物料分拣入库.docx

辽 宁 工 业 大 学工业控制网络课程设计（论文）题目：基于ControlLogixPLC的物料入库控制系统设计院（系）： 电气工程学院 专业班级： 自动化101班 学 号： 100302004 学生姓名： 张国言 指导教师： （签字）起止时间：2013.12.182013.12.27 本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 学 号100302004学生姓名张国言专业班级自动化101班课程设计（论文）题目基于ControlNet网络的物料入库控制系统设计课程设计（论文）任务课题完成的功能在货物入库控制系统中，实现对货物的入库控制，在硬件上组态输入、输出、主控制器模块，在软件上编写梯形图程序，实现模拟的基于ControlNe网络的货物入库自动控制系统。设计任务及要求1、控制系统采用罗克韦尔公司的ControlNe网络；2、完成 ControlNe网络结构的配置和规划；3、完成方案设计和I/O分配表；4、完成硬件设计和软件编程； 5、离线运行分析；6、撰写课程设计论文技术参数1、拟传送带电动机的额定功率7.5Kw，额定电压380V，额定电流5A，额定转速1450rpm。2、货物入库位置精度1%。进度计划1、熟悉课程设计题目，查找及收集相关书籍、资料（2天）；2、设计系统的结构原理图（1天）；3、传感器、控制系统等设备的选型（1天）；4、程序开发（4天）；5、撰写课设论文（1天）；6、设计结果考核（1天）；指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要本文主要讲述基于PLC的物料分拣入库系统的设计，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术，现场控制产品的自动分拣。利用工业输送车将物品进行入库储存，并可以通过外部按键进行货物的仓位交换。系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点可编程控制器是继电器控制和计算机控制于一体的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心的把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动化控制装置。作为A-B公司控制系统的下一代产品的ControlLogix系列PLC控制系统以其技术先进、结构简单、可靠性高、强大的浮点运算功能广泛运用于国内许多冶金、化工企业的自动化控制系统中。关键词：物料入库；工业生产； ControlLogix目录第1章 绪论1第2章 实验运行概述及方案设计22.1罗克韦尔公司系列PLC设计22.2皮带输送机的概述22.3模型部件分布简介32.4 系统设计方案3第3章 系统的硬件设计43.1 controlLogix控制器的简介43.2 气缸的选型43.3 干簧传感器的选型53.4 驱动电机的选型63.5 PLC输入输出模块的选型及外部接线10第4章 系统的软件设计124.1 程序流程图的设计124.2 ControlLogix系统的组成144.3 RSLogix5000软件的编程步骤15第5章 课程设计总结17参考文献18附录1系统软件梯形图19III第1章 绪论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。当今社会“仓储”、“物流”等概念已经逐渐为广大公众所了解，其相应的管理技术也在许多大、中型企业中付诸实施。PLC控制技术的飞速发展，为现代企业的物流管理提供了重要的技术支持。自动化立体仓库不仅具有节省用地、减轻劳动强度、提高物流效率、降低储运损耗、减少流动资金积压等功能，而且在沟通物流信息、衔接产需、保证生产均衡、合理利用资源、进行科学储备与生产经营决策等方面发挥着独特的作用，使人们真正享受到现代计算机技术应用于企业物流管理的益处。自动化立体仓库是自动控制技术、仓库管理技术、机电技术为一体的综合系统，科技含量高，具有一定的复杂性。堆垛机（或称巷道车） 是自动化立体仓库的主要存取设备，直接执行出、入库等任务的操作，因此其控制系统的灵活性、稳定性直接彰响着整个系统的运行状况。ControlLogix结构体系是一个技术先进的控制平台，它集成了顺序控制、运动控制、传动及过程控制等多个控制功能。与传统可编程控制器不同，ControlLogix系统在任意尺寸上都是模块化的。可以根据具体应用来选择合适的内存量、控制器个数和网络类型，这种柔性结构允许在同一机架内使用多个控制器、网络及I/O模块。ControlLogix系统具有优良的性能品质，主要特点如下：(1)无缝连接。易于和其它网络上的程序控制器透明地收发信息，兼容性好。(2)快速。ControlLogix结构在背板上提供了高速数据传输总线。(3)可组态。可根据工业生产的需要增减控制器和通信模板的个数，可在一个机架内使用多个控制器。(4)工业化。ControlLogix提供了高强度平台，可耐受振动、高温及各种工业环境下的电气干扰。本系统以罗克韦尔公司的ControlLogix系列产品系统为控制核心，设计自动生产线机械手控制系统实验模型，该系统涵盖了计算机、工业控制网、ControlLogix控制器、气动机械手、传感器等技术。第2章 实验运行概述及方案设计2.1罗克韦尔公司系列PLC设计Controllogix处理器提供可选的用户内存模块(750K到8M字节),能解决有大量输入输出点数系统的应用问题(支持多达4000点模拟量和128，000点数字量)。处理器可以控制本地输入输出和远程输入输出。处理器可以通过以太网EtherNet/IP、 控制网ControlNet、 设备网DeviceNet和远程输入输出Universal Remote I/O来监控系统中的输入和输出。当在Controllogix机架内有多个处理器模块，甚至在控制网ControlNet网内有多个处理器模块时，所有的处理器都可以从所有的输入模块读到输入值。任何一个处理器也都可以控制任何特定的输出模块。通过系统组态指定每个输出模块具体由哪个处理器控制。Controllogix系统是机架式、模块化安装。Controllogix输入输出模块是是模块式安装的。电源模块直接安装在Controllogix机架的左端。Controllogix机架有4、7、10、13或17槽五种类型。模块可以插在机架上任意一个槽位内。Controllogix输入输出模块的最大通道数是32通道。每个模块的可拆卸端子块的机械锁可以防止向模块施加错误的电压。输入输出模块可以进行带电插拔。2.2皮带输送机的概述皮带输送机又称带式传动机，是一种连续运输机械，也是一种通用机械。皮带输送机被广泛应用在港口、电厂、钢铁企业、水泥、粮食以及轻工业的生产线。即可以运送散状物料，也可以运送成件物品。工作过程中噪音较小，结构简单。皮带输送机可用于水平或倾斜运输。皮带输送机还应用与装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动机械上。皮带输送机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。在大型港口或大型冶金企业，皮带输送机得到最广泛的应用。其总长度可大十几千米。 皮带输送机所用的皮带有多种选择，如钢芯带，帆布芯带，尼龙带，聚脂带等。对载荷较小的皮带输送机一般选择帆布带。如果皮带的载荷较大时可采用钢芯带。所谓钢芯带是皮带中的芯部采用较细的钢丝绳承受载荷 皮带输送机的输送能力可以为几百千克/小时到万吨/小时。 2.3模型部件分布简介分拣入库模型概述：此模型前半部分为分拣过程，由料仓存储等待分拣的货物，并依次弹送到传送带上。货物在传送带上分别会经过电感式传感器与电容式传感器来区分货物的种类，由于货物的不同根据程序进行不同的处理。最后抵达传送带末端。此模型的后半部分为入库过程。根据传感器的分辨，按照程序将货物放到相应的位置，对于存放好的货物可以通过按键进行仓位的交换。入库分布如下图2.1所示：1号仓轨道键盘货物暂存4号仓3号仓2号仓小车图2.1 入库模型2.4 系统设计方案生产过程中需要传送带、气动机械手、智能分拣，料块搬运、提取入库等过程。工艺要求首先进行料块分拣，未检出的料块随传送带进入库区，通过机械手将其抓取到升降台上，升降台提升到一定高度，然后进库，完成一次分拣、搬运和入库过程。控制系统可采用三种方案实施：1、利用罗克韦尔平台进行软、硬件组态完成；2、采用PLC作为控制器，配置外围电路完成;3、采用单片机作为控制器，配置外围电路完成。现有零件三种：蓝塑料块、银色铁块和黑色铝块。三种零件无序混合置于传送带上，传送带水平匀速运动，到一定区域，要求分拣出银色铁块和黑色铝块，蓝塑料块留在传动带上，由传送带送入库区。然后，通过机械手把传动带上的塑料块抓取到升降台上。升降台提升到一定高度，再由机械手放进仓库。完成分拣、搬运和入库过程。第3章 系统的硬件设计3.1 controlLogix控制器的简介美国罗尔韦尔自动化公司的可编程控制器设备以其优良的性能广泛应用于工业控制的各个领域。本次设计采用Logix5561处理器是安装在1756I/O框架上的高速单槽内。ControlLogix控制器采用模块化的设计，无源数据总线背板式的结构，包括处理器在内所有单元，具有紧凑的、经济的产品提供离散控制、驱动控制、运动控制、过程控制、安全控制、便利的通讯连接、艺术的输入输出功能，根据功能设计成各种模块，处理器模块Logix5561不仅包括数字量，模拟量这些传统的信号模块，还有各种网络通信模块、专用的运动伺服控制模块及相应的运动控制指令，为工业控制提供一种非常灵活且完整的控制方案。图3.1 controlLogix控制器3.2 气缸的选型机械手夹紧装置是使机械手松开和夹紧的动力装置，根据机械手部的夹紧力和手部张开后指尖距离，选用FESTO公司生产的两端带有终端可调缓冲装置的SNU-50-100-PPV-A型双作用气缸，并配有夹紧装置和行程开关，活塞直径D50mm，活塞杆直径d16mm，行程长度L100mm，驱动压力p=6bar=6105Pa。图3.2 SNU-50-100-PPV-A型双作用气缸3.3 光电传感器的选型光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。 光电传感器光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。图3.3 光电传感器3.4 驱动电机的选型直流伺服电机由于存在机械换向器和电刷，降低了电机运行的可靠性，加重了维护和保养负担。而交流异步电机虽然结构简单、成本低廉、无电刷磨损、维修方便，但调速问题一直没有得到经济合理的解决。近十年来，由于调频等调速方法发展很快，使其调速范围和成本与宽调速直流伺服电机接近，因此，交流伺服电机以其优良的控制性能和高可靠性在数控系统中得到了越来越广泛的应用。为了方便设计和维修，升降电机、水平移动电机和传送带电机选用同一型号，根据经验选用松下公司MinasA4系列全数字式交流伺服电机和驱动器。电机型号：Panasonic MDMA152P1U（220V，50Hz，0.75KW，0.8A增量式编码器，标准型，键轴，有制动器）。图3.4 MinasA4系列全数字式交流伺服电机和驱动器3.5模型介绍自动分拣传送仓储系统是以材料分拣装置、机械手模型和自动立体仓库模型为基本单元,增加了连接部件和PC-LINK网络技术,使之成为了一套模拟实际工业生产中连续复杂过程的装置。 该系统具有以下特点：1.系统各单元可独立、可组合，灵活选用。2.可选择台式或架式结构，能适应大多数实验室条件。3.采用了先进的PC-LING网络技术。4.增加少量投资，即可获得大系统的效果。图3.5 自动分拣传送仓储系统3.5.1材料分拣装置材料分拣装置是一个模拟自动化工业生产过程的微缩模型，它使用了皮带输送、传感器、位置控制、气动控制、电气传动等技术，可以实现不同材料的自动分拣和归类功能，可以做为传感器的应用装置。适用于各类学校机电专业的教学演示、教学实验、实习培训和课程设计，可以培养学生对自动控制系统硬件和软件的设计与调试能力；分析和解决系统调试运行过程中出现的各种实际问题的能力。图3.5.1 材料分拣装置结构示意图该装置采用架式结构，配有传感器（光电式、电感式、电容式、磁开关）、气缸、电磁阀、电动机、输送带、直流电源等，配合PLC、单片机等控制器既可构成典型的机电一体化教学装置。3.5.2 机械手的设计机械手装置是一个模拟工业生产过程中自动化设备周边常见机械手的微缩模型，它使用了气动驱动、传感器、位置控制、电气传动等技术，具有零组件的自动输送、取拿和移送功能，可以做为四维运动控制装置。适用于各类学校机、电专业的教学演示、教学实验、实习培训和课程设计，可以培养学生对自动控制系统硬件和软件的设计与调试能力；分析和解决系统调试运行过程中出现的各种实际问题的能力。该装置采用架式结构，由气动组合机械手、输送带、供电部件、驱动部件和信号端子等组成，并配有电磁阀、传感器、直流电机等，配合PLC、单片机等控制器既可构成典型的机电一体化教学模型。 图3.5.2 机械手模型结构示意图3.5.3自动立体仓库教学模型自动立体仓库装置是一个模拟自动化生产过程中仓储环节的微缩模型，它使用了线性运动驱动、传感器、位置控制和电气传动等技术，具有货物的自动提取和存放功能，可以做为三维运动控制装置。该装置采用台式结构，由立体库位框架、巷道式高叉车、操作盘等组成，并配有直线导轨及轴承、同步带传动装置、传感器（光电式、触点式）、直流电机、键盘及电气驱动系统等，配合PLC、单片机等控制器既可构成典型的机电一体化模拟仿真模型。图3.8立体仓库结构示意图3.6 PLC输入输出模块的选型及外部接线输入/输出（I/O）模块种类繁多，其中的数字量模块分为交流、直流两大类，本系统采用16点阵型数字量直流输入模块1756-IB16D和直流输出模块1756-OB16D，在面板上对应有16个状态指示灯（ST）和16个故障指示灯（FLT）。其I/O分配如表3.6所示。表3.1 PLC的I/O分配表输入1槽I/O地址传感器I/O地址传感器Data.0仓底有物亮Data.9托台右走Data.1第一站有物亮Data.10托台左走Data.2第二站有物亮Data.11托台上升Data.3皮带1末有物亮Data.12托台下降Data.4出仓推物；出灭Data.13托台取物进Data.5第一站退出后灭Data.14托台取物出Data.6第二站退出后灭Data.15（暂时没有使用）Data.7没转亮输入3槽Data.0托台左限位Data.8转后亮Data.1托台右限位Data.9机械手向前伸出后亮Data.2托台下限位Data.10机械手向前缩回亮Data.3托台上限位Data.11机械手向下缩回亮Data.4托台缩限位Data.12机械手向下伸出后亮Data.5托台伸限位Data.13机械手夹物亮Data.6托台左右取物时到位亮Data.14机械手没夹物亮Data.7托台上下取物时到位亮Data.15皮带2末有物亮Data.8Data.9Data.10Data.11Data.12Data.13Data.14Data.15键盘输入2槽Data.0出仓推物Data.1第一站推物Data.2第二站推物Data.31#beltData.4机械手前伸Data.5机械手下伸Data.6机械手夹物Data.7机械手旋转Data.82#belt第4章 系统的软件设计4.1 主程序的设计系统的以太网的驱动配置、创建控制器文件、I/O模块的组态以及创建主例程等任务由上位机PC运行RSLogix 5000软件完成，传感器检测、机械手动作、货物传送至传送带、传送带运送货物至仓库、检测入库、计，由主控制器ControlLogix系列的Logix5561处理器控制机械手和传送带电机来完成，主程序如图4.1所示。图4.1 程序流程图离线运行结果分析：通过程序运行发现实验的物料入库基本实现，存在着一些误差，都是在可控范围内。程序包括传送带的设计、托盘的设计、机械手的设计、开关量的设计在附录里展现4.2 ControlLogix系统的组成ControlLogix控制系统以微处理器为核心，把先进的控制技术、通讯技术、计算机技术、CRT技术与现场仪表有机地结合起来，实现对生产过程的集中监视、集中操作和分散控制，为生产提供了强有力的保证。由于该系统的内存量、控制器个数和网络类型可以根据具体应用来选择，所以相对于其它可编程控制系统而言，其结构更加灵活，使用更为方便。图4.2 ControlLogix控制系统结构简图ControlLogix系统的核心是Logix5550控制器，其处理速度为008 msK指令，标准内存配置为160KB，可扩展至2 MB，一个Logix5550控制器支持12 800个离散的或4 000个模拟的IO点，符合IECll311的操作系统提供多任务环境，最多可支持32个任务，其中31个时间片可由用户设定，支持长文件、变量名。Logix5550以微处理器为核心，采用了先进的过程控制技术、通讯技术、计算机技术，负责对生产过程进行检测和控制，是数据采集、过程控制部分。通过组态和编程，具有丰富的运动控制功能、顺序控制功能、传动及过程控制功能、运算功能，可直接采集来自现场的各类工艺过程数据，经处理、运算后，将检测到的信号送至操作站并进行监视，将控制信号送至现场。具有可靠性高，扫描处理速率快等特点，并具有自诊断功能。RSView32是操作人员和ControlLogix系统的人机接口，能够对大范围的生产过程进行监视和操作，同时，还能够对收集到的信息加工处理和保存，对工艺参数进行实时显示和报警，实现对生产的集中监视、集中操作、集中显示、集中处理，具有数据处理、历史数据保存、报警显示及打印、报表生成、多种显示及对控制回路实施操作等功能，方便对生产的控制和管理。4.3 RSLogix5000软件的编程的网络分配地址（1）打开RSLogix5000软件运行“开始所有程序Rockwell SoftwareRSLogix 5000 Enterprise Series RSLogix5000”打开RSLogix5000软件，分配网络如图4.3所示。第5章 课程设计总结通过本次课程设计，我对实验室中的Rockwell的产品有了一定程度的了解，比如三层网络、接近式传感器、机械手臂等等，并且在这次的课程设计中都得到了很好的实践应用。同时，对在现场总线课程中学习到的相关知识也有了进一步的巩固，以前不是很懂的内容现在也都明白了，特别是关于ControlNet现场总线技术，了解了ControlNet控制网络的特点及应用。由于之前的工控网络实验中已经学习过Controllogix编程软件按的使用，所以在组态和编程上的操作还是比较熟练的。但是对于罗克韦尔实验室内的硬件设备和仪器仪表并不是很熟悉，所以在程序调试运行时出现了困难，通过对指导老师和实验室同学的咨询，我掌握了各部分硬件的使用，掌握了整个生产流程的运行，并通过测试运行，实现并证明了本设计系统的设计正确无误。这些