完整版气动物料分拣系统毕业设计论文.docx
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完整版气动物料分拣系统毕业设计论文
优秀论文审核通过
未经允许切勿外传
无锡职业技术学院
毕业设计(论文)
题目气动物料分拣实训设备设计及制作
英文并列题目AnimalfeedgassortingtrainingequipmentdesignandmanufactureAnimal
院系控制技术学院班级电气21232
所在团队
指导老师
(1)周洁职称讲师
指导老师
(2)职称
答辩委员会主任主答辩人
二零年月
毕业设计(论文)开题报告
学生姓名
汤雅清
学号
班级
电气21232
所属院系专业
控制系
指导教师
周洁
职称
讲师
所在部门
控制学院
毕业设计(论文)题目
气动物料分拣实训设备设计及制作
题目类型
工程设计(项目)
论文类□
作品设计类□
其他□
一、选题简介、意义
自动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。
其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运用。
气动物料分拣技术的核心是可编程控制器(PLC),综合了计算机和自动控制等先进技术,具有可靠性高、功能完善、结构灵活、编程简单、低成本等优点,PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容,是实际工业现场生产设备的微缩模型。
应用PLC技术结合气动、传感器和位置控制等技术,设计不同类型材料的自动分拣控制系统。
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。
前景将会给人们带来更便利的生活和生产。
二、课题综述(课题研究,主要研究的内容,要解决的问题,预期目标,研究步骤、方法及措施等)
一、主要研究内容
首先对PLC、传感器、气动系统进行基本知识的介绍,其次对本课题进行硬件软件的设置,设置出主电路和控制电路,并建立实际的模型,在软件设计中,确定IO分配,并按照控制要求设计出PLC梯形图。
二、要解决的问题
实现气动分拣系统的具体流程,根据现有设备和性价比等,要解决的问题有:
传感器检测、PLC控制程序设计、通过实验对比实现对物料的分拣。
三、预期目标
控制程序启动,检测传感器1检测是否有物料,没有检测到物料继续检测;检测到有物料程序往下执行,检测传感器2检测物料类型(铁、尼龙),检测传感器2检测物料是类型一(铁),执行器(气缸)一动作,执行器一动作完成后对这一物料的分拣结束同时启动下一轮的分拣;检测传感器2检测物料是类型二(尼龙),执行器二动作,执行器二动作完成后对这一物料的分拣结束同时启动下一轮的分拣
设计利用模式切换开关实现模式一与模式二之间的切换。
1.控制模式一(常规继电器控制)工艺要求
将模式切换开关打到模式一,按下启动按钮,按控制要求为传感器开始检测,当检测到有物料及物料的类型后,通过常规继电器的逻辑判断,控制相应的电磁阀的电。
气缸动作将物料推出,完成分拣。
设计点动按钮,实现相关功能。
设计急停按钮,按下急停按钮的时候所有气缸立即停止。
2.控制模式二(PLC控制)工艺要求
将模式切换开关打到模式二,按下启动按钮,按控制要求为传感器开始检测,当检测到有物料及物料的类型后,传感器将相应的开关量给PLC,PLC内程序逻辑运算后输出,输出控制相应的继电器的电,继电器的电控制对应的电磁阀的电。
气缸动作将物料推出,完成分拣。
设计点动按钮,实现相关功能;
将启动按钮、停止按钮设计为同一按钮;
设计急停按钮,按下急停按钮的时候所有气缸立即停止;
四、研究步骤
第一阶段:
行业企业调研、资料收集与整理、完成调研报告与开题报告;
第二阶段:
系统设计、制作、调试、修改完善;
第三阶段:
整理系统相关技术资料。
第四阶段:
完成毕业设计论文及答辩。
五、工作方法及措施:
本课题主要采用的实验法、
1、首先了解研究课题,查阅相关资料
2、对物料分拣进行实验,编程,调速,画出相关图纸
3、完成论文通过资料的收集,老师的指导等
三、设计(论文)体系、结构(大纲)
具体结构如下
1、引言摘要
2、图表清单
3、绪论
4、气动物料系统工艺要求及控制方案;
5、气动物料控制系统设置
6、PLC程序设计
7、调试及结论
致谢、参考文献、附录
指导教师意见:
签字:
年月日
院(系)审批意见:
签章:
年月日
毕业设计(论文)任务书
2015年3月8日
毕业设计(论文)题目
气动物料分拣实训设备设计及制作
题目来源
校内
指导教师
周洁
职称
讲师
所在部门
控制学院
学生姓名
汤雅清
学号
班级
电气21232
所属院系专业
电气自动化
外语翻译要求
无
课题需要完成的任务
1、查阅物料分拣设备、PLC及触摸屏的相关文献、收集资料;
2、提出气动物料分拣系统的设计方案并进行论证;
3、完成系统的主电路图、控制电路图的设计及相关器件选型、电气图纸设计;
4、完成触摸屏界面的设计与实现;
5、完成相关程序设计及调试;
6、完成论文一份,包括课题的任务、设计图纸、程序等。
课题
计划安排
序号
内容
时间安排
1
查找相关资料,了解相关技术,确定课题方案
3.9-3.12
2
进行系统方案的设计、论证,确定相关参数及选型
3.13-3.27
3
完成启停测试系统设计,HMI界面设计和PLC程序编制
3.28-4.2
4
完成系统集成,进行整机功能调整与测试
4.3-4.10
5
联机调试
4.11-4.14
6
整理相关技术资料,完成毕业设计论文
4.15-4.23
7
完善毕业设计论文,准备毕业答辩
4.24-4.30
计划答辩
时间
5月5日
答辩提交资料
论文
教研室主任审核意见
签名:
第1章绪论
第2章气动物料分拣系统的硬件设计
第3章气动物料分拣系统软件设计
第4章气动物料分拣系统的安装与调试
气动物料分拣实训设备设计及制作
摘要:
本文主要介绍了利用PLC来完成物料分拣的自动控制,并结合组态软件来对整个监控过程进行仿真。
PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制技术、计算机技术及通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高环境适应强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。
该PLC控制系统从利用传感器实现对物料的识别入手,结合气动元件进行对物料的分拣、传送,通过梯形图的形式来编写PLC程序从而实现对物料分拣系统整个过程的自动控制,同时运用组态软件对系统运行过程中各个环节进行监控,从而使整个画面的运行状态得以清晰体现。
关键词:
物料分拣;PLC程序;传感器
AnimalfeedgassortingtrainingequipmentdesignandmanufactureAnimal
Abstract:
Thispapermainlyintroducesthe useof PLCtocompletethe automaticcontrol ofmaterialsorting, and to simulatethewhole process of monitoring configurationsoftware. PLCcontrolis themostcommonlyusedindustrialautomation controltechnology, computertechnologyandcommunicationtechnology com., designedspecificallyforindustrialcontrol,strongfunction, totheenvironment, simpleprogramming,convenient and andseriesof advantages, inindustrialapplicationsbecome morewidely.ThePLCcontrol systemfromthe identificationof material by combining with sensor, pneumaticcomponents aresorted, transfer ofmaterials, throughthe ladderdiagramform towritePLCprogram torealizethe automaticcontrolof thewholeprocess ofthe materialsortingsystem, atthesametime, theconfigurationsoftware tomonitor allaspectsof therunningprocessofthesystem application, thusmakeoperation thewholepicture canbeclearly reflected thestateof
Keywords:
Thematerialsorting;ThePLCprogram;Sensor
第1章绪论
1.1气动分拣系统的基本介绍
自动分拣系统(自动分拣系统)是一个必要的先进的配送中心设施。
它具有分选效率很高,通常每小时6000至12000箱货物分类,可以说,自动分拣机是提高物流配送效率的关键因素。
它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。
系统运行的过程可以简单描述如下:
物流中心的几万的货每天接待数以百计的供应商或货主通过各种运输方式发送的,在最短的时间将这些货物卸下,并根据货物品种,存储或传递给这些货物快速和准确的分类的主人,运送到指定地点(如指定的货架,加工区,交付平台等)的同时,当供应商或货主通知物流中心根据交货指示发货时,自动分拣系统在最短的时间内从大货架存储系统高层准确地根据位置找到货物,和出境的数量,不同数量的货物从不同的存储空间,根据不同的交货地点不同区域分销平台理货区域或配送站台集中以便装车配送。
自动分拣系统一般由控制装置,分级装置,输送装置和分拣道口组成。
控制装置的作用识别,接收和处理装置,信号分拣控制装置,按商品品种分类,按商品交货地点或根据货主的类别根据自动分类分拣信号指示的要求。
这些要求可以通过不同的方式,如通过扫描条形码,颜色码扫描,键盘输入,重量检测,语音识别,高度检测和形状识别等方法,对分拣控制系统的输入。
根据分拣信号的判断,以决定某一商品在什么样的分拣道口。
分类装置的作用是根据控制装置发出的分简指示,根据控制装置发出的指令,当货物的分拣信号的装置,通过该装置,改变输送装置的运行方向或进入其他输送机分拣道口。
许多种类的分类装置,一般有推出,浮动,倾斜和分枝数,不是一个设备的不同包装材料,货物包装要求,包装重量的底面平整度等。
输送带及输送的主要成分,其主要作用是使货物要整理分类装置和控制装置,在传送带的两侧,通常有一些交叉,一种很好的商品下滑的主要输送(或主带)的通道中的货物地区,一般滑由钢带,皮带,滚筒,使货物滑集货平台从主传送带,那里的工作人员将所有货物的交叉或集中存储,或配备汽车集团和分销业务。
以上四部分装置通过计算机网络,采用人工控制和人工处理环节相应的形成了一个完整的自动分拣系统。
1.2气动物料分拣的技术指标和研究目的及意义
二次大战以后,自动分拣系统逐渐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。
(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,它可以连续运行100小时以上,每小时可分拣7000件包装商品,如果用人工分拣每小时只能分拣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,如采用条形码输入,除非条形码的印刷本身有误差,否则不会出错。
因此,自动分拣系统采用条形码技术识别货物。
(3)分拣作业基本无人化国外建立分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用,减轻人员的劳动强度,提高人员的使用率,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,人员的使用近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,自动分拣系统是经营、管理和维护。
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,自动分拣线做到了无人化作业。
对于分拣系统的应用前景,主要着眼于分拣系统的可靠性、优越性,应用领域的适用性以及系统的经济效益、成本等方面考虑。
对于自动分拣系统因其自身存在的一些问题,在一定程度上限制了其应用的领域及其范围,在引进和建设自动分拣系统时一定要考虑以下条件:
自动分拣系统的一次性投资巨大其本身需要建设短则40-50米,长则通信系统等,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,则有可能系统大都由大型生产企业或大型专业物流公司投资,小企业无力进行此项投资。
它对商品的包装要求也很高,为整理和平底刚性货物包装规则自动分拣机。
袋装商品,包装,包装和软底不易变形,易断裂,超长,超薄,超重,超高不能倾覆的商品不能使用普通货物分拣机分拣,所以为了使大部分商品可以用于自动分拣,可以采取两个措施:
一是实施标准化包装,大多数商品的商品符合国家标准;二是基于绝大多数产品排序定制特定的分拣机包装特点的统一。
但让所有商品的供应商在全国实施包装标准是很困难的,定制特定的分拣机将使硬件成本的增加,并且越是特别的其通用性就越差。
因此公司根据商品的包装来决定是否建立或建立什么样的分拣系统。
1.3气动物料分拣实训设备设计及制作课题研究的内容
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控制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、处理的一些基本知识,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其模块的选型。
在介绍了一些PLC、传感器、气动系统基本知识后,对本课题进行硬件与软件设计,设计出主电路与控制回路,并建立了实际的模型,在软件设计中,确定了IO分配,并按照控制要求设计出了PLC梯形图。
在本系统完成本设计之后,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,实现物料分拣系统中上料、传送与分拣的全过程。
第2章气动物料分拣系统的硬件设计
2.1气动物料分拣系统的组成
(1)该装置由型材实训台、物料提升机构、物料传送及分拣机构、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、各种传感器、物料、IO接口板和气管等组成。
(2)电源模块由三相电源总开关(带漏电和短路保护)、熔断器、单相电源输出、三相电源输出、电源插座、开关电源(提供DC24)等组成。
(3)按钮模块由急停按钮、转换开关、复位按钮、自锁按钮、指示灯等组成。
(4)变频器模块由欧姆龙3G3JV-AB004变频器及接线柱组成。
(5)PLC模块由三菱主机为FX1N-40MR-001内置开关量IO(24路开关量输入16路继电器输出)构成,机箱内装有24V5A的开关电源为系统提供直流电源。
(6)物料提升机构由单出杆气缸、电磁阀、磁性开关、警示灯、直流减速电机、机械结构件等组成。
(7)物料传输及分拣机构由三相交流电机、皮带、单出杆气缸、磁性开关(磁电传感器)、电磁阀、电涡流式电感传感器、电容式传感器、漫反射型光电传感器、机械结构件等组成。
2.2系统的概述
本物料分拣装置主要由PLC控制模块、变频器、传感器、位置检测与控制、物料输送及分拣、气动系统等模块组成。
通过传感器信号采集,PLC编程,对电磁阀、直流电机、交流电机等进行复杂的开关量控制、位置控制及时序逻辑控制,实现物料提升、故障报警、气动机械手搬运、皮带机输送、物料分拣等功能。
2.3送料机构
如图2-2所示为送料机构硬件图。
其中包括放料转盘:
转盘中共放两种物料,一种金属物料、一种非金属物料。
驱动电机:
电机采用24V直流减速电机,转速10rmin,转矩30kgcm;用于驱动放料转盘旋转;物料滑槽:
放料转盘旋转,物料相互推挤趋向入料口,物料则从入料口顺着滑槽落到提升台上;提升台:
将物料和滑槽有效分离,并确保每次提升一个物料;物料检测传感器:
物料检测为光电漫反射型传感器,主要为PLC提供一个输入信号,如果有物料在提升台上,就会驱动提升气缸提升物料;如果运行中,光电传感器没有检测到物料并保持4秒钟,则让系统停机然后报警;磁性传感器:
用于提升台气缸的位置检测。
检测气缸伸出和缩回是否到位,为此在前点和后点上各一个,当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号。
磁性传感器接线时注意;蓝色姐GND,棕色经过负载接PLC输入端;提升气缸:
提升气缸使用的是单向电控气阀。
当电控气阀得电,物料提升台上升,当电控气阀断电,则物料提升台下降。
图2-1送料机构图
2.4物料传送和分拣机构
如图2-2所示为物料传送和分拣机构的硬件图。
其中包括落料光电传感器:
检测是否有物料到传送带上,并给PLC一个输入信号;落料口:
物料落料位置定位;金属料槽:
放置金属物料;塑料料槽:
放置非金属物料电涡流式电感传感器:
检测金属物料,检测距离为2-5mm;电容式传感器:
用于检测非金属材料,检测距离为3-8mm;三相低速电动机:
驱动传送带转动,由变频器控制;推料气缸:
将物料推入料槽,有单向电控气阀控制。
图2-2物料传送和分拣机构图
第3章气动物料分拣系统软件设计
3.1PLC的分类
目前PLC生产厂家的产品种类众多,型号规格也不统一,其分类也没有统一的标准,通常可有3种形式分类。
3.1.1按结构形式分类
根据结构形式不同PLC可分为整体式和模块式两种。
(1)整体式
整体式是把PLC的各组成部分(IO接口电路、CPU、存储器等)安装在一块或少数几块印刷电路板上,并连同电源一起装在机壳内形成一个单一的整体。
输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧,并有相应的发光二极管显示输入输出状态。
面板上留有编程器的插座、扩展单元的接口插座等。
其特点是简单紧凑、体积小、重量轻、价格较低。
通常小型或小型PLC常采用这种结构。
如松下电工的FP1型产品。
整体式PLC的主机可通过扁平电缆与IO扩展单元、智能单元(如AD、DA单元)等相连接。
这类机适合于单机控制的场合。
(2)模块式
模块式是把PLC的各基本组成部分做成独立的模块,如CPU模块(包含存储器)、输入模块、输出模块、电源模块等。
其他各种智能单元和特殊功能单元也制成各自独立的模块。
然后以搭积木的方式将它们组装在一个具有标准尺寸并带有若干个插槽的机架内构成完整的系统。
框架上有电源及开关,对整个系统供电。
每个模块都有弹性锁扣将模板固定在框架中。
框架上有地址开关,以便系统识别。
通常中型或大型PLC常采用这种结构。
如松下电工的FP3型产品就采用了模块式结构。
此种结构的PLC具有组装灵活、对现场的应变能力强、便于扩展和维修方便等优点,用户可根据需要灵活方便地将各种功能模块及扩展单元(如AD、DA单元和各种智能单元等)插入机架底板的插槽中,以组成不同功能的控制系统。
3.1.2按功能分类
按PLC所具有的功能不同,可分为高、中、低三档。
(1)抵挡机
具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能。
有些还有少量模拟输入输出(即AD、DA转换)、算数运算、数据传送、远程IO和通信等功能。
常用于开关量控制、定时计数控制、顺序控制及少量模拟控制等场合。
由于其价格低廉、实用,是PLC中量大而面广的产品。
(2)中档机
除具有抵挡机的功能外还有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送与比较、数制转换、子程序调用、远程IO以及通信联网等功能,有些还具有中断控制、PID回路控制等功能。
使用于既有开关量又有模拟量的较为复杂的控制系统,如过程控制、位置控制等。
(3)高档机
除了进一步增加以上功能外,还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能的函数运算、监视、记录、打印等功能,以及更强的通信联网、中断控制、智能控制、过程控制等功能。
可用于更大规模的过程控制系统,构成分布式控制系统,形成整个工厂的自动化网络。
高档PLC因其外部设备配置齐全,可与计算机系统结为一体,可采用梯形图、流程图及高级语言等多种方式编程。
它是集管理和控制于一体,实现工厂自动化的重要设备。
3.1.3按IO点数和程序容量分类
PLC按IO点数和内存容量可分为超小型机、小型机、中型机和大型机4类,如下表:
分类
IO点数
程序容量
超小型机
小型机
中型机
大型机
<64
64—256
256—2048
>2048
256—1000字节
1—3.6k字节
3.6—13k字节
13k字节
3.2PLC的简介与选择
PLC种类较多,主要由西门子、三菱、OMRON、FANAC、东芝等,但能配套生产大、中、小、微型均有配套且目前用得最广泛的主要是西门子、三菱、OMRON的PLC。
根据系统中的控制要求PLC点数:
实际输入点15点,实际输出点8点,综合对比三菱FX系列(包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等)、西门子系列、OMRON系列中IP点数为32点各型号的PLC的价格、性能、实用场合等各方面,本系统可选择PLC型号为:
三菱主机为FX1N-40MR内置开关量IO(24路开关量输入16路继电器输出);机箱内装有24V5A的开关电源为系统提供24V电源。
三菱FX1N-40MRPLC拥有无以匹及的速度,高级的功能逻辑选件以及定位控制特点。
三菱FX1N-40MR是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC.具有扩展输入输出,模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。
是一款广泛用于一般的顺序控制三菱PLC。
3.3传感器的相关知识介绍与选择
照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或
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