基于PLC控制的物料自动 检测与分拣系统设计（去格式）.docx

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1、基 于 PLC 控 制 的 物 料 自 动检 测 与 分 拣 系 统 设 计工 程 领 域 控 制 I 程 作 者 姓 名 隹 指 导 教 师 王 哲 答 辩 日 期 目 专 业 学 位 硕 士 学 位 论 文基 于 PLC 控 制 的 物 料 自 动 检 测 与 分 拣 系 统 设 计Design of Automatic Material Detection and Sorting System Based on PLC作 者 姓 名 ： 戴 俊 工 程 领 域 ： 控 制 工 程 学 号 ： 41309175 指 导 教 师 ： 王 哲 龙 完 成 日 期 ： 2 0 1 5 年 9 月

2、Dalian University of Technology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工 作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本 论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位 或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在 论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学 位 论 文 题 目 ： 基 于 PLC 控 制 的 物 料 自 动 检 测 与 分 拣 系 统 设 计作 者 签 名 ： 4 炎 日 期 ： 年 / 上

3、月 弓 日摘 要随 着 国 内 现 代 化 技 术 的 迅 猛 发 展 ， 自 动 控 制 技 术 在 制 造 、 物 流 等 行 业 应 用 非 常 广 泛 , 同 时市场的竞争越来越激烈，很多企业在生产过程中都应用了各种各样的自动生产线或 者进 行了生产设备的自动化升级改造。通过应用自动控制技术，从而大大提高了企业的 生产效 率，減少了人工劳动强度，同时在质量控制方面也得到了明显的改善，企业生产 过程控制 在很多方面都有了很大的提高，所以研制投入自动化生产线也就成为了现代化 生产技术发 展的必然趋势之一。物 料 自 动 分 拣 在 企 业 自 动 化 生 产 线 、 产 品 流 水 装 配

4、 线 上 以 及 自 动 化 立 体 仓 库 中 被 广 泛 运用。自动分拣与传统手工分拣相比具有效率高差错率低、分拣点多、无人工化作业 等优 势 ， 自 动 分 拣 装 置 的 控 制 系 统 是 分 拣 装 置 的 核 心 。 本 课 题 提 出 一 种 基 于 可 编 程 控 制 器 PLC 和气动控制的物料自动分拣系统，完成了 PLC 控制系统、气动控制系统等设计。该自动分拣系统是以三菱 FX2N 系列的 PLC 作 为 控 制 器 件 ， 该 系 统 主 要 由 送 料 模 块、 进料搬运模块、物料输送及分拣模块组成。每个模块都是基于气动装置作为执行 单元的 小型机电系统，另外在整个

5、系统上还安装了各种传感器，用于提供件的位置、 状 态 、 颜 色等信号，通过 PLC 完成对整个系统模块的控制，并采用触摸屏来作为输入控 制工具， 实现了对不同材质、不同颜色物料的自动分拣。通过实验运行结果表明，该系 统分拣正确 率高、运行稳定，且可通过设计更换不同种类的传感器实现对不同物料的自 动分拣。关键词：自动分掠；PLC;气动控制；传感器；触摸屏Design of Automatic Material Detection and Sorting System Based on PLCAbstractWith the rapid development of the technology

6、, the automatic manufacture technology is being used more and more widely. Meanwhile, with the more and fiercer market competition, many enterprises have applied all kinds of automatic production line or improve production facilities. The appliance of automatic control technology has improved the pr

7、oduction efficiency, reduced labor intensity, and improved the quality control as well as process control in enterpriseproduction ， which makes the rese 批 ch of automatic production line become of the inevitabletrends in automation field development.Material automatic sorting has been widely used in

8、 automatic production line, product assembly line and automatic multi-layered warehouse. Compared to traditional manual sorting，automatic material sorting has lots of advantages such as high efficiency, low error rate, more sorting points and no artificialization work. The control unit is the core o

9、f the automatic sorting device. A material automatic sorting system which based on PLC and pneumatics is presented in this topic.This automatic sorting system takes Mitsubishi FX2N series PLC as control unit which consists of feeding module, matenai incoming module and material handling and sorting

10、module. Each module is one small machinery and electronic system based on pneumatics. Meanwhile，thewhole system includes kinds of sensors to offer different signals of work piece positions ，conditions and colors， with the help of PLC controlling the all modules and applying touchpanel as input tool

11、to realize different sorting of various materials with different colors. The experiments show this sorting system has high accuracy, stable running conamon and can be used in differentmaterial sorting condition with replacement of different sensors.Key Words： Automatic Sorting; PLC; Pneumatic Contro

12、l; Sensor; Touchpanel目 录 m.IAbstract.II1 绪论 .11.1 论文研究的目的和意义 .11.2 自动化生产技术的发展概況 .21.3 PLC 国内外研究概况 .31.4 自动分拣系统国内外研究现状 .51.5 本课题主要研究内容 .101.5.1 自动分拣系统艺流程及模块组成 .101.5.2 气动控制设计及检测元件 .101.5.3 电气控制设计及触摸屏技术研究 .112 自动分拣系统的总体设计 .122.1 自动分拣系统设计思想 .122.2 分拣系统的组成模块 .132.2.1 送料模块 .132.2.2 进料搬运模块 .142.2.3 物料输送及分

13、拣模块 .153 分拣系统气动控制设计及检测元件 .173.1 气源处理装置 .173.2 气动夹爪及气缸控制 .173.3 自动分拣系统气动控制 .193.4 检测元件 .203.4.1 物料检测传感器的选择 .203.4.2 分拣运动限位开关选择 .214 自动分拣系統的电气控制设计 .224.1 PLC 系统设计概述及设计原则.224.1.1 PLC 系统设计的基本原则 .224.1.2 PLC 系统设计的一般步骤 .224.2 控制系统 PLC 选型及原理设计 .234.2.1 PLC 主机选型及系统概述 .234.2.2 FX2N 系列 PLC 硬件介绍 .244.2.3 PLC 输

14、入、输出（I /O)定义 .264.2.4 接线原理图及端子布置图 .274.2.5 程序设计 .294.3 变频器应用及基本操作 .294.3.1 变频控制基本介绍 .294.3.2 三菱变频器应用 .304.3.3 参数设置的方法 .325 分拣系统触摸屏组态设计 .345.1 组态软件 .345.2 通讯方式和器件选型 .355.2.1 分拣系统通讯方式 .355.2.2 其他通讯接及特点 .365.2.3 打印机接 .385.2.4 USB 接 .395.3 组态设计 .395.3.1 新建工程 .395.3.2 启停控制设计与组态界面 .436 系统调试 .466.1 软件仿真测试

15、.466.2 联机测试 .47 it.50參 考 文 献 .51附录 A 进料模块调试程序 .53附录 B 输送模块调试程序 .55E M.57大连理工大学学位论文版权使用授权书 .581 绪论1.1 论文研究的目的和意义在 现 代 业 生 产 中 自 动 化 水 平 的 不 断 提 高 ， 传 统 的 人 工 分 拣 方 式 已 经 跟 不 上 现 代 化 业发展的潮流。现代化工厂中，如果采用人工分拣在流水线上连续的、大批量的物料 很容 易出现分拣误差且生产效率较低。随着科学技术的快速发展，在机械生产过程及电 子等诸 多行业已经设计应用了很多功能和各式各样的自动生产线，在现代业生产中自 动化

16、生产 技术得到了广泛的应用大大提高了产品的质量、生产效率并且在改善工人劳动 条件、降低 能耗、节约材料等方面均取得了显著的成效。企业生产装配过程中，自动检 测与分拣技术 是企业实现自动化生产流水作业的个重要条件，自动化技术的应用已成 为种必然的趋 势。企 业 生 产 提 高 自 动 化 生 产 水 平 ， 采 用 g 动化设备在生产过程中代替以往多次重复或 者 精度要求较高的动作，在先进的生产制造领域起到了重要的作用。生产型企业要求产 品的 分拣包装的效率和成本的控制都很高，所以提高分拣生产效率是很多企业生产效率 持续改 进的重要措施之一。自 动 分 拣 输 送 在 现 代 生 产 行 业 当

17、 中 包 括 我 们 日 常 生 活 中 都 有 用 到 输 送 机 械 设 备 ， 比 如 我们超市收银台上需扫描的物料输送至扫描区，在邮政部门自动分拣信函并将分检出 的物 品输送至指定位置。自动分拣技术随着现代科学技术的发展，在现代市场应用的更 为广泛 1。 自 动 分 拣 系 统 综 合 了 可 编 程 控 制 器 、 机 械 传 动 与 气 动 控 制 、 人 机 界 面 、 电 机 拖 动 等 技 术的应用，其中应用可编程控制器技术是自动化的重要组成部分，具有自动控制、监 视作 用的系统是为满足实际应用环境而设计的系统，系统功能包括产品的分拣、处理、 显示及 人机交互等操作，其中稳定

18、的控制系统将会影响整个系统的平稳运行和控制的作 用，从而 会影响到对分拣系统整个过程的控质量，也是自动检测与分拣系統的灵魂。目 前 ， 自 动 分 拣 系 统 是 现 代 业 生 产 领 域 应 用 的 个 研 究 热 点 ， 零 件 分 拣 扭 转 是 实 际 生产过程的必要序，也是零件加工到装配线的重要过程,其中对物料的检测与识别 是自 动分拣系统的重点，在系统设计前了解零件的材质、颜色、形状等特征以及下道 序的装 配所需的零件组成，对整个控制系统的设计都很重要。通过自动检测与分拣的研 究，实现 提高生产效率、资源利用率和降低人工劳动强度都具有非常重要的意义。本课题针对爱科谷瑞公司生产线下

19、料和半成品加工后扭转到装配线的分拣输送过 程 所存在的实际问题，研究计划优化现阶段的人工分拣方法，设计自动检测与分拣系统理论验证测试，以及在我司的粮食输送设备产品中都可应用自动分拣技术在实际生产 过 程中，很多序需要对产品进行分拣处理，而从时分析上看采用人工分拣的生产效 率 很低、人工成本较高而且人为的失误也是不可避免的。对产品的自动分拣可以有效的 改 进企业生产过程中存在的这类问题，为企业降低成本、提高效率和增强企业的综合竞 争 力，因此，研究自动检测与分拣系统，对企业改进生产效率，实现产能升级有着重要 的 意义。1 . 2 自 动 化 生 产 技 术 的 发 展 概 况 个 国 家 自 动

20、 化 生 产 装 备 的 水 平 和 制 造 能 力 代 表 了 装 备 制 造 能 力 的 最 高 水 平 ， 是 个国家制造业发达程度和国家综合实的综合体现。早在上世纪 30 年代，自动生产线 起 源于美国，使美国的制造业有了空前的发展，大大提髙了生产技术的要求。自 动 生 产 线 第 一 代 ， 主 要 釆 用 传 统 机 械 构 件 来 控 制 ， 其 结 构 较 为 复 杂 、 制 造 艺 要 求 较高、自动化生产效率低，不适用于现代的多品种、小批量生产。自动生产线第二代 系 统是采用继电器控制来代替传统的机械构件实现自动化，但是电气线路很复杂、可靠 性 和动态性能较低。目 前 广

21、泛 使 用 的 第 三 代 自 动 生 产 线 是 釆 用 机 械 、 电 气 、 液 压 、 气 动 相 结 合 的 综 合 自 动 化，在结构上进步的简化了。使用接近开关代替行程开关及微动大大降少触点的数 量， 对 控 或 PLC 组 成 的 电 控 系 统 使 用 继 电 器 、 接 触 器 等 器 件 组 成 的 系 统 来 代 替 ， 应 用 MCGS， King View 等组态软件，应用监控功能进行实时监控生产线包括还有生产过程 中 重要的设备的工作状态 21。通 过 装 备 检 测 装 置 在 自 动 生 产 线 关 键 位 进 行 实 时 的 参 数 比 较 ， 通 过 设

22、备 所 提 供 的 数 据 与 常 态 比 较 ， 当 対 比 的 数 据 有 异 常 时 则 发 出 报 警 信 号 ， 系 统 可 立 即 停 止 自 动 生 产 线 工 作，有效防止生产事故的发生，进步提高了自动生产线的可靠性 2。国外大量使用自动化生产线应用于汽车行业、电子和电器行业、物流与仓储行业等, 从 而 保 证 了 其 产 品 的 质 量 和 生 产 作 业 的 效 率 。 在 不 断 迅 速 发 展 的 高 新 技 术 及 不 断 扩 大 和 深 化的今天的企业现代化生产规模，不断更新和研发自动化生产线非常重要。自 动 生 产 技 术 的 应 用 对 提 高 生 产 效 率

23、及 质 量 ， 降 低 人 工 作 业 强 度 ， 并 且 能 有 效 的 控 制 成本，使得企业具有更强的竞争力。我国目前制造业特别是摩托车、家电、汽车等行 业 的发展竞争日趋激烈，制造业对自动化生产装备应用提出迫切需求。随着 PLC 控制技术、变频技术、计算机技术和网络技术的迅速发展企业自动化生 产 线也越来越多，种类剧增的现代生产自动设备，它的最大特点就是它的系统、综合，系统性是指在微处理单元控制下生产线的自动检测、信号传输处理、自动控制、执行及 驱 动 等 机 构 在 一 起 有 序 地 工 作 。 综 合 性 是 指 有 机 地 结 合 微 电 子 、 电 电 子 、 传 感 测 试

24、 、 接、信息变换、机械、网络通信等多种技术，应用到生产设备中。近 年 来 ， 有 个 新 的 控 制 理 论 推 出 这 就 是 智 能 控 制 ， 是 另 个 控 制 发 展 方 向 ， 智 能 控 制 取得了较大进展，智能控制理论与经典控制理论不同，也和现代控制理论的处理不同， 控 制器设计不同于之前的数学解析模型设计，而是广义模型的设计结合了数学模型与知 识系 统，自动控制技术为人类社会进步带来了巨大利益。它模仿人的行为并研究解决人 复杂的 控制问题，以计算机科学技术、控制理论基础、人工智能控制技术等课题作为基 础，将传 统的控制理论和智能控制理论相结合。因此，该技术的应用特別包括模糊

25、控制 理论、神经 网络等可以实现完善常规的控制方法，这样对不确定性、未知非线性系統的 自适应控制也 可以实现。现在，应用智能控制技术结合到自适应控制非线性系统，是非 线性控制理论中 的个重要方面 13。1.3 PLC 国内外研究概况在 实 际 生 产 过 程 业 控 制 中 ， 有 比 较 多 的 开 关 量 在 控 制 设 计 中 都 是 按 照 顺 序 控 制 的 逻 辑关系进行设计的，采集的数据是大量的离散量，根据逻辑顺序实现的连锁控制的保 护动 作设计。在之前很多的系统，都是通过气、电控制的系统来设计的。美国通用汽车公司在 1968 年 ， 提 出 了 要 更 新 继 电 器 的 控

26、制 设 计 ， 在 1969 年美国的 数 字设备公司设计开发了一种基于集成电路及电子技术的控制装置，在这食装置中首次 应用 了程序化的设计手段，这就是可编程序控制器（PLC)的第一代，也就是被大家公 认的最 早开发的第一台 PLC41。它最初的设计理念是想将计算机软件的控制思想代替继 电器的逻 辑，在硬件的构成上相似于微型计算机。微处理器诞生于 20 世纪 70 年代初，大家很快就将微处理器应用到可编程控制器，这 样 PLC 就能进行数据的传送、运算和处理等，应用了它后实现具有计算机特征的 控装 置。梯形图是可编程控制器主要的设计编程语言，梯形图设计和继电器的电路图很 相似， 方便了工程技术人员的使用，而且通过继电器命名参加运算和处理的存储元件。 这个阶段 的 PLC 是微处理器和传统继电器控制很好融合的产物 41。在 20 世紀 70 年 代 中 末 期 ， 可 编 程 控 制 器 的 发 展 进 入 到 实 际 应 用 阶 段 ， 应 用 计 算 机 技 术到可编程控制器，这引入使得可编程控制器的功能得到了迅猛提升。在运算速度、 控 制器体积、模拟量运算和抗干扰的设计等方面都表现突出，以及它极高的性价比让它 在现 代业生产中有着不可取代的地位 4。