCY傳感器相連接的控制器，接收所述RCY傳感器的數(shù)字信號，發(fā)出控制指令;（3）與控制器相連接的驅(qū)動(dòng)芯片，接收所述控制器的控制指令，發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號控制電流的強(qiáng)度;（4）與驅(qū)動(dòng)芯片相連接的LED燈，根據(jù)電流的強(qiáng)度的不同發(fā)出不同亮度的光。

傳統(tǒng)輸送機(jī)使用RG二色貼片LED燈控制電壓為220 V，而新型輸送機(jī)使用柔性RCY三色LED燈控制電壓為24 V，低電壓有利于保護(hù)操作人員的生命安全[8]。

3.1.2使用LCD顯示器替換帶線式手控器

如圖6-7所示，LCD顯示器相對與帶線式手控器具有操作簡單、功能強(qiáng)大、無輻射和對眼睛無損傷等優(yōu)點(diǎn)，因此它在彩色圖像的顯示中得到了廣泛地應(yīng)用。LCD顯示器優(yōu)勢如下：（1） LCD有著較低的制作難度以及成本;（2）不閃頻，由于LCD的背光源為獨(dú)立的白色LED背光面板，所以基本可以做到不閃頻;（3）使用壽命長;（4）像素密度高，屏幕顯示比帶線式手控器顯示更清晰。

3.1.3 配備RS485通訊接口

輸送機(jī)通過RS485通訊接口聯(lián)機(jī)到中央供料系統(tǒng)中，進(jìn)行遠(yuǎn)程電腦控制臺操作實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化生產(chǎn)管理。如圖8所示。

3.2 新型原料消耗檢測器結(jié)構(gòu)及性能分析

設(shè)計(jì)配備新型輸送機(jī)使用的原料消耗檢測器，是為了方便用戶合理安排生產(chǎn)，提高工廠自動(dòng)化程度。本文所開發(fā)原料消耗檢測器設(shè)計(jì)檢測精度達(dá)到+1%，精度越高表明顯示消耗重量與實(shí)際消耗重量更接近，操作人員可根據(jù)顯示消耗重量與合格產(chǎn)品量統(tǒng)計(jì)出產(chǎn)品的合格率，監(jiān)控生產(chǎn)。操作人員也可以根據(jù)顯示消耗重量按需供給，合理地安排生產(chǎn)，縮短傳統(tǒng)的人工換料時(shí)間。如圖9所示。

3.2.1 使用功能強(qiáng)大的LCD顯示器

當(dāng)前數(shù)據(jù)：表示新型輸送機(jī)實(shí)時(shí)生產(chǎn)的量。

累積數(shù)據(jù)：表示新型輸送機(jī)一直工作輸送累計(jì)的產(chǎn)量。

目標(biāo)數(shù)據(jù)：可輸入一個(gè)目標(biāo)產(chǎn)量，當(dāng)新型輸送機(jī)達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量時(shí)，原料消耗。

檢測器警報(bào)，而后反饋給新型輸送機(jī)，新型輸送機(jī)停止工作。如圖10所示。

3.2.2 使用不同量程的稱重傳感器

不同量程的稱重傳感器適用于不同場所，應(yīng)用范圍廣。稱重傳感器量程有50 kg、100 kg、200 kg。

50 kg量程：適用新型輸送機(jī)與容量為3-24 L料斗。

100 kg量程：適用于容量為36-48 L料斗。

200 kg量程：適用于容量為96 L料斗。

3.2.3 配備RS485通訊接口

原料消耗檢測器通過RS485通訊接口聯(lián)機(jī)到中央供料系統(tǒng)控制臺，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)，也可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制臺控制操作，操作人員根據(jù)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)按需供給，合理安排生產(chǎn)，提高工廠自動(dòng)化程度。

當(dāng)前重量：表示輸送機(jī)實(shí)時(shí)生產(chǎn)的量。

累積重量：表示輸送機(jī)一直工作輸送的產(chǎn)量。

3.2.4 采用PUR軟管

在新型輸送機(jī)工作過程中為輸送機(jī)輔助設(shè)備原料消耗檢測器檢測精度能達(dá)到+1%，在輸送機(jī)入料口連接的輸送管采用長的PUR軟管，避免在中央供料系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)注塑機(jī)的震動(dòng)、輸送機(jī)的震動(dòng)對原料消耗檢測器抓取造成影響。

輸送原料有2種管：鋼絲膠管與PUR軟管，使用PUR軟管原料消耗檢測器抓取更準(zhǔn)確。如圖12-13所示。相關(guān)測試數(shù)據(jù)比較如表1-2所示。

誤差值=顯示值一實(shí)際值

重量精度=（顯示重量一實(shí)際重量）/實(shí)際重量X100%

測試結(jié)果表明，輸送機(jī)輸送原料采用PUR軟管輸送，檢測器重量抓取準(zhǔn)確。

如表3所示為原料消耗檢測器搭配新型輸送機(jī)精度測試：結(jié)果表明可以達(dá)到設(shè)計(jì)精度+1%以內(nèi)，設(shè)備可以運(yùn)用到中央供料系統(tǒng)中用來監(jiān)控生產(chǎn)。

誤差值=顯示值一實(shí)際值

重量精度=（顯示重量一實(shí)際重量）/實(shí)際重量X100%

4 結(jié)束語

本文結(jié)合工廠中央供料系統(tǒng)的工作原理，基于傳統(tǒng)中央供料系統(tǒng)生產(chǎn)監(jiān)控上存在的缺陷，設(shè)計(jì)并制造出新型的輸送與檢測裝置，對中央供料系統(tǒng)生產(chǎn)監(jiān)控進(jìn)行優(yōu)化，提高了工廠的自動(dòng)化程度。通過開發(fā)具備RS485通訊功能的新型輸送機(jī)與原料消耗檢測器，使中央供料系統(tǒng)快速準(zhǔn)確采集生產(chǎn)信息，有利于工廠合理地安排生產(chǎn)。新型輸送機(jī)采用透明的儲料桶，實(shí)時(shí)觀察原料的輸送狀況，避免輸送機(jī)在輸送過程中出現(xiàn)多生產(chǎn)的現(xiàn)象;配備RS485通訊接口，便于輸送機(jī)聯(lián)機(jī)控制，即關(guān)即停，即開即用，提高了整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)控制精度。新型原料消耗檢測器輔助輸送機(jī)生產(chǎn)，通過實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證，進(jìn)一步提升了整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)控制精度。因此，此套新型的輸送與檢測裝置在中央供料系統(tǒng)中適用性強(qiáng)，能合理安排生產(chǎn)，白動(dòng)化程度高。

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