物流分拣.docx
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物流分拣.docx
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物流分拣
天津职业技术师范大学
TianjinUniversityofTechnologyandEducation
毕业设计
专业:
机械维修及检测技术教育
班级学号:
机检0611–39号
学生姓名:
指导教师:
二〇一一年六月
天津职业技术师范大学本科生毕业设计
自动搬运物流分拣系统设计
Thedesignofsortingsystemaboutautomatichandlinglogistics
专业班级:
学生姓名:
指导教师:
学院:
机械工程学院
2011年6月
摘要
PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法,由于其控制方便,能够承受恶劣的环境。
PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活。
此文主要讲述自动搬运物流分拣系统。
在熟悉了分拣系统原理的基础上,根据分拣任务要求,以三菱PLC为控制核心,Mcgs组态软件为监控软件,结合气动装置、传感技术,设计出材料分拣控制系统,实现产品的自动分拣搬运。
系统具有自动化程度高、设计成本低、运行稳定、精度高、效率高、易控制的特点。
PLC控制的自动搬运物流分拣系统具有很大的柔性,对控制对象和控制要求的增减,可在本系统基础上,根据需求稍加修改即可实现。
关键词:
可编程控制器;分拣装置;控制系统;组态软件
ABSTRACT
PLCcontrolisthemostcommonlyusedindustrialautomationcontrolmethod,itsconvenientcontroltowithstandanadverseenvironment.PLCtraditionalrelaycontroltechnology,computerandcommunicationtechnologiesareintegratedspecificallyforindustrialcontrolanddesign,havestrongfunction,commonflexible.
Thispaperfocusesthedesignofsortingsystemaboutautomatichandlinglogistics.Familiarwiththesortingsysteminthebasisoftheprinciple,accordingtocertainsortingrequirementtomitsubishiPLCascontrolcore,configurationsoftwareforthemonitoringsoftware,combinespneumaticdevice,sensingtechnology,designthematerialsortingcontrolsystem.Realizationofautomaticsortinghandlingproducts.Thedeviceischaracteristicofhighautomation,designcostlow,steadyrunning,highprecision,highefficiencyandeasycontrol.PLCcontrolautomatichandlinglogisticssortingsystemhasgreatflexibility,Tocontroltheobjectsandcontrolrequirementsoftheincreaseordecrease,butinthissystembasis,accordingtodemandslightlymodifycanberealized.
KeyWords:
programmablelogiccontroller;sortingdevice;controlsystem;configurationsaftware
引言1
1概述2
1.1课题研究的背景2
1.2自动分拣系统的现状及趋势2
2分拣系统的总体设计4
2.1物流分拣装置工作过程概述4
2.2系统的技术要求5
2.2.1功能要求5
2.2.2系统的控制要求5
3控制系统的硬件设计6
3.1系统的结构框图6
3.1系统的关键技术6
3.1.1确定I/O点数6
3.1.2PLC的选择6
3.1.3PLC输入输出点的确定7
3.1.3PLC输入输出点接线端子图8
3.1.3检测元件及执行元件的选择8
4控制系统的软件部分11
4.1控制系统的流程图设计11
4.2控制系统的程序设计12
4.2.1梯形图编辑软件12
4.2.2梯形图的设计13
4.2.3程序的下载15
5气动技术16
5.1气动技术的概述和组成16
5.2气动技术的发展趋势16
5.3气动控制的电路图17
5.4气动元件的选择17
6物流分拣系统组态画面及参数设置21
6.1组态软件的简介21
6.2组态控制画面的设计21
6.3组态控制参数与通讯参数的设定22
6.4组态控制功能概述25
7控制系统的调试26
7.1硬件调试26
7.2软件调试26
7.3整体调试26
结论27
参考文献28
致谢29
外文翻译30
引言
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。
目前自动分拣已逐渐成为主流,因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止,都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。
这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络,把到达分拣位置的货物送到别处的搬送装置。
由于全部采用机械自动作业,因此,分拣处理能力较大,分拣分类数量也较多。
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,尤其在需要进行物流分拣的企业,以往一直采用人工分拣的方法,致使生产效率低,生产成本高,企业的竞争能力差,物流的自动分拣已成为企业的唯一选择。
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,在物流分拣过程中取得了较好的控制效果。
物流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,可显着提高劳动生产率。
而且,分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接,实现对物流实物流、物流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,只要根据不同的分拣对象,对本系统稍加修改即可实现要求。
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,设计不同类型物流的自动分拣控制系统。
该系统的灵活性较强,程序开发简单,可适应进行物流分拣的柔性生产线的需求。
1概述
1.1课题研究的背景
随着社会的不断发展,市场的竞争也越来越激烈,因此各个企业都迫切地需要改进技术,提高效率,尤其在需要进行分拣及缓冲、传送的单位,以往一直采用人工分拣的方法,效率低成本高。
为解决上述问题,将PLC技术应用到分拣装置中用以提高生产效率降低生产成本是一个很好的途径。
此文就介绍了PLC在物流分拣系统中的应用。
1.2自动分拣系统的现状及趋势
最初的分拣系统是完全基于人力的作业系统,通过人工搜索、搬运货物来完成货物的提取。
在这种系统中,书面文件的制作和查找、人工搬运等浪费了巨大的人力物力,作业效率低下,显然无法满足现代化物流配送对速度和准确性的高要求。
随着科学技术的飞速发展,分拣系统中开始运用各种各样的自动化机械设备,计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手段。
虽然在多数的分拣系统中,某些作业环节还需要有人工的参与,但作业强度已越来越小,完全由机械完成分拣作业的自动分拣系统也应运而生。
机械化、自动化、智能化成为现代分拣系统的主要特点与发展趋势。
现代物流配送中,高科技的应用为作业效率和质量的提高提供了坚实的技术保证。
现代化的分拣系统逐渐成为物流机械化系统、信息系统以及管理组织系统的有机组合。
物流机械化系统主要是各种物流设备的有效组合和配置,信息系统是分拣信息和控制信息等流动的载体,管理组织系统负责设备、人员的调度,控制系统总体的运作模式。
计算机控制技术、信息技术以及物流自动化机械成为现代分拣系统的重要组成部分。
与整个物料业的大环境相似,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,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。
阻碍自动化拣选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,由于商品包装箱(指运输包装)上基本没有印刷条码,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设备。
如今,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也在做更大的努力,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。
在自动拣选技术和系统方面,自动分拣技术在20世纪70年代被引入国内,我国的邮政系统最早并已多年使用自动分拣设备,并在长期的实践中不断创新、不断进步。
虽然在邮政系统外的其它行业,国内对自动分拣系统的使用还非常少,但有关部门和企业正在为此做出不懈的努力。
可以肯定,随着物流大环境的逐步改善,自动分拣系统在我国流通领域一定会大有用武之地。
2分拣系统的总体设计
PLC控制分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术等内容,是实际工业现场生产设备的微缩模型。
2.1物流分拣装置工作过程概述
如图2-1所示为物流分拣装置的结构示意图。
图2-1分拣装置结构示意图
它采用台式结构,有直流电机、气缸、电磁阀、气动减压器、传感器、PLC、气体压缩机、继电器、电磁阀、气压指示等部件,可与各类气源相连接。
选用颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器,分别固定在网板上,且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装。
课题是基于区分材料的材质的不同而设计的物流分拣系统,系统上电后,上料传感器SN检测料槽有无物料,若料槽无料,上料传感器输出信号给PLC,控制真空吸盘进行上料,当料槽有料时,上料传感器输出信号给PLC,PLC控制输送带运转。
物料传感器SA为电感传感器,当检测出物料为铁质物料时,反馈信号送PLC,由PLC控制气缸4动作选出该物料;物料传感器SB为电容传感器,当检测出物料为铝质物料时,反馈信号送PLC,PLC控制缸3动作选出该物料;物料传感器SC为颜色传感器,当检测出物料的颜色为待检测颜色时,PLC控制气缸2动作选出该物料;其他物料送到最后位置时,PLC控制气缸1动作,完成分拣任务。
2.2系统的技术要求
系统的设计要求主要包括功能要求和控制要求,进行设计之前,首先应分析控制对象的要求。
2.2.1功能要求
物流分拣装置应实现基本功能如下:
(1)分拣出金属1
(2)分拣出金属2
(3)分拣出指定某一颜色块
(4)其他物料放送到最后位置
2.2.2系统的控制要求
系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。
当待测物体经上料装置送入传送带后,依次接受各种传感器检测。
如果被某种传感器测中,通过相应的气动装置将其推入料箱;否则,继续前行。
其控制要求有如下6个方面:
(1)系统上电后有物料时,上料气缸动作,真空吸盘将物料送出;
(2)电机运行,带动传输带传送物体向前运行;
(3)当电感传感器检测到铁物料时,推气缸4动作;
(4)当电容传感器检测到铝物料时,推气缸3动作;
(5)当颜色传感器检测到材料为某一颜色时,推气缸2动作;
(6)其他物料被送到最后位置时,推气缸1动作;
(7)气缸运行应有动作限位开关和回限位开关。
3控制系统的硬件设计
PLC控制系统的硬件设计,主要是根据被控制对象对PLC控制系统的功能要求,确定系统所需的用户输入、输出设备,选择合适的PLC类型,并分配I/O点。
3.1系统的结构框图
设计系统的硬件结构框图,如图2-1所示。
图3-1系统的硬件结构框图
3.1系统的关键技术
系统关键技术即分析控制系统的要求,确定I/O点数,选择PLC的型号,然后进行I/O分配。
3.1.1确定I/O点数
根据控制要求,输入应该有2个开关信号,4个传感器信号器。
相应地,有5个气缸运动位置信号,每个气缸有动作限位和回位限位,共计10个信号。
输出包括控制电动机运行的接触器,以及5个控制气缸动作的电磁阀。
共需I/O点22个,16个输入,6个输出。
3.1.2PLC的选择
根据上面所确定的I/O点数,且该物流分拣装置的控制为开关量控制。
因此选择三菱FX2N—32MR的PLC作为主机,它有16个输入点,16个输出点,它可以满足本系统的需求。
3.1.3PLC输入输出点的确定
根据所选择的PLC型号和分拣系统的工作过程,系统的控制有输出信号16个,均为开关量。
输出信号有6个其中一个控制电机,剩下的控制气阀,也都是
表1分拣装置PLC输入/输出端子分配表
三菱PLC(I/O)
分拣系统接口(I/O)
备注
输
入
部
分
X0.0
开关信号
启动开关
X0.1
开关信号
停止开关
X0.2
SBW5
推料气缸5回位限位
X0.3
SFW5
推料气缸5动作限位
X0.4
SBW4
推料气缸4回位限位
X0.5
SFW4
推料气缸4动作限位
X0.6
SBW3
推料气缸3回位限位
X0.7
SFW3
推料气缸3动作限位
X1.0
SBW2
推料气缸2回位限位
X1.1
SFW2
推料气缸2动作限位
X1.2
SBW1
推料气缸1回位限位
X1.3
SFW1
推料气缸1动作限位
X1.4
SA
电感传感器(检测铁)
X1.5
SB
电容传感器(检测铝)
X1.6
SC
颜色传感器(检测指定颜色)
X1.7
SN
上料传感器
输
出
部
分
Y0.0
YV5
上料气缸5电磁阀
Y0.1
YV4
推料气缸4电磁阀
Y0.2
YV3
推料气缸3电磁阀
Y0.3
YV2
推料气缸2电磁阀
Y0.4
YV1
推料气缸1电磁阀
Y0.5
M
输送带直流电机
Y0.6
YV6
控制吸盘的电磁阀
开关量。
对系统中PLC的输入输出端子进行分配,如表1
3.1.3PLC输入输出点接线端子图
根据表一可以绘制出PLC的输入输出接线端子图,如图3-2所示
图3-2PLC输入输出接线端子图
3.1.3检测元件及执行元件的选择
主要是各执行元件和传感器的选择,并对其作简要介绍。
1、磁感应开关
每个气缸上有两个磁感应开关,分别作为气缸回位限位开关、气缸动作限位开关,都选用D—C73型号的磁感应开关。
控制功率高、作用距离大、结构简单、成本低、工作稳定可靠、寿命长。
适合用于自动控制系统中,进行自动检测、定位、保护等。
2、电磁阀换向阀
电磁换向阀是气动控制元件中最主要的元件,品种繁多,结构各异,但原理无多大区别。
按动作方式,有直动式先导式。
该系统采用先导式VF系列二位三通电磁换向阀。
3、传感器的选择
电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器,用来检测金属物体。
它由LC高频振荡器和放大处理电路组成,利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时,使物体内部产生涡流。
这个涡流反作用于接近开关,使接近开关振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化。
由此,可识别出有无金属物体接近,进而控制开关的通或断。
系统选用M18X1X40电感传感器,该器件用来检测铁质材料,接线图如图3-3。
图3-3M18X1X40DC二线常开式电感传感器接线图
电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器,是一种接近式开关。
它的测量头通常是构成电容器的一个极板,而另一个极板是待测物体的本身。
当物体移向接近开关时,物体和接近开关的介电常数发生变化,使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化。
由此,便可控制开关的接通和关断。
本系统选用E2KX8ME1电容传感器,该器件用来检测铝质材料,接线图可参考图3-3。
选用TAOS公司生产的,型号为TCS230颜色传感器。
此传感器为RGB(红绿蓝)颜色传感器,可检测目标物体对三基色的反射比率,从而鉴别物体颜色,该器件来检测指定颜色的材料,TCS230传感器引脚如图3-4所示
图3-4TCS230颜色传感器
上料传感器选择光电式传感器,光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。
结构简单,形式灵活多样,体积小,是一种小型电子设备,它可以
图3-5FPG光电传感器原理图
检测出其接收到的光强的变化。
用来检测物体有无的光电传感器是一种小的金属圆柱形设备,发射器带一个校准镜头,将光聚焦射向接收器,接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。
在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源。
这些小而坚固的白炽灯传感器就是今天光电传感器的雏形。
本系统选用FPG系列小型放大器内藏型光电传感器。
原理如图3-5所示,其中负载可接至PLC。
4、电机的选择
电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行。
直流电动机是一种将直流电能转换成机械能的旋转电机,直流电机以良好的启动性能和调速性能着称,调速平稳、方便,调速范围广,该系统选择Z2-31系列直流电动机。
4控制系统的软件部分
4.1控制系统的流程图设计
根据系统生产工艺的要求,分析各个设备的操作内容和操作顺序,可画出程
序流程图,如图4-1所示。
否
是
否
是
否
是
是
否
是
否
是
否
图4-1控制系统的程序流程图
流程图详细的描述了材料分拣系统的工作过程,当电源得电时,即流程图开始的时刻,整个系统开始运行。
首先由光电传感器判断有无材料,没有材料时系统直接进入一个循环周期,周期时间到的时候系统停止运行。
当有材料时,程序判断YV5是否复位,当它没有复位时传输带不运行,复位时,传输带自动运行且气缸自动将材料打出,并每隔一定时间打一次。
在气缸将材料送至传送带的过程中,传送带运行停止,当气缸复位时传送带正常运行。
材料随着传送带的运行而前进,遇到传感器相对应的传感器时,传感器给PLC发出信号,同时PLC给对应的气阀发出信号,于是同组的气缸开始动作打出材料。
如果气缸没有复位则传送带就停止运行。
这就是整个程序的流程。
4.2控制系统的程序设计
系统采用三菱公司的GXDeveloperVersion7作为编程软件。
GXDeveloperVersion7是专为三菱PLC而设计的编程软件,适用于三菱任何型号的PLC。
它是基于Windows的应用软件,运行GXDeveloperVersion7,可以通过梯形图符号、指令语句以及SFC符号创建编辑程序,还可以在程序中加入中文或者英文注释,并且还可以通过该软件监控PLC运行时各编程元件的状态及数据变化,还具有程序和监控结果打印的功能。
4.2.1梯形图编辑软件
GXDeveloperVersion7主界面如图4-1所示。
图4-1GXDeveloperVersion7主界面
运行软件,即可进入GXDeveloperVersion7主界面。
首先新建工程,然后就可以编辑梯形图。
主界面主要由菜单栏、工具栏、编辑区、状态栏组等部分组成。
4.2.2梯形图的设计
先新建一个工程,然后进行梯形图的输入。
如图4-2:
图4-2梯形图的输入
根据分拣系统的要求设计出梯形图,梯形图的部分程序如下:
1、启动设备的部分程序
按下启动按钮,X000闭合,M20输出,启动设备;按下停止按钮,则X001断开,M20为0,设备停止。
梯形图如4-3所示:
图4-3系统启动部分的梯形图
2、上料的部分程序
控制上料气缸动作,只有气缸处于回位状态,X002得电,上料传感器检测到上料槽中有料的情况下,X017得电,吸盘吸料,2秒后气缸动作,并且在到达
图4-4系统送料部分的梯形图
限位状态时气缸停止动作,梯形图如图4-4所示。
3、分拣系统的部分梯形图
系统运行时,所有气缸都处于回限位状态时,传送带起动;当铁质材料经过时,电感传感器有信号输出,M11输出,1秒后T1得电气缸4动作,把铁质材料推出,碰到限位开关X005得电,电磁换向阀换向气缸回位。
在图4-5所示的梯形图中,系统通过中间继电器来控制气缸的动作,这是因为气缸的动作比较快,为了避免传感器检测点与卸料槽位置的差距而设置延时1秒时间;同样,当铝料经过时,电容传感器有信号输出,气缸3动作;当指定颜色料经过时,颜色传感
图4-5物流分拣系统的部分梯形图
器有信号输出,气缸2动作;其他料经过时,3个检测传感器都不得电,气缸1动作。
4.2.3程序的下载
当程序设计好之后必须下载到PLC中才可以运行系统,下载时使用的是三菱PLC专用的编程电缆SC—09。
这根电缆的一端是接电脑的RS232串口,一端接在PLC的RS422通讯串口上。
当电缆接好之后,打开GXDeveloperVersion7软件,进入要下载的文件。
先转换文件,然后选择菜单栏里的“在线”选择“写入”,便可以下载程序到PLC中。
如图4-6所示:
图4-6GXDeveloperVersion7程序的下载
5气动技术
5.1气动技术的概述和组成
气动传动简称气动,是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号,控制和驱动各种机械和设备,以实现生产过程机械化、自动化的一门技术。
它是流体传动及控制学科的一个重要分支。
它以压缩空气为工作介质,具有防火、防爆、防电磁干扰,抗震动、冲击、辐射,无污染,结构简单,工作可靠等特点。
典型的气压传动系统是由气压发生装置、执行元件、控制元件和辅助元件四部分组成的。
气压发生装置是获得压缩空气的能源装置。
其主体部分是空气压缩机,空气压缩机将原动机的机械能转化为空气的压力能。
执行元件是以压缩空气为工作介质,并将压缩空气的压力能变为机械能的能量转换装置。
控制元件用来控制压缩空气流的压力、流量和流动方向等,以便使执行元件机构完成预定的运动规律。
辅助元件是为使压缩空气净化、润滑以及元件间连续所需要的一些装置。
5.2气动技术的发展趋势
1、模块化和集成化
气动系统的最大优点之一是单独元件的组合能力,无论是各种不同大小的控制器还是
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