江西理工大学应用科学学院毕业设计基于PLC的智能分拣装置

江西理工大学应用科学学院毕业设计（论文）- 1 -摘要在众多控制器当中，PLC（可编程控制器）控制是目前国内外自动控制工业产业中控制应用非常广泛，而且它历经几十年的发展技术已经相当成熟。因为其控制的操作要求与环境要求的简单，因此，在当前的工商业应用中不论应用范围还是技术的发展程度与其他如单片机控制都要更加有优势。PLC 之所以逐渐取代单片机成为大多数工业控制器的首要选择，是因为 PLC 把继电器控制、PC 机（包含现场总线）和通信技术融合为一体。目前，PLC 发展迅速，许多部门正在积极的研究并推广，在社会工矿企业等诸多项目中应用广泛，我国虽然由于历史且工业起步交晚等原因在可编程控制器方面起步较晚，但在近几年来，沿海等发达城市和各产业部门不断引进生产线及设备技术，并借鉴国外先进技术，积极消化吸收且不断深化研究，使得 PLC 技术在我国的发展空前迅猛。同时随着近现代各种工业产业的不断完善和崛起，PLC 技术的不断发展，也因为各高校和职业院校适应社会需求，越来越偏向于对于实际应用的人才培养，更加注重专业性、实用性、技术性。通过基于 PLC 的不断研究与和越来越多的设计应用，能够对培养应用型人才产生一定的推动作用。本设计采用 PLC、变频器及传感器控制，本系统发挥了 PLC 强大的编程控制能力，对传感器、气动、变频技术进行整合，借助相应的继电器，实现了借助在自动传输带上的自动分拣目的。利用变频器控制传输速度，相应的外部材料的不同而借助传感器传输，PLC 推动气动是机械推动动作进行分拣，并归纳到不同产品槽内，借助外力堆放不同仓库。在对假想实现厂房的实际考察之后，根据其现实环境极其布置的电力系统，并对PLC 控制系统具体分析后提出具体电气控制方案，气动布局，极其现实规划。结合梯形图展示该系统的设计思路。关键字：控制器 传感器 变频器 气动 ABSTRACTPLC will relay control technology, computer technology and communication technology integration as one, to become the first choice for industrial control design. Now, with the rapid development of PLC, many departments are actively research and promotion, widely used in social industrial and mining enterprises, and many other projects, our country although due to the history and industry started late delivery and other reasons in programmable logic controller (PLC) started late, but in recent years, coastal of urban and industrial sectors continued to introduce production lines and equipment technology and reference of foreign advanced technology, active digestion and absorption, and constantly deepen the study, making PLC technology in the development of Chinas unprecedented rapid. Also with the development of modern industry continues to rise and PLC technology, practical application in universities and colleges and vocational colleges for the cultivation of applied talents is more and more attention, pay more attention to the professional, practical and technical nature. The application of PLC in intelligent sorting device is described in this paper.Key words: controller sensor transducer pneumatic许楠：基于 PLC 的智能分拣系统设计- 2 -目录摘要 .- 1 -ABSTRACT.- 1 -目录 .- 2 -绪论 .- 5 -第 1 章 材料分拣装置结构及总体设计 .- 7 -1.1 分拣装置过程工作概述 .- 7 -1.2 系统的技术指标 .- 8 -1.3 设计控制方式 .- 9 -1.3.1 功能要求 .- 9 -1.3.2 系统的控制要求 .- 9 -1.3.3 系统的运行方式 .- 9 -第 2 章 控制系统的硬件设计 .- 11 -2.1 系统的硬件结构 .- 11 -2.2 检测元件与执行装置的选择 .- 12 -2.2.1 旋转编码器 .- 12 -2.2.2 颜色传感器 .- 13 -2.2.3 光电传感器 .- 15 -2.2.4 变频器 .- 16 -江西理工大学应用科学学院毕业设计（论文）- 3 -2.2.5 步进电机 .- 16 -2.2.6 气动控制装置 .- 17 -2.2.7 单电控电磁换向阀、电磁阀组 .- 17 -2.3 系统关键技术 .- 18 -2.3.1 确定 I/ O 点数 .- 18 -2.2.2 PLC 的选择 .- 18 -2.3.3 PLC 的输入输出端子分配 .- 20 -2.3.4 PLC 输入输出接线端子图 .- 20 -第 3 章 控制系统的软件设计 .- 22 -3.1 控制系统流程图设计 .- 22 -3.2 控制系统程序设计 .- 24 -第 4 章 控制系统的调试 .- 29 -4.1 硬件调试 .- 29 -4.2 软件调试 .- 29 -4.3 联机调试 .- 29 -4.4 性能测试 .- 30 -4.5 现场问题 .- 30 -4.6 小结 .- 30 -总结 .- 32 -许楠：基于 PLC 的智能分拣系统设计- 4 -展望 .- 33 -致谢 .- 35 -参考文献 .- 36 -江西理工大学应用科学学院毕业设计（论文）- 5 -绪论自动分拣控制系统始自二战之后，初步被运用于西方发达国家的商品生产与物流中心，成为其必需品之一。其能连续大批量的分件货物、差错率低、基本无人化等的优势使得在与人工分拣方面的比较中十分先进。但对于智能分拣系统的可靠性、优越性以及应用领域的适用性也是十分重要的参考标准，即便是在发达国家，其诸多物流中心的生产中心依然采用人工分拣的现象也依然普遍。对于我国等发展中国家来说，大型商品生产企业以及大型物流分拨也有诸多智能分拣系统的应用，但通多多方的考察，一般物流等企业也依然采用人工分拣。其智能分拣系统无法大规模应用的原因有许多，其中设备昂贵，更新速度跟不上现代生产运输的发展速度，对于环境限制和商品外包装的限制也比较高等原因使得自动分拣系统的推广应用及其研究水平难以飞速发展。特别是对于智能分拣系统的研究处在一个相对于独立的局面，而想要促进智能分拣系统的研究发展，便要依靠其他相关应用产业产品的协调与配合，使其同步发展。现代物流的高速发展，在物流配送中,高科技的自动控制应用提高了作业效率和质量，降低了错误率。物流自动控制机械化系统、计算机信息系统以及主要管理系统的完美结合已经成为现代物流分拣系统的通用模式。整体的机械化系统在物流行业中的应用主要是全套物流设备的高效优质的组合和配置,分拣信息和控制信息等信息流通的载体是物流信息系统,核心的管理组织系统主要对各种控制设备、操作人员人员的调配,所以管理组织系统始控制系统的总体，也是该运作模式的总体控制。信息系统计算机控制及物流系统中的自动机械化设备成为现代物流企业分拣系统的核心。伴随着现代经济和社会生产的高速发展，工业产品的流通趋于网络和告诉的流通，种类的繁多并且趋于微商品时代，大量而繁杂的分类与设计仅凭人工的分拣耗时耗力，且错误频繁。大型工业且不说，人居用品的流通速度逐渐加快，物流行业的兴起便是典范。自动分拣系统在物流企业中的广泛应用提高了物流分拣的作业效率，操作的简单性和随用性使得自动分拣系统大大提高了物流的配送效率。可以说，配备货物自动分拣系统不光为物流企业节约了人员资源成本，其维护的简单性和安全可靠性也使企业大大省掉诸多不必要的额外意外支出，最重要的是适应了社会的高速发展以满足人们对于现代商品货物流通的速度要求。然而在考察的诸多物流仓库之中几乎很少有用到智能分拣系统，仍然在以传统的人工分拣以维护市场运作。随着商品生产于流通速度的逐渐加快，传统的人工分拣注定满足不了即将到来的智能时代。目前，我国除了大型物流中心与一些生产必须厂家配有智能分拣系统，并且充分体现出智能分拣系统速度快、分拣点低、差错率低等等众多优势之外，仍有诸多地方物流企业与中小成产企业因为效益与各方面原因而欠缺智能分拣系统的配有。我们此番对于 PLC 的智能分拣系统的目的就是应对这一社会现状，对于智能分拣的研究或许可以对这一逐渐脱轨的现状进行有效的改善。本文以货物外包装颜色的分拣以区分不同类别货物运送为例，详细的分析了在现代物流分拣系统中 PLC 的应用。在基于 PLC 系统的信号采集中一些传感器的应用，通过应用比较以确定各种元器件的选用。首先会整体的规划系统的设计流程图，之后会介绍一些基本的电器元器件，之后是对主电路图的设计的控制系统的整体配合。本次自动控制分拣系统应用 PLC 控制需要安装的分拣装置需要包括 编程控制技术、气压制动技术、传感器和位置启停等控制内容和技术，是应用在实际工矿等工业企业的一个具有实际参照性的对应模型。本设计应用具有先进控制功能的可编程控制器与执行设备气动技术的结合以及传感器和其他自动控制科技设备等，设计针对不同类别货物包装颜色不同的区分分拣。由于该系统的发展技术较为成熟，所以灵活性和可操作性较强，编程简单，可有诸多同类相似程序可供借鉴，再根据实际需要做出稍许改动就可投入运行。可以在物流许楠：基于 PLC 的智能分拣系统设计- 6 -分拣系统做出调整是进行相应的弹性调整。本设计应用主要是根据 PLC 控制理论技术结合其他机械设备理论进行系统控制整合达到其在物流分拣系统中的现实应用，以及配套的硬件设计和软件应用，另外还有调试系统的步聚及注意事项。江西理工大学应用科学学院毕业设计（论文）- 7 -第 1 章 材料分拣装置结构及总体设计本章总体介绍自动分拣系统的设计思路与工作方法。包括其程序的先后顺序，启停的控制方法，方案的可行性分析，控制要求等。我国经济技术的不断发展，货物流通速度的不断加快，带动了物流行业的迅速发展，随着电子商务等由于网络化而出现的组多行业的兴起，物流这一联通现实与网络的媒介势必会发展壮大。但是，从目前的发展来看，物流行业的市场没有成熟的制度规范，人员素质和准入门槛参差不齐；监管力度不到位，经常可以看到快递的突发事件于报端；制度不够完善，由于成本等原因导致下属的一线工作人员对于本身职责不够明确等等。那么，本次设计便是针对目前物流企业一线分部对于不同类别物体没有分类包装所造成的不同材质材料类别的物体只根据大小轻重来区别运送车辆，然而诸多易损易碎的物品极不稳定，故而导致诸多快件被损坏使企业和客户双双受损。本次设计便是解决这一物流中的现实问题。需要提及的是，本设计系统对于成本较小，但需要物流行业的制度配合，对于一线物流从业制度的更新。即首先对需要寄送的物品类别进行区分，不同类别的物品采用不同颜色的包装，这便是一种不加成本的制度更改，而且可行性极高。在本次设计系统中，我们主要利用颜色传感器对于四种颜色的区分，所以对应的可将寄存物品相应的分为四类，具体标准可由物流行业统一协商区分。1.1 分拣装置过程工作概述我们对于物流分拣车间的总体要求是：根据不同类别物体的包装颜色的不同，通过分拣传送装置之后进行堆类存放寄送。采用主体由 PLC 的控制方案，由变频器控制传送速度，采用气压传动操控分拣任务。系统整个设计具体要做的工作：根据要求，选用相关设备，分析、验证可行性，设计系统模型，并进行硬件布局设计、电气控制设计及程序编写，调试组装，验证可行性，分析交流运行效果。设计顺序图如下图 1-1 所示。分析论证硬件设计硬件组装软件编程硬件调试软件调试联机调试完善报告图 1-1 设计顺序图根据实际情况，本设计将台式结构作为系统的主设计结构，与之相配合的设备有步进电机、汽缸与电磁阀组合、旋转编码器、气动减压器、滤清器、气压显示等部件，电源内置，可与各类气源相连接。主要利用颜色传感器区分不同类别货物包装，并且将对应的颜色识别传感器安装在传送带上端对应的网板上，并且使其可随时调整位置以保证位置精度的较高程度，从而保证系统的精确性和出错率低的目的。图 1-2，即为为本次物流分拣系统的结构装置示意图。许楠：基于 PLC 的智能分拣系统设计- 8 -图 1-2 分拣装置结构示意图由图可知，电源开关打开对系统供电以后，步进电机运行，带动传送带转动。同时传感器和 PLC 控制器通电进入工作状态。下料传感器 SN 首先扫描传送带一个周期，如果检测到传送带上没有货物，则将信息传送到 PLC 控制器，控制电机停转，下料气缸 5启动运行，对堆积的货物进行按件依次装往传送带。当检测到传送带上有货物时，控制绿色传感器 SC1 检测货物是否为绿色，若是绿色则传送带制动几秒同时气缸 1 动作将货物分拣至料槽 1 绿色类别货物堆放槽；若不为绿色则传动带不停转继续运行，并且红色传感器 SC2 工作在货物到达该位置时检测货物是否为红色，若是红色，电机停转相同时间气缸 2 动作将货物分拣至绿色类别货物堆放槽；若不为红色电机不停转继续运行至蓝色传感器 SC3 位置处时， SC3 检测该货物是否为蓝色包装，若是，则电机停转相同时间同时气缸 3 动作将货物分拣至绿色类别堆放槽中；若不是则电机不停转继续运行，当货物到达白色传感器 SC4 位置处时，检测该货物包装是否为白色，即白色传感器是否有反应，若有则控制电机停转同样时间并且控制气缸 4 动作将货物分拣至白色类别的堆放槽中。若无反应则证明该货物包装颜色不符合要求，并且从传动带末端排出重新返回包装。该设计系统采用传感器不间断式工作模式，即当某一货物不满足某一传感器并运送到下移传感器位置时，下一未检测货物补齐到本传感器当中，不必等到某一货物检测周期完全结束后再进行下一货物的检测分拣，达到了节省时间提高效率的目的。1.2 系统的技术指标输入电压：AC200240V（带保护地三芯插座）消耗功率：250W环境温度范围：-540气源：大于 0.2MPa 切小于 0.85Mpa江西理工大学应用科学学院毕业设计（论文）- 9 -1.3 设计控制方式本设计系统需要满足某些功能要求和控制条件要求。所以，前期工作要根据实际要求来确定设计方案，分析控制对象应该进行哪些具体要求。本设计系统主要针对物流企业，若想在物流行业中实现大规模运行，需要物流企业根据配送货物前进行分类包装以适应本次分拣系统设计的要求。这也需要物流企业做出对应的规范制度的调整，但所需费用及其他成本较为低廉，可行度十分高。1.3.1 功能要求材料分拣装置应实现基本功能如下 1、 分拣出绿色包装2、 分拣出红色包装3、 分拣出蓝色包装4、 分拣出白色包装5、 分拣出某些未采用标准颜色包装货物1.3.2 系统的控制要求本设计系统主要利用四组颜色传感器对货物的外包装的颜色分类进行检测。将需要被分类货物包装后经过下料气缸5推送到传送带上后，依次接受绿、红、蓝、白四组颜色传感器检测。如果被某个颜色传感器测中，通过相对应的气动装置将其推入对应的货物分类堆放槽中；否则，继续前行。其控制要求有如下9个方面：1、 系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲 2、 有物料时，下料汽缸5作，将物料送出3、 当绿色检测传感器检测到绿色包装货物时，推汽缸1 动作4、 当红色检测传感器检测到红色包装货物时，推汽缸2 动作5、 当蓝色检测传感器检测到蓝色包装货物时，推汽缸3 动作6、 当白色检测传感器检测到白色包装货物时，推汽缸4 动作7、 汽缸运行应有动作限位保护8、 下料槽内无下料时，延时后自动停机1.3.3 系统的运行方式本设计系统采用人工和机械