1、沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） I 摘 要 随着社会的不断发展，市场竞争越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术 。 在需要进行产品分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法， 效率低下致使企业的竞争能力差。针对上述问题，利用 PLC 技术设计了自动分拣装置，在产品分拣过程中取得较好的控制效果。 本设计应用 PLC 实现 具有 传输、分类、 入库 保管功能 自动分拣系统的自动控制系统并应组态做上位机监控 ， 机械结构采用传送带、气缸等机械部件 ； 电气 控制 采用传感器、 编码器、 开关电源、换向阀等电子部件；可编程控制器采用目前比较流行的西门子 PLC。 软件部分采用组
2、态 王 监控整个分拣过程的运行， 系统 采用台式结构 ， 选用颜色识别 、 电容式和电感式 三种 传感器 ，同时， 还设置了气动 装置 的减压器、滤气器、气压指示等，可与各类气源相连接。 本设计是 将 PLC 技术，位置控制技术、气动技术 、 组态通讯监控技术 有机结合成一体的自动输送分拣系统 ， 具有响应速度快，准确 率高、性能 可靠等 优 点。 关键 词 ： PLC；传感器；编码器 ；自动分拣系统 ； 上位机监控 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） II Abstract With the continuous development of society, the compet
3、ition is fierce in the market, Therefore production enterprises are urgently needed to improve production technology especially in the enterprise products sorting,has been using an artificial of sorting method before cause the competitive of the enterprise is poor. The response to these problems, to
4、 use PLC technology design of automatic sorting equipment, obtains good control effect in the process of product sorting. The design applies PLC to achieve automation control Automatic Sorting System which have functions of transfers、 classify and storage, the mechanical structure adopts mechanical
5、assembly as conveyor belt、 cylinder. The electric control adopts electronic assembly as sensor、 coder、 switching power supply、 reversing valve and so on; Programmable logic controller adopts the more popular PLC of Siemens currently. The system adopts desktop structure, choose color recognition sens
6、or、 capacitive proximity switch and inductive proximity switch, at the same time, also collocates pneumatic reductor、 air filter device、 display of air pressure and so on, can connect with different gas source. This design is the automatic Sorting System which cover the technology of PLC、the technol
7、ogy of control position、 the technology of pneumatic and organically combined them into one. It possesses a lot of advantages as fast response speed, accurateness and reliability and so forth. Key words： PLC; sensor; coder; Automatic Sorting System; PC monitor 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） III 目 录 1 绪论 . 1
8、 1.1 本课题研究的内容 . 1 1.2 课题研究的目的及意义 . 1 1.3 国内外相关技术现状及发展趋势 . 1 1.3.1 国外有关研究的综述 . 1 1.3.2 国内有关研究的综述 . 2 1.4 可行性分析 . 3 2 总体设计 . 4 2.1 方案论证 . 4 2.1.1 系统硬件选择 . 4 2.1.2 上位机监控软件 选择 . 5 2.2 设计思想 . 5 2.3 总体设计 . 7 3 系统的硬件设计 . 8 3.1 系统硬件选型设计 . 8 3.1.1 编码器的选型设计 . 8 3.1.2 可编程控制器的选型设计 . 9 3.1.3 空气压缩机的选型设计 .10 3.1.4
9、 换向阀的选型设计 . 11 3.1.5 电动机的选型设计 . 11 3.1.6 稳压电源的选型设计 .12 3.1.7 传感器的选型设计 .13 3.2 可编程控制器外部连接图 .16 4 系统的软件设计 .17 4.1PLC 软件设计 .17 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） IV 4.1.1 程序 I/O 分配表 . 17 4.1.2 控制程序流程图 . 19 4.1.3 控制程序时序图 . 20 4.1.4 PLC 程序设计 . 21 4.2 组态王监控界面设计 . 27 4.2.1 组态王外部设备定义 . 27 4.2.2 定义数据词典 . 32 4.2.3 组态王界面设
10、计 . 33 5 调试过程 . 35 6 结论 . 37 结束语 . 38 致 谢 . 39 参考文献 . 40 附录 程序清单 . 41 附录 面板分布图 . 46 附录 面板接线图 . 47 附录 子程序清单 . 48 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 1 1 绪论 1.1 本课题研究的内容 本课题研究的内容是 应用 PLC 实现自动输送分拣系统 的自动控制 并用组态监控系统的运行 。 本系统通过传感器信号采集， PLC 控制 ，对交流电机、电磁阀进行开关量控制、位置控制、时序 逻辑控制，实现对传送带上的物料进行定位 、 辨识、分类的功能 ，并通过组态监控界面监控整个过程的进行
11、。 1.2 课题 研究的 目的 及 意义 自动输送分拣系统是物流 系统 中 广泛采用的一种分拣系统。 一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口四部分组成，它们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分拣系统。其主要特点有 ： 能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率极低，分拣作业基本实现无人化 ，可通过计算机监控整个分拣过程 。自动分拣系统中人员的使用仅局限于进货时的接货、系统的控制、系统的经营、管理与维护等 ，这恰好符合了企业对减少人员使用、减轻员工劳动强度、提高人员使用效率的要求，因此受到了广泛重视。 1.3 国内 外相关技术现状及发展趋势 1.3.1 国外
12、有关研究的综述 以美国、日本及欧洲为代表的发达国家，在分拣系统的应用上呈现出自动化程度越来越高的特点。自动分拣系统已成为发达国家大中型物流中心、配送中心或流通中心不可缺少的一部分。 自动分拣系统是二战后在美国、日本以及欧洲的大中型物流中心广泛采用的一种分拣系统，参照邮局分拣信件自动化的经验配置而成。就国外进行配送业务的行业或沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 2 企业来说，自动拣选系统已被广 泛应用在医药、化妆品制造等行业 。 自动分拣机作为自动分拣系统中的关键设备，因其 较 高 的 效率 ， 已 在 发达国家 得到广泛应用 。 然而，尽管自动分拣系统有非常多的优点，但因其要求使用者
13、必须具备一定的技术经济条件，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。其主要原因有两点 : 1、 专业的自动分拣设备 一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本 较 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。 2、 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、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等措施。但要让所有商品的供应商都执行 相同 的包装标准是很困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差 ，不利于推广。 除自动 分 拣系统
14、外， 配送中心对于计算机辅助拣选系统的利用也相当普遍。在流通领域，特别是连锁超市、便利店的配送中心都广泛使用电子标签、 RF 等计算机辅助拣选系统。 1.3.2 国内有关 研究的综述 与整个物流业的大环境相似，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 分拣 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
15、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 很多 商品包装箱上 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 的专业 设备。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 3 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 做了很多 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
16、高技术含量的设备和系统来提高分拣配送效率。 1.4 可行性分析 本 课题 设计 是应用 PLC 实现自动输送分拣系统的自动控制， 要求系统具有传输、分类、保管等功能 ，并通过组态监控整个分拣过程 。根据此系统的功 能构造，其可行性 分析 如下： 首先，在器件选择上看。所需器件：电感式接近开关、电容式接近开关、标识传感器、光电开关、编码器、电动机、传送带、计算机、空压机、气缸、换向阀、输气管道、稳压电源、网孔板。 其次，从经济角度来看。 为了实现准确可靠的系统功能，因此，在器件选择上，尤其是在传感器上，要求 稳定性好 ， 准确率高，这样相对的价格就会高一些，但与其性能相比，此系统还是具备了较高的
17、 性价比， 较好的实现了分拣系统的基本功能。 最后，从效率角度来看。运用 传感器扫描输入识别技术具有响应速度快，准确可靠等特点。工作效率可高达 98%，具有良好的应用前景。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 4 2 总体设计 在设计初期， 为了使控制系统具备更佳 的工作性能，需要进行总体设计，此部分包括方案选择、设计思想以及总体设计方案。 2.1方案论证 2.1.1 系统硬件选择 由于本课题的研究内容有多种实现方案，因此，方案选择成为本次设计的重中之重。具体方案论证如下： 第一种方案 ：利用 PLC 实现分拣控制，根据物料材质及颜色进行分拣，分别分拣铁质、铝质及 黄 色的物料。系统
18、有底座、气动部分、传送部分及电气控制等四部分组成。气动部分由电磁阀、气缸和各种与气源相 连 的部件组成，电气控制由西门子、三菱或欧姆龙的可编程控制器、电源、传感器等部件组成。通过传感器信号采集， PLC控制，实现对 开关 、 异步电机、电磁阀 等 进行较复杂的控制等功能，并采用编码器和高速计数器完成对物料间间距的测量，并通过编码器的测量，测得传感器与气缸之间的步距，从而使得气缸准确地将物料推入滑道，有效的实现分拣功能。同时，具有报警功能，一旦分拣系统出现故障，气缸打出时将物料卡住，传送带立即停止，并由蜂鸣器发出报警，使得分拣系统更加直观化、系统化。由于可编程控制器成功率高，可靠性好，设计程序简
19、单，因此，在工业 生产中得到广泛应用，但因 PLC 成本较高限制了其应用的范围。 第二种方案：根据单片机实现分拣控制，采用机械手进行分拣，系统可分为底座、传送部分、电气控制及分拣部分。电气控制由单片机、电源、传感器等部件组成。同样通过传感器信号的采集和 PLC 控制，实现对异步电机和机械手进行较复杂的位置控制、开关控制等功能。程序部分则按照设计的基本逻辑要求进行编程。通过各限位信号及检测信号实现对机械手的控制，实现分拣功能。由于单片机成本低、效益高，因此在许多领域受到关注，但因其稳定性和抗电磁干扰能力比较弱，所以在一些高性沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 5 能的系统中 不被广泛采
20、用。 综上所述，比较第一种方案和第二种方案，由于后者运行可靠性低、抗干扰能力差，程序修改繁琐，对于物料的出库及入库位置不够精准，并且通讯设计也比较繁琐。虽然前者成本较高，但是考虑到分拣的准确性和可靠性，为了使系统具备更 好的工作性能 ， 本设计 选择第一种方案作为总体方案。 2.1.2 上位机监控软件选择 在制作 产品分拣控制系统 上位机监控 系统 时，可以使用 Visual basic6.0 或组态 等软件。 使用组态王和 VB 软件都可以实现监控功能、制作出上位机监控 系统， 但在使用VB 制作过程中，每一步都不好实现。使用组 态王软件制作上位机监控程序的过程远比使用 VB 简单的多。首先
21、使用 VB 制作监控画面不能使监控画面十分逼真完美，而且由于 VB 的画图功能有限，制作一个简单的监控画面也十分困难，只有采用第三方软件画出图形，再使用 VB 调用该图形的方法；其次使用 VB 制作运行的动画效果十分繁琐复杂且制作出来的动画也无法达到令人满意的逼真效果；第三，也是最重要的，使用 VB 和 PLC 进行通信最终达到监控数据的过程十分复杂。而通用组态软件有强大的界面制作系统，可制作各种复杂形状及色彩的图形，这将使监控界面生动形象且十分人性化。 通过对比，为了更好 的完成设计，我最终选择了组态软件作为上位机监控软件，并用其中比较熟悉的组态王软件实现了设计要求。 2.2 设计思想 本次
22、设计的自动输送分拣系统按照设计要求首先配置可编程控制器，可将其放置实验台下面以避免不必要的空间浪费，然后配置传输系统，为了节省实验台面积和配合传感器工作，我采用体积小、噪音低的减速电机驱动宽为 2.5cm、长为 83cm、高约为 7cm的立式传送带，为了控制和测量物料间的距离，在电机的一头加上编码器。最后配置了分拣系统，出于节省空间和对周边环境污染小的缘故，我采用了气动装置沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 6 来实现分拣功能，这样，就 需要一个气泵来提供气压，由于气泵相对体积较大，故可放在地上，不占用实验台面积。气动装置包括气缸、电控换向阀、分水滤气器、减压器、油雾器、阀岛及输气管
23、道。 在面板上，为了节省面板面积，传感器采用悬挂式检测方式，出于方便传感器悬挂的原因， 本设计 采用了垂直式网孔板，为了满足传感器检测的距离范围， 将 电感传感器 安装在垂直高于 传送带 2.6cm 的位置处 ，电容传感器 安装在垂直高于 传送带2.8cm 处 ，颜色传感器则为 2.7cm。每个气缸间距离为 8cm，传感器与相应气缸距离为 7mm，出料处距第一处气缸 26cm。 各传感器位置如下 ： 图 2.1 各传感器位置 分布 图 在硬件测量设计上主要利用编码器进行测量。首先，在编译程序上定义 1 个高速计数器。然后，在系统正常工作时，编码器将电机转速转换成脉冲信号，再驱动高速计数器对其进行计数。最后，通过对脉冲的计数设计出相邻物料之间的步距、传感器与气缸之间的步距以及物品从出库到终点的步距。
