基于PLC的物料分拣系统设计.docx

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基于PLC的物料分拣系统设计

基于PLC的物料分拣系统设计

毕业设计

题目基于PLC的物料分拣系统设计

英文题目TheDesignofMaterialChooseSystemBasedonPLC

院系机械与材料工程学院

专业机械设计制造及其自动化

姓名xxx

年级2009（机材A0916）

指导教师xxx

二零一三年六月

摘要

物料分拣采纳可编程操纵器PLC进行操纵，能连续大批量地分拣物资，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可明显提升劳动生产率，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料信息流的分配和治理。

随着工业自动化的普及和进展，可编程操纵器的需求量逐年增大，应用领域也越来越广。

本设计基于FX-2N型PLC操纵的物料分拣系统由上料机构、搬运机械手机构、物料传输分拣机构组成，对三种不同的物料进行分类分拣。

灵活运用传感器对物料进行检测、识别、以及对机械手的状态检测。

在本设计中运用了步进电机进行旋转角度的精确定位，利用变频操纵技术对物料传输速度进行了设计。

现目前物料分拣系统运用甚广，系统中设计到搬运机械手也广泛应用在各行各业。

此次设计应用了大部分在校所学的知识，将各种元器件通过逻辑关系有序的联系起来，构成物料分拣系统，实现了光机电一体化。

【关键词】可编程序操纵器；传感器；硬件设计；软件设计

Abstract

ThematerialsortingadoptprogrammingcontrollerPLCtobeinprogressunderthecontrolof,cancriticizeinlargescaleinarowmeasuringfieldsortinggoods,theintensitysorting,errorleadlowandworkingisreducedgreatly,butnotableriseproductivity.Markchoosessystemtobeabletonimblyandlogisticsequipmentseamlessconnectionother,cometruetomaterialinformationstreamassignmentandmanage.Hardware-Designandsoftware-designmiddlehavingintroduceditmainlyinisdesigned.

Withthepopularizationanddevelopmentofindustrialautomation,increaseddemandforprogrammablecontrollers,fieldmoreandmorewidelyused.

DesignmaterialsortingsystembasedonFX-2NPLCcontrolbyfeeding,handlingrobotbody,materialtransportpickupbodies,onthreedifferentmaterialsforcategorysorting.Flexiblesensormaterialfordetection,identification,andStatetestingforManipulator.Thisdesignusesasteppermotortopreciselypositiontherotation,useofvariablefrequencycontroltechniquetodesignthematerialtransmissionspeed.Currentmaterialsortingsystemusingawiderangeofsystemdesigntohandlingrobotsarewidelyusedinalltradesandindustries.Mostofthedesignandapplicationoftheknowledgelearntinschool,tolinkvariouscomponentsthroughalogicalandorderly,constituteamaterialsortingsystem,foroptical,mechanicalandelectronicintegration.

【Keywords】PLC;Sensor;Hardware-design;software-design

前言

在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。

随着工业现代化的进一步进展,自动化差不多成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人一辈子产流水线等等，差不多随处可见。

同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作，更需要自动操纵系统来实现。

现在工业操纵的三大支柱中PLC操纵越来得到重视，在本设计中难点的是搬运机械手的设计。

机械手是近代自动操纵领域中显现的一项新的技术，是现代操纵理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。

工业机械手是提升生产过程自动化、改善劳动条件、提升产品质量和生产效率的有效手段之一。

专门在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。

在我国，近几年来也有较快的进展，并取得一定的成效，受到机械工业和铁路工业部门的重视。

物料分拣系统，采纳日本三菱公司的FX-2N型PLC，对物料的存放，机械手的上下、左右、步进旋转以及抓取运动，物料的传输速度、分拣进行操纵。

我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，模拟实现了物料分拣系统操纵的机电一体化。

第一章绪论

随着运算机技术的持续进步，专门是通过近二十来随着大规模，超大规模集成电路技术和数字通信技术的进步和进展，可编程序操纵器应运而生并得到快速的进展，而且进展势头更加迅猛。

现现在PLC是应用面极为广泛的工业操纵装置，它采纳可编程序的储备器，用来储备用户指令，通过数字或模拟的输入、输出，完成确定的逻辑、顺序、定时、计数、运算和一些特定的功能，来操纵各种类型的机械设备或生产过程[1]。

它给自动化操纵带来专门大的方便，目前有许多的国家的公司都在致力于PLC的研究并使其性能持续的改善提升。

1.1分拣系统的研究背景 

自动分拣系统的规模和能力已有专门大的进展，目前大型分拣系统大多能分拣几十到几百个种类的物品，分拣能力达到每小时万件以上。

国外分拣系统规模都专门大，要紧包括进给台、信号盘、分拣机、分拣信息识别系统、设备操纵系统和运算机治理系统等几大部分，还要配备外围的各种运输和装卸机械，组成一个庞大而复杂的系统。

从分拣技术水平上讲，欧美各国进展最早，技术比较成熟，目前处于世界领先地位。

美国和欧洲在60年代开始使用，日本则在第二次世界大战后才引进分拣机，但近二十年来由于其本国经济进展需要进展迅速，后来者居上，从1970--1985年共有338台自动分拣机投入运行，其中58.32%用于储运业，17.15%用于销售业。

到1987年就差不多拥有自动分拣机1000台，号称是世界上拥有分拣机最多的国家。

我国自动分拣技术起步较晚，目前已能与国际先进水平保持同步，然而缺少技术创新能力，使自动分拣技术的物流系数也减少，大部分小型超市配送中心仍旧靠人工分分拣。

近二十年来,专门是物流行业，随着经济和生产的进展,商品趋势趋于"短小轻薄"，流通趋于小批量多品种和准时制（JUST-IN-TIME，简称JIT）。

分拣作业已成为一项重要的工作环节，分拣系统的应用差不多日趋普遍。

我国目前多数配送中心和物流企业差不多上人工分拣。

而国外一些配送中心多采纳分拣系统进行分拣，充分发挥了分拣技术分拣速度快、分拣点多、差错率极低、效率高和全自动操作的优势。

自动分拣系统成为当代物流技术进展的三大标志之一[2]。

此次设计基于PLC的物料分拣系统操纵。

采纳PLC操纵开发能够达到短周期，低成本的操纵要求，能够直截了当用于工业现场操纵。

PLC操纵具有实时性、信号处理时刻短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业操纵项目，同时PLC的可靠性高，有丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，修理方便，PLC操纵能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。

因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和爱护电路以及通讯联网功能，因此在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，同时测试容易，修理方便，更能够提升操纵系统设计的灵活性及操纵系统的可靠性。

本设计以操作简单、使用可靠、爱护修理方便作为要紧设计方向。

1.2物料分拣系统进展概况和现状

 纵观国内外物料分拣系统的应用情形能够发觉，国外的物流配送中心或工业中倾向于采纳自动化程度专门高的分拣系统，而且应用也较为广泛。

而在我国，由于物流业起步晚，物料分拣系统中人工作业的比例也较高。

尽管自动分拣系统有专门多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家某些行业不用自动分拣系统的情形也专门普遍。

其要紧缘故有两点:

一是一次性投资庞大，先期投入回收慢。

系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，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。

二是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、按照分拣商品统一的包装特性定制分拣机等二次措施。

但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是专门困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是专门的通用性就越差。

尽管物料分拣系统有它的局限性，但随着社会的高速进展，一切都讲究效率，我相信高效率的物料分拣系统设计将会被人们越来越重视。

而本设计就针对物料分拣设计出了一个由PLC操纵的分拣系统，解决了组成系统的设备能在安全工作的同时又能提升物料分拣效率的咨询题。

1.3课题研究目的和意义

分拣系统中物料传感器以及气缸应自动化设备更新时的需要，能够大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。

它能够搬运物资、分拣物品、代替人的繁重劳动。

能够实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以爱护人身安全，能够广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。

本文要紧针对生产线上的自动化设计了一个四段物料分拣传送带，实现生产的自动化。

启动后，供料传送带启动并开始供料，当物料为金属物料时，物料到位，通过汽缸将物料推出，然后停止传送带；当物料为白色物料时，物料到位，通过汽缸将物料推出，然后停止传送带；当物料为黑色物料时，直截了当将物料输送出去 。

分料盘在物料分拣中起着关键作用,安装在其内部的步进电机的驱动将使分料盘发生相应的动作来达到物料的最终分拣。

由于同样实现了自动化分拣，因此在现代工业中也较广泛地使用。

相伴着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动操纵成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。

因此机传送带就在如此产生了,其中的自动分拣传送带是近代自动操纵领域中显现的一项新技术，它的进展是由于其主动作用正日益为人们所认识：

它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时刻和位置来完成工件的传送和装卸；广泛的应用传送带，能够逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代，提升生产效率和保证产品质量，排除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提升机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时刻和库存，明显地提升劳动生产率，提升企业竞争力，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

可编程操纵器（PLC）是以中央处理器为核心，综合了运算机和自动操纵等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在物料分拣操纵系统中使用最多的操纵方式。

使用PLC的自动操纵系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点[3]。

本设计拟开发的基于PLC 的物料分拣传送带可代替人工在高温顺危险的作业区进行作业，可分拣重量较大的工件，采纳PLC操纵，和传统继电器操纵相比较，具有稳固性高，接线简单，抗干扰能力强，修理方便等优点。

能够简化操纵线路，节约成本，进一步提升劳动生产率[4]。

 1.4本文研究的要紧内容

在本文中,以生产线上不同物料的分拣系统为例,详细分析了基于PLC操纵的自动分拣系统的设计,介绍了分拣系统中传感器信号的采集、处理的一些差不多知识,并通过设计要求与技术指标的比较,确定了硬件系统中的各种元器件及PLC的选型。

在介绍了一些PLC、传感器差不多知识后,对本课题进行硬件与软件设计,设计出主电路与操纵回路,并建立了实际的模型,在软件设计中,确定了I/O分配,并按照操纵要求设计出了PLC梯形图。

在本系统完成其设计之后,对其进行整体安装与调试。

在硬件部分,调试其各部分安装的位置及角度,使其材料物块的运行与传感器安装的角度适合。

将各气缸的动作速度进行调试之后,进行了软硬件综合调试,实现材料分拣系统中上料、传送与分拣的全过程。

1.5本章小结

本章要紧是阐述了物料分拣系统的应用背景，了解了自动分拣系统的要紧特点。

明确了课题研究目的和意义，对物料分拣系统研究的要紧内容做了个简单的归纳。

为后面的设计打下了良好的基础。

第二章PLC系统设计

按照系统的操纵要求，采纳合适的设计方法来设计PLC程序。

程序要以满足系统操纵要求为主线，逐一编写实现各操纵功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。

2.1操纵系统设计的差不多内容

PLC操纵系统具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强，运行稳固。

有较高的易操作性，它具有编程简单，操作十分灵活方便，监视和操纵变量十分容易，修理容易等特点。

一样不容易发生操作的错误，容易把握和懂得。

PLC操纵系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。

因此，PLC操纵系统设计的差不多内容应包括以下内容：

（1）选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的操纵对象（电动机、电磁阀等）。

这些设备属于一样的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。

（2）PLC的选择。

PLC是PLC操纵系统的核心部件，正确选择PLC关于保证整个操纵系统的技术经济性能指标起到重要的作用。

选择PLC，应包括机型选择、容量的选择以及I/O模块的选择、电源模块的选择等。

（3）分配I/O点，绘制I/O连接图。

（4）设计操纵程序。

包括操纵系统流程图、梯形图、语句表（即程序清单）和操纵系统流程图。

操纵程序是操纵整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。

因此，设计的操纵程序必须通过反复调试、修改，直到满足要求为止。

（5）必要时还需设计操纵台

（6）编制操纵系统的技术文件。

包括讲明书、电气图及电气元件明细表。

传统的电气图，一样包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。

在PLC操纵系统中，这一部分图统称为“硬件图”。

它在传统电气图的基础上增加了PLC部分，因此在电气原理图中应增加PLC部分的I/O连接图[3]。

另外，在PLC操纵系统中的电气图中还应包括程序图（梯形图），通常称它为“软件图”。

向用户提供“软件图”，可便于用户在生产进展或工艺改进时修改程序，并有利于用户在修理时分析和排除故障。

2.2操纵系统设计的原则

设计任何一个PLC操纵系统，如同设计任何一种电气操纵系统一样，其目的差不多上通过操纵被控对象（生产设备或生产过程）来实现工艺要求，提升生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC操纵系统时，应遵循以下差不多原则。

（1）PLC操纵系统被控对象最大限度地满足工艺要求。

设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员紧密配合，共同拟订电气操纵方案，协同解决设计中显现的各种咨询题。

（2）在满足操纵系统要求的前提下，力求使操纵系统简单、经济，使用及修理方便。

一个新的操纵工程当然能提升产品的质量和数量，带来庞大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的爱护也将导致运行资金的增加。

因此，在满足操纵要求的前提下，一方面要注意持续地扩大工程的效益，另一方面也要注意持续地降低工程的成本。

这就要求设计者不仅应该使操纵系统简单、经济，而且要使操纵系统的使用和爱护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标[5]。

（3）保证PLC操纵系统安全可靠

保证PLC操纵系统能够长期安全、可靠、稳固运行，是设计操纵系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保操纵系统安全可靠。

例如：

应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情形下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。

（4）考虑到生产的进展和工艺的改进，在配置PLC硬件设备时应适当留有一定裕量。

2.3操纵系统设计的一样步骤

设计操纵系统的步骤可分为：

（1）按照生产的工艺过程分析操纵要求。

（2）按照操纵要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。

（3）选择PLC系统。

（4）分配PLC饿I/O点，设计I/O连接图。

（5）进行PLC程序设计，同时可进行操纵太的设计和现场施工。

2.4程序设计的步骤

程序的设计要按一定的步骤才能够顺利的完成。

程序设计的步骤可分为：

（1）关于较复杂的操纵系统，需绘制系统操纵流程土，用以清晰地表明动作的顺序和条件。

（2）设计梯形图。

这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。

（3）按照梯形图编制程序清单。

（4）用编程器将程序输入到PLC的用户储备器中，并检查输入的程序是否正确。

（5）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。

（6）待操纵台及现场施工完成后，就能够进行联机调试。

若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，直到满足为止。

（7）编写技术文件。

（8）交付使用。

2.5编写梯形图应该注意的事项

（1）输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点能够多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。

（2）梯形图每一行差不多上从左母线开始，线圈终止于右母线。

触点不能放在线圈的右边。

除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直截了当与左母线相连。

如果需要任何时候都被执行的程序段，能够通过专门内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接[6]。

（3）在程序中，不承诺同一编号的线圈两次输出。

（4）不承诺显现桥式电路。

程序的编写顺序应按自上而下、从左止右的方式编写。

为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大右小”。

2.6本章小结

本章要紧对PLC系统设计一些要求和注意事项进行了详细的介绍。

对操纵系统设计的差不多内容、原则、一样步骤、程序设计的步骤以及编写梯形图应该注意的事项有了进一步的了解。

确定了操纵系统的差不多设计步骤，为后面的操纵系统设计、程序设计奠定了坚实的基础。

第三章系统的组成及操纵要求

物料分拣系统由上料机构、搬运机械手、皮带输送线、物件分拣机构组成。

该系统动力由气压供能，PLC通过直截了当操纵电器执行元件和间接操纵气动执行元件来实现系统功能，模拟实现了机电一体化。

图3-1为系统流程简图。

无

皮带传输机构工作

图3-1系统流程简图

3.1系统的组成

3.1.1上料机构

上料机构如图3-2，由井式工件库、光电传感器、工件、存放料台、推料气缸、安装支架等组成。

要紧完成将工件依次送至存放料台上。

没有工件时，报警指示黄灯闪耀，放入工件后闪耀自动停止。

图3-2上料机构实物图

3.1.2搬运机械手机构

搬运机械手机构。

由气动手爪、双导杆气缸、单杆气缸、电感传感器、磁性传感器、多种类型电磁阀、步进电机及驱动器组成。

要紧完成通过气动机械手手臂前伸，前臂下降，气动手指夹紧物料，前臂上升，手臂缩回，手臂旋转到位，手臂前伸，前臂下降，手爪松开将物料放入料口，机械手返回原位，等待下一个物料到位等动作。

3.1.3物料传输分拣机构

物料输送与分拣机构如图3-3。

由皮带输送线、分拣料槽、单杆气缸、旋转气缸、三相异步电动机、磁性传感器、光电传感器、电感传感器、光纤传感器及电磁阀等组成。

要紧完成物料的输送和分拣任务。

（1号料槽：

用于放置金属物料；2号料槽：

用于放置白色尼龙物料；3号料槽：

用于放置黑色尼龙物料。

）

图3-3物料传输与分拣机构实物图

3.2系统操纵要求

本设计中系统对三种不同的物料（金属铝物料、白色纤维物料、黑色纤维物料）进行上料、搬运、运输和分类分拣，基于PLC的操纵可实现系统的自动化和半自动化操纵。

（1）上料机构

在复位完成后，点动“启动”按钮，料筒光电传感器检测到有工件时，推料气缸将工件推出至存放料台，若3秒钟后，料筒检测光电传感器仍未检测到工件，则讲明料筒内无物料，这时警示黄灯闪耀，放入物料后熄灭；机械手将工件取走后，推料气缸缩回，工件下落，气缸重复上一次动作。

（2）搬运机械手机构（自动操纵）

当存放料台检测光电传感器检测物料到位后，机械手手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，延时0.5秒，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪抓取物料,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后；延时0.5秒，手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后；手臂向右旋转，手臂旋转一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪放开物料,手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后，手臂向左旋转，等待下一个物料到位，重复上面的动作。

在分拣气缸完成分拣后，再将物料放入输送线上[7]。

（3）运输与分拣机构

当入料口光电传感器检测到物料时，变频器接收启动信号，三相交流异步电机以30HZ的频率正转运行，皮带开始输送工件，当料槽一到位检测传感器检测到金属物料时，推料一气缸动作，将金属物料推入一号料槽，料槽检测传感器检测到有工件通过时，电动机停止；当料槽二检测传感器检测到白色物料时，旋转气缸动作，将白色物料导入二号料槽，料槽检测传感器检测到有工件通过时，旋转气缸转回原位，同时电动机停止；当物料为黑色物料直截了当导入三号料槽，料槽检测传感器检测到有工件通过时，电动机停止。

3.3本章小结

本章对操纵系统的组成进行了介绍，设计了PLC操纵系统机构流程简图，对上料机构、搬运机械手机构、运输与分拣机构的操纵功能方面给出了详细的要求，为操纵系统软硬件的设计奠定了坚实的基础。

第四章系统硬件设计

可编程操纵器技术的最要紧应用是在自动化操纵工程中，如何按照实际工程要求合理组合成操纵系统是设计自动化操纵系统的核心，本章要紧介绍组成可编程操纵器操纵系统的硬件设计部分。

系统的硬件部分包括机械元件、气动元件、PLC输入\输出电气元件。

在本设计中要紧对三菱FX-2N型PLC有关电气硬件部分进行设计及讲明。

4.1电气元件名称及功能

4.1.1输