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文檔簡介
1、常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)作 者: 學(xué) 號: 系 部: 機械工程系 專 業(yè): 機電一體化技術(shù) 題 目: 基于PLC的圖書分揀控制 指導(dǎo)者:評閱者: 2013年 5月 畢業(yè)設(shè)計(論文)中文摘要 自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成。 控制裝置的作用是識別、接收和處理分揀信號,根據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置、按商品品種、按商品送達地點或按貨主的類別對商品進行自動分類。這些分揀需求可以通過不同方式,如可通過條形碼掃描、色碼掃描、鍵盤輸入、重量檢測、語音識別、高度檢測及形狀識別等方式,輸入到分揀控制系統(tǒng)中去,根據(jù)對這些分揀信號判斷,來決定某一種商品該進入哪一個分揀道口
2、。 本設(shè)計通過對分揀機圖書分揀功能的了解,硬件接線的熟悉,選取了西門子S7-200 進行了軟件設(shè)計,實現(xiàn)分揀機圖書分揀系統(tǒng)的功能,利用條形碼掃描、重量檢測、高度檢測及形狀識別等傳感器,對圖書進行分類,決定圖書該進入哪一個分揀道口。這對解決圖書退貨問題有著重要的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞:自動分揀系統(tǒng) 分揀信號 西門子 PLC畢業(yè)設(shè)計(論文)外文摘要 Title:The book sorting based on PLC control Abstract:Automatically grading system generally by control devices, classification, f
3、eeding device and sort of crossings. The role of the control device is the recognition, receive and process sorting signals, according to the requirements of the sorting signals classification device, according to the instructions products, goods or service according to the site by the owner to the
4、category of the goods to be automatic classification. These sorting through the different demand can approach, such as can be through the bar code scanning, color code scanning, keyboard input, weight detection, speech recognition, highly detection and identification methods such as shape, input to
5、sort the control system, and based on these sorting signals judgment, to decide a kind of goods into which a sorting the access point. The design of FenJianJi book sorting through the understanding of the function, hardware wiring the familiar with, the selection of the Siemens S7-200 a software des
6、ign, realization FenJianJi book sorting system function, using bar code scanning, weight detection, height and shape recognition testing sensor, classifying books, decided to book the into which a sorting crossing. To solve this problem return books has important practical significance.Key words: Au
7、tomatically grading system ,sorting signals ,Siemens ,PLCr 目錄1. 緒論自動化生產(chǎn)線是在流水線的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的。它不僅要求線體上各種機械加工裝置能自動的完成預(yù)定的各道工序及工藝過程,使產(chǎn)品成為合格的制品,而求要求在裝卸工件、定位夾緊、工件在工序間的輸送、工件的分揀甚至包裝等都能自動的進行。時期按照規(guī)定的程序自動的進行工作。我們稱這種自動工作的機械電氣一體化系統(tǒng)為自動生產(chǎn)線。自動化生產(chǎn)線綜合應(yīng)用機械技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機接口技術(shù)等,通過一些輔助裝置按工藝順序?qū)⒏鞣N機械加工裝置連成一體,并控制液壓、氣壓和
8、電氣系統(tǒng)將各個部分動作聯(lián)系起來,完成預(yù)定的生產(chǎn)加工任務(wù)。1. 1 自動化生產(chǎn)線技術(shù)自動化生產(chǎn)線是產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線,即從原料進入生產(chǎn)現(xiàn)場開始,經(jīng)過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)生產(chǎn)線活動所構(gòu)成的路線。狹義的生產(chǎn)線是按原對象原則組織起來的,即按產(chǎn)品專業(yè)化原則,配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品(零、部件)所需要的各種設(shè)備和各工種的工人,負責(zé)完成某種產(chǎn)品(零、部件)的全部制造工作,對相同的勞動對象進行不同工藝的加工。 1. 2 自動化生產(chǎn)線的步驟a) 先確定節(jié)拍時間:不論何種制品,皆在其必須完成的恰好時間內(nèi)制造。 b) 單位流程:只針對一項產(chǎn)品,進行單位配件的搬運、裝配、加工及素材的領(lǐng)取。 c) 先導(dǎo)器:
9、制作以目視即能了解節(jié)拍時間的裝置。 d) U字型生產(chǎn)線:將設(shè)備依工程順序逆時針排列,并由一人負責(zé)出口及入口。e) AB控制:只有當(dāng)后工程無產(chǎn)品,而前工程有產(chǎn)品的情形,才進行工程。 f) 燈號:傳達生產(chǎn)線流程中產(chǎn)品異狀的裝置。 g) 后工程領(lǐng)?。荷a(chǎn)線的產(chǎn)品要因應(yīng)后工程的需求。1. 3該研究的目的及意義 該研究的目的及意義 分揀作業(yè)是物流配送中的一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié),分揀指的是根據(jù)顧客訂單要求或是物流配送中心運輸?shù)囊?,迅速、?zhǔn)確的將商品從相應(yīng)的貨位或是其他區(qū)域揀出,按照要求的方式進行分類,集中并等待配裝送貨的過程。分揀也是配送中心中最繁瑣,工作量最大的一個環(huán)節(jié),但也是配送中心流程作業(yè)中的核心。采用自
10、動線進行生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)有足夠大的產(chǎn)量;產(chǎn)品設(shè)計和工藝應(yīng)先進、穩(wěn)定、可靠,并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率,穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量,改善勞動條件,縮減生產(chǎn)占地面積,降低生產(chǎn)成本,縮短生產(chǎn)周期,保證生產(chǎn)均衡性,有顯著的經(jīng)濟效益。1.4機電一體化技術(shù)發(fā)展概況自動線所涉及的技術(shù)領(lǐng)域是很廣泛的,所以它的發(fā)展、完善是與各種相關(guān)技術(shù)的進步及相互滲透是緊密相連的。因而自動線的發(fā)展概況就必須與整個支持自動生產(chǎn)線有關(guān)技術(shù)的發(fā)展聯(lián)系起 來。技術(shù)應(yīng)用發(fā)展如下:a 應(yīng)用可編程控制技術(shù) b 應(yīng)用機械手、機器人技術(shù)c 應(yīng)用傳感技術(shù)d 應(yīng)用液壓和氣壓傳動技術(shù)e 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛躍發(fā)展1.5國
11、內(nèi)外圖書分揀的現(xiàn)狀及趨勢與國際物流業(yè)的大環(huán)境相比,我國在與發(fā)達國家相比在分揀系統(tǒng)和技術(shù)等方面還是比較落后的,流程中人工操作的情況還是比較普遍的,自動分揀系統(tǒng)的生產(chǎn)和使用還是寥寥無幾。總的說,我國分揀系統(tǒng)的應(yīng)用程度低,應(yīng)用范圍不廣泛的特點還比較顯著。 影響我國自動分揀系統(tǒng)發(fā)展的因素很多,其中一些則是與我國整個物流業(yè)的問題一致。標(biāo)準(zhǔn)化的問題是我國需要關(guān)注的問題之一,我國與國外相比,商品運輸包裝箱上基本沒有條碼印刷,以致自動分揀系統(tǒng)的順利運行遇到了阻礙。國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 以美國、日本以及歐洲為代表的發(fā)達國家,在分揀的應(yīng)用上擁有自動化程度很高的特點。自動分揀系統(tǒng)已經(jīng)成為發(fā)達國家大中型物流、配送中
12、心或是流通方面不可或缺的一部分。 美國、日本以及歐洲為代表的發(fā)達國家在二戰(zhàn)后就廣泛采用了自動分揀系統(tǒng)(Automated Sorting System),主要是參照郵局分揀信件的經(jīng)驗組配而成的。一般情況下由控制裝置、輸送裝置、分類裝置以及揀道口四部分組成的,通過計算機連接在一起,配合人工或是計算機的相應(yīng)技術(shù)環(huán)節(jié)構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。 自動分揀系統(tǒng)能夠連續(xù)大批量的分揀貨物,誤差率低,基本實現(xiàn)無人自動化三個特點。在自動分揀系統(tǒng)中的人員僅限于進貨的接貨,系統(tǒng)的管理、控制、維護與經(jīng)營等等,這些恰巧于國外企業(yè)對減少使用人員,減輕勞動強度,提高工作效率的要求相吻合,因此收到了外企的極大重視。1.6課題任務(wù)本
13、次設(shè)計主要完成了對堆放的圖書進行初步分類,以單本的形式在傳送帶上輸送;利用條形碼掃描、重量檢測、高度檢測及形狀識別等傳感器,對圖書進行分類,決定圖書該進入哪一個分揀道口。通過生產(chǎn)線的分揀來處理繁雜的圖書從而減少人力勞動。2圖書分揀系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1 設(shè)計要求本設(shè)備用于圖書館對歸還圖書進行自動分揀,組成為:控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口組成,并利用西門子PLC進行編程控制。 控制裝置有識別、接收和處理分揀信號,根據(jù)分揀信號的要求指示分類裝置,對物料進行自動分類。本課題對圖書進行分揀,要求:(1) 對堆放的圖書進行初步分類,以單本的形式在傳送帶上輸送;(2) 利用條形碼掃描、重量檢測、
14、高度檢測及形狀識別等傳感器,對圖書進行分類,決定圖書該進入哪一個分揀道口。2.2總體設(shè)計方案2.2.1本方案的實際應(yīng)用出版業(yè)是一個重要的產(chǎn)業(yè)。在我國,2005年出版行業(yè)增加值已經(jīng)占到全國GDP的1%,僅圖書一項以定價總金額計算的市場規(guī)模就已達632.28億元人民幣,并以6%左右的速度在增長,隨著知識經(jīng)濟和學(xué)習(xí)型社會的建立,中國圖書業(yè)市場的發(fā)展速度還會加快。事實上,圖書配送中心仍然面臨著大量圖書退貨的現(xiàn)實,必須解決退貨的處理作業(yè)問題,保證當(dāng)天收到的圖書能夠完成分揀上架和相應(yīng)的處理。 2.2.2設(shè)計方案的構(gòu)想圖2-1為圖書自動分揀提供設(shè)備,該裝置可以使堆放的書籍以單本形式在傳送帶上輸送(堆放的圖書
15、必須全部反面朝上以便下面對條形碼的分揀)如圖2-1所示,書籍自動分揀供給設(shè)備,包括傳送皮帶機1,該傳送皮帶機1具有三條不同速度的傳送皮帶,所述的傳送皮帶按速度快慢從上往下裝配成階梯狀,包括:低速傳送皮帶11、中速傳送皮帶12和高速傳送皮帶13。傳送皮帶機1頂部還設(shè)有與低速傳送皮11同步的托書裝置2,所述的托書裝置2包括托書架皮帶21和復(fù)數(shù)個托書架22,托書架皮帶21懸設(shè)于傳送皮帶機1頂部,其傳送軸與傳送皮帶機1頂層的低速傳送皮帶11垂直,而托書架22則間隔排開固定在托書架皮帶21上。設(shè)備接通電源后,通過馬達驅(qū)動傳送皮帶機1運行,工作人員將若干本不同規(guī)格的書籍3疊放在低速傳送皮帶11上,并靠與托
16、書架22將書籍3支撐斜立,此時書籍3隨低速傳送皮帶11平移;當(dāng)書籍3隨低速傳送皮帶11平移到與中速傳送皮帶12上交界處時,托書裝置上最外側(cè)的第一本書籍隨即率先掉落在下層的傳送皮帶上,隨后的書籍會相繼掉落;由于中速傳送皮帶12的速率高于低速傳送皮帶11,于是書籍在相繼掉落的時間間隔里順其自然的被分選成單本;基于同樣的原理,中速傳送皮帶12上的書籍掉落到高速傳送皮帶13上,進一步確保書籍分選成單本,然后被運送下一個環(huán)節(jié)。圖2-1圖2-2是對書籍供給設(shè)備內(nèi)部傳送裝置的說明圖,1內(nèi)部使用電機傳授,1和12交接處以及12和13交接處使用減速機構(gòu)。圖2-3是圖書自動分揀系統(tǒng)的示意圖 圖2-31 號模塊為圖
17、書自動供件機,采用皮帶勾塊推動圖書分離的方式實現(xiàn)等節(jié)距分離;2 號模塊為周轉(zhuǎn)箱滿盒輸出口;3 號模塊為周轉(zhuǎn)箱空盒喂入口;4 號模塊為周轉(zhuǎn)箱自動取出/喂料機;5 號模塊為自循環(huán)輸入口,按照計數(shù)光電管對應(yīng)的技術(shù)和 PLC 同步控制信號實現(xiàn)插入式供件;6號模塊為自循環(huán)中簡段;7 號模塊為自循環(huán)輸出口,6、7、8 號模塊共同組成自循環(huán)回路,自循環(huán)物品應(yīng)選用底面平整的盒類紙箱;8 號模塊為圖書輸出口;9 號模塊為和拒識物品輸出口,是以電動滾筒為動力的滾筒輸送機,在該輸送機的鄰近滑塊分揀機端是接貨位,存放周轉(zhuǎn)箱,當(dāng)周轉(zhuǎn)箱裝滿時會自動送出并被交叉帶小車接走, 當(dāng)交叉帶小車返回空箱時,會自動接回空箱,送至接貨
18、位;10 號為滑塊分揀機,能按照條碼掃描器的讀取結(jié)果進行路向分揀,可實現(xiàn)圖書、和自循環(huán)回路的分揀;11 號模塊為供件匯合線,由一條平面皮帶輸送機構(gòu)成,實現(xiàn)圖書、和自循環(huán)物品的匯合,匯合時的物品間距由計數(shù)光電管和相關(guān) PLC 同步程序控制;12 號模塊為電氣和 PLC 控制箱,整機的低壓電器、啟閉開、PLC 控制器均安裝于此。223傳感器編號及分布圖 圖2-43 硬件電路設(shè)計3.1使用元器件的簡單介紹本設(shè)計所使用的元器件有電機、傳感器、接觸器、熱繼電器等多種元件。通過各種元器件的配合,通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)分揀功能。3.1.1電機選擇1. 根據(jù)電源電壓、使用條件、拖動對象選擇電動機.要求電源電壓與電動
19、機額定電壓相符.2. 根據(jù)安裝地點和工作環(huán)境選擇不同型式的電動機.3. 根據(jù)容量、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)選擇電動機.如果容量選擇過小,就會發(fā)生長期過載現(xiàn)象,影響電動機壽命甚至燒毀.如果容量選擇過大,電動機的輸出機械功率不能充分利用,功率因數(shù)也不高.因為電動機的功率因數(shù)和效率是隨著負載變化的.4. 電動機在恒定負載運行下,功率計算公式如下:式中: P電動機的功率(KW); 生產(chǎn)機械功率(KW); 生產(chǎn)機械本身效率; 電動機效率.上式計算出的功率不一定與產(chǎn)品規(guī)格相同,所以選擇電動機的額定功率(P1)應(yīng)等于或稍大于計算所得的功率。根據(jù)系統(tǒng)操作要求選擇了如下電機:a) 滑塊電機選用臺達伺服驅(qū)動器控制的伺
20、服電機;b) 匯合電機選用Kinco步進驅(qū)動器控制的步進電機;c) 空壓泵電機選用雙速電機;d) 圖書供件電機選用MM420變頻器控制的三相異步電機3.1.2傳感器、接觸器、熱繼電器選擇 傳感器選用電感式接近開關(guān)電感式接近開關(guān)是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。電渦流效應(yīng)是指,當(dāng)金屬物體處于一個交變的磁場中,在金屬內(nèi)部會產(chǎn)生交變的電渦流,該渦流又會反作用于產(chǎn)生它的磁場這樣一種物理效應(yīng)。如果這個交變的磁場是由一個電感線圈產(chǎn)生的,則這個電感線圈中的電流就會發(fā)生變化,用于平衡渦流產(chǎn)生的磁場。接觸器選用CJ20-10/CJ20-16型接觸器其中“C”表示接觸器,“J”表示交流,20為設(shè)計編號,10/16為主
21、觸頭額定電流相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下:a 操作頻率為1200/hb 機電壽命為1000萬次c 主觸頭額定電流為10/16(A)d 額定電壓為380/220(A)e 功率為2.5KW熱繼電器選用JR16B-60/3D型熱繼電器其中“J”表示繼電器,“D”帶斷相保護相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下:a 額定電流為20(A)b 熱元件額定電流為32/45(A)3.2 控制系統(tǒng)3.2.1 PLC的簡介 圖3-1為PLC結(jié)構(gòu)組成圖 圖3-1PLC的優(yōu)點(1) 系統(tǒng)構(gòu)成靈活,擴展容易,以開關(guān)量控制為其特長;也 能進行連續(xù)過程的 PID 回 路控制;并能與上位機構(gòu)成復(fù)雜的控 制系統(tǒng),如 DDC 和 DC
22、S 等,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。 (2) 使用方便,編程簡單,采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語 句表等編程語言,而無需計算機知識,因此系統(tǒng)開發(fā)周期短,現(xiàn) 場調(diào)試容易。另外,可在線修改程序,改變控制方案而不拆動硬 件。(3) 能適應(yīng)各種惡劣的運行環(huán)境, 抗干擾能力強, 可靠性強, 遠高于其他各種機型。 PLC選擇PLC 的選型方法 (一)分析被控對象并提出控制要求 詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點,了解被控對象 機、電、液之間的配合,提出被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的控制要 求,確定控制方案,擬定設(shè)計任務(wù)書。 (二)確定 PLC 的輸入/輸出設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備
23、(如: 按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等)和輸出設(shè)備(如: 接觸器、 電磁閥、 信號指示燈及其它執(zhí)行器等) 從而確定與 PLC , 有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備,以確定 PLC 的 I/O 點數(shù)。 (三)選擇 PLC PLC 選擇包括對 PLC 的機型、容量、I/O 模塊、電源等的選 擇。 (四)分配 I/O 點并設(shè)計 PLC 外圍硬件線路S7-200 CN 系列PLC 適用于各行各業(yè),各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200 CN 系列的強大功能使其無論在獨立運行中,或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200 CN 系列具有極高的性能/價格比。結(jié)合表2-1及本系統(tǒng)實際要求和實際輸入輸出點要求,選擇CPU224-XP型PLC。它集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點,2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點,可連接7個擴展模塊,最大擴展值至168路數(shù)字量I/O點或38路模擬量I/O點。20K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間,6個獨立的高速計數(shù)器(100KHz),2個100KHz的高速脈沖輸出,2個R
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