PLC产品的传送与分拣毕业设计论文.docx

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PLC产品的传送与分拣毕业设计论文

题目：

产品的传送与分拣控制系统设计

一、基本任务及要求：

本产品传送与分拣自动生产线由产品传送部分、产品分拣部分和传送带三部分组成，用来完成对混杂在一起的三种高矮不同的产品进行传送与分拣的工作，其中产品传送与分拣部分由气压传动系统拖动，传动带由电动机拖动。

本课题要求设计者以PLC为核心，为产品传送与分拣自动生产线设计一个电气控制系统。

具体要求如下1.该控制系统应能使产品传送与分拣自动生产线具有全线全自动、全线半自动、单机半自动和单机手动四种工作方式，且能使各种工作方式不相互发生冲突；应能完成对产品的抓取→提升→旋转→退回→放下的循环动作的控制要求，并能完成对混杂在一起的三种高矮不同产品的分拣的控制要求；应具有启动、预停、紧急停止、紧急后退和计数功能；具有短路保护、过载保护、失压保护功能。

2.应确定控制系统的总体设计方案；确定PLC的型号规格；确定PLCI/O元件；设计气压传动系统拖动系统原理图；设计电动机的电器控制线路原理图；设计产品传送与分拣自动生产线的单机手动程序，单机半自动程序，全线半自动程序，全线全自动程序，全线自动回原点程序，故障报警和信号显示程序；上机调试程序；编写设计说明书和使用说明书。

二、进度安排及完成时间：

1．3月4日至3月10日：

明确设计任务和要求，收集设计资料，查阅有关文献，了解本课题的研究现状、存在问题、实际意义和发展前景，撰写文献综述和开题报告，开题报告上传到FTP。

2．3月11日至3月24日：

进行过程控制系统和智能温度控制系统工程实训。

3．4月8日至4月21日：

毕业实习，撰写实习报告和搜集设计资料。

4．3月25日至5月26日：

毕业设计。

具体安排如下：

（1）3月25日至3月31日：

产品传送与分拣自动生产线的运行过程和对控制系统的各项设计要求。

撰写撰写毕业设计论文的绪论部分。

（2）4月1日至4月7日：

确定产品传送与分拣自动生产线的总体控制方案；设计气压泵电动机的主电路和控制电路。

设计产品传送与分拣自动生产线的气压传动系统的原理图。

（3）4月22日至5月5日：

确定产品传送与分拣控制系统的PLC输入、输出元件和PLC的型号，列出PLCI/O元件分配表，绘制PLCI/O接线图。

（4）5月6日至5月19日：

设计产品传送与分拣控制系统的PLC用户程序。

（5）5月22日至5月26日：

上机调试程序。

4．5月27日至6月9日：

撰写毕业设计论文。

5．6月10日至6月15日：

指导老师评阅、电子文档上传FTP。

6．6月16日至6月23日：

毕业设计答辩（公开答辩、分组答辩）。

7．6月19日至6月20日：

毕业设计成绩评定。

8．6月21日至6月23日：

毕业设计资料归档。

产品的传送与分拣控制系统设计

摘要：

产品传送与分拣控制系统的使用是现在工业自动化经常使用的控制系统之一，起主要组成部分自动分拣系统在二次大战后美国、日本的物流中心中广泛使用。

他可以根据各种产品的加工需要，按照预定的控制程序动作，实现对不同的产品进行分类，减轻工人的劳动强度，完成自动化生产的控制要求。

系统由门柱型机械手、气动机械手和传送带三部分组成，本采用气压传动系统，具有动作迅速、准确、结构简单、安装方便、可靠等一系列优点。

在各行业中得到广泛应用。

关键词：

气动机械手；传送带；电容传感器；光电传感器；PLC

Thecontrolsystemdesignforthetransmission

anddetachingoftheproduct

Abstract:

Productsortingandtransmissioncontrolsystemisnowusedfrequentlyusedindustrialautomationcontrolsystemsintheworld.AkeycomponentoftheautomaticsortingsystemintheUnitedStatesaftertheSecondWorldWar,Japan'slogisticscentertoextensiveuse.Hecanbeavarietyofproductsbasedontheprocessingneeds,accordingtothecontrolprogrammovestoachievedifferentproductclassificationreducethelaborintensity,completeautomationoftheproductioncontrolrequirements.Gatepostbythesystem-manipulator,PneumaticManipulatorandtheconveyorbeltiscomposedofthreeparts,theuseofpressuretransmissionsystem,withpromptaction,accurate,simplestructureandeasyinstallation,reliabilityandsoareanumberofadvantages.Intheindustrytobewidelyapplied

Keywords:

PneumaticManipulator.Conveyor.Capacitancesensor.PhotoelectricSensors.PLC

第一章绪论

1.1PLC控制技术的应用现状与发展

1.1.1引言

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的处理和控制，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，对于工业现场中的这些自动控制问题，采用可编程序控制器（PLC）来解决自动控制问题已成为最有效的手段之一。

1.1.2PLC的应用特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统将极高的可靠性。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、计算机数字控制系统（CNC）等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。

这特别适合多品种、小批量的生产场合。

1.1.3PLC应用中需要注意的问题

PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。

然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

因此在使用中应注意以下问题：

（1）工作环境

1）温度 PLC要求环境温度在0~55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。

2）湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。

3）震动 应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。

当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。

4）空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。

对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。

5）电源 PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。

在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。

一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。

因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。

（2）控制系统中干扰及其来源

现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。

因此必须知道现场干扰的源头。

1）干扰源及一般分类

影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。

通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。

共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。

共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。

差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

2）PLC系统中干扰的主要来源及途径

a.强电干扰

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。

由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。

尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。

b.柜内干扰

控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

c.来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。

此干扰主要有两种途径：

一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。

由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。

d.来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。

正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

e.来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

f.变频器干扰

一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

1.1.4PLC的历史与发展趋势

（1）PLC的历史

20世纪60年代中期，美国通用汽车公司（GM）为适应生产工艺不断更新的需要，提出了一种设想：

把计算机的功能完善、通用灵活等优点和继电控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向问题的语言编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。

美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器PDP-14，并在汽车自动装配线上试用获得成功。

这项新技术的成功使用，在工业界产生了巨大影响。

从此，可编程序控制器在世界各地迅速发展起来。

1971年，日本从美国引进这项新技术，并很快研制成功了日本第一台可编程序控制器DCS-8。

1973～1974年原西德和法国也研制出了他们的可编程序控制器。

我国从1974年开始研制，1977年研制成功了以一位微处理器MC14500为核心的可编程序控制器，并开始工业应用。

从1969年出现第一台PLC，经过20多年的发展，PLC已经发展到了第四代。

其发展过程大致如下：

第一代在1969-1972年。

这个时期的产品，由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。

其功能也比较单一，仅能实现逻辑运算、定时、计数等功能。

典型产品有：

美国DEC公司的PDP-14，日本富士公司的USC-4000，日本立石（OMRON）公司的SCY-022等。

第二代在1973-1975年。

这个时期的产品已开始使用微处理器作为CPU，存储器采用半导体存储器。

其功能上有所增加，能够实现数字运算、传送、比较等功能，并初步具备自诊断功能，可靠性有了一定提高。

典型产品有：

美国歌德公司的MODICON184、284、384系列，原西德西门子的SYMATICS3、S4系列，日本富士的SC系列等。

第三代在1976-1983年。

这个时期，PLC进入了大发展阶段，美国、日本、原西德各有几十个厂家生产PLC。

这个时期的产品已采用8位和16位微处理器作为CPU，部分产品还采用了多微处理器结构。

其功能显著增强，速度大大提高，并能进行多种复杂的数学运算，具备完善的通讯功能和较强的远程I/O能力，具有较强的自诊断功能并采用了容错技术。

（2）PLC的发展趋势

由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，PLC的发展方向有两个：

一是朝着小型、简易、价格低廉方向发展。

近年来，单片机的出现，促进了PLC向紧凑型发展，体积减小，价格降低，可靠性不断提高。

这种PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和规模比较小的自动线控制，如日本立石公司的C20P\C40P\C60P\C20H\C40H等

二是朝着大型、高速、多功能方向发展。

大型的PLC一般为多处理器系统，由字处理器、位处理器和浮点处理器等组成，有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。

通过丰富的智能外围接口，可以独立完成位置控制、闭环调节等特殊功能；通过网络接口，可级连不同类型的PLC和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络，适用于大型自动化控制系统，如霍尼韦尔的9000系列等。

从PLC的发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。

在未来的工业生产中，PLC技术、机器人技术和CAD/CAM技术将成为实现工业生产自动化的三大支柱。

产品传送与分拣是企业生产过程中经常遇到的问题之一，可以根据各种产品的加工需要，采用适当的自动化生产线，实现对不同的产品进行分类，以减轻工人的劳动强度，提高生产效率。

本系统采用气压传动系统，具有动作迅速、准确、结构简单、安装方便、可靠等一系列优点。

在各行业中得到广泛应用。

1.2课题的现状及发展前景

自动分拣系统（Automated Sorting System）是二次大战后在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。

该系统的作业过程可以简单描述如下：

通过各种运输工具送来的各种商品，在最短的时间内将这些商品运送到指定地点，自动分拣系统在最短的时间内将各种产品按照规定进行筛选分类。

1.2.1自动分拣系统的主要特点

（1）能连续、大批量地分拣货物

由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统可以连续运行100个小时以上，每小时可分拣7000件包装商品，如用人工则每小时只能分拣150件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时。

（2）分拣误差率极低

自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在3%以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。

因此，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。

（3）分拣作业基本实现无人化

国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。

分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货；由人工控制分拣系统的运行；分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。

如美国一公司配送中心面积为10万平方米左右，每天可分拣近40万件商品，仅使用400名左右员工，这其中部分人员都在从事上述第一项和后两项工作，自动分拣线做到了无人化作业。

1.2.2自动分拣系统的组成

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。

分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使之改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。

分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种，不同的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不同的要求。

输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品鱼贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。

分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。

以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统

1.2.3自动分拣系统的适用条件

二次大战以后，自动分拣系统逐渐开始在西方发达国家投入使用，成为发达国家先进的物流中心，配送中心或流通中心所必需的设施条件之一，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，因此，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。

在引进和建设自动分拣系统时一定要考虑以下条件：

（1）一次性投资巨大

自动分拣系统本身需要建设短则40－50米，长则150－200米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统、计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大，动辄2万平方米以上，而且一般自动分拣系统都建在自动主体仓库中，这样就要建3－4层楼高的立体仓库，库内需要配备各种自动化的搬运设施，这丝毫不亚于建立一个现代化工厂所需要的硬件投资。

这种巨额的先期投入要花10－20年才能收回，如果没有可靠的货源作保证，则这笔巨大的投资很难收回。

（2）对商品外包装要求高

自动分拣机只适于分拣底部平坦且具有刚性的包装规则的商品。

袋装商品、包装底部柔软且凹凸不平、包装容易变形、易破损、超长、超薄、超重、超高、不能倾覆的商品不能使用普通的自动分拣机进行分拣，因此为了使大部分商品都能用机械进行自动分拣，可以采取二条措施：

一是推行标准化包装，使大部分商品的包装符合国家标准；二是根据所分拣的大部分商品的统一的包装特性定制特定的分拣机。

但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制特定的分拣机又会使硬件成本上升，并且越是特别的其通用性就越差。

因此公司要根据经营商品的包装情况来确定是否建或建什么样的自动分拣系统。

1.3研究的目的和意义

长期以来，自动化科学技术已对整个科学技术的理论和实践做了重要贡献，并为人类社会带来了巨大利益。

自动控制的研究对象是动态系统，其目的是在给定的指标函数下，利用所有能得到的信息，设计控制器使被控系统具有稳定性、最优性、鲁棒性和快速性，并尽可能简单和易于实现。

对于系统的自动控制问题，传统控制理论（包括经典控制理论和现代控制理论）解决问题的方法是，首先建立被控对象的数学模型；再根据数学模型和分析结果来设计出合适的控制器。

然而，在现代复杂工业过程控制中，由于被控对象通常具有复杂的多变量、严重的非线性、强耦合、大滞后、分布参数时变以及种类繁多的干扰，一般无法获得精确的数学模型，这就导致了传统控制理论在面对一般非线性系统时遇到了根本性的困难和局限。

因此，必须寻找新的工具和方法来研究不确定性非线性系统的控制问题。

另一方面，近年来，自动控制的另一个发展方向智能控制取得了较大进展，智能控制理论不同于经典控制理论和现代控制理论的处理方法，控制器不再是单一的数学解析模型，而是数学解析模型与知识系统相结合的广义模型。

它以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础，将传统控制理论和人工智能相结合，模仿人的智能来研究解决复杂控制问题。

因此，智能控制技术特别是神经网络技术和模糊控制技术可以弥补常规方法的局限性，使得不确定性和未知非线性系统的自适应控制成为可能。

目前，将智能控制技术应用于非线性系统的自适应控制已成为非线性控制理论中的一个重要方面。

本课题的目的是研究以PLC为核心，为产品传送与分拣自动生产线设计一个电气控制系统。

该控制系统应能使产品传送与分拣自动生产线具有全线全自动单机手动两种工作方式，且能使两工作方式不相互发生冲突；应能完成对产品的抓取→提升→旋转→退回→放下的循环动作的控制要求，并能完成对混杂在一起的三种高矮不同产品的分拣的控制要求；应具有启动、预停、紧急停止、紧急后退和计数功能；具有短路保护、过载保护、失压保护功能。

用来提高工效、促进生产自动化和减轻劳动强度。

第二章分拣系统简介

2.1系统的组成

本系统主要由一个门架型机械手、一个气动机械手和一个传送带组成。

并附带一定数量的光电传感器、电容传感器以及推送产品的汽缸。

产品搬运，由两个机械手和两个汽缸组成，其中一个是门架型气动机械手，有直线驱动模块（作Z轴方向提升/放下手臂功能动作）、两个基础部件（作门架型力柱）与一个无杆汽缸（具有脚的功能）组成一个门框架结构，它的手指采用真空吸盘，靠吸力维持住百搬运物件。

另外一个是立柱型气动机械手，它由两个直线驱动模块（X轴作进给/退回，Z轴作放下/提升两个功能动作）和基础部件，摆动气马达（作腕关节功能）及手指汽缸（作手指握紧功能）组成。

完成抓取、提升、旋转、退回、放下的循环动作。

2.1.1气动机械手

机