基于PLC的图书分拣控制

常州机电职业技术学院常州机电职业技术学院 毕业设计 论文 作 者 学 号 系 部 机械工程系机械工程系 专 业 机电一体化技术机电一体化技术 题 目 基于基于 PLCPLC 的图书分拣控制的图书分拣控制 指导者 评阅者 2013 年 5 月 毕业设计 论文 中文摘要 自动分拣系统一般由控制装置 分类装置 输送装置及分拣道口组成 控制 装置的作用是识别 接收和处理分拣信号 根据分拣信号的要求指示分类装置 按商品品种 按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类 这些分拣需 求可以通过不同方式 如可通过条形码扫描 色码扫描 键盘输入 重量检测 语音识别 高度检测及形状识别等方式 输入到分拣控制系统中去 根据对这些 分拣信号判断 来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口 本设计通过对分拣机 图书分拣功能的了解 硬件接线的熟悉 选取了西门子 S7 200 进行了软件设计 实现分拣机图书分拣系统的功能 利用条形码扫描 重量检测 高度检测及形状 识别等传感器 对图书进行分类 决定图书该进入哪一个分拣道口 这对解决图 书退货问题有着重要的现实意义 关键词 自动分拣系统 分拣信号 西门子 PLC 毕业设计 论文 外文摘要 TitleTitle The book sorting based on PLC control AbstractAbstract Automatically grading system generally by control devices classification feeding device and sort of crossings The role of the control device is the recognition receive and process sorting signals according to the requirements of the sorting signals classification device according to the instructions products goods or service according to the site by the owner to the category of the goods to be automatic classification These sorting through the different demand can approach such as can be through the bar code scanning color code scanning keyboard input weight detection speech recognition highly detection and identification methods such as shape input to sort the control system and based on these sorting signals judgment to decide a kind of goods into which a sorting the access point The design of FenJianJi book sorting through the understanding of the function hardware wiring the familiar with the selection of the Siemens S7 200 a software design realization FenJianJi book sorting system function using bar code scanning weight detection height and shape recognition testing sensor classifying books decided to book the into which a sorting crossing To solve this problem return books has important practical significance KeyKey words words Automatically grading system sorting signals Siemens PLC r 目录目录 1 绪论绪论 自动化生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的 它不仅要求线体上各 种机械加工装置能自动的完成预定的各道工序及工艺过程 使产品成为合格的 制品 而求要求在装卸工件 定位夹紧 工件在工序间的输送 工件的分拣甚 至包装等都能自动的进行 时期按照规定的程序自动的进行工作 我们称这种 自动工作的机械电气一体化系统为自动生产线 自动化生产线综合应用机械技 术 控制技术 传感技术 驱动技术 网络技术 人机接口技术等 通过一些 辅助装置按工艺顺序将各种机械加工装置连成一体 并控制液压 气压和电气 系统将各个部分动作联系起来 完成预定的生产加工任务 1 1 自动化生产线技术自动化生产线技术 自动化生产线是产品生产过程所经过的路线 即从原料进入生产现场开始 经过加工 运送 装配 检验等一系列生产生产线活动所构成的路线 狭义的 生产线是按原对象原则组织起来的 即按产品专业化原则 配备生产某种产品 零 部件 所需要的各种设备和各工种的工人 负责完成某种产品 零 部 件 的全部制造工作 对相同的劳动对象进行不同工艺的加工 1 2 自动化生产线的步骤自动化生产线的步骤 a 先确定节拍时间 不论何种制品 皆在其必须完成的恰好时间内制造 b 单位流程 只针对一项产品 进行单位配件的搬运 装配 加工及素材的领 取 c 先导器 制作以目视即能了解节拍时间的装置 d U 字型生产线 将设备依工程顺序逆时针排列 并由一人负责出口及入口 e AB 控制 只有当后工程无产品 而前工程有产品的情形 才进行工程 f 灯号 传达生产线流程中产品异状的装置 g 后工程领取 生产线的产品要因应后工程的需求 1 3 该研究的目的及意义该研究的目的及意义 该研究的目的及意义 分拣作业是物流配送中的一个关键的环节 分拣指 的是根据顾客订单要求或是物流配送中心运输的要求 迅速 准确的将商品从 相应的货位或是其他区域拣出 按照要求的方式进行分类 集中并等待配装送 货的过程 分拣也是配送中心中最繁琐 工作量最大的一个环节 但也是配送 中心流程作业中的核心 采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量 产品 设计和工艺应先进 稳定 可靠 并在较长时间内保持基本不变 在大批 大 量生产中采用自动线能提高劳动生产率 稳定和提高产品质量 改善劳动条件 缩减生产占地面积 降低生产成本 缩短生产周期 保证生产均衡性 有显著 的经济效益 1 4 机电一体化技术发展概况机电一体化技术发展概况 自动线所涉及的技术领域是很广泛的 所以它的发展 完善是与各种相关 技术的进步及相互渗透是紧密相连的 因而自动线的发展概况就必须与整个支 持自动生产线有关技术的发展联系起 来 技术应用发展如下 a 应用可编程控制技术 b 应用机械手 机器人技术 c 应用传感技术 d 应用液压和气压传动技术 e 应用网络技术的飞跃发展 1 5 国内外图书分拣的现状及趋势国内外图书分拣的现状及趋势 与国际物流业的大环境相比 我国在与发达国家相比在分拣系统和技术等 方面还是比较落后的 流程中人工操作的情况还是比较普遍的 自动分拣系统 的生产和使用还是寥寥无几 总的说 我国分拣系统的应用程度低 应用范围 不广泛的特点还比较显著 影响我国自动分拣系统发展的因素很多 其中一些 则是与我国整个物流业的问题一致 标准化的问题是我国需要关注的问题之一 我国与国外相比 商品运输包装箱上基本没有条码印刷 以致自动分拣系统的 顺利运行遇到了阻碍 国外研究现状及发展趋势 以美国 日本以及欧洲为代表 的发达国家 在分拣的应用上拥有自动化程度很高的特点 自动分拣系统已经 成为发达国家大中型物流 配送中心或是流通方面不可或缺的一部分 美国 日本以及欧洲为代表的发达国家在二战后就广泛采用了自动分拣系统 Automated Sorting System 主要是参照邮局分拣信件的经验组配而成的 一 般情况下由控制装置 输送装置 分类装置以及拣道口四部分组成的 通过计 算机连接在一起 配合人工或是计算机的相应技术环节构成一个完整的系统 自动分拣系统能够连续大批量的分拣货物 误差率低 基本实现无人自动化三 个特点 在自动分拣系统中的人员仅限于进货的接货 系统的管理 控制 维 护与经营等等 这些恰巧于国外企业对减少使用人员 减轻劳动强度 提高工 作效率的要求相吻合 因此收到了外企的极大重视 1 6 课题任务课题任务 本次设计主要完成了对堆放的图书进行初步分类 以单本的形式在传送带 上输送 利用条形码扫描 重量检测 高度检测及形状识别等传感器 对图书 进行分类 决定图书该进入哪一个分拣道口 通过生产线的分拣来处理繁杂的 图书从而减少人力劳动 2图书分拣系统总体设计方案图书分拣系统总体设计方案 2 1 设计要求设计要求 本设备用于图书馆对归还图书进行自动分拣 组成为 控制装置 分类装 置 输送装置及分拣道口组成 并利用西门子 PLC 进行编程控制 控制装置有识别 接收和处理分拣信号 根据分拣信号的要求指示分类装 置 对物料进行自动分类 本课题对图书进行分拣 要求 1 对堆放的图书进行初步分类 以单本的形式在传送带上输送 2 利用条形码扫描 重量检测 高度检测及形状识别等传感器 对图 书进行分类 决定图书该进入哪一个分拣道口 2 2 总体设计方案总体设计方案 2 2 1 本方案的实际应用本方案的实际应用 出版业是一个重要的产业 在我国 2005 年出版行业增加值已经占到全国 GDP 的 1 仅图书一项以定价总金额计算的市场规模就已达 632 28 亿元人民 币 并以 6 左右的速度在增长 随着知识经济和学习型社会的建立 中国图书 业市场的发展速度还会加快 事实上 图书配送中心仍然面临着大量图书退货 的现实 必须解决退货的处理作业问题 保证当天收到的图书能够完成分拣上 架和相应的处理 2 2 2 设计方案的构想设计方案的构想 图 2 1 为图书自动分拣提供设备 该装置可以使堆放的书籍以单本形式在 传送带上输送 堆放的图书必须全部反面朝上以便下面对条形码的分拣 如图 2 1 所示 书籍自动分拣供给设备 包括传送皮带机 1 该传送皮带机 1 具有三 条 不同速度的传送皮带 所述的传送皮带按速度快慢从上往下装配成阶梯状 包 括 低速传送皮带 11 中速传送皮带 12 和高速传送皮带 13 传送皮带机 1 顶部 还设有与低速传送皮 11 同步的托书装置 2 所述的托书装置 2 包括托书架皮带 21 和复数个托书架 22 托书架皮带 21 悬设于传送皮带机 1 顶部 其传送轴与 传送皮带机 1 顶层的低速传送皮带 11 垂直 而托书架 22 则间隔排开固定在托 书架皮带 21 上 设备接通电源后 通过马达驱动传送皮带机 1 运行 工作人员 将若干本不同规格的书籍 3 叠放在低速传送皮带 11 上 并靠与托书架 22 将书 籍 3 支撑斜立 此时书籍 3 随低速传送皮带 11 平移 当书籍 3 随低速传送皮带 11 平移到与中速传送皮带 12 上交界处时 托书装置上最外侧的第一本书籍随 即率先掉落在下层的传送皮带上 随后的书籍会相继掉落 由于中速传送皮带 12 的速率高于低速传送皮带 11 于是书籍在相继掉落的时间间隔里顺其自然的被 分选成单本 基于同样的原理 中速传送皮带 12 上的书籍掉落到高速传送皮带 13 上 进一步确保书籍分选成单本 然后被运送下一个环节 图 2 2 是对书籍供给设备内部传送装置的说明图 1 内部使用电机传授 1 和 12 交接处以及 12 和 13 交接处使用减速机构 图 2 3 是图书自动分拣系统的示意图 图 2 1 图 2 3 1 号模块为图书自动供件机 采用皮带勾块推动图书分离的方式实现等节 距分离 2 号模块为周转箱满盒输出口 3 号模块为周转箱空盒喂入口 4 号模块为周转箱自动取出 喂料机 5 号模块为自循环输入口 按照计数光电管对应的技术和 PLC 同步控制 信号实现插入式供件 6 号模块为自循环中简段 7 号模块为自循环输出口 6 7 8 号模块共同组成自循环回路 自循环 物品应选用底面平整的盒类纸箱 8 号模块为图书输出口 9 号模块为和拒识物品输出口 是以电动滚筒为动力的滚筒输送机 在该 输送机的邻近滑块分拣机端是接货位 存放周转箱 当周转箱装满时会自动送 出并被交叉带小车接走 当交叉带小车返回空箱时 会自动接回空箱 送至接 货位 10 号为滑块分拣机 能按照条码扫描器的读取结果进行路向分拣 可实 现图书 和自循环回路的分拣 11 号模块为供件汇合线 由一条平面皮带输送机构成 实现图书 和自 循环物品的汇合 汇合时的物品间距由计数光电管和相关 PLC 同步程序控制 12 号模块为电气和 PLC 控制箱 整机的低压电器 启闭开 PLC 控 制器均安装于此 2 2 3 传感器编号及分布图传感器编号及分布图 图 2 4 3硬件电路设计硬件电路设计 3 1 使用元器件的简单介绍使用元器件的简单介绍 本设计所使用的元器件有电机 传感器 接触器 热继电器等多种元件 通过各种元器件的配合 通过控制系统实现分拣功能 3 1 1 电机选择电机选择 1 根据电源电压 使用条件 拖动对象选择电动机 要求电源电压与电 动机额定电压相符 2 根据安装地点和工作环境选择不同型式的电动机 3 根据容量 效率 功率因数 转数选择电动机 如果容量选择过小 就会 发生长期过载现象 影响电动机寿命甚至烧毁 如果容量选择过大 电动机的输出 机械功率不能充分利用 功率因数也不高 因为电动机的功率因数和效率是随着负 载变化的 4 电动机在恒定负载运行下 功率计算公式如下 1 1 式中 P 电动机的功率 KW 生产机械功率 KW 1 生产机械本身效率 1 电动机效率 上式计算出的功率不一定与产品规格相同 所以选择电动机的额定功率 P1 应等于或稍大于计算所得的功率 根据系统操作要求选择了如下电机 a 滑块电机选用台达伺服驱动器控制的伺服电机 b 汇合电机选用 Kinco 步进驱动器控制的步进电机 c 空压泵电机选用双速电机 d 图书供件电机选用 MM420 变频器控制的三相异步电机 3 1 2 传感器 接触器 热继电器选择传感器 接触器 热继电器选择 传感器选用电感式接近开关 电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器 电涡流效应是指 当金 属物体处于一个交变的磁场中 在金属内部会产生交变的电涡流 该涡流又会 反作用于产生它的磁场这样一种物理效应 如果这个交变的磁场是由一个电感 线圈产生的 则这个电感线圈中的电流就会发生变化 用于平衡涡流产生的磁 场 接触器选用 CJ20 10 CJ20 16 型接触器 其中 C 表示接触器 J 表示交流 20 为设计编号 10 16 为主触头额定 电流 相关元件主要技术参数及原理如下 a 操作频率为 1200 h b 机电寿命为 1000 万次 c 主触头额定电流为 10 16 A d 额定电压为 380 220 A e 功率为 2 5KW 热继电器选用 JR16B 60 3D 型热继电器 其中 J 表示继电器 D 带断相保护 相关元件主要技术参数及原理如下 a 额定电流为 20 A b 热元件额定电流为 32 45 A 3 2 控制系统控制系统 3 2 1 PLC 的简介的简介 图 3 1 为 PLC 结构组成图 图 3 1 PLC 的优点 1 系统构成灵活 扩展容易 以开关量控制为其特长 也 能进行连 续过程的 PID 回 路控制 并能与上位机构成复杂的控 制系统 如 DDC 和 DCS 等 实现生产过程的综合自动化 2 使用方便 编程简单 采用简明的梯形图 逻辑图或语 句表等编 程语言 而无需计算机知识 因此系统开发周期短 现 场调试容 易 另外 可在线修改程序 改变控制方案而不拆动硬 件 3 能适应各种恶劣的运行环境 抗干扰能力强 可靠性强 远高 于其他各种机型 3 2 2 PLC 选择选择 PLC 的选型方法 一 分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程及工作 特点 了解被控对象 机 电 液之间的配合 提出被控对象对 PLC 控制系统 的控制要 求 确定控制方案 拟定设计任务书 二 确定 PLC 的输入 输出设备 根据系统的控制要求 确定系统所需 的全部输入设备 如 按纽 位置开关 转换开关及各种传感器等 和输出设 备 如 接触器 电磁阀 信号指示灯及其它执行器等 从而确定与 PLC 有关的输入 输出设备 以确定 PLC 的 I O 点数 三 选择 PLC PLC 选择包括对 PLC 的机型 容量 I O 模块 电源 等的选 择 四 分配 I O 点并设计 PLC 外围硬件线路 S7 200 CN 系列 PLC 适用于各行各业 各种场合中的检测 监测及控制的 自动化 S7 200 CN 系列的强大功能使其无论在独立运行中 或相连成网络皆 能实现复杂控制功能 因此 S7 200 CN 系列具有极高的性能 价格比 结合表 2 1 及本系统实际要求和实际输入输出点要求 选择 CPU224 XP 型 PLC 它集成 14 输入 10 输出共 24 个数字量 I O 点 2 输入 1 输出共 3 个模 拟量 I O 点 可连接 7 个扩展模块 最大扩展值至 168 路数字量 I O 点或 38 路 模拟量 I O 点 20K 字节程序和数据存储空间 6 个独立的高速计数器 100KHz 2 个 100KHz 的高速脉冲输出 2 个 RS485 通讯 编程口 具有 PPI 通讯协议 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力 本机还新增多