毕业设计自动分拣控制论文

2015309435 吴佳鹏 2017/9/25三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文毕业设计（论文）题目 PLC 编程在流水线生产中自动 分拣控制系统中的运用研究 学生姓名 吴佳鹏 学 号 2015309435 专 业 发电厂及电力系统 班 级 20153094 指导教师 张 爽 爽 评阅教师 张 爽 爽 完成日期 2017 年 9 月 25 日2015309435 吴佳鹏 2017/9/25三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文三 峡 电 力 职 业 学 院毕业设计（论文）课题任务书（2017-2018 学年）课题名称 PLC 编程在升降机自动控制系统中的运用研究学生姓名 吴佳鹏 院别 三峡电力职业学院 专业 发电厂及电力系统 班级 20153094指导老师 张爽爽 指导人数 1课题概述：分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。针对上述问题，利用 PLC 技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中取得了较好的控制效果。原始资料及主要参数：1) 该机构的主体结构参数为，总长度=10m，总宽=4.5m，总高=2m。2) 根据输送带标准规定，滚筒表面最大线速度为 6m/s,以及各种输送带额定拉伸力的要求，初步将系统张力定为 70t ，系统功率定为 40kw 。3) 由系统张力，功率以及运行速度，选择电机和减速器型号。4) 根据实际工作要求，初步确定整个系统压力为 20MP 。2015309435 吴佳鹏 2017/9/25三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）1 王庭有. 可编程控制器原理及应用（第二版）M.北京：国防工业出版社，2008.2 李建兴. 可编程控制器应用技术M.北京：机械工业出版社，2005.3 范永生，王岷. 电气控制与 PLC 应用（第二版）M.北京：中国电力出版，2007.4 常晓玲. 电气控制系统与可编程控制器M.北京：机械工业出版社，2008.5 李惠昇. 分拣控制技术M.北京：机械工业出版社，2003.6 周美兰，周封，王岳宇.PLC 电气控制与组态设计M.北京：科技出版社，2003.设计成果要求：1、 开题报告： 800 字2、 说 明 书： 400 字3、 图 纸： A4 号 张、 号 张、 号 张4、 论 文： 6000 字5、 其 他： 无起止日期： 要求完成的内容：进 度 计 划 安 排1、20177620179302、2017106201711153、20171116201712104、20171211201712205、2017122120180191、顶岗实习、收集论文资料。2、完成开题报告，毕业论文电子版初稿。3、完善毕业论文、打印纸文本交指导老师审核。4、毕业设计（论文），装订成册，连同电子文档一并上交指导老师，指导老师批阅毕业论文。5、毕业答辩。审核（系主任） 批准（院长）2015309435 吴佳鹏 2017/9/25三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文目 录摘 要 .- 1 -前言 .- 1 -1、PLC 的发展与定义 .- 1 -1.1PLC 的产生 .- 1 -1.2PLC 的定义 .- 2 -1.3PLC 的发展 .- 2 -2、PLC 的特点及应用 .- 3 -2.1 PLC 的特点 .- 3 -2.2PLC 的分类 .- 3 -2.3PLC 的应用 .- 3 -3、PLC 的结构及编程语言 .- 3 -3.1 PLC 的硬件结构 .- 3 -3.2 PLC 的等效电路 .- 3 -3.3 PLC 常见的编程语言 .- 3 -4、自动分拣控制的要求及流程 .- 4 -4.1 自动分拣工作流程图及操作面板图 .- 4 -4.2 全体控制 .- 4 -4.3 写入程序的要点 .- 5 -4.4 确认程序的要点 .- 5 -5、I/O 分配表 .- 6 -6、梯形图 .- 7 -7、指令表 .- 9 -致 谢 .- 10 -附录一 .- 11 -参考文献 .- 13 -三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文- 1 -PLC 编程在流水线生产中自动分拣控制的运用研究-PLC 编程在升降机控制运用学 生：吴佳鹏指导老师：张爽爽老师（三峡电力职业学院 ）摘 要：为降低物流行业中自动分拣系统的能耗，以及实现分拣系统精确的位移控制，将 PLC 技术应用到分拣系统中。在对自动分拣系统的模型机进行功能分解的基础上，采用 PLC 并结合变频器，实现了对自动分拣系统包括上料、皮带输送、机械手搬运和分类仓更大大降低了能耗；同时，能储等功能的自动控制。研究结果表明：使用 PLC带动变频器不仅能方便地控制分拣系统电机的启停，够精确控制机械手动作时间和步进电机传动产生的位移。关键词：PLC ；自动分拣系统；自动控制；变频器中图分类号：TP278；TH39Abstract: in order to reduce the energy consumption of the automatic sorting system in the logistics industry and realize the accurate displacement control of the sorting system, the PLC technology is applied to the sorting system. Based on functional decomposition in the model machine of automatic sorting system, the combination of PLC and frequency converter, the realization of automatic sorting system includes feeding, belt conveyor, manipulator handling and sorting bin also greatly reduce the energy consumption; at the same time, can automatically control the storage function. The results show that using PLC to drive the inverter can not only conveniently control the start and stop of the motor of the sorting system, but also control the movement time of the manipulator and the displacement generated by the stepper motor accurately.Key words: PLC; automatic sorting system; automatic control; frequency converter classification number: TP278; TH39三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文- 2 -前言随着社会对物流服务的需求日益增长，分拣作为物流作业中的一个重要环节越来越受到人们的重视。有研究表明，分拣作业是耗费人力、时间，成本最高的环节，使用人力占整个物流中心的 50%左右，作业时间占 60%以上，而作业成本达到物流中心总成本的 40%左右1。因此，自动分拣系统是现代先进配送中心必需的设施。目前，国内大部分的自动识别分拣系统采用继电2存在数字化程度低、故障率高等缺点。对器控制，于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能。1、PLC 的发展与定义1.1PLC 的产生起源美国汽车工业生产技术要求的发展促进了 PLC 的产生，20 世纪 60 年代，美国通用汽车公司在对工厂生产线调整时，发现继电器、接触器控制系统修改难、体积大、噪声大、维护不方便以及可靠性差，于是提出了著名的“通用十条”招标指标。 2 1969 年，美国数字化设备公司研制出第一台可编程控制器(PDP 一 14)，在通用汽车公司的生产线上试用后，效果显著；1971 年，日本研制出第一台可编程控制器(DCS-8)；1973 年，德国研制出第一台可编程控制器；1974 年，我国开始研制可编程控制器：1977 年，我国在工业应用领域推广 PLC。 2 最初的目的是替代机械开关装置(继电模块)。然而，自从 1968 年以来，PLC 的功能逐渐代替了继电器控制板，现代 PLC 具有更多的功能。其用途从单一过程控制延伸到整个制造系统的控制和监测。 3 发展20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC）。20 世纪 70 年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。20 世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文- 3 -面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。PLC 即可编程逻辑控制器，简称可编程控制器。世界上的一台 PLC 由美国数字设备公司在 1969 年制成，并成功应用到美国通用汽车公司的生产线上。第一台 PLC 满足了美国通用公司提出的以新型的控制装置代替传统继电器控制装置的各项技术要求，它具有如下特点：（1）编程方便，现场可更改程序；（2）维修方便,采用模块化结构；（3）可靠性高于继电器控制装置；（4）体积小于继电器控制装置；（5）数据可直接送入管理计算机（6）用户程序储存器容量至少能扩展到 4KB；（7）输入可以是交流115V；（8）输出为交流 115V，2A 以上，能直接驱动电池阀、接触器等；（9）通用性强，通用方便；（10）成本可与继电器控制装置竞争。第一台 PLC 既有继电器控制系统的外部特性，又有计算机的可编程性、通用性和灵活性，开创了 PLC 的新纪元。20 世纪 70 年代中期，随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展，美国、日本、德国等把微处理器引入 PLC，使 PLC 在继电器控制和计算机控制的基础上，逐渐发展为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型自动控制装置。而且，在编程方面采用了面向生产、面向用户的语言，打破了以往必须由具有计算机专业知识的人员使用计算机编程的限制，使广大工程技术人员鼎和具有电工知识的人员乐于接受和应用，所以 PLC 得到了迅速而广泛的推广。1.2PLC 的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的储存器，用于内部储存程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出模块控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充气功其功能的原则设计。1.3PLC 的发展形成期（1970-1974 年）在这一期间的 PLC 以准确计算的面貌与用户见面。在软件上采用机器码和汇编语言编写应用程序，在硬件上采用中小规模集成电路构成系统。其功能仅限于开关逻辑控制，且价格昂贵，只在一些大型生产设备和自动生产线上使用。成熟期（1974-1978 年）在这一时期，一方面随着大规模集成电路的出现，出现了以微处理器为核心的新一代 PLC，另一方面采用了梯形图语言，通俗易懂。PLC 技术也日趋完善。大发展时期（1978 年至今）由于 PLC 技术的发展始终保持两个特点：一是继承继电器控制系统的特点，二是三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文- 4 -应用了计算机技术，所以 PLC 的应用不断扩大，全面促进了 PLC 的生产和研究，生产的品种越来越多。需求量也越来越大，而且很受欢迎。PLC 已成工业控制领域中占主导地位的基础自动化设备。PLC 也已成为重要产业。据不完全统计，世界 PLC 总销售额1987 年为 25 亿美元。1988 年 31 亿美元，比前一年增长 24%。1989 年为 36 亿美元，比前一年增长 16%。而且新的生产厂家不断涌现，产量产值大幅度增加，价格也普遍下降。2、PLC 的特点及应用2.1 PLC 的特点功能特点(1)可靠性高。由于 PLC 大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保护电路及自诊断功能，提高了系统的可靠性。(2)编程容易。PLC 的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句，其数量比微型机指令要少得多，除中、高档 PLC 外，一般的小型 PLC 只有 16 条左右。由于梯形图形象而简单，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专业知识，就可进行编程。(3)组态灵活。由于 PLC 采用积木式结构，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。(4)输入/输出功能模块齐全。PLC 的最大优点之一，是针对不同的现场信号(如直流或交流、开关量、数字量或模拟量、电压或电流等)，均有相应的模板可与工业现场的器件(如按钮、开关、传感电流变送器、电机启动器或控制阀等)直接连接，并通过总线与 CPU 主板连接。(5)安装方便。与计算机系统相比，PLC 的安装既不需要专用机房，也不需要严格的屏蔽措施。使用时只需把检测器件与执行机构和 PLC 的 I/O 接口端子正确连接，便可正常工作。(6)运行速度快。由于 PLC 的控制是由程序控制执行的，因而不论其可靠性还是运行速度，都是继电器逻辑控制无法相比的。近年来，微处理器的使用，特别是随着单片机大量采用，大大增强了 PLC 的能力，并且使 PLC 与微型机控制系统之间的差别越来越小，特别是高档 PLC 更是如此。 5 工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。一、输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。三峡电力职业学院发电厂及电力系统 2015 级论文- 5 -可编程逻辑控制器(2 张)二、用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描