自動灌裝封蓋機(jī)的PLC控制文獻(xiàn)綜述

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1、 本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻(xiàn)綜述 設(shè)計 (論文)題目 自動灌裝封蓋機(jī)的PLC控制 作者所在系別 機(jī)械工程系 作者所在專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 作者所在班級 作 者 姓 名 作 者 學(xué) 號 指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱 副教授 完 成 時 間 2010 年 12 月 17

2、 說 明 1．根據(jù)學(xué)?！懂厴I(yè)設(shè)計(論文)工作暫行規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(論文)文獻(xiàn)綜述。文獻(xiàn)綜述作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．文獻(xiàn)綜述應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成，由指導(dǎo)教師簽署意見并經(jīng)所在專業(yè)教研室審查。 3．文獻(xiàn)綜述各項內(nèi)容要實事求是，文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．學(xué)生撰寫文獻(xiàn)綜述，閱讀的主要參考文獻(xiàn)應(yīng)在10篇以上（土建類專業(yè)文獻(xiàn)篇數(shù)可酌減），其中外文資料應(yīng)占一定比例。本學(xué)科的基礎(chǔ)和專業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。

3、5．文獻(xiàn)綜述的撰寫格式按畢業(yè)設(shè)計(論文)撰寫規(guī)范的要求，字?jǐn)?shù)在2000字左右。文獻(xiàn)綜述應(yīng)與開題報告同時提交。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）文 獻(xiàn) 綜 述 《自動灌裝封蓋機(jī)的PLC控制》的文獻(xiàn)綜述 內(nèi)容摘要：通過翻閱這些參考資料和文獻(xiàn)，深入了解了當(dāng)代的自動控制技術(shù)，對一些生產(chǎn)線實例的了解與學(xué)習(xí)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了生產(chǎn)控制的方法，并能對整個生產(chǎn)流程的技術(shù)設(shè)計有一定的了解，從而對灌裝機(jī)的控制有了方向性的指導(dǎo)。由于本次設(shè)計用到了PLC，通過對書中PLC系統(tǒng)設(shè)計方法深入的學(xué)習(xí)，對灌裝機(jī)的PLC控制方法有了初步的模型。這些參考資料和文獻(xiàn)，對準(zhǔn)確設(shè)計低成本高技術(shù)的PLC系統(tǒng)有著方

4、向性的指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：自動控制 PC DCS 灌裝控制 PLC 發(fā)展方向 第一章 前言 工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計算機(jī)和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。 工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計算機(jī)和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的

5、的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。 灌裝機(jī)行業(yè)競爭激烈，企業(yè)要在激烈的競爭中站穩(wěn)腳步，需要不斷的改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，向自動化、高效化發(fā)展。可編程控制器PLC以其抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，編程簡單，性能價格比高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用，利用PLC實現(xiàn)灌裝封蓋機(jī)的自動控制，結(jié)構(gòu)靈活、維護(hù)簡單、體積小，可大幅度節(jié)約使用成本，而且設(shè)備運(yùn)行安全平穩(wěn)。 利用PLC實現(xiàn)飲料行業(yè)自動灌裝封口機(jī)的控制，主要分析研

6、究產(chǎn)品生產(chǎn)流程的數(shù)據(jù)采集，PLC接線，程序編制，整個過程的控制協(xié)調(diào)以保證生產(chǎn)的持續(xù)性和對產(chǎn)品質(zhì)量的保證。 通過PLC控制大大提高生產(chǎn)的自動化控制，實現(xiàn)產(chǎn)品的無菌包裝和定量包裝，從而使得食品生產(chǎn)的質(zhì)量和效率能滿足更高的要求。 第二章 主題部分 一、我國自動控制的發(fā)展現(xiàn)狀 我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國工業(yè)控制自動化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。 1. 以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)

7、控制自動化將成為主流 眾所周知，從20世紀(jì)60年代開始，西方國家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計算機(jī)應(yīng)用）開始對傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。20世紀(jì)末世界上最大的變化就是全球市場的形成。全球市場導(dǎo)致競爭空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場時間（Time to Market）、改善質(zhì)量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務(wù)體系（Service），這就是企業(yè)的T.Q.C.S.。雖然計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企業(yè)實現(xiàn)“在正確的時間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五

8、個正確”。然而這種自動化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時是高風(fēng)險的發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在我國，中小型企業(yè)以及準(zhǔn)大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控制自動化的道路。 工業(yè)控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎(chǔ)自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎(chǔ)自動化和過程自動化。 傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進(jìn)口的過程計算機(jī)或小型機(jī)組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的價格之高令眾多企業(yè)望而卻步。 20世紀(jì)90年代以來，由于PC-based的工業(yè)計算機(jī)（簡稱工業(yè)PC）的發(fā)展，以工

9、業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的PC-based的自動化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實現(xiàn)低成本工業(yè)自動化的重要途徑。我國重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐，也拆除了原來DCS或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器，而改用工業(yè)PC來組成控制系統(tǒng)，并采用模糊控制算法，獲得了良好效果。 由于基于PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護(hù)人員接受，所以，一個接一個的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用PC控制方案?；赑C的控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，從長遠(yuǎn)角度看，PC控制系統(tǒng)維護(hù)成本低。由于可編程控制器（PLC）受PC控制的威脅最大，所

10、以PLC供應(yīng)商對PC的應(yīng)用感到很不安。事實上，他們現(xiàn)在也加入到了PC控制“浪潮”中。 近年來，工業(yè)PC在我國得到了異常迅速的發(fā)展。從世界范圍來看，工業(yè)PC主要包含兩種類型：IPC工控機(jī)和CompactPCI工控機(jī)以及它們的變形機(jī)，如AT96總線工控機(jī)等。由于基礎(chǔ)自動化和過程自動化對工業(yè)PC的運(yùn)行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現(xiàn)有的IPC已經(jīng)不能完全滿足要求，將逐漸退出該領(lǐng)域，取而代之的將是 CompactPCI-based工控機(jī)，而IPC將占據(jù)管理自動化層。國家于2001年設(shè)立了“以工業(yè)控制計算機(jī)為基礎(chǔ)的開放式控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化”工業(yè)自動化重大專項，目標(biāo)就是發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PC

11、-based控制系統(tǒng)，在3(5年內(nèi)，占領(lǐng)30%(50%的國內(nèi)市場，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 幾年前，當(dāng)“軟PLC”出現(xiàn)時，業(yè)界曾認(rèn)為工業(yè)PC將會取代PLC。然而，時至今日工業(yè)PC并沒有代替PLC，主要有兩個原因：一個是系統(tǒng)集成原因；另一個是軟件操作系統(tǒng)Windows NT的原因。一個成功的PC-based控制系統(tǒng)要具備兩點(diǎn)：一是所有工作要由一個平臺上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。可以預(yù)見，工業(yè)PC與PLC的競爭將主要在高端應(yīng)用上，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且設(shè)備集成度高。工業(yè)PC不可能與低價的微型PLC競爭，這也是PLC市場增長最快的一部分。從發(fā)展趨勢看，控制系統(tǒng)的將來很可能存在于工業(yè)PC 和

12、PLC之間，這些融合的跡象已經(jīng)出現(xiàn)。 和PLC一樣，工業(yè)PC市場在過去的兩年里保持平穩(wěn)。與PLC相比，工業(yè)PC軟件很便宜。據(jù)Frost & Sullivan公司估計，全世界每年7億美元工業(yè)PC市場里，大約8500萬美元為控制軟件，一億美元為操作系統(tǒng)。到2007年會翻一番，工業(yè)PC市場變得非?？捎^。 長期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供非常可靠的控制方案，與DCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢。同時，PLC也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。 微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性是PLC未來發(fā)展的主要方向

13、。在基于PLC自動化的早期，PLC體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32 I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價格只有幾百歐元。隨著軟PLC（Soft PLC）控制組態(tài)軟件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長。 當(dāng)前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，PLC也不例外?，F(xiàn)在越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口?？梢韵嘈?，PLC將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。 2.面向測控管一體化設(shè)計的DCS系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Con

14、trol System）問世于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國。我國從70年代中后期起，首先由大型進(jìn)口設(shè)備成套中引入國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項目。當(dāng)時，我國主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進(jìn)口。80年代初期在引進(jìn)、消化和吸收的同時，開始了研制國產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。 雖然國產(chǎn)DCS的發(fā)展取得了長足進(jìn)步，但國外DCS產(chǎn)品在國內(nèi)市場中占有率還較高，其中主要是Honeywell和橫河公司的產(chǎn)品。我國DCS的市場年增長率約為20%，年市場額約為30(35億元。由于近5年內(nèi)DCS在石化行業(yè)大型自控裝置中沒有可替代產(chǎn)品，所以其市場增長率不會下降

15、。據(jù)統(tǒng)計，到2005年，我國石化行業(yè)有1000多套裝置需要應(yīng)用DCS控制；電力系統(tǒng)每年新裝1000多萬千瓦發(fā)電機(jī)組，需要DCS實現(xiàn)監(jiān)控；不少企業(yè)已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。所以，今后5年內(nèi)DCS作為自動化儀表行業(yè)主要產(chǎn)品的地位不會動搖。 根據(jù)中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會公布的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2002年我國DCS市場狀況如下：小型化、多樣化、PC化和開放性是未來DCS發(fā)展的主要方向。目前小型DCS所占有的市場，已逐步與PLC、工業(yè)PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先與這三種系統(tǒng)融合，而且“軟DCS”技術(shù)將首先在小型DCS中得到發(fā)展。PC-based控制將更加廣泛地應(yīng)用于中小規(guī)模的過程

16、控制，各DCS廠商也將紛紛推出基于工業(yè)PC的小型DCS系統(tǒng)。開放性的DCS系統(tǒng)將同時向上和向下雙向延伸，使來自生產(chǎn)過程的現(xiàn)場數(shù)據(jù)在整個企業(yè)內(nèi)部自由流動，實現(xiàn)信息技術(shù)與控制技術(shù)的無縫連接，向測控管一體化方向發(fā)展。 二、自動控制的發(fā)展方向 1.控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場總線（FCS）方向發(fā)展 由于3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)的發(fā)展，過程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS（Fieldbus Control System）。FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場設(shè)備（Field Device）中。基于現(xiàn)場總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互

17、操作的新一代生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)，它將取代現(xiàn)場一對一的4(20mA模擬信號線，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化。 根據(jù)IEC61158的定義，現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線使測控設(shè)備具備了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工作，走過了16年的艱難歷程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的標(biāo)準(zhǔn)制定就陷于混亂。2000年初公布的IE

18、C61158現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)子集有八種，分別為： 類型1 IEC技術(shù)報告（FFH1）； 類型2 Control-NET（美國Rockwell公司支持）； 類型3 Profibus（德國Siemens公司支持）； 類型4 P-NET（丹麥Process Data公司支持）； 類型5 FFHSE（原FFH2）高速以太網(wǎng)（美國Rosemount公司支持）； 類型6 Swift-Net（美國波音公司支持）； 類型7 WorldFIP（法國Alsto公司支持）； 類型8 Interbus（美國Phoenix Contact

19、公司支持）。 除了IEC61158的8種現(xiàn)場總線外，IEC TC17B通過了三種總線標(biāo)準(zhǔn)：SDS（Smart Distributed System）；ASI（Actuator Sensor Interface）；Device NET。另外，ISO公布了ISO 11898 CAN標(biāo)準(zhǔn)。其中Device NET于2002年10月8日被中國批準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)，并于2003年4月1日開始實施。 目前在各種現(xiàn)場總線的競爭中，以Ethernet為代表的COTS(Commercial-Off-The-Shelf)通信技術(shù)正成為現(xiàn)場總線發(fā)展中新的亮點(diǎn)。其關(guān)注的焦點(diǎn)主要集中在兩個方面：

20、 (1) 能否出現(xiàn)全世界統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)； (2) 現(xiàn)場總線系統(tǒng)能否全面取代現(xiàn)時風(fēng)靡世界的DCS系統(tǒng)。 采用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)造低成本的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，促進(jìn)現(xiàn)場儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢。國家在“九五”期間為了加快現(xiàn)場總線技術(shù)在我國的發(fā)展，重點(diǎn)放在智能化儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的開發(fā)和工程化上，補(bǔ)充和完善工藝設(shè)備、開發(fā)裝置和測試裝置，建立智能化儀表和開發(fā)自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)基地，形成適度規(guī)模經(jīng)濟(jì)。2000年，“九五”國家科技攻關(guān)計劃“新一代全分布式控制系統(tǒng)研究與開發(fā)”和“現(xiàn)場總線智能儀表研究開發(fā)”兩個項目相繼完成。這兩個項目以及先期完

21、成的“現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的開發(fā)”項目，針對國際上已經(jīng)出現(xiàn)的多種現(xiàn)場總線協(xié)議并存的局面，重點(diǎn)選擇了HART協(xié)議和FF協(xié)議現(xiàn)場總線技術(shù)攻關(guān)。 總之，計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（DCS）后，將朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向發(fā)展。雖然以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展很快，但FCS發(fā)展還有很多工作要做，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等。另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統(tǒng)的DCS還需要一個較長的過程，同時DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善?？梢钥隙ǖ氖?，結(jié)合DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制

22、等新技術(shù)的FCS將具有強(qiáng)大的生命力。工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線技術(shù)作為一種靈活、方便、可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，在工業(yè)現(xiàn)場得到了越來越多的應(yīng)用，并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。 2.儀器儀表技術(shù)發(fā)展 經(jīng)過五十年的發(fā)展，我國儀器儀表工業(yè)已有相當(dāng)基礎(chǔ)，初步形成了門類比較齊全的生產(chǎn)、科研、營銷體系?，F(xiàn)有各類儀器儀表企業(yè)6000余家，年銷售額約1000億元，成為亞洲除日本之外第二大儀器儀表生產(chǎn)國。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，除去隨成套工程項目配套引進(jìn)的儀器儀表不計，去年進(jìn)口各類儀器儀表近60億美元，約占我國儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值的50%。但目前我國儀器儀表行業(yè)產(chǎn)品大多屬于中低檔水平，隨著國際上數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化

23、、微型化的產(chǎn)品逐漸成為主流，差距還將進(jìn)一步加大。目前，我國高檔、大型儀器設(shè)備大多依賴進(jìn)口。中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件，國外產(chǎn)品占有我國市場60%以上的份額，而國產(chǎn)分析儀器占全球市場不到千分之二的份額。 2001年3月，第九屆全國人大四次會議批準(zhǔn)的“十五”計劃綱要首次提出“把發(fā)展數(shù)控機(jī)床，儀器儀表和基礎(chǔ)零部件放到重要位置，努力提高質(zhì)量和技術(shù)水平”。2001年8月，國家計委把儀器儀表明確列為國民經(jīng)濟(jì)重要技術(shù)裝備，國家經(jīng)貿(mào)委制定并公布的儀器儀表行業(yè) “十五”規(guī)劃，確立了6項高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目： 1. 基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放分散控制系統(tǒng)及智能儀表； 2. 新型傳感器；

24、 3. 智能化工業(yè)控制部件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 4. 環(huán)境與污染源監(jiān)測儀器及自動監(jiān)測系統(tǒng)； 5. 城市污水處理利用成套工藝設(shè)備中的儀表自動化控制系統(tǒng)； 6. 煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回轉(zhuǎn)成套裝置中的儀表自動化控制系統(tǒng)。 3. 數(shù)控技術(shù)向智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展 從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了51年的歷程。近10年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種不同層次的開放式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展很快。目前正朝著標(biāo)準(zhǔn)化開放體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)。就結(jié)構(gòu)形式而言，當(dāng)今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致可分為4種類型： 1. 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)

25、； 2. “PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)； 3. “NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)； 4. SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)。 我國數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)，通過“七五”引進(jìn)、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，取得了很大的進(jìn)展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)、生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)，也帶動了機(jī)電控制與傳動控制技術(shù)的發(fā)展。同時，具有中國特色的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展，產(chǎn)品的性能和可靠性有了較大的提高，逐漸被用戶認(rèn)可。 國外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的總體發(fā)展趨勢是： * 新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和

26、開放式體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展； * 驅(qū)動裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展； * 增強(qiáng)通信功能，向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展； * 數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。 進(jìn)入21世紀(jì)，人類社會將逐步進(jìn)入知識經(jīng)濟(jì)時代，知識將成為科技和生產(chǎn)發(fā)展的資本與動力，而機(jī)床工業(yè)，作為機(jī)器制造業(yè)、工業(yè)以至整個國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的裝備部門，毫無疑問，其戰(zhàn)略性重要地位、受重視程度，也將更加鮮明突出。 近年來，我國數(shù)控機(jī)床一直保持兩位數(shù)增長。2001年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元。2002年產(chǎn)值達(dá)260億元，產(chǎn)量居

27、世界第4。但與發(fā)達(dá)國家相比，我國機(jī)床數(shù)控化率還不高，目前生產(chǎn)產(chǎn)值數(shù)控化率還不到30%；消費(fèi)值數(shù)控化率還不到50%，而發(fā)達(dá)國家大多在70%左右。由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，高檔次的數(shù)控機(jī)床及配套部件只能靠進(jìn)口，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比上年增長27.3%。 智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化成為未來數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要趨勢： * 向高速、高效、高精度、高可靠性方向發(fā)展； * 向模塊化、智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展； * 向PC-based化和開放性方向發(fā)展；

28、 * 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備，機(jī)械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。 * 信息技術(shù)（IT）與機(jī)床的結(jié)合，機(jī)電一體化先進(jìn)機(jī)床將得到發(fā)展。 * 納米技術(shù)將形成新發(fā)展潮流，并將有新的突破。 * 節(jié)能環(huán)保機(jī)床將加速發(fā)展，占領(lǐng)廣大市場。 4.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無線相結(jié)合方向發(fā)展 自從1977年第一個民用網(wǎng)系統(tǒng)ARCnet投入運(yùn)行以來，有線局域網(wǎng)以其廣泛的適用性和技術(shù)價格方面的優(yōu)勢，獲得了成功并得到了迅速發(fā)展。然而，在工業(yè)現(xiàn)場，一些工業(yè)環(huán)境禁止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線局域網(wǎng)很難發(fā)揮作用，因此無線局域網(wǎng)技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)

29、展，無線局域網(wǎng)技術(shù)將在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來越大的作用。 無線局域網(wǎng)（Wireless LAN）技術(shù)可以非常便捷地以無線方式連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，人們可隨時、隨地、隨意地訪問網(wǎng)絡(luò)資源，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。無線局域網(wǎng)可以在不采用網(wǎng)絡(luò)電纜線的情況下，提供以太網(wǎng)互聯(lián)功能。在推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的同時，無線局域網(wǎng)也在改變著人們的生活方式。無線網(wǎng)通信協(xié)議通常采用IEEE802.3和802.11。802.3用于點(diǎn)對點(diǎn)方式，802.11用于一點(diǎn)對多點(diǎn)方式。無線局域網(wǎng)可以在普通局域網(wǎng)基礎(chǔ)上通過無線Hub、無線接入站(AP)、無線網(wǎng)橋、無線Modem及無線網(wǎng)卡等來實現(xiàn)，以無線網(wǎng)卡使用最為普遍。無線局

30、域網(wǎng)的未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與3G等其它移動通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問題上。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域，有成千上萬的感應(yīng)器，檢測器，計算機(jī)，PLC，讀卡器等設(shè)備，需要互相連接形成一個控制網(wǎng)絡(luò)，通常這些設(shè)備提供的通信接口是RS-232或RS-485。無線局域網(wǎng)設(shè)備使用隔離型信號轉(zhuǎn)換器，將工業(yè)設(shè)備的RS-232串口信號與無線局域網(wǎng)及以太網(wǎng)絡(luò)信號相互轉(zhuǎn)換，符合無線局域網(wǎng)IEEE 802.11b和以太網(wǎng)絡(luò)IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，有效的擴(kuò)展了工業(yè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了“基

31、于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器”的全新概念。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場設(shè)備、移動機(jī)器人以及各種自動化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補(bǔ)了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。 5.工業(yè)控制軟件正向先進(jìn)控制方向發(fā)展 自20世紀(jì)80年代初期誕生至今，工業(yè)控制軟件已有20年的發(fā)展歷史。工業(yè)控制軟件作為一種應(yīng)用軟件，是隨著PC機(jī)的興起而不斷發(fā)展的。工業(yè)控制軟件主要包括人機(jī)界面軟件（HMI），基于PC的控

32、制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。目前，我國已開發(fā)出一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的實時監(jiān)控軟件平臺、先進(jìn)控制軟件、過程優(yōu)化控制軟件等成套應(yīng)用軟件，工程化、產(chǎn)品化有了一定突破，打破了國外同類應(yīng)用軟件的壟斷格局。通過在化工、石化、造紙等行業(yè)的數(shù)百個企業(yè)（裝置）中應(yīng)用，促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)改造，提高了生產(chǎn)過程控制水平和產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。2000年，“九五”國家科技攻關(guān)計劃項目“大型骨干石化生產(chǎn)系統(tǒng)控制及計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)”通過了驗收。 作為工控軟件的一個重要組成部分，國內(nèi)人機(jī)界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取得了較大進(jìn)展，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。在此基礎(chǔ)上，

33、工業(yè)控制軟件將從人機(jī)界面和基本策略組態(tài)向先進(jìn)控制方向發(fā)展。 先進(jìn)過程控制APC（Advanced Process Control）目前還沒有嚴(yán)格而統(tǒng)一的定義。一般將基于數(shù)學(xué)模型而又必須用計算機(jī)來實現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱為先進(jìn)過程控制策略。如： * 自適應(yīng)控制； * 預(yù)測控制； * 魯棒控制； * 智能控制（專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等。 由于先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件可以創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此這些軟件也身價倍增。國際上已經(jīng)有幾十家公司，推出了上百種先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)形成了一個強(qiáng)大的流程工業(yè)應(yīng)用軟件產(chǎn)業(yè)。因此，開發(fā)我國具有自

34、主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件，打破外國產(chǎn)品的壟斷，替代進(jìn)口，具有十分重要的意義。 在未來，工業(yè)控制軟件將繼續(xù)向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開放性發(fā)展方向。 工業(yè)信息化是指在工業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營過程中，通過信息基礎(chǔ)設(shè)施，在集成平臺上，實現(xiàn)信息的采集、信息的傳輸、信息的處理以及信息的綜合利用等。在“十五”期間，國家用信息化帶動工業(yè)化的工作重點(diǎn)有三個方面：一是以電子信息技術(shù)應(yīng)用為重點(diǎn)，提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程自動化、控制智能化和管理信息化水平；二是以先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用為重點(diǎn)，推進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)，振興裝備制造業(yè)；三是改造提升重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)及其相關(guān)配套技術(shù)水平、工藝和

35、裝備水平。國家實施高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的主要目標(biāo)有兩個：一是發(fā)展高技術(shù)，形成新興產(chǎn)業(yè)，培育新的增長點(diǎn)；二是利用先進(jìn)技術(shù)改造和優(yōu)化傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高經(jīng)濟(jì)增長的質(zhì)量。 三、灌裝機(jī)的發(fā)展 1、灌裝機(jī)的簡介 液體灌裝機(jī)采用不銹鋼機(jī)身，下杯、放蓋、封口均一次完成。該機(jī)主要用杯、盒、碗裝牛奶、酸奶、方便面、藕粉、米線等食品、飲料的灌裝封蓋，也可以用于其它異型裝的封蓋。自動下杯，自動放蓋，自動封口、自動出杯；采用進(jìn)口無級變速系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)生產(chǎn)速度；采用凸輪分度器，使下膜定位精確，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；吸蓋與封口同時完成，下膜移動對蓋膜定位精度無影響；準(zhǔn)確的二次封口、封口壓力可調(diào)整，封口強(qiáng)度好；操作簡便、安全。方便面的工作流

36、程：自動放碗、手工放面及佐料、自動放蓋、自動封口、自動退碗。整個流程采用統(tǒng)一的控制，包括數(shù)據(jù)采集，分析輸出，操做執(zhí)行。 早期的灌裝機(jī)主要是手動灌裝機(jī)效率不高，衛(wèi)生條件無保障，后來發(fā)展到半自動話，在到全自動化灌裝機(jī)，成分混合、灌裝、封口于一體，發(fā)展迅速，不僅性能和技術(shù)上發(fā)展了，種類上也有了很大的發(fā)展， 隨著科技的進(jìn)步，灌裝生產(chǎn)線的科技含量越來越高，其主要就是灌裝封口機(jī)的技術(shù)提高，PC控制、PLC控制被引入其中，無菌灌裝、定量灌裝等出現(xiàn)，滿足了市場的需求，大大提高了其自動化程度實現(xiàn)更高效率的生產(chǎn)。 2、灌裝控制的發(fā)展現(xiàn)狀 灌裝機(jī)的一半流程是，有空瓶的箱子堆放在托盤上，由輸送帶送到卸托盤機(jī)，

37、將托盤逐個卸下，箱子隨輸送帶送到卸箱機(jī)中，將空瓶從箱子中取出，空箱經(jīng)輸送帶送到洗箱機(jī)，經(jīng)清洗干凈，再輸送到裝箱機(jī)旁，以便將盛有飲料的瓶子裝入其中。從卸箱機(jī)取出的空瓶，由另一條輸送帶送入洗瓶機(jī)消毒和清洗，經(jīng)瓶子檢驗機(jī)檢驗，符合清潔標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入灌裝機(jī)和封蓋機(jī)。飲料由灌裝機(jī)裝入瓶中。裝好飲料的瓶子經(jīng)封蓋機(jī)加蓋封住并輸送到貼標(biāo)機(jī)貼標(biāo)，貼好標(biāo)簽后送至裝箱機(jī)裝入箱中再送到堆托盤機(jī)堆放在托盤上送入倉庫。 自動液體灌裝生產(chǎn)線由傳送帶將全自動理瓶機(jī)、全自動灌裝機(jī)、全自動旋蓋機(jī)連為一體，由PLC統(tǒng)一控制各種機(jī)械動作，由傳感器監(jiān)控，保證各單機(jī)同步自動化操作。其工藝技術(shù)路線如下：人工將塑料瓶到入提升機(jī)的料箱中，提升機(jī)

38、將塑料瓶提進(jìn)理瓶機(jī)，通過離心機(jī)轉(zhuǎn)盤將塑料瓶理順后上傳送帶。塑料瓶通過傳送帶進(jìn)入灌裝機(jī)的螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)，將塑料瓶帶入灌裝機(jī)的灌裝頭下，灌裝頭通過真空系統(tǒng)裝置將瓶內(nèi)的空氣吸走，使瓶中產(chǎn)生負(fù)壓，在壓差的作用下，藥液灌進(jìn)瓶中，裝完藥液的瓶子由灌裝轉(zhuǎn)盤、導(dǎo)輪送上傳送帶，帶到旋蓋機(jī)工位進(jìn)行旋蓋，然后經(jīng)傳送帶下線。 灌裝封蓋機(jī)各種裝置主要涉及到傳感器技術(shù)和PLC控制技術(shù)，其中傳感器技術(shù)主要負(fù)責(zé)采集生產(chǎn)線上產(chǎn)品的位置，液位等信息的裝置，將采集信號交給控制裝置PLC，經(jīng)過分析后，輸出信號控制機(jī)械裝置運(yùn)動。 因為液體灌裝封蓋的特殊性，傳感器主要是非接觸性的位移傳感器，又成為接近開關(guān)，采集信息準(zhǔn)確，是實現(xiàn)plc控

39、制的有效配套裝置。在灌裝機(jī)行業(yè)，主要采用小型的plc控制（以s7-200為例）通過對傳感器的各種信號的分析，控制產(chǎn)品的灌裝和封口操作。 四、灌裝機(jī)控制（采用西門子S7-200PLC） 傳統(tǒng)的灌裝機(jī)多采用繼電器控制，隨著執(zhí)行機(jī)構(gòu)的增多，功能的增強(qiáng)，使得電路越來越復(fù)雜，給制造、調(diào)整、使用和維修均帶來不便，并且會使故障率增加。目前灌裝機(jī)行業(yè)競爭激烈，企業(yè)要在競爭中站穩(wěn)腳跟，需要不斷的改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，向自動化、高效化發(fā)展。PLC由于其抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，編程簡單，性價比高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域。利用PLC實現(xiàn)對灌裝機(jī)的控制，結(jié)構(gòu)簡化，維護(hù)方便，可以節(jié)約調(diào)整時間，增加設(shè)備的柔性，同時運(yùn)

40、行穩(wěn)定可靠。生產(chǎn)流程圖：是集灌裝、旋蓋、清洗于一體的生產(chǎn)線，適用于有嘴軟包裝袋的自動定量灌裝、旋蓋，可以灌裝液體、醬料等流體產(chǎn)品。本機(jī)采用特殊灌裝頭，可分二次灌裝，當(dāng)灌裝位置沒有包裝袋時，灌裝頭不會流出灌裝液體，保證了包裝袋產(chǎn)品外觀的干凈整潔。 控制系統(tǒng)：原系統(tǒng)采用凸輪系觸發(fā)控制信號，利用五個調(diào)整好的凸輪，來實行工作循環(huán)及節(jié)拍，控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。在執(zhí)行灌裝過程的五個步驟，即：電器聯(lián)鎖，泵工作，閥工作，旋蓋和清洗，要求凸輪在達(dá)到一定角度時五個凸輪配合工作。此方法雖然也能滿足控制的要求，但是凸輪位置要求較高，調(diào)整麻煩，設(shè)備的裝配、調(diào)整帶來困難，而且，當(dāng)生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)發(fā)生變化時，調(diào)整起來

41、相當(dāng)困難。 設(shè)計可采用PLC和旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精確控制，使控制系統(tǒng)模塊化，設(shè)備的零部件數(shù)量、結(jié)構(gòu)大為簡化。同時通過與文本顯示器相結(jié)合，還能根據(jù)包裝產(chǎn)品的不同，方便快捷地修改工藝參數(shù)，省去了原始控制面板的設(shè)計與生產(chǎn)。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的特點(diǎn)是每產(chǎn)生一個輸出脈沖信號就對應(yīng)一個增量位移角，利用S7-200的高速計數(shù)器指令來實現(xiàn)精確讀取旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)對空間凸輪所轉(zhuǎn)過的角度進(jìn)行檢測。當(dāng)脈沖數(shù)表明空間凸輪轉(zhuǎn)過所要求的角度時，PLC就發(fā)出指令，要求各執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的動作，即實現(xiàn)灌裝、旋蓋和清洗。高速計數(shù)器的最高計數(shù)頻率取決于CPU的型號，CPU224有6個高速計數(shù)器，6個單相計數(shù)器

42、，均為20kHz的時鐘速率。 控制系統(tǒng)時序圖及程序流程圖：控制系統(tǒng)的時序是非常重要的，既要緊湊，又要滿足各個工序要求，只有安排得好，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)才能合理執(zhí)行各自的動作。原系統(tǒng)采用凸輪系對設(shè)備各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，改造后采用PLC、位置傳感器及旋轉(zhuǎn)編碼器等來完成控制。 五、灌裝機(jī)的發(fā)展趨勢 當(dāng)今的灌裝機(jī)械，尤其是飲料、啤酒灌裝機(jī)械和食品包裝機(jī)械，具有高速、成套、自動化程度高和可靠性好等特點(diǎn)，也是目前灌裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的趨勢走向。具體方向是：機(jī)械功能多遠(yuǎn)化 結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化 模組化 控制智能化 結(jié)構(gòu)高精度化 第三章 總結(jié) 由于大力發(fā)展工業(yè)自動化

43、是加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、提高企業(yè)整體素質(zhì)、提高國家整體國力、調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)、迅速搞活大中型企業(yè)的有效途徑和手段，國家將繼續(xù)通過實施一系列工業(yè)過程自動化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項，用信息化帶動工業(yè)化，推動工業(yè)自動化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，解決國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的深層問題，進(jìn)一步提高國民經(jīng)濟(jì)整體素質(zhì)和綜合國力，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。 目前，灌裝機(jī)行業(yè)競爭激烈，企業(yè)要在激烈的競爭中站穩(wěn)腳步，需要不斷的改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，向自動化、高效化發(fā)展?？删幊炭刂破鱌LC以其抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，編程簡單，性能價格比高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用，利用PLC實現(xiàn)灌裝封蓋機(jī)的自動控制，結(jié)構(gòu)靈活、維護(hù)簡單

44、、體積小，可大幅度節(jié)約使用成本，而且設(shè)備運(yùn)行安全平穩(wěn)。 參考文獻(xiàn) [1]于慶廣 可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計 北京：清華大學(xué)出版社 2003：18-20. [2] 丁煒 魏孔平 可編程控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：112-125. [3] 田淑珍.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005：112-123. [4] 周延佑.世界數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展與機(jī)床數(shù)控化改造[J].北京. 中國機(jī)電日報.2003.3.16. [5] 孫振強(qiáng).可編程控制器原理及應(yīng)用教程孫

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47、e of manufacture with equips the market, 2001(3):21-28. 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）文 獻(xiàn) 綜 述 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見 負(fù)責(zé)人： 年 月 日