基于PLC控制的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)【說(shuō)明書(shū)+開(kāi)題+答辯資料】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
課題名稱: 基于PLC控制的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名: 劉回
學(xué) 號(hào): 2011509020
學(xué) 院: 機(jī)械電氣工程學(xué)院
專業(yè)、年級(jí): 電氣工程及其自動(dòng)化11級(jí)1班
指導(dǎo)教師:
職 稱: 講師
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))起止時(shí)間: 2015.3—2015.6
1.課程名稱及來(lái)源
名稱:基于PLC控制的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)
來(lái)源:自己選題
2.主要研究(設(shè)計(jì))目的及意義
2.1 研究的背景
自動(dòng)分揀系統(tǒng)(Automated Sorting System)是二次大戰(zhàn)后率先在美國(guó)、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng),該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家大中型物流中心不可缺少的一部分。該系統(tǒng)的作業(yè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單描述如下:流動(dòng)中心每天接收成百上千家供應(yīng)商或貨主通過(guò)各種運(yùn)輸工具送來(lái)的成千上萬(wàn)種商品,在最短的時(shí)間內(nèi)將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲(chǔ)位或發(fā)送地點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類,將這些商品運(yùn)送到指定地點(diǎn)(如指定的貨架、加工區(qū)域、出貨站臺(tái)等),同時(shí),當(dāng)供應(yīng)商或貨主通知物流中心按配送指示發(fā)貨時(shí),自動(dòng)分揀系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)從龐大的高層貨架存儲(chǔ)系統(tǒng)中準(zhǔn)確找到要出庫(kù)的商品所在位置,并按所需數(shù)量出庫(kù),將從不同儲(chǔ)位上取出的不同數(shù)量的商品按配送進(jìn)點(diǎn)的不同運(yùn)送到不同的理貨區(qū)域或配送站臺(tái)集中,以便裝車配送。
2.2 研究的意義
自動(dòng)分揀系統(tǒng)在生產(chǎn)工業(yè)中有著舉足輕重的作用。它的可靠性,優(yōu)越性,應(yīng)用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、成本分揀系統(tǒng)能靈活的與其他物流設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接,如自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、各種存儲(chǔ)站、自動(dòng)集放鏈、各種運(yùn)載工具、機(jī)器人等。實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流的分配、對(duì)物料信息流的分配和管理[3]。采用分揀系統(tǒng),人工分揀、堆置物料的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低,操作人員無(wú)須為跟蹤物料而進(jìn)行大量的報(bào)表工作、登單工作,因而顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。另外,非直接勞動(dòng)力如物料倉(cāng)庫(kù)人員、發(fā)料員以及運(yùn)貨員工作量的減少甚至取消又進(jìn)一步直接降低了作業(yè)成本。由于分揀系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、安全性高,同時(shí),人工揀取物料的作業(yè)量降低,對(duì)物品的損壞減少,為顧客假造了更多的價(jià)值,為公司贏得了更多的信譽(yù)和商機(jī)。
2.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀
自動(dòng)分揀系統(tǒng)(Automated?Sorting?System)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。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)有三:?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。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,這恰好適應(yīng)了國(guó)外企業(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,因此受到了他們的廣泛重視。
?就國(guó)外進(jìn)行配送業(yè)務(wù)的行業(yè)或企業(yè)來(lái)說(shuō),自動(dòng)揀選系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥行業(yè)、化妝品制造等行業(yè),如日本資生堂、花王、大木等株式會(huì)社;?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,因其每小時(shí)可達(dá)6,000-12,000箱的高分揀效率,在日本和歐洲也得到廣泛應(yīng)用:?日本的連鎖商業(yè)(如西友、日生協(xié)、高島屋等)和宅急便(大和、西濃、佐川等)均普遍使用自動(dòng)分揀機(jī);?在日本唱片中心,CD及錄像帶的新出版品也利用高端的機(jī)器人自動(dòng)分揀機(jī)揀貨。
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):?
1、 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)成本相當(dāng)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。?
2、?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)等二次措施。但要讓所有商品的供應(yīng)商都執(zhí)行國(guó)家的包裝標(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。?
因此,除自動(dòng)揀選系統(tǒng)外,國(guó)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)。?
2.4 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)研發(fā)適合自己的分揀系統(tǒng)和技術(shù)?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)化揀選系統(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),由于商品包裝箱(指運(yùn)輸包裝)上基本沒(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)設(shè)備。?
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(mén)也在做更大的努力,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。上海華聯(lián)超市的配送中心采用高層立體貨架和拆零商品揀選貨架相結(jié)合的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和前移式蓄電池叉車、電動(dòng)搬運(yùn)車、電動(dòng)揀選車和托盤(pán),實(shí)現(xiàn)裝卸搬運(yùn)作業(yè)機(jī)械化,同時(shí)拆零商品配貨電子化。采用電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng),使用電子標(biāo)簽設(shè)備,大幅度提高了分揀作業(yè)速度、降低了揀貨出錯(cuò)率。隨著對(duì)物流業(yè)的重視,國(guó)內(nèi)一些物流設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)在分揀設(shè)備的生產(chǎn)制造上也取得了一定的進(jìn)展。例如,太原剛玉倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備公司和貴陽(yáng)普天通信機(jī)械廠已設(shè)計(jì)生產(chǎn)貨架電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)、小車式數(shù)字顯示揀選系統(tǒng)、郵件自動(dòng)分揀系統(tǒng)等;?珠海普天慧科信息技術(shù)有限公司研發(fā)出PTL(Pick-to-light?&?Put-to-light)電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng),除具備電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)的一般優(yōu)點(diǎn)之外,還具有彈性控制揀貨作業(yè)流程、即時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、緊急訂單處理和缺貨通知等強(qiáng)大的功能
3.研究的內(nèi)容、目標(biāo)及可行性分析
3.1研究的內(nèi)容
目前,自動(dòng)分揀系統(tǒng)在生產(chǎn)工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),該系統(tǒng)主要有機(jī)械手的運(yùn)用和plc的步進(jìn)指令編程。而自動(dòng)分揀系統(tǒng)的軟件編程是這設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的成敗。本文正是以基于機(jī)械手中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)為研究對(duì)象,并結(jié)合plc軟件編程控制進(jìn)行了一系列研究,最終提出了一整自動(dòng)分揀機(jī)plc控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案,并進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。
目前在完成這個(gè)課題上存在的主要問(wèn)題和難點(diǎn)是:
一、.機(jī)械手的運(yùn)轉(zhuǎn)方面:(1)如何通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升,下降,夾緊,松開(kāi)等操作。(2)機(jī)械手如何能夠?qū)a(chǎn)品分揀出來(lái)。以上這些都將給我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)難度
二、.plc的步進(jìn)指令編程方面:(1)首先要把整個(gè)控制過(guò)程按任務(wù)要求分解,如何畫(huà)出機(jī)械手系統(tǒng)控制過(guò)程的流程圖(2)分配,確定狀態(tài)器元件,弄清每個(gè)被分配狀態(tài)器的功能(3)如何編寫(xiě)程序。這些都成為解決問(wèn)題的重點(diǎn)。
3.2預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)
(1)上料機(jī)構(gòu)
在復(fù)位完成后,點(diǎn)動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕,料筒光電傳感器檢測(cè)到有工件時(shí),推料氣缸將工件推出至存放料臺(tái),若3秒鐘后,料筒檢測(cè)光電傳感器仍未檢測(cè)到工件,則說(shuō)明料筒內(nèi)無(wú)物料,這時(shí)警示黃燈閃爍,放入物料后熄滅;機(jī)械手將工件取走后,推料氣缸縮回,工件下落,氣缸重復(fù)上一次動(dòng)作。
(2)搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)(自動(dòng)控制+手動(dòng)控制)
1)自動(dòng)控制:(旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)擋)
當(dāng)存放料臺(tái)檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)物料到位后,機(jī)械手手臂前伸,手臂伸出限位傳感器檢測(cè)到位后,延時(shí)0.5秒,手爪氣缸下降,手爪下降限位傳感器檢測(cè)到位后,延時(shí)0.5秒,氣動(dòng)手爪抓取物料,手爪夾緊限位傳感器檢測(cè)到夾緊信號(hào)后;延時(shí)0.5秒,手爪氣缸上升,手爪提升限位傳感器檢測(cè)到位后,手臂氣缸縮回,手臂縮回限位傳感器檢測(cè)到位后;手臂向右旋轉(zhuǎn),手臂旋轉(zhuǎn)一定角度后,手臂前伸,手臂伸出限位傳感器檢測(cè)到位后,手爪氣缸下降,手爪下降限位傳感器檢測(cè)到位后,延時(shí)0.5秒,氣動(dòng)手爪放開(kāi)物料,手爪氣缸上升,手爪提升限位傳感器檢測(cè)到位后,手臂氣缸縮回,手臂縮回限位傳感器檢測(cè)到位后,手臂向左旋轉(zhuǎn),等待下一個(gè)物料到位,重復(fù)上面的動(dòng)作。在分揀氣缸完成分揀后,再將物料放入輸送線上。
2)手動(dòng)控制:(旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)擋)
按一下“手臂伸出/縮回按鈕”時(shí)手臂伸出,再按一下按鈕手臂縮回,如此按下同一按鈕手臂在伸出與縮回兩態(tài)間往復(fù)循環(huán)。
按一下“手爪下降/上升按鈕”時(shí)手爪下降,再按一下按鈕手爪上升,如此按下同一按鈕手爪在下降與上升兩態(tài)間往復(fù)循環(huán)。
按一下“手爪夾緊/松開(kāi)按鈕”時(shí)手爪抓緊,再按一下按鈕手爪松開(kāi),如此按下同一按鈕手爪在夾緊與松開(kāi)兩態(tài)間往復(fù)循環(huán);
按一下“手臂右旋/左旋按鈕”手臂向右旋,再按一下按鈕手臂向左旋,如此按下同一按鈕手臂在向右旋轉(zhuǎn)與向左旋轉(zhuǎn)兩態(tài)間往復(fù)循環(huán);
(3)成品分揀機(jī)構(gòu)
當(dāng)入料口光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí),變頻器接收啟動(dòng)信號(hào),三相交流異步電機(jī)以30HZ的頻率正轉(zhuǎn)運(yùn)行,皮帶開(kāi)始輸送工件,當(dāng)料槽一到位檢測(cè)傳感器檢測(cè)到金屬物料時(shí),推料一氣缸動(dòng)作,將金屬物料推入一號(hào)料槽,料槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過(guò)時(shí),電動(dòng)機(jī)停止;當(dāng)料槽二檢測(cè)傳感器檢測(cè)到白色物料時(shí),旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作,將白色物料導(dǎo)入二號(hào)料槽,料槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過(guò)時(shí),旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)回原位,同時(shí)電動(dòng)機(jī)停止;當(dāng)物料為黑色物料直接導(dǎo)入三號(hào)料槽,料槽檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件經(jīng)過(guò)時(shí),電動(dòng)機(jī)停止。
(4)啟動(dòng)、停止、復(fù)位、警示
1)系統(tǒng)上電后,點(diǎn)動(dòng)“復(fù)位”按鈕后系統(tǒng)復(fù)位,將存放料臺(tái)、皮帶上的工件清空,點(diǎn)動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕,警示綠燈亮,缺料時(shí)警示黃燈閃爍;放入工件后設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行,不得人為干預(yù)執(zhí)行機(jī)構(gòu),以免影響設(shè)備正常運(yùn)行。
2)按“停止”按鈕,所有部件停止工作,警示紅燈亮,缺料警示黃閃爍。
(5)突然斷電的處理
突然斷電,設(shè)備停止工作。電源恢復(fù)后,點(diǎn)動(dòng)“復(fù)位”按鈕,再點(diǎn)動(dòng)“啟動(dòng)”按鈕。
3.3可行性分析
本設(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)工具具有傳輸、分類、保管等功能,并能通過(guò)組態(tài)監(jiān)控整個(gè)分揀系統(tǒng)。根據(jù)此系統(tǒng)的功能構(gòu)造,可行性分析如下:
首先,在器件選擇上看,所需器件如開(kāi)關(guān)、編碼器、電動(dòng)機(jī)、傳送帶、計(jì)算機(jī)、穩(wěn)壓電源等現(xiàn)有情況下都可以達(dá)到要求。
其次,從經(jīng)濟(jì)角度看。為了實(shí)現(xiàn)可靠地系統(tǒng)控制,因此,在期間選擇上,尤其在傳感器上,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。
4 工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
4.1工作方案
查閱和學(xué)習(xí)PLC的的相關(guān)知識(shí),了解熟悉PLC的I/O點(diǎn)數(shù)分配,了解設(shè)計(jì)過(guò)程,擬定設(shè)計(jì)步驟。然后撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述。確定自己本次設(shè)計(jì)需要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo),分別完成執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),然后綜合實(shí)行仿真模擬,調(diào)整程序一直達(dá)到自己預(yù)期的目標(biāo)。
4.2進(jìn)度計(jì)劃
第1周 學(xué)習(xí)相關(guān)課程及軟件,查閱有關(guān)資料,了解設(shè)計(jì)過(guò)程,擬定設(shè)計(jì)步驟。
第2周 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述,繼續(xù)查閱相關(guān)資料。
第3周 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第4周 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第5周 控制要求分析
第6周 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第7周 選擇合適的PLC,I\O點(diǎn)數(shù)分配
第8周 PLC程序設(shè)計(jì)
第9-12 周完成論文的修改工作,準(zhǔn)備答辯
5.參考文獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn):
論文選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),能夠達(dá)到綜合訓(xùn)練目標(biāo),題目有較高難度,工作量大。選題具有較高的較大的實(shí)踐指導(dǎo)意義。
該生查閱文獻(xiàn)資料能力強(qiáng),能全面收集關(guān)于PLC分揀系統(tǒng)的資料,寫(xiě)作過(guò)程中能綜合運(yùn)用PLC的系統(tǒng)知識(shí),全面分析分揀系統(tǒng)的問(wèn)題,綜合運(yùn)用知識(shí)能力強(qiáng)。
文章篇幅完全符合學(xué)院規(guī)定,內(nèi)容完整,層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué),主要觀點(diǎn)突出,邏輯關(guān)系清楚,論點(diǎn)突出,論述緊扣主題,有一定的個(gè)人見(jiàn)解。
語(yǔ)言表達(dá)流暢,格式完全符合規(guī)范要求;參考了豐富的文獻(xiàn)資料,其時(shí)效性較強(qiáng)。
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