基于PLC的智能仓库分拣控制系统设计
摘要：因为͏人工͏分拣͏存在͏着用͏工荒͏、误͏差大͏、效͏率低͏等一͏些难͏题，͏所以͏自动͏分拣͏系统͏被制͏造业͏、物͏流业͏等广͏泛应͏用，͏运用͏自动͏分拣͏系统͏不仅͏提高͏了效͏率与͏质量͏，还͏推动͏了自͏动化͏行业͏的发͏展，͏所以͏设计͏自动͏分拣͏系统͏也就͏成为͏了现͏代化͏生产͏技术͏发展͏的必͏然趋͏势之͏一。͏
本͏课题͏设计͏的是͏一套͏面向͏仓库͏小型͏物件͏的自͏动分͏拣控͏制系͏统。͏该控͏制系͏统以͏西门͏子系͏列P͏LC͏作为͏主控͏制器͏，采͏用机͏械手͏进行͏物料͏的搬͏运；͏采用͏高度͏检测͏传感͏器来͏实现͏品质͏的检͏测；͏采用͏电感͏传感͏器、͏电容͏传感͏器并͏通过͏安装͏位置͏的先͏后顺͏序区͏分物͏料的͏材质͏；采͏用颜͏色传͏感器͏区分͏物料͏的颜͏色。͏
该͏系统͏每个͏工作͏单元͏均为͏独立͏设计͏，通͏过自͏由组͏合可͏以实͏现不͏同的͏工艺͏流程͏，根͏据不͏同工͏艺流͏程的͏控制͏要求͏进行͏PL͏C程͏序修͏改，͏可广͏泛应͏用于͏各种͏流水͏化生͏产线。
关键词：PLC；机械手；品质检测；材质区分；颜色区分
Design of intelligent warehouse sorting control system based on PLC
Abstract:Because there exists a shortage manual sorting, great error, low efficiency, some problems, so the automatic sorting system such as manufacturing, logistics industry has been widely used, use of automatic sorting system not only improves the efficiency and quality, also promoted the development of the automation industry, so the design of automatic sorting system also became one of the inevitable trend for the development of modern production technology.
The design of this topic is a set of automatic sorting control system for small objects in the warehouse. The control system adopts Siemens PLC as the main controller and adopts manipulator to carry out material handling. Adopt the height detection sensor to realize the quality detection; Using inductance sensor, capacitance sensor and through the sequence of installation position to distinguish the material ; Color sensor is used to distinguish the color of materials.
Each working unit of the system is independently designed, through free combination can realize different process flow, according to the control requirements of different process flow PLC program modification, can be widely used in a variety of production lines.
Keywords: PLC; Manipulator; Quality inspection; Material to distinguish; Color distinguish
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文的目的及意义 3
第二章 系统概述 4
2.1 控制系统的需求分析 4
2.2 控制系统的工艺流程 4
第三章 系统硬件设计 7
3.1系统硬件结构 7
3.2 动力系统的选择 8
3.3 PLC及相关设备的选择 11
3.3.1 PLC的选择 11
3.3.2人机界面的选择 13
3.4 系统检测元件的选择 14
3.5执行装置的选择 18
3.5.1 气缸、气动电磁阀 18
3.5.2 机械手 20
3.5.3 皮带输送电机 28
3.6 I/O点数分配 28
3.7 系统接线图设计 30
第四章 系统软件设计 33
4.1开发环境选择 33
4.2程序设计 33
4.2.1 搬运模块程序设计 33
4.2.2 品质检测单元程序设计 39
4.2.3 物料分拣单元程序设计 40
第五章 系统的调试 44
5.1 硬件调试 44
5.2 软件调试 48
5.3 整体调试 49
总 结 52
参考文献 53
致 谢 55
附 录 56
第一章绪论
1.1 引言
随着“工业4.0”、“中国制造2025”和“十三五”计划的全面推进，中国的工业正在逐步向智能化生产转型。自动化设备作为智能制造中不可或缺的一部分，其发展也越来越受到关注和重视。在当今时代，自动化设备已经广泛应用于各行各业，特别是在生产领域，其应用范围更是广泛无比。其中自动化设备中最常见的就是自动分拣系统，它主要用于对产品进行分类并按照不同要求分别放置到相应的容器内，以达到更好的包装效果和更高的工作效率。在过去，工厂在生产后的产品分拣过程中一直依赖人工操作，但是这种方式存在着用工荒、误差大、效率低等问题。相比之下，自动分拣系统能够快速、准确地将产品分拣出来，并将其精准地放置在指定位置。本论文主要介绍的是一种基于机器视觉技术的全自动分拣系统的设计与实现过程。该系统的实施不仅有效地降低了人力成本，同时也极大地提升了生产效率。
在某些西方和欧洲国家，自动化分拣控制系统[5]已经广泛应用于各行各业的生产中，其技术已经相当成熟，正在向商品化设备的方向发展，从而极大地提高了生产领域的自动化水平。我国目前还处于起步阶段，对于自动分拣系统的研发工作也刚刚开始，其技术水平相对落后于国外先进水平。因此，对于自动分类系统的研究和开发，具有相当程度的经济意义和工程应用价值，可为相关领域的发展提供有力支撑。
1.2 国内外研究现状
至今，自动分拣系统已经经历了三个时代的演进，不断创新发展。目前最受欢迎的分拣系统是第三代自动分拣系统，它集成了多种先进的控制技术，包括电机技术、气动技术、传感器和网络通信等，从而实现了高效的分拣。本文介绍一种基于工业以太网技术的智能物流分拣系统，该系统对货物在运输过程中如有破损或变质情况都能及时地通知相关人员进行相应的操作，从而减少不必要的损失。各个检测单元在系统中收集信息，并将其传输至PLC进行处理[1]，随后将处理后的信息传输至执行单元。在整个过程中需要各个工作单元协同工作才能实现任务目标。通过协调各个工作单元的运转，以确保工作的顺利完成。
（1）国际上的研究现状
在早期，许多国家已经开始采用自动化分拣系统，从第一代到第三代，这一领域的自动化程度不断提高，技术也在高速发展。随着我国社会经济的不断发展，人们对产品的需求变得更加多样化，这也促使了企业对于生产效率的要求逐渐提高。当前最新的第三代系统，以其高效的分类速度、多个分类点的支持、极低的错误率、卓越的效率以及近乎完全自动化的特点，展现出了无与伦比的优越性。随着科学技术的发展以及社会的进步，自动化设备在生产生活中应用范围日益扩大。自动化领域中，物料分拣系统已成为不可或缺的核心组成部分。
（2）当前国内的研究状况
相较于西方发达国家，国内在电子计算机技术、通讯技术以及传感器技术[2]等方面的起步相对较晚，直到20世纪70年代才开始引入自动分拣技术。由于2000-2003年间全球制造业重心转移到中国，我国自动化技术迅速发展。随着我国工业化进程的加快，对物流行业提出了更高要求。在此之前，我国的大多数小型仓库和物流中心都采用前两代自动化设备或人工分拣，然而前两代自动化设备的结构相当复杂，且生产效率低下，人工分拣的成本高、效率低、误差率高等缺陷也难以避免。随着计算机技术、控制技术以及传感检测技术的快速发展，自动化水平越来越高，因此出现了智能仓储系统。到目前为止，我国的工业控制系统已经取得了长足的技术进步。我们成功研发了一系列工业控制系统，包括自动化喷漆技术、无人孤焊技术、无人点焊技术、自动化装配线以及搬运机器人等，为行业的发展注入了新的活力。随着国家经济建设的不断推进以及科技的迅猛发展，我国各行各业均取得了很大成就，尤其是自动化行业更是取得了令人瞩目的成绩，并逐渐成为国民经济的支柱性产业之一。中国正在以惊人的速度推进自动化技术和工程应用的发展，展现出了蓬勃的生命力。
1.3 论文的目的及意义
本系统的设计目标在于实现生产自动化，提高生产效率，并在恶劣环境下取代人类劳动。
在构建物料自动分类系统的基础上，我们引入了一种机械臂的设计方案。由于工业机器人具有体积小、质量轻、精度高、速度快等特点，因此被广泛应用于工业生产领域中，如汽车制造行业中。机械手作为最早的工业机器人，其广泛应用显著提升了自动化水平和生产效率，同时有效减轻了人工劳动的负担。
在广泛的制造领域中，自动化元件如传感器、气缸、电磁阀、机械手等，以其卓越的安全性和稳定性，能够实现单调或高精度的重复作业，因此在制造领域中扮演着至关重要的角色。
PLC控制的系统具备高度的便捷性和低故障率，可实现高精度的运动控制，完美适应工业发展的需求[3]。随着科技的不断发展，越来越多的行业都开始使用这种自动化技术，在一定程度上提高了生产效率和产品质量。我们所设计的分类系统，可广泛应用于小型物品的生产和分类，针对不同的需求进行相应的调整，以适应各种类型的生产需求。
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