应用PLC实现自动输送分拣系发统控制设计.doc
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1、沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计(论文)摘 要随着社会的不断发展,市场竞争越来越激烈,因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术。在需要进行产品分拣的企业,以往一直采用人工分拣的方法,效率低下致使企业的竞争能力差。针对上述问题,利用PLC 技术设计了自动分拣装置,在产品分拣过程中取得较好的控制效果。本设计应用PLC实现具有传输、分类、入库保管功能自动分拣系统的自动控制系统并应组态做上位机监控,机械结构采用传送带、气缸等机械部件;电气控制采用传感器、编码器、开关电源、换向阀等电子部件;可编程控制器采用目前比较流行的西门子PLC。软件部分采用组态王监控整个分拣过程的运行,系统采用台式结构,选用颜
2、色识别、电容式和电感式三种传感器,同时,还设置了气动装置的减压器、滤气器、气压指示等,可与各类气源相连接。本设计是将PLC技术,位置控制技术、气动技术、组态通讯监控技术有机结合成一体的自动输送分拣系统,具有响应速度快,准确率高、性能可靠等优点。关键词:PLC;传感器;编码器;自动分拣系统;上位机监控IVAbstract With the continuous development of society, the competition is fierce in the market, Therefore production enterprises are urgently needed t
3、o improve production technology especially in the enterprise products sorting,has been using an artificial of sorting method before cause the competitive of the enterprise is poor. The response to these problems, to use PLC technology design of automatic sorting equipment, obtains good control effec
4、t in the process of product sorting. The design applies PLC to achieve automation control Automatic Sorting System which have functions of transfers、classify and storage, the mechanical structure adopts mechanical assembly as conveyor belt、cylinder. The electric control adopts electronic assembly as
5、 sensor、coder、switching power supply、reversing valve and so on; Programmable logic controller adopts the more popular PLC of Siemens currently. The system adopts desktop structure, choose color recognition sensor、capacitive proximity switch and inductive proximity switch, at the same time, also coll
6、ocates pneumatic reductor、air filter device、display of air pressure and so on, can connect with different gas source. This design is the automatic Sorting System which cover the technology of PLC、the technology of control position、the technology of pneumatic and organically combined them into one. I
7、t possesses a lot of advantages as fast response speed, accurateness and reliability and so forth.Key words:PLC; sensor; coder; Automatic Sorting System; PC monitor目 录1 绪论11.1本课题研究的内容11.2课题研究的目的及意义11.3国内外相关技术现状及发展趋势11.3.1国外有关研究的综述11.3.2国内有关研究的综述21.4可行性分析32 总体设计42.1方案论证42.1.1系统硬件选择42.1.2上位机监控软件选择52.2
8、设计思想52.3总体设计73 系统的硬件设计83.1系统硬件选型设计83.1.1编码器的选型设计83.1.2可编程控制器的选型设计93.1.3空气压缩机的选型设计103.1.4换向阀的选型设计113.1.5电动机的选型设计113.1.6稳压电源的选型设计123.1.7传感器的选型设计133.2可编程控制器外部连接图164 系统的软件设计174.1PLC软件设计174.1.1程序I/O分配表174.1.2控制程序流程图194.1.3控制程序时序图204.1.4 PLC程序设计214.2组态王监控界面设计274.2.1组态王外部设备定义274.2.2定义数据词典324.2.3组态王界面设计335
9、调试过程356 结论37结束语38致 谢39参考文献40附录 程序清单41附录 面板分布图46附录 面板接线图47附录 子程序清单481 绪论1.1本课题研究的内容本课题研究的内容是应用PLC实现自动输送分拣系统的自动控制并用组态监控系统的运行。本系统通过传感器信号采集,PLC控制,对交流电机、电磁阀进行开关量控制、位置控制、时序逻辑控制,实现对传送带上的物料进行定位、辨识、分类的功能,并通过组态监控界面监控整个过程的进行。1.2课题研究的目的及意义自动输送分拣系统是物流系统中广泛采用的一种分拣系统。一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口四部分组成,它们通过计算机网络联结在一起,配合人工
10、控制及相应的人工处理环节构成一个完整的分拣系统。其主要特点有:能连续、大批量地分拣货物,分拣误差率极低,分拣作业基本实现无人化,可通过计算机监控整个分拣过程。自动分拣系统中人员的使用仅局限于进货时的接货、系统的控制、系统的经营、管理与维护等,这恰好符合了企业对减少人员使用、减轻员工劳动强度、提高人员使用效率的要求,因此受到了广泛重视。1.3国内外相关技术现状及发展趋势1.3.1国外有关研究的综述 以美国、日本及欧洲为代表的发达国家,在分拣系统的应用上呈现出自动化程度越来越高的特点。自动分拣系统已成为发达国家大中型物流中心、配送中心或流通中心不可缺少的一部分。自动分拣系统是二战后在美国、日本以及
11、欧洲的大中型物流中心广泛采用的一种分拣系统,参照邮局分拣信件自动化的经验配置而成。就国外进行配送业务的行业或企业来说,自动拣选系统已被广泛应用在医药、化妆品制造等行业。自动分拣机作为自动分拣系统中的关键设备,因其较高的效率,已在发达国家得到广泛应用。然而,尽管自动分拣系统有非常多的优点,但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件,在发达国家,物流中心、配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情况也很普遍。其主要原因有两点: 1、专业的自动分拣设备一次性投资巨大,先期投入回收慢。系统的设备复杂,投资和运营成本较高,需要可靠的货源作保证,也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资,小企业则无能为力
12、。 2、 系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动分拣,需要采取诸如推行标准化包装、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等措施。但要让所有商品的供应商都执行相同的包装标准是很困难的,定制分拣机又会使硬件成本上升,且越是特别的通用性就越差,不利于推广。除自动分拣系统外,配送中心对于计算机辅助拣选系统的利用也相当普遍。在流通领域,特别是连锁超市、便利店的配送中心都广泛使用电子标签、RF等计算机辅助拣选系统。1.3.2国内有关研究的综述与整个物流业的大环境相似,我国在分拣系统和技术方面相对发达国家还比较落后,人工作业的情况仍比较普遍,电子标签、RF技术等辅助拣选系统的生产和使用还不多
13、,自动拣选系统更是寥寥无几。总的来说,我国分拣系统的应用呈现出集约化程度低、自动化系统和设备应用范围不广泛的特点。阻碍自动分拣系统发展的因素有很多,有些则是与我国整个物流业存在的问题相一致的。物流标准化就是我国物流业长期关注的一个问题。商品的条码化、包装的标准化等是自动化拣选系统得以顺利运行的保证,而在我国,由于很多商品包装箱上没有印刷条码,商业系统至今尚没有认真研究过运用自动分拣机。另外,由于一个公司或企业往往无法左右整个行业的进展,一些大企业倾向于开发适合自己业务特点的系统,这又进一步造成了实际中接口的障碍。自动化设备和系统的价格问题也是另一个阻碍因素,小企业一般无力购进高价的专业设备。如
14、今,国际竞争日益加剧,为了发展我国物流业,国内的许多企业和政府部门做了很多努力,也已取得了一定的成效,例如:随着科技的日新月异,国内的一些物流配送中心也开始结合自身特点,采用高技术含量的设备和系统来提高分拣配送效率。1.4可行性分析本课题设计是应用PLC实现自动输送分拣系统的自动控制,要求系统具有传输、分类、保管等功能,并通过组态监控整个分拣过程。根据此系统的功能构造,其可行性分析如下:首先,在器件选择上看。所需器件:电感式接近开关、电容式接近开关、标识传感器、光电开关、编码器、电动机、传送带、计算机、空压机、气缸、换向阀、输气管道、稳压电源、网孔板。其次,从经济角度来看。为了实现准确可靠的系
15、统功能,因此,在器件选择上,尤其是在传感器上,要求稳定性好,准确率高,这样相对的价格就会高一些,但与其性能相比,此系统还是具备了较高的性价比,较好的实现了分拣系统的基本功能。最后,从效率角度来看。运用传感器扫描输入识别技术具有响应速度快,准确可靠等特点。工作效率可高达98%,具有良好的应用前景。 532 总体设计 在设计初期, 为了使控制系统具备更佳的工作性能,需要进行总体设计,此部分包括方案选择、设计思想以及总体设计方案。2.1方案论证2.1.1系统硬件选择由于本课题的研究内容有多种实现方案,因此,方案选择成为本次设计的重中之重。具体方案论证如下:第一种方案 :利用PLC实现分拣控制,根据物
16、料材质及颜色进行分拣,分别分拣铁质、铝质及黄色的物料。系统有底座、气动部分、传送部分及电气控制等四部分组成。气动部分由电磁阀、气缸和各种与气源相连的部件组成,电气控制由西门子、三菱或欧姆龙的可编程控制器、电源、传感器等部件组成。通过传感器信号采集,PLC控制,实现对开关、异步电机、电磁阀等进行较复杂的控制等功能,并采用编码器和高速计数器完成对物料间间距的测量,并通过编码器的测量,测得传感器与气缸之间的步距,从而使得气缸准确地将物料推入滑道,有效的实现分拣功能。同时,具有报警功能,一旦分拣系统出现故障,气缸打出时将物料卡住,传送带立即停止,并由蜂鸣器发出报警,使得分拣系统更加直观化、系统化。由于
17、可编程控制器成功率高,可靠性好,设计程序简单,因此,在工业生产中得到广泛应用,但因PLC成本较高限制了其应用的范围。第二种方案:根据单片机实现分拣控制,采用机械手进行分拣,系统可分为底座、传送部分、电气控制及分拣部分。电气控制由单片机、电源、传感器等部件组成。同样通过传感器信号的采集和PLC控制,实现对异步电机和机械手进行较复杂的位置控制、开关控制等功能。程序部分则按照设计的基本逻辑要求进行编程。通过各限位信号及检测信号实现对机械手的控制,实现分拣功能。由于单片机成本低、效益高,因此在许多领域受到关注,但因其稳定性和抗电磁干扰能力比较弱,所以在一些高性能的系统中不被广泛采用。综上所述,比较第一
18、种方案和第二种方案,由于后者运行可靠性低、抗干扰能力差,程序修改繁琐,对于物料的出库及入库位置不够精准,并且通讯设计也比较繁琐。虽然前者成本较高,但是考虑到分拣的准确性和可靠性,为了使系统具备更好的工作性能,本设计选择第一种方案作为总体方案。2.1.2上位机监控软件选择在制作产品分拣控制系统上位机监控系统时,可以使用Visual basic6.0或组态等软件。使用组态王和VB软件都可以实现监控功能、制作出上位机监控系统,但在使用VB制作过程中,每一步都不好实现。使用组态王软件制作上位机监控程序的过程远比使用VB简单的多。首先使用VB制作监控画面不能使监控画面十分逼真完美,而且由于VB的画图功能
19、有限,制作一个简单的监控画面也十分困难,只有采用第三方软件画出图形,再使用VB调用该图形的方法;其次使用VB制作运行的动画效果十分繁琐复杂且制作出来的动画也无法达到令人满意的逼真效果;第三,也是最重要的,使用VB和PLC进行通信最终达到监控数据的过程十分复杂。而通用组态软件有强大的界面制作系统,可制作各种复杂形状及色彩的图形,这将使监控界面生动形象且十分人性化。通过对比,为了更好的完成设计,我最终选择了组态软件作为上位机监控软件,并用其中比较熟悉的组态王软件实现了设计要求。2.2设计思想本次设计的自动输送分拣系统按照设计要求首先配置可编程控制器,可将其放置实验台下面以避免不必要的空间浪费,然后
20、配置传输系统,为了节省实验台面积和配合传感器工作,我采用体积小、噪音低的减速电机驱动宽为2.5cm、长为83cm、高约为7cm的立式传送带,为了控制和测量物料间的距离,在电机的一头加上编码器。最后配置了分拣系统,出于节省空间和对周边环境污染小的缘故,我采用了气动装置来实现分拣功能,这样,就需要一个气泵来提供气压,由于气泵相对体积较大,故可放在地上,不占用实验台面积。气动装置包括气缸、电控换向阀、分水滤气器、减压器、油雾器、阀岛及输气管道。在面板上,为了节省面板面积,传感器采用悬挂式检测方式,出于方便传感器悬挂的原因,本设计采用了垂直式网孔板,为了满足传感器检测的距离范围,将电感传感器安装在垂直
21、高于传送带2.6cm的位置处,电容传感器安装在垂直高于传送带2.8cm处,颜色传感器则为2.7cm。每个气缸间距离为8cm,传感器与相应气缸距离为7mm,出料处距第一处气缸26cm。各传感器位置如下:图2.1 各传感器位置分布图在硬件测量设计上主要利用编码器进行测量。首先,在编译程序上定义1个高速计数器。然后,在系统正常工作时,编码器将电机转速转换成脉冲信号,再驱动高速计数器对其进行计数。最后,通过对脉冲的计数设计出相邻物料之间的步距、传感器与气缸之间的步距以及物品从出库到终点的步距。2.3总体设计本次控制系统设计由硬件和设计软件设计两部分组成。硬件部分可详细地分为控制部分、传感器部分、气动部
22、分、电动部分、输送部分以及电源部分。控制部分采用西门子S7-200型PLC(CPU224)外加1个扩展模块(EM221);传感器部分由标识传感器、电容式接近开关、电感式接近开关、编码器、光电开关组成;输送部分则是由单相交流异步电动机驱动的皮带式输送装置;气动部分采用亚达空压机、分水滤气器、减压器、油雾器、气缸及输气管道;电动部分主要有电控换向阀、阀岛及磁性开关组成;电源供电采用24 伏直流稳压电源。软件设计部分主要通过设计PLC梯形图实现分拣功能和设计组态界面实现上位机监控功能。控制程序设计部分大体分为5个部分:定义和调用高速计数器、传送带的运行和停止、设定档位、流程、物料的出库及分拣、报警保
23、护。组态设计主要有组态与PLC的通讯、监控界面绘制、数据变量分配等。3 系统的硬件设计3.1系统硬件选型设计 针对本课题的研究内容,首先,建立本课题的硬件系统,然后,根据所要实现的功能,选择相关器件。为了使系统具有稳定可靠的工作性能,则需要对元器件进行选型,那么,选用何种产品能使得硬件系统具有更高的性价比也就成为硬件设计的重点。3.1.1编码器的选型设计1.编码器简介编码器为传感器类的一种,是将信号或数据编制、转换为可用以通讯、传输和存储形式的设备。编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。按照读出方式,编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出,以电刷接触导电区或绝缘区来
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- 应用 PLC 实现 自动 输送 分拣 系发统 控制 设计
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