【文章內(nèi)容簡介】 做強(qiáng)，靠技術(shù)進(jìn)步來推動行業(yè)發(fā)展。 （ 2） 產(chǎn)品兩極化： 使用 包裝機(jī)械的最終目的在于提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品多樣化 。 這就使得包裝機(jī) 械產(chǎn)品規(guī)格朝著多功能與單一、高速兩極化方向發(fā)展。 （ 3） 市場壟斷化： 包裝機(jī)械市場日趨壟斷化 ， 目前我國除了一些小型包裝機(jī)有一定規(guī)模和優(yōu)勢以外，其他包裝機(jī)械幾乎不成體系和規(guī)模，特別是市場上需求量大的一些成套包裝 生 產(chǎn)線，在世界包裝市場中均被幾家大包裝機(jī)械企業(yè)所壟斷。 （ 4） 技術(shù)含量將不斷增加： 隨著我國包裝工業(yè)快速發(fā)展，包裝機(jī)械市場也趨向更高 層次，包裝機(jī)械技術(shù)含量日漸提高，一些最新包裝技術(shù)都已運(yùn)用在包裝設(shè)備上。未來幾年，我國包裝設(shè)備應(yīng)盡快提高產(chǎn)品技術(shù)含量，加快研制步伐， 另外也要加快產(chǎn)品的技術(shù)革新。 （ 5） 產(chǎn)業(yè)結(jié) 構(gòu)調(diào)整加快： 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整仍將是未來幾年包裝機(jī)械行業(yè)的主題 ， 在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整上，要提高生產(chǎn) 集中度，促進(jìn)專業(yè)化、系列化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和對市場的適應(yīng)能力， 積極發(fā)展和扶持骨干企業(yè)，加快現(xiàn)代企業(yè)制度的建立和完善。 自動包裝設(shè)備的市場分析 眾所周知，生產(chǎn)效率是企業(yè)在激烈的市場競爭中獲取勝利的關(guān)鍵。近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各國人民的生活水平不斷提高，食品、建材等工業(yè)發(fā)展越來越快，各個行業(yè)對自動包裝設(shè)備的需求越來越大 ， 因此自動包裝設(shè)備在國內(nèi)外 都 擁有 著長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 很大的市場潛力。 據(jù)統(tǒng)計： 2020 年，中國全部包裝專用 設(shè)備制造企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值 萬 元，全國包裝機(jī)械累計產(chǎn)量為 108397 臺，實現(xiàn)累計產(chǎn)品銷售收入 萬 元，實現(xiàn)累計利潤總額為 413382 千元。 2020 年，中國全部包裝專用設(shè)備制造企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值 12， 181， 萬 元，全國包裝機(jī)械累計產(chǎn)量為 192167 臺，實現(xiàn)累計產(chǎn)品銷售收入 11， 036， 萬 元，實現(xiàn)累計利潤總額為 萬 元。 2020 年 14 月，全國包裝機(jī)械累計產(chǎn)量為 26596 臺， 12 月中國全部包裝專用設(shè)備制造企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值 萬 元 ，實現(xiàn)累計產(chǎn)品銷售收入 萬元，實現(xiàn)累計利潤總額為 萬 元。 由此可以看出包裝設(shè)備投入的增加創(chuàng)造了更大的價值 ， 市場對于包裝設(shè)備的需求必將會大幅增加，為自動包裝行業(yè)創(chuàng)造了良好的市場環(huán)境。 在國際出口方面，中國自動包裝設(shè)備有著龐大的出口商機(jī)。其中印度政府于2020～ 2020 年間，向食品加工包裝業(yè)投資高達(dá) 200 億美元；埃及食品包裝設(shè)備市場的需求也在不斷的快速增長；另外，以農(nóng)業(yè)為經(jīng)濟(jì)支柱的西非國家也將積極開發(fā)食品加工業(yè)，并且需要進(jìn)口大量的食品加工包裝設(shè)備。 以埃及為例，由于埃及新的內(nèi)閣政府頒發(fā)了 關(guān)于 “到 2020 年，所有的食品都必須有包裝 ”的法規(guī)，再加上埃及私有化進(jìn)程的進(jìn)行，使得埃及的包裝設(shè)備市場需求量一直以每年 25%的速度增長，它的包裝設(shè)備市場充滿著非常多的商業(yè)機(jī)會，具有很大的潛力，但是埃及的包裝設(shè)備僅 30%由本地提供，而 70%則由國外進(jìn)口 ， 進(jìn)口國家主要有意大利、中國、德國和西班牙。 綜上所述， 包裝設(shè)備是包裝行業(yè)最重要的配套設(shè)備，與人們的生活息息相關(guān) ，并對國民經(jīng)濟(jì)整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。 可以說，只要有人類的存在，就必然有包裝機(jī)械行業(yè)的存在。 目前，人類的科學(xué)技術(shù)水平仍以非常迅速的速度發(fā)展著， 包裝機(jī)械工業(yè)必定會隨著科技的不斷進(jìn)步而持續(xù)發(fā)展 ， 眾所矚目，包裝行業(yè)是一個前景非常樂觀的行業(yè)，新興的包裝機(jī)械設(shè)備和技術(shù)擁有廣闊 的市場發(fā)展 空間。 可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀 可編程控制器 （ Programmable Controller） 是 以自動控制技術(shù)、微計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前已被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。 可編程控制器 （ Programmable Logical Controller） 簡稱 PLC， 它是 20 世紀(jì) 60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，美國數(shù)字 設(shè)備 公司 （ DEC） 研制出 了世界上第一臺 PLC， 在 美國通用公司 （ GM） 的汽車自動裝備生產(chǎn)上獲得成功后，由于 PLC 優(yōu)越的性能， PLC 軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 不斷發(fā)展，同時推動了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展。現(xiàn)代 PLC 已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。 最初， PLC 主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機(jī)械的控制上。但不久，西德的西門子（ SIEMENS） 公司、 BBC 公司就開始研制 PLC，當(dāng)時主要是用于大型設(shè)備上。 70 年代初，日本的 OMRON 也推出了他們的 PLC。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了 PLC 制造者的行列。 70 年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型 PLC。 由于 PLC 是為工業(yè)控制所生產(chǎn)的通用性很強(qiáng)，適合于大批量生產(chǎn)的裝置，所以成本迅速下降；加上其是專為工業(yè)控制所設(shè)計，所以具有極好的抗干擾性能；并且他的 連接和使用 都極為方便，實現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機(jī)械制造業(yè)深受歡迎。小型 PLC 開始步入諸如塑料注塑機(jī)、包裝機(jī)械、橡膠機(jī)械、紡織機(jī)械等輕工機(jī)械的控制領(lǐng)域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機(jī)作為控制單元的做法構(gòu)成了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。 據(jù)國外資料介紹 :2020 年美國 PLC 用戶中，有 42%來自自動程序操作部門 （ 如汽車、拖拉機(jī)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等 ） 、 33%來自石油化工業(yè)、 11%來自食品飲料業(yè)、 8%來自冶金工業(yè)、其余部分來自造紙、采礦、污水處理等部門 。 近年來，隨著我國對外開放，日、美、德等國生產(chǎn)的 PLC 已通過多種途徑進(jìn)入了我國，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。如寶鋼工程應(yīng)用了數(shù)百臺 PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應(yīng)用了美國和德 國 的 PLC。 可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢 隨著 微處理器技術(shù) 的發(fā)展和工業(yè) 生產(chǎn)控制的廣泛 需 要 ，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展， 其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將 PLC 理解為開關(guān)量控制的時代已經(jīng)過去， PLC 不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體。 目前， PLC 技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展非?；钴S，各廠家不同類型的 PLC品種繁多，各具特色。綜合來看， PLC 的發(fā)展趨勢有以下幾個方面 ： （ 1） 體系結(jié)構(gòu)開放化及通信功能 的標(biāo)準(zhǔn)化 ： 大多數(shù) PLC 系統(tǒng)都采用了開放性體系結(jié)構(gòu)。 通過制定系統(tǒng)總線接口、擴(kuò)展接口和通信接口標(biāo)準(zhǔn)，使 PLC 系統(tǒng)能夠根據(jù)應(yīng)用要求的發(fā)小任意擴(kuò)展。目前，各個公司的總線、擴(kuò)展接口及通信功能都是各自獨(dú)立制 定的，現(xiàn)在還沒有實現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化。為了適應(yīng)環(huán)境的要求，制定統(tǒng)一的、規(guī)范化的 PLC 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是今后發(fā)展的必然趨勢。 （ 2） CPU 處理速度進(jìn)一步加快 ： 目前 PLC 的 CPU 與微型計算機(jī)的 CPU 相比，還處在比較落后的地步，最高的也僅僅處在 80486 一級。將來會全部使用 64 位 RISC 芯片，實現(xiàn)多 CPU 并行處理或分時處理或分任務(wù)處理，實現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 這樣 PLC 執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級。 （ 3） 可編程控制技術(shù)的智能化 ： 提高一個系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質(zhì)，在某種意義 上也提高了系統(tǒng)的可靠性。 （ 4） 系統(tǒng)的開放性和兼容性 ： 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。一方面是某一產(chǎn)品和第三家同類產(chǎn)品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系統(tǒng)尤其是軟件上的開發(fā)平臺對使用者有多大的開放程度。當(dāng)今可編程控制產(chǎn)品種類繁多，加上自動化項目越來越大，致使常常在一個工程項目中出現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品做主從站的現(xiàn)象，這就要求每一廠家的產(chǎn)品族中，都要考慮到和其他廠家產(chǎn)品的兼容性問題 ： 另一方面，可編程控制器與工業(yè)控制機(jī)等其他裝置的通信難易也體現(xiàn)了開放性的特點(diǎn)。除此之外，同一廠家產(chǎn)品族中的各 系列產(chǎn)品兼容性也代表了可編程控制產(chǎn)品的水平。 （ 5） 通用性和專業(yè)化的結(jié)合 ： 可編程控制產(chǎn)品是通用的。但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點(diǎn)。怎樣才能使一個系統(tǒng)既具有通用性又具備專業(yè)化呢 ?硬件系統(tǒng)的模塊化便是解決這一矛盾的鑰匙。這樣，適合于某個行業(yè)或某些特殊問題的專用模塊就可以很容易地集成到通用系統(tǒng)中去。常用的專用模塊包括 :定位模塊、溫度測量模塊、高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等。 （ 6） 可靠性進(jìn)一步提高 ： 隨著 PLC 進(jìn)入過程控制的領(lǐng)域，對 PLC 可靠性的要求進(jìn)一步提高。硬件冗余的容錯技術(shù)將進(jìn)一步得到應(yīng)用，不僅會有 CPU 單元冗余、通信單元冗余、電源單元冗余、 1/0 單元冗余、而且整個系統(tǒng)都會實現(xiàn)冗余。但從根本上來講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。要保證整個系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，首先要求系統(tǒng)各單元的質(zhì)量要得到保證。 MTBF（ 平均無故障時間 ） 是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)?？v觀各著名廠商，其 PLC 產(chǎn)品都有不同程度的冗余功能，而且發(fā)展越來越完善。 （ 7） 控制系統(tǒng)分散化 ： 根據(jù)分散控制、集中管理的原則， PLC 控制系統(tǒng)的 1/0 模塊將直接安裝在控制現(xiàn)場，通過通信電纜或光纖與主 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這樣使控制更有效，系統(tǒng)更可靠。 （ 8） 控制與管理功能一體化 ： 為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要， 提高工廠自動化水平， PLC 將廣泛采用計算機(jī)信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使 PLC 系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息管理功能融為一體。 從而更好的滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制和管理需要。 綜上所述，我們不難得出下面幾個結(jié)論 ： （ 1） 工控機(jī)、計算機(jī)集散控制系統(tǒng)及 PLC 正在走著一條相互融合的道路 ； （ 2） 智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的新型控制思想 ； 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 （ 3） 系統(tǒng)的智能性將越來越重要，因此系統(tǒng)的分析運(yùn)算能力將越來越強(qiáng) ； （ 4） 基于標(biāo)準(zhǔn)化的開放性和兼容性是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的重要判據(jù) ； （ 5） 通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征 。 PLC 與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備及自動化項目中，我們會遇到大量的開關(guān)量、脈沖量及模擬量等控制裝置。如電機(jī)的啟動與停止，電磁閥的開閉，工件的位置、速度、加速度的測定，產(chǎn)品的計數(shù)以及溫度、壓力、流量等物理量的設(shè)定和控制等等。傳統(tǒng)的工業(yè)自動控制主要是由繼電器或分離的電子線路來實現(xiàn)的。這種控制方式雖然造價便宜，但卻存在許多致命的弱點(diǎn) :只適用于簡單的邏輯控制，僅適用某種控制項目 ，缺乏通用性，一旦要實現(xiàn)改動或者優(yōu)化，只能通過硬件的重新組合來實現(xiàn)。目前，工業(yè)界比較有代表性的控制方式主要有以下幾個類別 :繼電器控制系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，微型計算機(jī)系統(tǒng)，集散型控制系統(tǒng)。 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器控制是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點(diǎn)的串、并聯(lián)及時間繼電器的延遲動作來組成控制邏輯，其缺點(diǎn)是一個系統(tǒng)一旦確定就很難輕易再改動。如果要在現(xiàn)場做一些更改和擴(kuò)展更是難以實行。而 PLC 是利用其內(nèi)部的存儲器以數(shù)據(jù)形式將控制邏輯存儲起來的，所以只要改變 PLC 內(nèi)存儲器的內(nèi)容，也就可以實現(xiàn)更 改控制邏輯的目的。對于 PLC 來講，只要用 PLC 配備的編程器在現(xiàn)場就可以完成更改。至于 PLC對外部的聯(lián)系，只有 1/0 點(diǎn)，只要輸入輸出對象不變，就無須對硬接線作任何改動。 繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動作來實現(xiàn)的。工作頻率很低。一次動作一般為數(shù)十毫秒。對于復(fù)雜的控制，使用的繼電器越多，反應(yīng)就越慢。而 PLC 是以微型計算機(jī)為基礎(chǔ)的控制裝置，其運(yùn)行速度為每個指令步數(shù)十微秒 （ 對于高速 PLC 則是 5微秒以下 ） 。并且內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，所以不會出現(xiàn)抖動的問題。 對于限時控制，繼電器是利用時間繼電器的延時動作來實現(xiàn)的。 由于時間繼電器是利用空氣阻力，半導(dǎo)體延時電路來實現(xiàn)延時的，所以其定時精度低，調(diào)整不方便。且環(huán)境溫度變化等因素都會對定時精度有直接的影響。而 PLC 則是由晶體振蕩器所產(chǎn)生的脈沖經(jīng)多次分頻后得到的時基脈沖進(jìn)行計數(shù)來定時的，定時范圍一般為 秒，也有 秒的，精度一般高于 10 毫秒，只要根據(jù)需要由編程器送入時間常數(shù)即可實現(xiàn)定時時間的設(shè)定或更改。由于 PLC 的定時是對時基脈沖進(jìn)行計數(shù)來實現(xiàn)的，所以如果是對外脈沖進(jìn)行計數(shù)，就成為計數(shù)器?，F(xiàn)代的 PLC 一般都具有定時器和計數(shù)器功能。 從可靠性和可維護(hù)性方面來看，繼 電器控制邏輯由于使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連接線也多，觸點(diǎn)開閉時產(chǎn)生的電弧會使觸點(diǎn)損壞，動作時的機(jī)械振動還可能使接線松長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 動，所以可靠性和可維護(hù)性都較差。而 PLC 則采用了無觸點(diǎn)的電子電路來替代繼電器觸點(diǎn)，確切地說是用存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)來代替觸點(diǎn)，因此不存在上述缺點(diǎn)。而且體積小、功耗小、壽命長、可靠性高、還具有監(jiān)控功能和自檢功能，使程序的運(yùn)行過程成為透明。 PLC 一般還具有步進(jìn)控制指令，可以進(jìn)行步進(jìn)控制，而繼電器邏輯就比較困難。繼電器邏輯只能對開關(guān)量進(jìn)行控制。而 PLC 除了具有開關(guān)量控制功能外，有些功能較全的 PLC 還具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換裝置，可以用來對模擬量進(jìn)行控制。但是目前在成本方面 PLC 還比繼電器貴，根據(jù)點(diǎn)數(shù)以及輸出方式來區(qū)分價格，點(diǎn)數(shù)越多價格越貴，有 16 點(diǎn)、 20