基于LC的图书分拣控制.doc

精选资料常州机电职业技术学院毕业设计（论文）作 者： 学 号： 系 部： 机械工程系 专 业： 机电一体化技术 题 目： 基于PLC的图书分拣控制 指导者：评阅者： 2013年 5月 毕业设计（论文）中文摘要 自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。 控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。 本设计通过对分拣机图书分拣功能的了解，硬件接线的熟悉，选取了西门子S7-200 进行了软件设计，实现分拣机图书分拣系统的功能，利用条形码扫描、重量检测、高度检测及形状识别等传感器，对图书进行分类，决定图书该进入哪一个分拣道口。这对解决图书退货问题有着重要的现实意义。关键词：自动分拣系统 分拣信号 西门子 PLC毕业设计（论文）外文摘要 Title：The book sorting based on PLC control Abstract：Automatically grading system generally by control devices, classification, feeding 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 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 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 design, 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: Automatically grading system ,sorting signals ,Siemens ,PLCr 目录1. 绪论自动化生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的。它不仅要求线体上各种机械加工装置能自动的完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格的制品，而求要求在装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送、工件的分拣甚至包装等都能自动的进行。时期按照规定的程序自动的进行工作。我们称这种自动工作的机械电气一体化系统为自动生产线。自动化生产线综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术、人机接口技术等，通过一些辅助装置按工艺顺序将各种机械加工装置连成一体，并控制液压、气压和电气系统将各个部分动作联系起来，完成预定的生产加工任务。1. 1 自动化生产线技术自动化生产线是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。狭义的生产线是按原对象原则组织起来的，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。 1. 2 自动化生产线的步骤a) 先确定节拍时间：不论何种制品，皆在其必须完成的恰好时间内制造。 b) 单位流程：只针对一项产品，进行单位配件的搬运、装配、加工及素材的领取。 c) 先导器：制作以目视即能了解节拍时间的装置。 d) U字型生产线：将设备依工程顺序逆时针排列，并由一人负责出口及入口。e) AB控制：只有当后工程无产品，而前工程有产品的情形，才进行工程。 f) 灯号：传达生产线流程中产品异状的装置。 g) 后工程领取：生产线的产品要因应后工程的需求。可修改编辑1. 3该研究的目的及意义 该研究的目的及意义 分拣作业是物流配送中的一个关键的环节，分拣指的是根据顾客订单要求或是物流配送中心运输的要求，迅速、准确的将商品从相应的货位或是其他区域拣出，按照要求的方式进行分类，集中并等待配装送货的过程。分拣也是配送中心中最繁琐，工作量最大的一个环节，但也是配送中心流程作业中的核心。采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。1.4机电一体化技术发展概况自动线所涉及的技术领域是很广泛的，所以它的发展、完善是与各种相关技术的进步及相互渗透是紧密相连的。因而自动线的发展概况就必须与整个支持自动生产线有关技术的发展联系起 来。技术应用发展如下：a 应用可编程控制技术 b 应用机械手、机器人技术c 应用传感技术d 应用液压和气压传动技术e 应用网络技术的飞跃发展1.5国内外图书分拣的现状及趋势与国际物流业的大环境相比，我国在与发达国家相比在分拣系统和技术等方面还是比较落后的，流程中人工操作的情况还是比较普遍的，自动分拣系统的生产和使用还是寥寥无几。总的说，我国分拣系统的应用程度低，应用范围不广泛的特点还比较显著。 影响我国自动分拣系统发展的因素很多，其中一些则是与我国整个物流业的问题一致。标准化的问题是我国需要关注的问题之一，我国与国外相比，商品运输包装箱上基本没有条码印刷，以致自动分拣系统的顺利运行遇到了阻碍。国外研究现状及发展趋势 以美国、日本以及欧洲为代表的发达国家，在分拣的应用上拥有自动化程度很高的特点。自动分拣系统已经成为发达国家大中型物流、配送中心或是流通方面不可或缺的一部分。 美国、日本以及欧洲为代表的发达国家在二战后就广泛采用了自动分拣系统（Automated Sorting System），主要是参照邮局分拣信件的经验组配而成的。一般情况下由控制装置、输送装置、分类装置以及拣道口四部分组成的，通过计算机连接在一起，配合人工或是计算机的相应技术环节构成一个完整的系统。 自动分拣系统能够连续大批量的分拣货物，误差率低，基本实现无人自动化三个特点。在自动分拣系统中的人员仅限于进货的接货，系统的管理、控制、维护与经营等等，这些恰巧于国外企业对减少使用人员，减轻劳动强度，提高工作效率的要求相吻合，因此收到了外企的极大重视。1.6课题任务本次设计主要完成了对堆放的图书进行初步分类，以单本的形式在传送带上输送；利用条形码扫描、重量检测、高度检测及形状识别等传感器，对图书进行分类，决定图书该进入哪一个分拣道口。通过生产线的分拣来处理繁杂的图书从而减少人力劳动。2图书分拣系统总体设计方案2.1 设计要求本设备用于图书馆对归还图书进行自动分拣，组成为：控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成，并利用西门子PLC进行编程控制。 控制装置有识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置，对物料进行自动分类。本课题对图书进行分拣，要求：（1） 对堆放的图书进行初步分类，以单本的形式在传送带上输送；（2） 利用条形码扫描、重量检测、高度检测及形状识别等传感器，对图书进行分类，决定图书该进入哪一个分拣道口。2.2总体设计方案2.2.1本方案的实际应用出版业是一个重要的产业。在我国，2005年出版行业增加值已经占到全国GDP的1%，仅图书一项以定价总金额计算的市场规模就已达632.28亿元人民币，并以6%左右的速度在增长，随着知识经济和学习型社会的建立，中国图书业市场的发展速度还会加快。事实上，图书配送中心仍然面临着大量图书退货的现实，必须解决退货的处理作业问题，保证当天收到的图书能够完成分拣上架和相应的处理。 2.2.2设计方案的构想图2-1为图书自动分拣提供设备，该装置可以使堆放的书籍以单本形式在传送带上输送（堆放的图书必须全部反面朝上以便下面对条形码的分拣）如图2-1所示，书籍自动分拣供给设备，包括传送皮带机1，该传送皮带机1具有三条不同速度的传送皮带，所述的传送皮带按速度快慢从上往下装配成阶梯状，包括:低速传送皮带11、中速传送皮带12和高速传送皮带13。传送皮带机1顶部还设有与低速传送皮11同步的托书装置2，所述的托书装置2包括托书架皮带21和复数个托书架22，托书架皮带21悬设于传送皮带机1顶部，其传送轴与传送皮带机1顶层的低速传送皮带11垂直，而托书架22则间隔排开固定在托书架皮带21上。设备接通电源后，通过马达驱动传送皮带机1运行，工作人员将若干本不同规格的书籍3叠放在低速传送皮带11上，并靠与托书架22将书籍3支撑斜立，此时书籍3随低速传送皮带11平移;当书籍3随低速传送皮带11平移到与中速传送皮带12上交界处时，托书装置上最外侧的第一本书籍随即率先掉落在下层的传送皮带上，随后的书籍会相继掉落;由于中速传送皮带12的速率高于低速传送皮带11，于是书籍在相继掉落的时间间隔里顺其自然的被分选成单本;基于同样的原理，中速传送皮带12上的书籍掉落到高速传送皮带13上，进一步确保书籍分选成单本，然后被运送下一个环节。图2-1图2-2是对书籍供给设备内部传送装置的说明图，1内部使用电机传授，1和12交接处以及12和13交接处使用减速机构。图2-3是图书自动分拣系统的示意图 图2-31 号模块为图书自动供件机，采用皮带勾块推动图书分离的方式实现等节距分离；2 号模块为周转箱满盒输出口；3 号模块为周转箱空盒喂入口；4 号模块为周转箱自动取出/喂料机；5 号模块为自循环输入口，按照计数光电管对应的技术和 PLC 同步控制信号实现插入式供件；6号模块为自循环中简段；7 号模块为自循环输出口，6、7、8 号模块共同组成自循环回路，自循环物品应选用底面平整的盒类纸箱；8 号模块为图书输出口；9 号模块为和拒识物品输出口，是以电动滚筒为动力的滚筒输送机，在该输送机的邻近滑块分拣机端是接货位，存放周转箱，当周转箱装满时会自动送出并被交叉带小车接走， 当交叉带小车返回空箱时，会自动接回空箱，送至接货位；10 号为滑块分拣机，能按照条码扫描器的读取结果进行路向分拣，可实现图书、和自循环回路的分拣；11 号模块为供件汇合线，由一条平面皮带输送机构成，实现图书、和自循环物品的汇合，汇合时的物品间距由计数光电管和相关 PLC 同步程序控制；12 号模块为电气和 PLC 控制箱，整机的低压电器、启闭开、PLC 控制器均安装于此。223传感器编号及分布图 图2-43 硬件电路设计3.1使用元器件的简单介绍本设计所使用的元器件有电机、传感器、接触器、热继电器等多种元件。通过各种元器件的配合，通过控制系统实现分拣功能。3.1.1电机选择1. 根据电源电压、使用条件、拖动对象选择电动机.要求电源电压与电动机额定电压相符.2. 根据安装地点和工作环境选择不同型式的电动机.3. 根据容量、效率、功率因数、转数选择电动机.如果容量选择过小,就会发生长期过载现象,影响电动机寿命甚至烧毁.如果容量选择过大,电动机的输出机械功率不能充分利用,功率因数也不高.因为电动机的功率因数和效率是随着负载变化的.4. 电动机在恒定负载运行下,功率计算公式如下:式中: P电动机的功率(KW); 生产机械功率(KW); 生产机械本身效率; 电动机效率.上式计算出的功率不一定与产品规格相同,所以选择电动机的额定功率(P1)应等于或稍大于计算所得的功率。根据系统操作要求选择了如下电机：a) 滑块电机选用台达伺服驱动器控制的伺服电机；b) 汇合电机选用Kinco步进驱动器控制的步进电机；c) 空压泵电机选用双速电机；d) 图书供件电机选用MM420变频器控制的三相异步电机3.1.2传感器、接触器、热继电器选择 传感器选用电感式接近开关电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场这样一种物理效应。如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。接触器选用CJ20-10/CJ20-16型接触器其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流相关元件主要技术参数及原理如下：a 操作频率为1200/hb 机电寿命为1000万次c 主触头额定电流为10/16（A）d 额定电压为380/220（A）e 功率为2.5KW热继电器选用JR16B-60/3D型热继电器其中“J”表示继电器，“D”带断相保护相关元件主要技术参数及原理如下：a 额定电流为20（A）b 热元件额定电流为32/45（A）3.2 控制系统3.2.1 PLC的简介 图3-1为PLC结构组成图 图3-1PLC的优点(1) 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也 能进行连续过程的 PID 回 路控制；并能与上位机构成复杂的控 制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。 (2) 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语 句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现 场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬 件。(3) 能适应各种恶劣的运行环境， 抗干扰能力强， 可靠性强， 远高于其他各种机型。3.2.2 PLC选择PLC 的选型方法 （一）分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象 机、电、液之间的配合，提出被控对象对 PLC 控制系统的控制要 求，确定控制方案，拟定设计任务书。 （二）确定 PLC 的输入/输出设备 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如： 按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如： 接触器、 电磁阀、 信号指示灯及其它执行器等） 从而确定与 PLC ， 有关的输入/输出设备，以确定 PLC 的 I/O 点数。 （三）选择 PLC PLC 选择包括对 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源等的选 择。 （四）分配 I/O 点并设计 PLC 外围硬件线路S7-200 CN 系列PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 CN 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200 CN 系列具有极高的性能/价格比。结合表2-1及本系统实际要求和实际输入输出点要求，选择CPU224-XP型PLC。它集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O,位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。表2-1 S7-200系列PLC CPU选型型号表CPU系列号产品图片描述选型型号CPU221DC/DC/DC；6点输入/4点输出6ES7 211-0AA23-0XB0AC/DC/继电器；6点输入/4点输出6ES7 211-0BA23-0XB0CPU222DC/DC/DC；8点输入/6点输出6ES7 212-1AB23-0XB0AC/DC/继电器；8点输入/6点输出6ES7 212-1BB23-0XB0CPU224DC/DC/DC；14点输入/10点输出6ES7 214-1AD23-0XB0AC/DC/继电器；14点输入/10点输出6ES7 214-1BD23-0XB0CPU224XPDC/DC/DC；14点输入/10点输出；2输入/1输出共3个模拟量I/O点6ES7 214-2AD23-0XB0AC/DC/继电器；14点输入/10点输出；2输入/1输出共3个模拟量I/O点6ES7 214-2BD23-0XB0CPU226DC/DC/DC；24点输入/16点晶体管输出6ES7 216-2AD23-0XB0AC/DC/继电器；24点输入/16点输出6ES7 216-2BD23-0XB0CPU226XMDC/DC/DC；24点输入/16点晶体管输出6ES7 216-2AF22-0XB0AC/DC/继电器；24点输入/16点输出6ES7 216-2BF22-0XB0在本控制系统中，需通过继电器来控制220V的电机，结合系统实际需要及系统的可扩展性和方便性，选择增加EM223CN DC/RELAY晶体管拓展模块。THANKS !致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考