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物料分拣控制设计

学位类别：

工学学士

学科专业：

自动化

作者姓名：

导师姓名：

完成时间：

2012年5月20日

物料分拣控制设计

摘要

随着工业的发展，为提高生产效率，避免重复繁琐的人工分拣物料过程，可采用自动化技术代替人工分拣物料的过程。

分拣控制系统在社会各行各业如：

物流配送中心、邮局、采矿、港口、码头、仓库等行业得到广泛运用，自动分拣系统能够大大提高企事业单位该环节的生产效率。

基于可编程控制器（PLC）的物料自动分拣系统具有性价比高、工作可靠、可根据分拣材料的不同进行简单程序修改就可快速投入使用等特点，它将在今后自动化程度愈来愈高的生产过程中有着较高的实用价值和应用前景。

本文根据实际生产中物料分拣的工序，设计出一个基于可编程控制器（PLC）的物料分拣系统。

本设计依托于物料分拣模型，对整体分拣装置的支架及电路和气路进行分析及设计。

选用GEFANUCPACSystemsRX3i系列的PLC以及配套的通信模块、电源模块、数字量输入模块和数字量输出模块作为控制单元。

利用ProficyMachineEdition软件进行梯形图程序的编写。

最终自动分拣装置实现对工件的金属性及颜色深浅进行分拣以及准确的将分拣出的物料分别放入指定位置的功能。

实验结果表明该系统设计方案合理，可靠性高。

系统运行正常,达到预期目标。

关键词：

物料分拣；

PLC；

传感器；

气动技术

DesignofMaterialSortingControl

ABSTRACT

Withindustrialdevelopment,inordertoimproveproductionefficiencyandavoidrepeatingthetediousprocessofmanualsortingmaterials,Automationtechnologycanbeusedinsteadoftheartificialprocessofsortingmaterials.Sortingcontrolsysteminallsectorsofsocietysuchas:

logisticsanddistributioncenter,postoffice,mining,ports,docks,warehousesandotherindustrieshasbeenusedwidely.Thesortingsystemcangreatlyenhancetheproductionefficiencyoftheenterprises.Automatedsortingsystemsbasedonprogrammablelogiccontroller（PLC）havethecharacteristicsofcost-effective,reliable.Procedurecanbeeasilymodifiedaccordingtothedifferentmaterialsandputintousequickly.Ithasahighpracticalvalueandapplicationprospectintheproductionprocessoftheincreasinglyhighdegreeofautomation.

Thispaperdescribeamaterialssortingsystemsdesignwhichisbaseonaprogrammablecontroller（PLC）,itisbasedontheprocessofmaterialsortinginpracticalproduction.Thisdesignreliesonthematerialsortingmodel,theoverallsortingdevicebracket,circuitandgaspathanalysisanddesign.SelectionofGEFANUCPACSystemsRX3iSeriesPLCaswellasancillarycommunicationmodule,powermodule,digitalinputmodulesanddigitaloutputmoduleasacontrolunit.ThisdesignisusingProficyMachineEditionsoftwaretowritetheladderprogram.Finallythedevicecansortoutdifferentmaterialsbaseonmaterialmetallicandshadeofcolor,andplacetheminthedesignatedlocation.Theexperimentalresultsshowthatthesystemdesignisreasonable，highreliability.Systemoperatingnormally,andachievetheexpectedgoal.

Keywords:

materialsorting;

PLC;

sensor;

pneumatictechnology

第一章绪论

1.1研究背景

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[1]。

目前自动分拣已逐渐成为主流。

自动分拣是指货物进入分拣系统到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动装置来完成的。

这种装置是由接受分拣指示信息的控制装置、计算机网络、搬运装置、分支装置（负责把到达分拣位置的货物按运到别处的装置）、缓冲站（在分拣位置临时存放货物的装置）等构成。

除了使用终端的键盘、鼠标或者其它方式向控制装置输入分拣指示信息的作业外，由于全部采用自动控制作业，因此它的分拣能力、分拣数量同人为分拣相比都比较人，效率也得到了进一步突破。

自动分拣系统的规模和能力已有很大的发展，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很大，主要包括进给台、信号盘、分拣机、分拣信息识别系统、设备控制系统和计算机管理系统等几人部分，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。

自动分拣大部分与自动化立体仓库连接起来，配合自动引导车（AGV）、拖链小车等其它复杂的系统，分拣系统在总体布置上，可以说千变万化。

从分拣技术水平上说，欧美各国发展最早，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人战后才引进分拣机，但近二十年来由于其本国经济发展迅速，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。

到1987年就已经拥有自动分拣机1000台，号称是世界上拥有分拣机最多的国家[2]。

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，但是缺少技术创新能力，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然靠人工分拣。

在二十世纪80年代，我国最初是一些邮局采用小型的半自动动翻盘分拣机，用于邮包分拣。

1990年为迎接第十一届亚运会，从荷兰引进了一套有3个入口，60个出口的自动分拣系统，成立了北京食品配送中心，每小时可以配送3000件货物，使我国的分拣技术有了一个飞跃。

而如今分拣技术已经用于我同的各行各业，使这环节的效率得到了很大的提高。

自动分拣机最先在邮政部门开始应用，大量的信件和邮包要在极短的时间内正确分拣，非凭借高度自动化的分拣措施不可。

此后，运输企业、配送中心、通讯出版部门、烟草部门、出版行业、食品化工、造纸业、化工业、机械制造以及各类工业企业亦相继应用[3]。

近二十年来，特别是物流行业，随着经济和生产的发展，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，分拣系统的应用已经日趋普遍。

日本一位物流专家认为，在用户需求表现为多种小批量的时代，物流技术的三大措施是自动分拣机、自动化仓库和无人自动引导车。

自动分拣机是其中最接近与成熟的产品，这可以认为是国家对于自动分拣在物流技术中的地位和现状的一个较好的概括。

自动分拣系统已成为当代物流技术发展的三大标志之一。

1.2论文研究的意义

随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，显然，随着分拣量的增加、分送点的增多、配货响应时间的缩短和服务质量的提高，单凭人工分拣将无法满足大规模配送的要求，所以这一环节亟待提高。

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

所以为了提高生产效率，降低生产成本，提高企业的竞争能力，我们必须加大对自动分拣系统的普及与应用。

针对上述问题，利用PLC技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中取得了较好的控制效果。

物料分拣采用可编程控制器PLC进行控制，能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。

而且，分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。

其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，受场地原因影响不大。

同时，该系统的灵活性较强，程序开发简单，可适应进行材料分拣的弹性生产线的需求[4]。

1.3PLC的发展以及其特点

1968年美国最大的汽车制造厂家——通用汽车公司提出了研制可编程逻辑控制器的基本构想，即：

编程简单，可在现场修改程序；

维护方便，采用插件式结构；

可靠性高于继电器控制柜；

体积小于继电器控制柜；

成本可与继电器控制柜竞争；

可将数据直接送入计算机；

可直接使用115V交流输入电压；

输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载；

通用性强，扩展方便；

能存储程序，存储器容量可扩展到4KB。

1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国通用汽车公司（GM）的生产线上。

但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（programmablelogiccontroller）[5]。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提