【正文】 ................................................................... 33 5 調(diào)試過(guò)程 ............................................................................................................................ 35 6 結(jié)論 ................................................................................................................................... 37 結(jié)束語(yǔ) ................................................................................................................................... 38 致 謝 ..................................................................................................................................... 39 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 40 附錄Ⅰ 程序清單 .................................................................................................................... 41 附錄Ⅱ 面板分布圖 ................................................................................................................ 46 附錄Ⅲ 面板接線圖 ................................................................................................................ 47 附錄 Ⅳ 子程序清單 ................................................................................................................ 48 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 本課題研究的內(nèi)容 本課題研究的內(nèi)容是 應(yīng)用 PLC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng) 的自動(dòng)控制 并用組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行 。 本系統(tǒng)通過(guò)傳感器信號(hào)采集， PLC 控制 ，對(duì)交流電機(jī)、電磁閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制、位置控制、時(shí)序 邏輯控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送帶上的物料進(jìn)行定位 、 辨識(shí)、分類的功能 ，并通過(guò)組態(tài)監(jiān)控界面監(jiān)控整個(gè)過(guò)程的進(jìn)行。 課題 研究的 目的 及 意義 自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)是物流 系統(tǒng) 中 廣泛采用的一種分揀系統(tǒng)。 一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口四部分組成，它們通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，配合人工控制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)完整的分揀系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)有 ： 能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率極低，分揀作業(yè)基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人化 ，可通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控整個(gè)分揀過(guò)程 。自動(dòng)分揀系統(tǒng)中人員的使用僅局限于進(jìn)貨時(shí)的接貨、系統(tǒng)的控制、系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)、管理與維護(hù)等 ，這恰好符合了企業(yè)對(duì)減少人員使用、減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人員使用效率的要求，因此受到了廣泛重視。 國(guó)內(nèi) 外相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外有關(guān)研究的綜述 以美國(guó)、日本及歐洲為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家，在分揀系統(tǒng)的應(yīng)用上呈現(xiàn)出自動(dòng)化程度越來(lái)越高的特點(diǎn)。自動(dòng)分揀系統(tǒng)已成為發(fā)達(dá)國(guó)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。 自動(dòng)分揀系統(tǒng)是二戰(zhàn)后在美國(guó)、日本以及歐洲的大中型物流中心廣泛采用的一種分揀系統(tǒng)，參照郵局分揀信件自動(dòng)化的經(jīng)驗(yàn)配置而成。就國(guó)外進(jìn)行配送業(yè)務(wù)的行業(yè)或沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 企業(yè)來(lái)說(shuō)，自動(dòng)揀選系統(tǒng)已被廣 泛應(yīng)用在醫(yī)藥、化妝品制造等行業(yè) 。 自動(dòng)分揀機(jī)作為自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，因其 較 高 的 效率 ， 已 在 發(fā)達(dá)國(guó)家 得到廣泛應(yīng)用 。 然而，盡管自動(dòng)分揀系統(tǒng)有非常多的優(yōu)點(diǎn)，但因其要求使用者必須具備一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，在發(fā)達(dá)國(guó)家，物流中心、配送中心或流通中心不用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的情況也很普遍。其主要原因有兩點(diǎn) : 專業(yè)的自動(dòng)分揀設(shè)備 一次性投資巨大，先期投入回收慢。系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，投資和運(yùn)營(yíng)成本 較 高，需要可靠的貨源作保證，也許只有大型生產(chǎn)企業(yè)或?qū)I(yè)物流公司才有能力投資，小企業(yè)則無(wú)能為力。 系統(tǒng)對(duì)商品外包裝要求高。為使大部 分商品都能用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)分揀，需要采取諸如推行標(biāo)準(zhǔn)化包裝、根據(jù)分揀商品統(tǒng)一的包裝特性定制分揀機(jī)等措施。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行 相同 的包裝標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，定制分揀機(jī)又會(huì)使硬件成本上升，且越是特別的通用性就越差 ，不利于推廣。 除自動(dòng) 分 揀系統(tǒng)外， 配送中心對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助揀選系統(tǒng)的利用也相當(dāng)普遍。在流通領(lǐng)域，特別是連鎖超市、便利店的配送中心都廣泛使用電子標(biāo)簽、 RF 等計(jì)算機(jī)輔助揀選系統(tǒng)。 國(guó)內(nèi)有關(guān) 研究的綜述 與整個(gè)物流業(yè)的大環(huán)境相似，我國(guó)在分揀系統(tǒng)和技術(shù)方面相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家還比較落后，人工作業(yè)的情況仍比較普遍 ，電子標(biāo)簽、 RF 技術(shù)等輔助揀選系統(tǒng)的生產(chǎn)和使用還不多，自動(dòng)揀選系統(tǒng)更是寥寥無(wú)幾?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用呈現(xiàn)出集約化程度低、自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)用范圍不廣泛的特點(diǎn)。 阻礙自動(dòng) 分揀 系統(tǒng)發(fā)展的因素有很多，有些則是與我國(guó)整個(gè)物流業(yè)存在的問(wèn)題相一致的。物流標(biāo)準(zhǔn)化就是我國(guó)物流業(yè)長(zhǎng)期關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。商品的條碼化、包裝的標(biāo)準(zhǔn)化等是自動(dòng)化揀選系統(tǒng)得以順利運(yùn)行的保證，而在我國(guó)，由于 很多 商品包裝箱上 沒(méi)有印刷條碼，商業(yè)系統(tǒng)至今尚沒(méi)有認(rèn)真研究過(guò)運(yùn)用自動(dòng)分揀機(jī)。另外，由于一個(gè)公司或企業(yè)往往無(wú)法左右整個(gè)行業(yè)的進(jìn)展，一些大企業(yè)傾向于開(kāi) 發(fā)適合自己業(yè)務(wù)特點(diǎn)的系統(tǒng)，這又進(jìn)一步造成了實(shí)際中接口的障礙。自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的價(jià)格問(wèn)題也是另一個(gè)阻礙因素，小企業(yè)一般無(wú)力購(gòu)進(jìn)高價(jià) 的專業(yè) 設(shè)備。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 如今，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，為了發(fā)展我國(guó)物流業(yè)，國(guó)內(nèi)的許多企業(yè)和政府部門 做了很多 努力，也已取得了一定的成效 ， 例如 ： 隨著科技的日新月異，國(guó)內(nèi)的一些物流配送中心也開(kāi)始結(jié)合自身特點(diǎn) ， 采用高技術(shù)含量的設(shè)備和系統(tǒng)來(lái)提高分揀配送效率。 可行性分析 本 課題 設(shè)計(jì) 是應(yīng)用 PLC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)的自動(dòng)控制， 要求系統(tǒng)具有傳輸、分類、保管等功能 ，并通過(guò)組態(tài)監(jiān)控整個(gè)分揀過(guò)程 。根據(jù)此系統(tǒng)的功 能構(gòu)造，其可行性 分析 如下： 首先，在器件選擇上看。所需器件：電感式接近開(kāi)關(guān)、電容式接近開(kāi)關(guān)、標(biāo)識(shí)傳感器、光電開(kāi)關(guān)、編碼器、電動(dòng)機(jī)、傳送帶、計(jì)算機(jī)、空壓機(jī)、氣缸、換向閥、輸氣管道、穩(wěn)壓電源、網(wǎng)孔板。 其次，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看。 為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的系統(tǒng)功能，因此，在器件選擇上，尤其是在傳感器上，要求 穩(wěn)定性好 ， 準(zhǔn)確率高，這樣相對(duì)的價(jià)格就會(huì)高一些，但與其性能相比，此系統(tǒng)還是具備了較高的 性價(jià)比， 較好的實(shí)現(xiàn)了分揀系統(tǒng)的基本功能。 最后，從效率角度來(lái)看。運(yùn)用 傳感器掃描輸入識(shí)別技術(shù)具有響應(yīng)速度快，準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)。工作效率可高達(dá) 98%，具有良好的應(yīng)用前景。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 總體設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)初期， 為了使控制系統(tǒng)具備更佳 的工作性能，需要進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，此部分包括方案選擇、設(shè)計(jì)思想以及總體設(shè)計(jì)方案。 系統(tǒng)硬件選擇 由于本課題的研究?jī)?nèi)容有多種實(shí)現(xiàn)方案，因此，方案選擇成為本次設(shè)計(jì)的重中之重。具體方案論證如下： 第一種方案 ：利用 PLC 實(shí)現(xiàn)分揀控制，根據(jù)物料材質(zhì)及顏色進(jìn)行分揀，分別分揀鐵質(zhì)、鋁質(zhì)及 黃 色的物料。系統(tǒng)有底座、氣動(dòng)部分、傳送部分及電氣控制等四部分組成。氣動(dòng)部分由電磁閥、氣缸和各種與氣源相 連 的部件組成，電氣控制由西門子、三菱或歐姆龍的可編程控制器、電源、傳感器等部件組成。通過(guò)傳感器信號(hào)采集， PLC控制，實(shí)現(xiàn)對(duì) 開(kāi)關(guān) 、 異步電機(jī)、電磁閥 等 進(jìn)行較復(fù)雜的控制等功能，并采用編碼器和高速計(jì)數(shù)器完成對(duì)物料間間距的測(cè)量，并通過(guò)編碼器的測(cè)量，測(cè)得傳感器與氣缸之間的步距，從而使得氣缸準(zhǔn)確地將物料推入滑道，有效的實(shí)現(xiàn)分揀功能。同時(shí)，具有報(bào)警功能，一旦分揀系統(tǒng)出現(xiàn)故障，氣缸打出時(shí)將物料卡住，傳送帶立即停止，并由蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，使得分揀系統(tǒng)更加直觀化、系統(tǒng)化。由于可編程控制器成功率高，可靠性好，設(shè)計(jì)程序簡(jiǎn)單，因此，在工業(yè) 生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，但因 PLC 成本較高限制了其應(yīng)用的范圍。 第二種方案：根據(jù)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)分揀控制，采用機(jī)械手進(jìn)行分揀，系統(tǒng)可分為底座、傳送部分、電氣控制及分揀部分。電氣控制由單片機(jī)、電源、傳感器等部件組成。同樣通過(guò)傳感器信號(hào)的采集和 PLC 控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)和機(jī)械手進(jìn)行較復(fù)雜的位置控制、開(kāi)關(guān)控制等功能。程序部分則按照設(shè)計(jì)的基本邏輯要求進(jìn)行編程。通過(guò)各限位信號(hào)及檢測(cè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制，實(shí)現(xiàn)分揀功能。由于單片機(jī)成本低、效益高，因此在許多領(lǐng)域受到關(guān)注，但因其穩(wěn)定性和抗電磁干擾能力比較弱，所以在一些高性沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 能的系統(tǒng)中 不被廣泛采用。 綜上所述，比較第一種方案和第二種方案，由于后者運(yùn)行可靠性低、抗干擾能力差，程序修改繁瑣，對(duì)于物料的出庫(kù)及入庫(kù)位置不夠精準(zhǔn)，并且通訊設(shè)計(jì)也比較繁瑣。雖然前者成本較高，但是考慮到分揀的準(zhǔn)確性和可靠性，為了使系統(tǒng)具備更 好的工作性能 ， 本設(shè)計(jì) 選擇第一種方案作為總體方案。 上位機(jī)監(jiān)控軟件選擇 在制作 產(chǎn)品分揀控制系統(tǒng) 上位機(jī)監(jiān)控 系統(tǒng) 時(shí)，可以使用 Visual 或組態(tài) 等軟件。 使用組態(tài)王和 VB 軟件都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能、制作出上位機(jī)監(jiān)控 系統(tǒng)， 但在使用VB 制作過(guò)程中，每一步都不好實(shí)現(xiàn)。使用組 態(tài)王軟件制作上位機(jī)監(jiān)控程序的過(guò)程遠(yuǎn)比使用 VB 簡(jiǎn)單的多。首先使用 VB 制作監(jiān)控畫(huà)面不能使監(jiān)控畫(huà)面十分逼真完美，而且由于 VB 的畫(huà)圖功能有限，制作一個(gè)簡(jiǎn)單的監(jiān)控畫(huà)面也十分困難，只有采用第三方軟件畫(huà)出圖形，再使用 VB 調(diào)用該圖形的方法；其次使用 VB 制作運(yùn)行的動(dòng)畫(huà)效果十分繁瑣復(fù)雜且制作出來(lái)的動(dòng)畫(huà)也無(wú)法達(dá)到令人滿意的逼真效果；第三，也是最重要的，使用 VB 和 PLC 進(jìn)行通信最終達(dá)到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的過(guò)程十分復(fù)雜。而通用組態(tài)軟件有強(qiáng)大的界面制作系統(tǒng)，可制作各種復(fù)雜形狀及色彩的圖形，這將使監(jiān)控界面生動(dòng)形象且十分人性化。 通過(guò)對(duì)比，為了更好 的完成設(shè)計(jì)，我最終選擇了組態(tài)軟件作為上位機(jī)監(jiān)控軟件，并用其中比較熟悉的組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。 設(shè)計(jì)思想 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)輸送分揀系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)要求首先配置可編程控制器，可將其放置實(shí)驗(yàn)臺(tái)下面以避免不必要的空間浪費(fèi)，然后配置傳輸系統(tǒng)，為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)臺(tái)面積和配合傳感器工作，我采用體積小、噪音低的減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)寬為 、長(zhǎng)為 83cm、高約為 7cm的立式傳送帶，為了控制和測(cè)量物料間的距離，在電機(jī)的一頭加上編碼器。最后配置了分揀系統(tǒng)，出于節(jié)省空間和對(duì)周邊環(huán)境污染小的緣故，我采用了氣動(dòng)裝置沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 來(lái)實(shí)現(xiàn)分揀功能，這樣，就 需要一個(gè)氣泵來(lái)提供氣壓，由于氣泵相對(duì)體積較大，故可放在地上，不占用實(shí)驗(yàn)臺(tái)面積。氣動(dòng)裝置包括氣缸、電控?fù)Q向閥、分水濾氣器、減壓器、油霧器、閥島及輸氣管道。 在面板上，為了節(jié)省面板面積，傳感器采用懸掛式檢測(cè)方式，出于方便傳感器懸掛的原因， 本設(shè)計(jì) 采用了垂直式網(wǎng)孔板，為了滿足傳感器檢測(cè)的距離范圍