食用制品-明胶生产设备控制系统设计

食用制品-明胶生产设备控制系统设计

一、选题简介、意义

在当今各种食品以及药品等生活必须品发展较快,其对于辅助原料明胶的需求量也与日俱增,所以明胶的制备工艺也应提高.明胶按用用途可分为照相、食用、药用及工业四类。食用明胶作为一种增稠剂广泛使用于食品工业的添加如果冻、食用色素、高级软糖、冰激凌、干醋、酸奶、冷冻食品等。在化工行业主要用作粘合、乳化和高级化妆品等制作的原料。

在科技发展的过程中，自动化生产设备不断更新，有效减少了员工的身份负担，增加了企业的生产效率，工业化不断提高。工业生产中的自动化技术不断提高，使用计算机控制系统在工业生产过程中可以有效提高生产效率，增加了安全性，提高了产品质量，有效减少了能源和材料地消耗，企业在通过提高自动化技术水平的同时，生产方式和产业结构相应调整，对企业集约化发展提供了便利。自动化生产技术的高级运用是实现中国制造2025的基础，所以研究自动化生产项目也是一种具有前景的领域。

目前,对于明胶生产设备来说，它的核心控制部分是PLC对接触器,变频器以及电机的控制，为此，以PLC控制器, 变频器作为控制核心，其他器件作为辅助的工业控制装置在工业生产中具有很高的应用价值。

本课题的完成，将为实现智能制造的目标道路上打下基础，同时经过这类项目的开发实践，使得在学校学习的理论知识快速与工程项目进行实际结合，为以后的项目打下了坚实基础。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

（一）主要内容

本次课题是以涂布机结构为设计依据，以汇川的PLC，变频器等扩展模块以及台达的传感器为基础进行开发。

1. 食用制品-明胶生产设备控制系统应具有启动/停止、自动控温，通信等功能；

2. 针对客户的需要，系统应具有主控柜控制。

3. 需要人机交互界面.

4. 整套设备包括化胶搅拌罐、胶液静止罐、胶皮布胶头、牵引装置、热吹风烘箱、压花部、热风循环及排风系统、电气控制系统几部分

（二）拟解决的主要问题

1. 食用明胶生产设备总体结构设计；

2. 食用制品明胶的自动控制系统硬件选型以及硬件电路设计

3. 食用制品明胶的自动控制系统软件设计

4. 烘烤部分的温度PID控制技术应用分析

5. 算法设计

6. 设备变频器参数设置与功能分析

（三）预期目标

1. 根据项目需求选择PLC和变频器以及相关模块和传感器，阅读相关手册。

2. 在学习过PLC以及变频器相关知识后通过阅读控制要求进行方案设计，用AutoCAD软件画出整个课题的原理图；

3. 编写程序；

4. 到达常州现场进行相关功能调试与实现。

（四）研究步骤

本课题的工作步骤分为四个阶段：

第一阶段：查阅文献，收集资料、确定课题方案，完成开题报告；

第二阶段：完成系统构架，进行结构设计，整合分支模块。

第三阶段：进行上机测试，调试运行。

第四阶段：整理技术资料，完成毕业设计论文及答辩。

（五）工作方法及措施：

工作方法：本课题主要采用实践法。

措施：基于公司给予的现场实践机会所获得的实践经验，在教师指导下，以汇川PLC编程思想为基础，设计开发《食用制品-明胶生产设备控制系统》

三、设计（论文）体系、结构（大纲）

第一部分引言

1.1课题来源及研究意义

1.2国内外自动化“食用制品明胶生产”线技术的发展与研究概括。

1.3本课题的主要研究内容

第二部分食用明胶生产设备总体结构设计要求

2.1 系统组成

2.2总体结构需求

2.3主要工序以及特点简介

2.4食用制品明胶的自动控制系统硬件选型以及硬件电路设计

2.5“食用明胶”动力电路分析

2.6 明胶生产线控制电路设计

第三部分食用制品明胶的自动控制系统软件设计

3.1软件的使用以及设计

3.2烘烤部分的温度PID控制技术应用分析

3.3算法设计

3.4变频器参数设置：

第四部分基于食用制品明胶的自动控制系统在项目中的应用

4.1食用制品明胶的自动控制系统技术特点

4.2系统组成

4.3技术指标

第五部分结论

第六部分主要参考文献

致谢

一.引言

1.1 课程来源及研究的意义

在现在技术下，可食用明胶生产的成品工艺并不难，但要做到机械简单，工艺达标却不容易，因为明胶的原材料是胶原蛋白，其特性是受冷会固化而且成型后容易拉断，所以对于温度的控制以及速度的实时性控制要求严格，机械的特性钢性要强,其整个系统的速度控制要连贯，除此之外，系统的智能性以及方便性也在考虑之中。随着国内自动化生产水平越来越高，制造设备的初始系统必须得接的上自动化转型的步伐。此食用明胶生产设备打破了国内原始的手动操作机器进行生产的方式，使得生产过程更加标准化可风险可控化，不仅节约成本更是提搞生产效率。

食用明胶生产的机械是将原材料（胶液）在搅拌罐里面搅拌然后送至涂头，涂头是将胶液按一定厚度涂抹在冷却辊的面上，当热的胶液遇到冷的辊会立即固化成型，然后进入烘箱进行加热烘烤其厚度控制在1MM内，对于厚度控制，国外设备有用伺服电机加减速器的控制方式控制厚度的，但是问题来了，这种控制方式成本会提高好多但是设备精度不会提高甚至下降，因为在工业控制里面有一句话很经典“设备越搞的复杂不但成本会增加最重要是后面的问题不可控，即维护费用会提升”，而且有意思的是这种设备的厚度一旦调节好几乎不怎么更改。

所以此设备直接用精密丝杆加手柄轮通过用游标卡尺测量进行人工调节不但高效率而且避免了后面成本的不可控性，虽然不够自动化但是很是实用。(综上所述也阐述了一个中国工业控制的一个现状，对于工业自动化的实现，很多设备很难达到转型到自动化生产的要求，要想实现自动化生产必须将下游的机械以及信息链接打通并且具备生产的标准工艺过程成熟，如果强行转型势必造成巨大损失。

1.2 国内外自动化“食用制品明胶生产”线技术的发展与研究概括。

食用制品明胶生产线控制系统，是一套基于传统设备向现代自动化设备转型的设计的系统，为了能高效率，低成本，生产，系统运用了PLC以及变频器，各种传感器（这种设备方式国内外都是一个思路）。设备具有自动手动切换功能，包括点动以及联动，自动计算材料长度，自动收卷以及控制材料张力恒定。整个设备的信息可视化，让普通的操作工人都能理解明白要表达的意思，降低操作难度。设备具有后期风险可控性，稳定性以及节能性。

1.2.1 国外“食用制品明胶生产”线自动化技术的发展与现状

近些年来，自动化生产线的思想在发达国家早已成熟运用了，比如德国，日本，美国，荷兰等国家，更为厉害的是，已经实现了从原材料进入生产线至成品输出生产线以及直到配货销售几乎不用人手动去参与，其自动化水平之高对国内具有很高的参考价值。

1.2.2 国内“食用制品明胶生产”线自动化技术的发展与现状

我国“食用制品明胶生产”线自动化系统控制发展历程较短，以前大多都依赖进口，在自动化生产领域国家一直在积极倡导并加大投入力度，因为一个国家的制造业水平高低直接决定了经济发展水平的高低，经过不懈的努力国内也取得了一些成效，国内市场近几年开始大批量出现自动化生产线的模型。首先从汽车生产线，列如上海大众汽车，整个生产线80%是机器启动生产不需要人工参与，10%是人与机器协同制作，剩下10%需要纯手工制作。

1.3本课题的主要研究内容

由于上述原因很多公司都想要一台既简单又稳定高效率的生产食用明胶的设备，正巧在实习期间公司派我去调试这台设备。“食用明胶”的应用非常广泛，一般存在于食物以及生活用品方面，特别是蛋糕以及果冻等食品，其营养也是很有参考价值的。根据项目需求，该设备主要实现涂胶液成型为布，烘烤，印花，收卷。

基于此，本项目的设计内容主要包括以下几个方面：

1.食用明胶生产设备总体结构设计。

2.食用制品明胶的自动控制系统硬件选型以及硬件电路设计。

3.食用制品明胶的自动控制系统软件设计。

4.烘烤部分的温度PID控制技术应用分析。

5.算法设计。

6.设备变频器参数设置与功能分析。

参考文献

1. 汇川PLC应用技能实训/肖明耀，宋建编著-北京中国电力出版社，2011.4

2. 西门子PLC高级应用实例精解/向晓汉主编-北京机械工业出版社，2015.9