一種在中央供料系統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：中央供料系統如果不能實時監控原料的使用情況，將會導致花費更高的人工成本;中央供料系統如果不能監控輸送機的生產，則不能掌握設備的生產信息，不能有效地安排工廠生產排程。為解決上述問題，提出開發一種自動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與原料消耗檢測器，中央供料系統通過新型輸送與檢測裝置來采集工廠的生產信息，利用這些生產信息來實時掌握設備生產狀態，合理地安排生產，提高工廠的自動化程度。結果表明：此輸送與檢測裝置的開發能實時監控工廠的生產狀況，減少傳統的人工換料時間，合理安排生產，降低人工成本。

關鍵詞：中央供料系統;自動化;生產信息;生產監控

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：A

文章編號：1009-9492 f 2022）02-0129-04

0 引言

隨著“工業4.0”的到來，在中央供料系統中，塑料的自動化生產越發重要，首先可以節約人工，提高生產力，促進產業自動化。其次，由于社會勞動力不足與勞動力成本的提高，工廠傳統的生產方式由人工生產轉為自動化生產是發展趨勢。

胡德源等[1]發明設計了一種高效能供料系統，應用結果表明在中央供料系統中避免人工生產實現自動化生產具有重要意義。若中央供料系統采用人工生產，在原料的運輸過程中會造成對原料污染，間接影響原料的質量。若中央供料系統無法監控設備生產，那么要花更多的人力監控生產，會增加人工成本，影響企業效益。

通過汪俊等[2]發明設計中央供料計數控制裝置，表明在中央供料系統中監控原料的生產具有重要意義。若中央供料系統不能有效計算注塑機上生產的數量，會出現少生產和多生產的情況，將會提高企業生產制造成本。

綜上所述，國內對中央供料系統局部性能研究較多，但是對配套輸送與監控裝置研究較少。本文通過參照輸送裝置與計數控制裝置模型，設計并制造出配套生產的輸送與檢測裝置，通過實驗測試數據，以及用戶的反饋，此套裝置能在中央供料系統中實時監控工廠的生產狀況，減少傳統的人工換料時間，合理安排生產，降低人工成本。

1 設備工作原理

本文主要研究輸送一檢測一生產監控循環，根據趙陳成等[3]提出的一種生產監控循環。工作原理：輸送機1 工作，使料桶2內產生真空負壓，同時，下料閥3關閉，料倉9里的原料10通過輸送管8輸送到輸送機的料桶里，完成吸料后，原料消耗檢測器4里的稱重傳感器5進行檢測稱重，然后原料消耗檢測設備顯示器11進行數據采集過濾和說明后會顯示原料輸送的實際數量，而后實際數量通過RS485通訊接口12傳輸到控制臺13上，之后輸送機停止工作下料閥打開，原料下落儲存在集料斗6里進入注塑機7生產，操作人員通過控制臺可觀察原料消耗檢測器顯示的實際生產數據，同時輸送機生產狀態經RS485通訊接口12傳送到控制臺，方便操作人員實時觀察設備的生產狀況，合理安排生產。如圖1所示。2傳統輸送裝置的結構及性能分析

如圖2所示，通過單根立等[4]研究表明傳統的輸送機主要由風機、過濾器、控制器、料桶、下料閥等組成。傳統的輸送機使用帶線式手控器，功能少、屏幕小、顯示不直觀，無RS485通訊接口不能聯機控制且操作復雜，此種設計不方便操作人員調試與監控，浪費生產時間，降低工廠生產效益。

由于傳統的輸送機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輸送情況，當輸送機料桶裝滿原料時設備才會停機報警，這在生產中容易造成多生產的情況，提高了企業生產成本。

3 新型輸送與檢測裝置的結構及性能分析

針對目前市場輸送機存在的不足，根據馬平等[5]對LCD顯示器原理的研究，更改了傳統顯示器結構，淘汰傳統顯示器黑白顯示，因LCD顯示器增加色彩元素顯示，提高了顯示器的觀賞性;根據龐鳳江[6]對RCB三色LED燈原理的研究，設計出一種基于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;根據謝仲銘等[7]提出一種用于計算原料消耗和輸送效率的檢測裝置及其方法，設計出一種能輔助輸送機生產的原料消耗檢測器，實時監控原料生產狀況，避免出現少生產和多生產的情況，合理安排生產。

綜上所述研究及方法，結合現有的輸送機的不足，設計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、新型原料消耗檢測器，以提高工廠的自動化程度為目的。如圖3所示。從用戶的角度出發，嚴格模擬用戶工廠的生產環境，并對新型的輸送與檢測裝置進行了實驗測試，結果表明：輸送與檢測裝置實時監控工廠的生產狀況，合理安排生產，降低人工成本。

3.1 新型輸送機結構及性能分析

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，轉換成相應的數字信號;（2）與RCY傳感器相連接的控制器，接收所述RCY傳感器的數字信號，發出控制指令;（3）與控制器相連接的驅動芯片，接收所述控制器的控制指令，發出驅動信號控制電流的強度;（4）與驅動芯片相連接的LED燈，根據電流的強度的不同發出不同亮度的光。

傳統輸送機使用RG二色貼片LED燈控制電壓為220 V，而新型輸送機使用柔性RCY三色LED燈控制電壓為24 V，低電壓有利于保護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、功能強大、無輻射和對眼睛無損傷等優點，因此它在彩色圖像的顯示中得到了廣泛地應用。LCD顯示器優勢如下：（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

輸送機通過RS485通訊接口聯機到中央供料系統中，進行遠程電腦控制臺操作實現工廠自動化生產管理。如圖8所示。

3.2 新型原料消耗檢測器結構及性能分析

設計配備新型輸送機使用的原料消耗檢測器，是為了方便用戶合理安排生產，提高工廠自動化程度。本文所開發原料消耗檢測器設計檢測精度達到+1%，精度越高表明顯示消耗重量與實際消耗重量更接近，操作人員可根據顯示消耗重量與合格產品量統計出產品的合格率，監控生產。操作人員也可以根據顯示消耗重量按需供給，合理地安排生產，縮短傳統的人工換料時間。如圖9所示。

3.2.1 使用功能強大的LCD顯示器

當前數據：表示新型輸送機實時生產的量。

累積數據：表示新型輸送機一直工作輸送累計的產量。

目標數據：可輸入一個目標產量，當新型輸送機達到目標產量時，原料消耗。

檢測器警報，而后反饋給新型輸送機，新型輸送機停止工作。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通訊接口聯機到中央供料系統控制臺，實時監控生產，也可進行遠程控制臺控制操作，操作人員根據實時生產數據按需供給，合理安排生產，提高工廠自動化程度。

當前重量：表示輸送機實時生產的量。

累積重量：表示輸送機一直工作輸送的產量。

3.2.4 采用PUR軟管

在新型輸送機工作過程中為輸送機輔助設備原料消耗檢測器檢測精度能達到+1%，在輸送機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運轉時注塑機的震動、輸送機的震動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確。如圖12-13所示。相關測試數據比較如表1-2所示。

誤差值=顯示值一實際值

重量精度=（顯示重量一實際重量）/實際重量X100%

測試結果表明，輸送機輸送原料采用PUR軟管輸送，檢測器重量抓取準確。

如表3所示為原料消耗檢測器搭配新型輸送機精度測試：結果表明可以達到設計精度+1%以內，設備可以運用到中央供料系統中用來監控生產。

誤差值=顯示值一實際值

重量精度=（顯示重量一實際重量）/實際重量X100%

4 結束語

本文結合工廠中央供料系統的工作原理，基于傳統中央供料系統生產監控上存在的缺陷，設計并制造出新型的輸送與檢測裝置，對中央供料系統生產監控進行優化，提高了工廠的自動化程度。通過開發具備RS485通訊功能的新型輸送機與原料消耗檢測器，使中央供料系統快速準確采集生產信息，有利于工廠合理地安排生產。新型輸送機采用透明的儲料桶，實時觀察原料的輸送狀況，避免輸送機在輸送過程中出現多生產的現象;配備RS485通訊接口，便于輸送機聯機控制，即關即停，即開即用，提高了整個系統的生產控制精度。新型原料消耗檢測器輔助輸送機生產，通過實驗測試驗證，進一步提升了整個系統的生產控制精度。因此，此套新型的輸送與檢測裝置在中央供料系統中適用性強，能合理安排生產，白動化程度高。

參考文獻：

[1]胡德源，盧偉文，方建梁.一種高效能集中供料系統：CN203877504U[P]. 2014.

[2]汪俊，馬娜，中央供料計數控制裝置：CN206870249U[P].2018.

[3]趙陳成，左達.一種氣力輸送物料在線檢測分析裝置：CN204660851U[P]. 2015.

[4]單根立，商國娟.氣動真空上料機[J].液壓與氣動，2006（4）：54.

[5]馬平，蔣瀟.LCD顯示器：CN20222150IU[P].2012.

[6]龐鳳江.一種基于RGB三色LED燈的模擬窗及照明設備：CN201672371U[P]. 2010.

[7]謝仲銘，王東海，葉培華，等.一種用于計算原料消耗和輸送效率的檢測裝置及其方法：CN107560696A[P].2017.

[8]成大先，機械設計手冊第四版第1卷[M].北京：化學工業出版社.2002.