基于工業4.0的口香糖智能裝料配送生產線的研發

舒金培，邱子航，陳升有，雷啟健，許創佳，廖雪瑩，方 葉，梁學龍

（廣東水利電力職業技術學院，廣東廣州 510925）

基于工業4.0的口香糖智能裝料配送生產線的研發

舒金培，邱子航，陳升有，雷啟健，許創佳，廖雪瑩，方 葉，梁學龍

（廣東水利電力職業技術學院，廣東廣州 510925）

介紹一套基于工業4.0的口香糖智能裝料配送生產線。為解決口香糖生產過程中的裝料配送的低質、低效的瓶頸問題，設計了一套能實現遠程監控和編程的智能生產線，其主要包括機械傳動環節、電氣控制環節和遠程控制環節，并分析其設計要點、主要技術性能和工作原理。

工業4.0；自動化；口香糖裝料；互聯網+；國際IEC編程標準

0 引言

針對目前口香糖生產線上出現維護難，浪費物料，成本高等缺陷，結合了“互聯網+”的工業4.0生產模式，利用工業以太網EtherCat技術與EtherNet的網絡的兼容性，產生更高效的輸出速度，實現遠程監控及編程調試，創造順應我國國情的口香糖智能裝料配送生產線[1-5]。

1 工藝流程

基于工業4.0的口香糖智能裝料配送生產線為全新設計開發的一套技術先進的模塊化設備，集裝料、送料、物料盒推送、遠程通訊、遠程監測及遠程控制于一體的全自動智能化柔性生產設備。

其設計方案工作原理如下：包裝盒機構提升→真空吸盤把包裝盒提起送至定位平臺上→定位平臺前進→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，需往返四次才能完成一個包裝盒的裝料）→末端推桿推送包裝盒→輸送系統輸送成品。

為解決口香糖生產過程中的裝料配送的低質、低效的瓶頸問題，本工藝流程設計充分考慮了設備的合理性、經濟性、高效性、可操作性和可控制性。

2 整線技術原理及設計

基于工業4.0的口香糖智能裝料配送生產線主要包括機械傳動環節、電氣控制環節和遠程控制環節。

（1）機械傳動環節為裝料配送的執行部分，包含皮帶的運動、絲桿的運動、真空吸盤等動作，該生產線生產布局如圖1所示。

（2）電氣控制環節為裝料配送的驅動和控制部分，包含工業控制器、工業適配器、低壓控制元件、開關傳感器、變頻驅動器、伺服驅動器等。

（3）遠程控制環節為裝料配送的遠程控制部分，包含路由分配器、智能網關、二維碼或網址、本地及遠程智能終端等。

圖1 基于工業4.0的口香糖智能裝料配送生產線生產布局圖

2.1 機械傳動環節

本環節能實現包裝盒與口香糖的自動上料和推送，機械結構如圖2所示。

圖2 機械結構圖

絲桿的運動：啟動生產線后，1號絲桿往上送包裝盒，到指定位置后，2號絲桿氣缸帶動1號真空吸盤動作，每次將一個包裝盒放到3號絲桿上等待的定位平臺上。當包裝盒到達定位臺后，3號絲桿勻速向前運動。同時4號絲桿到5號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。當完成一次裝料后，1號絲桿與5號絲桿會隨之提升，將剩余的口香糖提高，準備進行下一次裝料。

真空吸盤運動：本設計共有2個真空吸盤，1號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；當定位平臺開始勻速啟動時，2號真空吸盤與4號絲桿配合，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號絲桿處的裝料位置。

皮帶的運動：當定位平臺到達3號絲桿末端時，包裝盒即完成口香糖的包裝。推桿收到信號后，隨即將包裝盒推送到皮帶輸送系統上。待推桿歸位后便發送信號給皮帶使其運動至前一個工位。

2.2 電氣控制環節

本環節主要是口香糖的配送驅動和控制部分，同時該環節結合“互聯網+”的工業4.0模式，利用工業以太網EtherCat技術與EtherNet的網絡兼容性，傳輸速度更快，迅速處理現場層的數據信息，實現精確無誤地控制包裝盒在傳輸過程的精準裝料。

底層總線采用的EtherCat工業以太網總線技術，減少電氣配線，降低設備制作成本。同時百兆帶寬使得數據傳送速度更高，支持多種類型的拓撲結構，系統冗余及擴展更方便快捷，讓多臺伺服的同步控制更加簡單、精準，電氣控制原理如圖3所示。

2.3 遠程控制環節

該環節是本生產線設計的重點。將互聯網融入到工業控制中，工業生產的底層數據能實時通過以太網被遠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 遠程控制系統原理圖

本環節的工作過程如下：啟動生產線后，現場操作人員可以通過工業控制器，將設備進行回零，然后按照生產計劃對生產線進行調整。設置生產參數并放入包裝盒與口香糖成品，檢查無誤后便可啟動設備。

如若生產計劃需要更改，操作人員能從本地智能終端對設備生產的模式進行編程調整。不需要太多時間便可使生產線再次高速高效運作，同時針對遠程控制從而開發能連接以太網的手機APP，對生產設備進行遠程操控，能實時監控。

3 項目的先進性

（1）機電一體化技術結合上工業4.0智能化自動化生產制造模式實現智能生產，解決了口香糖生產模式單一、兼容性差和產能過剩和供不應求等問題。式可以通過二維碼、網址甚至是APP，同時也能設置不同的權限，對訪問者做數據及操作的權限設定。當設備出現故障時，可以支持遠程訪問的方式，對設備進行遠程檢修排故，節省維護成本，提高設備使用時間。

首先本地智能終端通過掃描二維碼或者輸入網址進入到設備控制界面，可發出設備啟動信號，系統將開始工作。工業控制器發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據均能通過EtherNet被遠程和本地的智能終端訪問。控制系統原理圖如圖4所示。

（2）EtherCat技術與以太網的相互配合，可通過網絡或者APP操控，實現了對設備的遠程監控和信息快速反饋，相比目前的生產線，能夠更精確的控制螺桿的轉動角度和盒子與口香糖的配合。對生產線進行實時遠程監控與控制。

（3）整個裝料配送過程由設備全自動檢測聯網生產，大大提高了口香糖生產的末端環節的生產效率，提升了裝料質量，節省了勞動成本。

4 結語

市場對產品包裝的技術需求日益增長，供應商必須著力改善生產包裝效率。但目前生產包裝方式難以滿足這種市場的追求，其機械結構往往隨著使用次數的積累，精度不斷降低，使其使用壽命較短，后期人工維護成本高，生產效率也隨著降低，隨著市場需求的不斷增長，企業亟需改變現有生產方式。而工業4.0的口香糖智能裝料配送生產線，結合多項新興科技和互聯網大數據柔性制造，涉及行業范圍寬廣，大大提高了口香糖生產的末端環節的生產效率，提升了裝料質量，降低了人工成本，為企業帶來巨大利潤的同時也推動產業迅速發展。

參考文獻：

［1］ 雷皓.工業4.0浪潮下中國制造業轉型策略研究［J］.科技創新導報，2017（16）：131，133.

［2］尚會永，張成崗，劉峰.實現我國工業4.0的中小企業創新發展戰略［J］.教學與研究，2017（05）：43-48.

［3］汪彬.工業4.0時代的發展態勢及企業的應對策略［J］.現代管理科學，2017（05）：112-114.

［4］劉星星.智能制造的發展：現狀、問題及對策研究［J］.齊齊哈爾大學學報（哲學社會科學版），2016（07）：66-68.

［5］劉星星.智能制造：內涵、國外做法及啟示［J］.河南工業大學學報（社會科學版），2016（02）：52-56.

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，FANG 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，大學專科。研究領域：機電一體化技術。

(編輯：向 飛)