PLC物流分拣传输系统设计电气原理图Word格式文档下载.doc

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6.1硬件调试28

6.2PLC程序调试29

6.3触摸屏调试29

6.4整体调试29

总结与展望30

致谢31

参考文献32

附录331绪论

1.1课题背景

随着世界经济的快速发展和信息技术的进步，物流行业作为国民经济中的一个新兴服务行业，正在国内迅速崛起。

物流中心是物流行业中最重要的基础设施，具有货物的集货、仓储、分拣、配送等相关功能，物流分拣传输系统是物流中心的核心，系统的完善直接关系到物流的效率。

大量研究表明，在物流中心的运作中，分拣作业成本占到物流中心总运营成本的40％左右，分拣作业的时间占整个物流中心总运作时间的60％以上，并且随着用户需求向小批量多样化方向发展，分拣作业的时间、成本投入也越来越大，因此规划合理的分拣作业方法，对提高物流中心的运作效率和服务水平有着决定性影响。

在产品的检测过程中，常常要根据产品的形状、材料以及重量将其进行分类。

传统的分类往往采用人工的方法，致使生产效率低、生产成本高。

本文将介绍一种利用PLC控制的自动分拣系统，它不仅可以降低人工拣取、搬运的劳动强度，提高劳动生产率，能最大程度的降低供应链的运作成本，能够应对客户多品种、少批量、多批次等更高的配送需求，还具有较高的可靠性和安全性。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外自动分拣系统的广泛使用

1.2.2国内研发适合自己的分拣系统和技术

1.3课题研究的主要任务及要求

输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。

分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。

以上四部分装置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自动分拣系统。

2.2自动分拣系统的特点

2.2.1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、人的体力等的限制，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，能够完成分拣人员不能在这种劳动强度下完成的工作。

2.2.2分拣误差率极低

自动分拣系统的分拣误差率大小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，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。

因此，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。

2.2.3分拣作业基本无人化

国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，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，人员的使用仅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，自动分拣系统的经营、管理与维护。

3.1.2Z轴升降气缸单元

Z轴通过工厂自动化常用的气缸和气抓手来控制取放工件。

Z轴方向的运动通过一个气缸来实现。

气爪手安装在升降气缸的前端，通过电磁阀来控制气路通断，从而控制Z轴的升降和气爪手吸取释放工件。

3.1.3保护及定位检测装置

X轴的运动机构均设定有保护开关，为超小型基本开关。

安装于各自机构的两头极限位置。

一旦行走超出范围时，立即切断机构电气硬件回路。

从而避免程序的误动作组成设备损坏。

3.1.4按钮控制盒

系统操作界面如图3.2所示，功能按钮有：

启动、停止、复位、紧急停止、手动/自动、功能、Z轴、吸盘、X向摇柄开关、备用按钮及手动检查操作按钮。

图3.2按钮操作界面

3.1.5传送带机构

将工件从工件入口传送到气爪手下方，供气爪手取放操作。

采用直流电机驱动，在传送带末端，设有工件的到达传感器。

在传送带中部设有光纤传感器，用来区别工件性质，传送带工件末端传感器检测到有工件时，若光纤传感器接通，可以判断出工件是方形的，若没有接通，则说明工件是圆形的，从而区别出工件属性。

3.1.6开关电源

利用开关电源将接入的交流220V通过开关电源转换出直流24V供设备中继电器、电磁阀等弱电设备使用。

3.1.7空气过滤器

气压传动，往往使用空气压缩机将空气压缩后存储至专用的存储单元，通常称之为气源。

空气中难免会有油污、水蒸气等等一些杂质在空气压缩的过程被吸入压缩机当中混合在气源中。

为了设备更好的发挥性能，在气源接入设备之前安装了空气过滤器，保证较清洁的空气接入设备当中。

3.2主要设备选择

3.2.1电源NWDR-120-24

开关电源外形如图3.3所示，技术指标：

　　光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

（2）光纤传感器利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性（强度、相位、偏振态、频率、波长）改变的传感器。

它抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；

绝缘、无感应的电气性能；

耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用。

3.2.4直流电机

直流电机（D.C.machine）是实现直流电能和机械能互相转换的电机。

它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能。

直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。

其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。

直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。

其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。

直流电机的转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。

其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。

电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。

换向器是一种机械整流部件。

由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型一个整体。

各换向片间互相绝缘，换向器质量对运行可靠性有很大影响。

直流电机的优点：

（1）直流电机结构紧凑，体积小，造型美观，承受过载能力强。

（2）系统简单，连接方便，价格低谦。

电磁阀本身结构简单，价格较低，比起调节阀等其它种类执行器易于安装维护。

更显著的是所组成的自控系统简单，与电脑连接方便

（3）动作快，功率小，外形轻巧。

电磁阀响应时间可以短至几个毫秒，由于自成回路，比之其它自控阀反应更灵敏。

设计得当的电磁阀线圈功率消耗很低，属节能产品；

还可做到只需触发动作，自动保持阀位。

电磁阀外形尺寸小，既节省空间，又轻巧美观。

工作压力-0.9-10bar

设计结构活塞滑块

额定尺寸5mm

排气功能可节流

密封原则软性

装配位置任何

手控装置带附件，可锁定

先导类型由先导控制图3.6电磁阀

流动方向可反向3.2.7气爪机械手

通过气动驱动，主要完成对工件的搬运工作。

品牌型号：

SMCMHZ2-16D

外形尺寸：

43mm

重量：

0.4kg

螺杆直径：

6mm

电动机功率：

5kw

气缸内经：

16mm

最高动作频率：

180n/min

温度范围：

-5℃-+60℃图3.7气爪机械手

3.3主电路设计

主电路能够执行控制电路指令，能够直接承担电能的交换，完成机械动作驱动任务，使系统能够正常安全运行。

物流分拣传输系统电气原理图，如图3-8所示

图3.8物流分拣传输系统电气原理图

3.4控制电路设计

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。

PLC的发展初期，不同的开发制造商对PLC有不同的定义。

为使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化，国际电工委员会（IEC）于1985年1月制定了PLC的标准，并给它作了如下定义：

可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。

PLC硬件系统的基本结构框图，如图3-9所示：

图3.9PLC基本结构框图

（1）中央处理单元（CPU）

中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分的工作任务等。

（2）存储器

存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序以及运算数据的单元。

可编程序控制器配有两种存储器，即系统存储器（EPROM）和用户存储器（RAM）。

（3）输入/输出（I/O）电路

输入输出电路是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。

输入口用来接收生产过程的各种参数，输出口用来送出可编程控制器的运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。

按照信号的种类归类有直流信号输入、输出，交流信号的输入、输出；

按照信号的输人、输出形式分有数字量输入、输出，开关量输入、输出，模拟量输入、输出。

（2）程序执行

PLC完成了输入采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。

再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。

但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。

（3）输出刷新

在执行到END指令，即执行完了用户的所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。

PLC工作过程除了包括上述三个主要阶段外，还要完成内部处理、通信处理等工作，在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。

在通信服务阶段，PLC与其他的带微处理器的智能装置实现通信。

3.4.2系统的工作原理

物流分拣传输系统的工作原理框图，如图3-10所示

图3.10物流分拣传输系统工作原理框图

3.4.3系统的控制要求

系统利用光纤传感器对待测物件进行检测并分类。

当待测物件经传送带后，依次接受光纤传感器检测。

如果传感器测中，通过气动装置控制机械手进行抓取，并放入相应存储滑道。

其控制要求如下：

（1）系统送电后，电机运行，带动传送带传送物件向前运行

（2）光纤传感器进行检测，有物件通过时，电机运行，控制机械手Z轴移动。

通过气动装置，控制机械手进行抓取。

（3）有物件时，光纤传感器对物件形状进行检测

（4）当物件为立方体时，电机驱动机械手X轴移动，将物件放入1号存储滑道

（5）当物件为圆柱体时，电机驱动机械手X轴移动，将物件放入2号存储滑道

（6）机械手自动复位

输出部分Q0.0SB4启动指示

Q0.1SB5停止指示

Q0.2SB6复位指示

Q0.3KA1X轴正转控制

Q0.4KA2X轴反转控制

Q0.5Y1机械手升降控制

Q0.6Y2气爪控制

Q0.7Y3传送控制

3.4.7PLC外部接线图

物流分拣传输系统PLC外部接线图，如图3-11所示

图3.11PLC外部接线图

4系统软件设计

软件设计是PLC控制系统的核心，程序设计的主要任务是根据控制要求及工艺流程，画出状态流程图并设计出梯形图。

4.1PLC控制系统流程图

根据物流分拣传输系统生产工艺要求，分析各个设备的操作内容和操作顺序，并绘出操作系统流程图，如图4-1所示

图4.1系统流程图

系统送电后，电机开始运行，机械手复位。

传送带传送物件向前运行，光纤传感器检测到物件通过时，电机驱动机械手下降，到位后，电磁阀驱动气爪进行抓取。

若光纤传感器没有检测到物件通过，机械手则无动作。

电机继续驱动机械手上升，X轴电机驱动机械手横向移动，根据形状传感器的检测结果，将物件放入相应的存储滑道。

然后，机械手复位，准备下一循环动作。

4.2控制系统程序设计

根据绘制的控制系统流程图，在Step7编程软件中进行编程。

具体程序见附录，以下对程序进行简单介绍。

如图4-2所示，为物流分拣传输系统PLC编程的符号表。

PLC物流分拣传输系统设计+电气原理图（9）:

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