基于PLC的包裹倉(cāng)庫(kù)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC的包裹倉(cāng)庫(kù)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)第2章基于PLC的自動(dòng)分揀系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1基于PLC的自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求分析本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)小型包裹自動(dòng)分揀系統(tǒng)。根據(jù)投寄地址，將所有包裹分揀到21個(gè)終端。（2）通過(guò)RFID檢測(cè)快遞信息，該信息經(jīng)處理后輸入至PLC。（3）由PLC控制執(zhí)行器（電機(jī)或氣缸），完成快遞分揀動(dòng)作。本次的基于PLC的自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)檢測(cè)模塊進(jìn)行選型，然后對(duì)執(zhí)行裝置進(jìn)行對(duì)比分析以及選型，最后對(duì)PLC梯形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)和利用相應(yīng)軟件仿真驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。本設(shè)計(jì)在功能方面的需求為：（1）能夠連續(xù)地分揀，在沒(méi)有外界條件的干擾下系統(tǒng)能夠連續(xù)的進(jìn)行包裹分揀。相比于人工分揀，系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間工作。（2）包裹分揀錯(cuò)誤少，包裹采用RFID標(biāo)簽，在包裹標(biāo)簽無(wú)損毀的情況下電腦判斷包裹信息相較于人工分辨更為準(zhǔn)確快速，更為適合當(dāng)下發(fā)展需求。（3）分揀過(guò)程基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，人們只需將包裹放置在分揀機(jī)上，并啟動(dòng)系統(tǒng)則可以開(kāi)始進(jìn)行分揀工作。（4）要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性高。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需求分析，本文將完成相應(yīng)的任務(wù)。具體流程如下圖所示。圖2.1任務(wù)流程圖在檢測(cè)模塊方面：系統(tǒng)對(duì)包裹終端判斷需要系統(tǒng)對(duì)包裹信息進(jìn)行檢測(cè)篩選，需要對(duì)傳送帶上是否存在包裹進(jìn)行檢測(cè)。在執(zhí)行裝置方面：系統(tǒng)對(duì)包裹分揀需要對(duì)檢測(cè)后的包裹進(jìn)行分揀工作，在到達(dá)指定分揀區(qū)后，相應(yīng)的執(zhí)行裝置也將進(jìn)行分揀工作。在系統(tǒng)控制方面：需要對(duì)工作流程梳理然后選用控制器進(jìn)行系統(tǒng)控制，在得到對(duì)應(yīng)包裹信號(hào)時(shí)控制對(duì)應(yīng)的執(zhí)行裝置進(jìn)行分揀工作。當(dāng)分揀系統(tǒng)啟動(dòng)后，傳送帶開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)包裹經(jīng)過(guò)零位傳感器時(shí)RFID讀取包裹上的電子標(biāo)簽信息，經(jīng)PLC機(jī)管理軟件處理后傳送到PLC，PLC獲取信息后運(yùn)算出該包裹將由哪一個(gè)推料氣缸分揀。[11]在仿真驗(yàn)證方面：需要使用GX-wroks2軟件對(duì)系統(tǒng)的程序進(jìn)行編寫同時(shí)使用GX-wroks2軟件對(duì)系統(tǒng)工作流程進(jìn)行模擬仿真，驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.2所示：圖2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖PC端判斷為輸出至1地址終端時(shí)，PC端利用轉(zhuǎn)換器給PLC一個(gè)分揀信號(hào)，由X002輸入口傳入。此時(shí)輔助繼電器（M000）線圈得電，輔助繼電器（M000）常開(kāi)觸頭閉合，分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器線圈（Y001）得電，推桿運(yùn)動(dòng)推動(dòng)包裹滑入軌道。當(dāng)推桿運(yùn)動(dòng)到位時(shí)，分揀1區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)被觸發(fā)。分揀1區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)(X027)常閉觸頭斷開(kāi)，輔助繼電器（M000）線圈斷電，分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器（Y001）線圈斷電，推桿氣缸自動(dòng)復(fù)位。若PC端判斷為輸出非1地址終端時(shí)，PC端不傳輸任何信號(hào)，推桿氣缸無(wú)操作，等待下一個(gè)包裹進(jìn)行識(shí)別分揀。其它19個(gè)分揀單元?jiǎng)幼髋c分揀1區(qū)同理。2.2基于PLC的自動(dòng)分揀系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)將多種技術(shù)結(jié)合使用來(lái)進(jìn)行包裹自動(dòng)分揀，總體分揀過(guò)程大致如下：（1）人工將包裹放入傳送帶，按下啟動(dòng)按鈕，包裹檢測(cè)成功后傳送帶電機(jī)電路接通帶動(dòng)傳送帶運(yùn)行。（2）當(dāng)包裹經(jīng)過(guò)第一個(gè)RFID掃描器（終端）時(shí)，RFID掃描器對(duì)包裹的標(biāo)簽信息進(jìn)行掃描，掃描得到的信息將傳入PC端，經(jīng)過(guò)PC端的判斷，若該包裹地址終端屬于該RFID掃描器所識(shí)別的終端地址，則PC端使用轉(zhuǎn)換器將判斷成功信號(hào)傳入PLC，從而使PLC控制推桿氣缸電路得電驅(qū)使推桿推動(dòng)包裹滑入該地址終端；若該包裹地址終端不屬于該RFID掃描器所識(shí)別終端地址，則推桿保持靜止。（3）上一步未被確認(rèn)分揀的包裹將隨傳送帶的運(yùn)動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)RFID掃描器繼續(xù)進(jìn)行包裹地址終端檢測(cè)判斷。檢測(cè)方式與工作工程與上述相同。若判斷成功則由推桿氣缸驅(qū)動(dòng)推桿推動(dòng)包裹滑入該地址終端，若判斷失敗包裹則將繼續(xù)前進(jìn)，直至到達(dá)指定的包裹地址終端。（4）若經(jīng)過(guò)所有的RFID掃描器仍未被判斷成功并進(jìn)行分揀，則包裹將隨傳送帶滑入傳送帶末端的最后一個(gè)終端。每個(gè)分揀區(qū)域在前端設(shè)置一個(gè)傳感器檢測(cè)對(duì)應(yīng)快件是否到達(dá)，是則打開(kāi)分揀通道，采用推桿落袋式方法，快速把快件推入指定的目標(biāo)袋中。[12]（5）當(dāng)所有包裹都分揀結(jié)束時(shí)，按下停止按鈕，傳送帶電機(jī)電路斷電，傳送帶停止運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)上訴一系列的具體工作流程的梳理后，本系統(tǒng)的系統(tǒng)工作流程圖如下圖所示。圖2.3系統(tǒng)工作流程圖第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1傳感器與檢測(cè)模塊3.1.1光電傳感器（1）光電傳感器的概述：光學(xué)傳感器是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子元件。它的工作原理是基于光電效應(yīng)。光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。用來(lái)檢測(cè)物體有無(wú)的光電傳感器是一種小的金屬圓柱形設(shè)備，發(fā)射器帶一個(gè)校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個(gè)真空管放大器上。在金屬圓筒內(nèi)有一個(gè)小的白熾燈做為光源。這些小而堅(jiān)固的白熾燈傳感器就是今天光電傳感器的雛形。下圖為各種光電傳感器：圖3.1光電傳感器（2）光電傳感器的特點(diǎn)：①精確、反應(yīng)快、無(wú)接觸式、被測(cè)參數(shù)較多;②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形式多樣;③檢測(cè)距離長(zhǎng);④應(yīng)用廣泛。（3）光電傳感器的分類:①槽型光電傳感器②對(duì)射型光電傳感器③反光板型光電開(kāi)關(guān)④擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)根據(jù)光伏發(fā)電傳感器的多種特性和應(yīng)用情況,該裝置將通過(guò)對(duì)射式光伏發(fā)電感應(yīng)器對(duì)傳送帶上是否有包裹進(jìn)行檢測(cè)。3.1.2RFID掃描器RFID是射頻識(shí)別標(biāo)簽，屬于非接觸類自動(dòng)識(shí)別，由讀寫器、電子標(biāo)簽和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所組成。其記錄數(shù)據(jù)的媒介為IC芯片,讀取數(shù)據(jù)時(shí)采用電磁波方式。它與傳統(tǒng)條碼系統(tǒng)有著根本的差異,所以它的讀取裝置也與傳統(tǒng)條碼掃描機(jī)完全不同。其基本原理是在閱讀器和標(biāo)志之間實(shí)現(xiàn)非接觸式的數(shù)據(jù)通信,以實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)對(duì)象的目的。射頻識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn):(1)廣泛性;(2)高效性;(3)獨(dú)一性;(4)簡(jiǎn)易性。射頻識(shí)別技術(shù)的運(yùn)用也十分普遍,在生活中常見(jiàn)的應(yīng)用有智能車庫(kù)、ETC、公交卡、飯卡系統(tǒng)、電子身份證等。RFID掃描儀,是指實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽讀取的裝置。RFID系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)簽的供電方法可粗略分成如下三種:(1)無(wú)源RFID;(2)有源RFID;(3)半有源RFID。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求、掃描距離及經(jīng)濟(jì)角度本系統(tǒng)選用半有源RFID標(biāo)簽。RFID掃描器如圖1所示： 圖3.2RFID掃描器3.2執(zhí)行裝置3.2.1輸出設(shè)備組成各分揀系統(tǒng)的對(duì)比如下表所示：表3.1分揀系統(tǒng)及其優(yōu)點(diǎn)經(jīng)過(guò)比較上述各種分揀方案，本系統(tǒng)最終決定選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)格較低的側(cè)推式分揀機(jī)，裝置圖如下圖所示圖3.3側(cè)推式分揀機(jī)在每個(gè)推桿旁邊裝上RFID掃描器進(jìn)行標(biāo)簽信息讀取，識(shí)別終端地址，若非該RFID掃描器所能識(shí)別的地址，則PC端不輸出信號(hào)則推桿氣缸保持靜止；若RFID掃描器識(shí)別為該終端地址，則PC端輸出信號(hào)使推桿氣缸運(yùn)動(dòng)，在PLC中設(shè)定程序使推桿氣缸得電0直到氣缸限位開(kāi)關(guān)觸發(fā)后斷電，同時(shí)采用三通電磁氣閥使氣缸斷電后自動(dòng)復(fù)位。最后在傳送帶末端設(shè)置一個(gè)終端，若所有RFID掃描器都無(wú)法識(shí)別，則隨傳送帶運(yùn)動(dòng)進(jìn)入傳送帶末端的最后一個(gè)終端。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求將包裹分揀到21個(gè)終端中，則需要20個(gè)RFID掃描器與一臺(tái)帶21個(gè)滑軌終端的側(cè)推式分揀機(jī)。推桿的運(yùn)動(dòng)由氣缸控制，當(dāng)推桿氣缸得電時(shí)推桿氣缸運(yùn)動(dòng)后推動(dòng)包裹滑入終端滑軌，直至觸發(fā)伸出限位同時(shí)電路斷電，氣缸自動(dòng)復(fù)位，重新進(jìn)行分揀判斷與分揀工作。3.2.2電機(jī)的選型正確選擇電動(dòng)機(jī)的功率、種類、型式是極為重要的1.功率的選擇電動(dòng)機(jī)的功率根據(jù)負(fù)載的情況選擇合適的功率，選大了雖然能保證正常運(yùn)行但是不經(jīng)濟(jì)，電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)都不高:選小了就不能保證電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的正常運(yùn)行，不能允分發(fā)揮生產(chǎn)機(jī)械的效能，并使電動(dòng)機(jī)由于過(guò)載而過(guò)早地?fù)p壞。(1)連續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇對(duì)連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，先算出生產(chǎn)機(jī)械的功率，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或稍大于牛產(chǎn)機(jī)械的功率即可。(2)短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇如果沒(méi)有合適的專為短時(shí)運(yùn)行設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)，可選用連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。由于發(fā)熱慣性，在短時(shí)運(yùn)行時(shí)可以容許過(guò)載。工作時(shí)間愈短，則過(guò)線可以愈人，但電動(dòng)機(jī)的過(guò)載是受到限制的。通常是根據(jù)過(guò)載系數(shù)入米選擇短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的功率。電動(dòng)機(jī)的額定功率可以是生產(chǎn)機(jī)械所要求的功率的1/λ。傳送帶由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用于輸送物料。[12]2.種類和型式的選擇(1)種類的選擇選擇電動(dòng)機(jī)的種類是從交流或直流、機(jī)械特性、調(diào)速與起動(dòng)性能、維護(hù)及價(jià)格等方而米考慮的.(2)交、直流電動(dòng)機(jī)的選擇一般都應(yīng)采用交流電動(dòng)機(jī)(3)結(jié)構(gòu)型式的選擇電動(dòng)機(jī)常制成以下幾種結(jié)構(gòu)型式:開(kāi)啟式:在構(gòu)造上無(wú)特殊防護(hù)裝置，用于干燥無(wú)灰塵的場(chǎng)所。通風(fēng)非常良好。防護(hù)式：在機(jī)黨或端蓋下面有通風(fēng)罩，以防止鐵屑等雜物掉入。也有將外殼做成擋板狀，以防止在一定角度內(nèi)有雨水滴濺入其中。封閉式：它的外殼嚴(yán)密封閉，靠白身風(fēng)扇或外部風(fēng)扇冷卻，并在外殼帶有散熱片。在灰塵多、潮濕或含有酸性氣體的場(chǎng)所，可采用它。防爆式：整個(gè)電機(jī)嚴(yán)密封閉，用于有爆炸性氣體的場(chǎng)所控制回路電路圖：本系統(tǒng)采用三相電驅(qū)動(dòng)傳送帶電機(jī)，另引出線電壓接整流變壓器將電壓整流成24VDC電源連接控制電路，傳送帶電機(jī)電路中裝上熱繼電器與熔斷器，防止電路過(guò)載發(fā)生危險(xiǎn)。當(dāng)閉合刀開(kāi)關(guān)QS后，按下SB1（啟動(dòng)按鈕）后，光電傳感器檢測(cè)包裹，當(dāng)檢測(cè)成功時(shí)開(kāi)關(guān)閉合，線圈KM1得電，KM1常開(kāi)觸頭閉合，電機(jī)啟動(dòng)。圖3.4傳送帶電機(jī)的主電路圖3.5傳送帶電機(jī)的控制電路3.2.3電路元件說(shuō)明為本系統(tǒng)能夠安全平穩(wěn)地運(yùn)行同時(shí)也能保持應(yīng)有地分揀功能。本系統(tǒng)的電路中包含的電路元件及其在電路中的作用如下表：表3.2系統(tǒng)電路元件3.3控制部分3.3.1PLC選型（1）PLC的概述PLC又叫做可編程序控制器，它是在電氣控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、能源等領(lǐng)域。本系統(tǒng)主要是基于三菱系列的PLC具有極為強(qiáng)大的家族，主要的基本主機(jī)有FXIS、FXOS、FX2NC、FXON等諸多系列，在各系列當(dāng)中又有很多的不同輸入點(diǎn)以及輸出點(diǎn)的型號(hào)。[13]（2）PLC的特點(diǎn)①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；②通用性強(qiáng)，使用方便；③程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易理解與掌握。（3）PLC的工作原理PLC的工作原理與計(jì)算機(jī)基本一致，在系統(tǒng)程序下執(zhí)行應(yīng)用程序，完成用戶的任務(wù)。三菱PLC系列目前主要有：FX1N系列，F(xiàn)X1S系列，F(xiàn)X2N系統(tǒng)，F(xiàn)X3U系列，F(xiàn)X3UC，Q系列，A系列，L系列等。下表格是PLC部分型號(hào)及其區(qū)別：表3.3FX2N系列PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)型號(hào)繼電器輸出輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)晶體管輸出晶閘管輸出X0-X1716點(diǎn)X0-X78點(diǎn)-X17-X1716點(diǎn)-X2724點(diǎn)-X3732點(diǎn)-X4740點(diǎn)X0-X7764點(diǎn)X0-X78點(diǎn)X0-X1716點(diǎn)X0-X1716點(diǎn)X0-X1716點(diǎn)X0-X3732點(diǎn)X0-X2724點(diǎn)X0-X2724點(diǎn)X0-X4740點(diǎn)X0-X3732點(diǎn)X0-X3732點(diǎn)X0-X7764點(diǎn)X0-X4740點(diǎn)X0-X4740點(diǎn)X0-X7764點(diǎn)X0-X7764點(diǎn)輸出輸入接口分配表如下：表3.4輸出接口分配表輸出接口傳送帶電機(jī)接觸器KM1Y000分揀11區(qū)推桿氣缸接觸器KM12Y013分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器KM2Y001分揀12區(qū)推桿氣缸接觸器KM13Y014分揀2區(qū)推桿氣缸接觸器KM3Y002分揀13區(qū)推桿氣缸接觸器KM14Y015分揀3區(qū)推桿氣缸接觸器KM4Y003分揀14區(qū)推桿氣缸接觸器KM15Y016分揀4區(qū)推桿氣缸接觸器KM5Y004分揀15區(qū)推桿氣缸接觸器KM16Y017分揀5區(qū)推桿氣缸接觸器KM6Y005分揀16區(qū)推桿氣缸接觸器KM17Y020分揀6區(qū)推桿氣缸接觸器KM7Y006分揀17區(qū)推桿氣缸接觸器KM18Y021分揀7區(qū)推桿氣缸接觸器KM8Y007分揀18區(qū)推桿氣缸接觸器KM19Y022分揀8區(qū)推桿氣缸接觸器KM9Y010分揀19區(qū)推桿氣缸接觸器KM20Y023分揀9區(qū)推桿氣缸接觸器KM10Y012分揀20區(qū)推桿氣缸接觸器KM21Y024分揀10區(qū)推桿氣缸接觸器KM11Y012表3.5輸入接口分配表輸入接口啟動(dòng)按鈕X000光電傳感器X022停止按鈕X001分揀1區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X023終端1檢測(cè)掃描器X002分揀2區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X024終端2檢測(cè)掃描器X003分揀3區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X025終端3檢測(cè)掃描器X004分揀4區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X026終端4檢測(cè)掃描器X005分揀5區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X027終端5檢測(cè)掃描器X006分揀6區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X028終端6檢測(cè)掃描器X007分揀7區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X029終端7檢測(cè)掃描器X008分揀8區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X030終端8檢測(cè)掃描器X009分揀9區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X031終端9檢測(cè)掃描器X010分揀10區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X032終端10檢測(cè)掃描器X011分揀11區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X033終端11檢測(cè)掃描器X012分揀12區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X034終端12檢測(cè)掃描器X013分揀13區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X035終端13檢測(cè)掃描器X014分揀14區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X036終端14檢測(cè)掃描器X015分揀15區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X037終端15檢測(cè)掃描器X016分揀16區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X038終端16檢測(cè)掃描器X017分揀17區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X039終端17檢測(cè)掃描器X018分揀18區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X040終端18檢測(cè)掃描器X019分揀19區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X041終端19檢測(cè)掃描器X020分揀20區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)X042終端20檢測(cè)掃描器X021具體的選型方法為：①分析被控對(duì)象及要求進(jìn)行選型。②確定輸入輸出設(shè)備進(jìn)行選型。③結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用的要求進(jìn)行選型。本系統(tǒng)的輸入輸出分別有：①輸入：?jiǎn)?dòng)按鈕，停止按鈕，終端信息檢測(cè)轉(zhuǎn)換器，氣缸限位開(kāi)關(guān)，包裹檢測(cè)。②輸出：傳送帶電機(jī)接觸器，推桿氣缸接觸器。故本文結(jié)合系統(tǒng)所需I/O接口數(shù)量與經(jīng)濟(jì)效益將選擇三菱型號(hào)為的PLC。實(shí)物如下圖所示：圖3.6FX2N-128MR的實(shí)物圖3.3.2接線圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)將采用光電傳感器進(jìn)行包裹檢測(cè)與氣缸限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行氣缸到位檢測(cè)，同時(shí)選用RFID掃描器進(jìn)行包裹地址終端識(shí)別，使用轉(zhuǎn)換器將PC端判斷信號(hào)傳入PLC，同時(shí)選用三菱FX2N-128MR作為控制器使用接觸器接通推桿氣缸電路。故本系統(tǒng)的PLC接線圖如下圖所示：圖3.7PLC接線圖圖3.8主電路接線圖電動(dòng)機(jī)在傳送單元中使用.由變頻器、組態(tài)和PLC三者結(jié)合通過(guò)改變頻率的方式使電動(dòng)機(jī)具有不同的轉(zhuǎn)速來(lái)配合機(jī)械手輸送帶單元的運(yùn)行速度。圖3.9光電傳感器接線圖圖4.0控制電路接線圖

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件介紹本次的程序設(shè)計(jì)將使用軟件進(jìn)行梯形圖編寫，是一款專門進(jìn)行三菱PLC編程的軟件。下圖為軟件圖圖4.1GX-wroks2軟件圖4.2程序流程根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制要求等具體情況，并結(jié)合物流包裹分類運(yùn)輸系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)方案，確定了以下總體控制思路，具體工作流程，如下圖4.2所示。圖4.2物流包裹分類運(yùn)輸系統(tǒng)流程圖按下系統(tǒng)運(yùn)行按鍵以開(kāi)始系統(tǒng)時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行指示燈亮起,開(kāi)始后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了自檢,當(dāng)自檢完成后,系統(tǒng)就已準(zhǔn)備好指示燈的亮起,說(shuō)明了系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)整裝待發(fā)時(shí),也可按下傳遞帶的運(yùn)行按鍵以使傳遞帶開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn),待將的貨物通過(guò)傳遞帶上運(yùn)送,分別通過(guò)由傳遞帶設(shè)置的三個(gè)感應(yīng)器。當(dāng)貨物通過(guò)了一號(hào)感應(yīng)器之后,傳感器將檢查貨物質(zhì)量是否屬于一號(hào)貨物,如果屬于一號(hào)貨物,將直接由一號(hào)感應(yīng)器上的機(jī)器人將貨物抓取并運(yùn)輸至一號(hào)貨物庫(kù)。若待測(cè)商品仍然并非一號(hào)物品,則由傳遞帶繼續(xù)運(yùn)輸至二號(hào)傳感器處,由二號(hào)傳感器檢查其產(chǎn)品是否屬于二號(hào)商品,如果為二號(hào)商品,則由二號(hào)傳感器上方的機(jī)械手直接將其抓取并運(yùn)輸至二號(hào)商品倉(cāng)庫(kù)。若待測(cè)商品仍然并非二號(hào)商品,則由傳送帶繼續(xù)運(yùn)輸至三號(hào)傳感器處,由三號(hào)傳感器檢查后,由三號(hào)傳感器上方機(jī)械手直接將其抓取并運(yùn)輸至三號(hào)商品倉(cāng)庫(kù)。下一個(gè)商品檢查分類完成后,如果系統(tǒng)的暫停按鈕并不按下,則系統(tǒng)將自行對(duì)下一個(gè)商品進(jìn)行重新定位和檢查,直到系統(tǒng)按下暫停按鈕后,則終止所有操作。梯形圖一：下圖為分揀機(jī)啟動(dòng)停止的梯形圖圖4.3分揀機(jī)啟動(dòng)停止梯形圖上述梯形圖的工作流程為：（1）當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后的瞬間啟動(dòng)按鈕（X000）常開(kāi)觸頭閉合，此時(shí)若光電傳感器檢測(cè)到傳送帶上有包裹則側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器線圈（Y000）得電，側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器（Y000）常開(kāi)觸頭閉合，使電機(jī)電路接通帶動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)，同時(shí)當(dāng)啟動(dòng)按鈕松開(kāi)時(shí)，由于側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器線圈（Y000）持續(xù)得電，所以于側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)將持續(xù)運(yùn)動(dòng)。如果光電傳感器檢測(cè)到傳送帶上沒(méi)有包裹時(shí)，則側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器線圈（Y000）無(wú)法得電，側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。（2）當(dāng)按下停止按鈕（X001）后，側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器線圈（Y000）斷電，側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器（Y000）常開(kāi)觸頭由閉合變成斷開(kāi)，同時(shí)側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路斷開(kāi)，使側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。梯形圖二：下圖為分揀1區(qū)工作梯形圖圖4.4分揀1區(qū)工作梯形圖上述梯形圖的工作流程為：本系統(tǒng)將利用主控指令控制推桿氣缸的分揀功能，只有在側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)得電后，后續(xù)程序才能開(kāi)始執(zhí)行。（1）當(dāng)分揀1區(qū)的RFID掃描器將檢測(cè)到包裹信息后傳入PC端，若PC端判斷為輸出至1地址終端時(shí)，PC端利用轉(zhuǎn)換器給PLC一個(gè)分揀信號(hào)，由X002輸入口傳入。此時(shí)輔助繼電器（M000）線圈得電，輔助繼電器（M000）常開(kāi)觸頭閉合，分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器線圈（Y001）得電，推桿運(yùn)動(dòng)推動(dòng)包裹滑入軌道。當(dāng)推桿運(yùn)動(dòng)到位時(shí)，分揀1區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)被觸發(fā)。分揀1區(qū)推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)(X027)常閉觸頭斷開(kāi)，輔助繼電器（M000）線圈斷電，分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器（Y001）線圈斷電，推桿氣缸自動(dòng)復(fù)位。（2）若PC端判斷為輸出非1地址終端時(shí)，PC端不傳輸任何信號(hào)，推桿氣缸無(wú)操作，等待下一個(gè)包裹進(jìn)行識(shí)別分揀。由于其余分揀區(qū)分揀操作均與分揀1區(qū)相似，故不再贅述。由于主控指令應(yīng)該成對(duì)使用，所以梯形圖的編寫應(yīng)該在所有程序結(jié)束后設(shè)置主控指令終點(diǎn)，下圖為主控復(fù)位指令梯形圖：圖4.5主控指令結(jié)束梯形圖4.3程序模擬仿真本此所設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的梯形圖是使用軟件所繪制的，是一款專門進(jìn)行三菱PLC編程的軟件。由于軟件內(nèi)有模擬功能，故本次的程序模擬可以直接使用的內(nèi)部模擬功能。下圖為開(kāi)啟模擬功能：圖4.6模擬功能開(kāi)啟圖圖4.7梯形圖錯(cuò)誤檢測(cè)本次模擬仿真開(kāi)始前應(yīng)該對(duì)梯形圖的編寫是否有誤進(jìn)行檢測(cè)，如果程序無(wú)誤則可以開(kāi)始進(jìn)行模擬，如果有誤則需要對(duì)梯形圖的編寫進(jìn)行逐步檢查分析，找出錯(cuò)誤的地方，進(jìn)行修改測(cè)試，直至檢測(cè)無(wú)誤且功能能正常實(shí)現(xiàn)為止。上圖為本系統(tǒng)的梯形圖編寫錯(cuò)誤檢測(cè)在梯形圖編寫錯(cuò)誤檢測(cè)后，如果無(wú)誤則可以進(jìn)行初步模擬，初步模擬分為兩步，分別為側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路模擬與分揀區(qū)推桿氣缸電路模擬。為包裹能夠正常運(yùn)行至指定分揀區(qū)的地址終端，應(yīng)先對(duì)側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路進(jìn)行模擬測(cè)試，由于系統(tǒng)對(duì)包裹檢測(cè)有檢測(cè)成功和檢測(cè)失敗兩種可能性，所以需要對(duì)兩種情況進(jìn)行仿真。先進(jìn)行包裹檢測(cè)成功模擬仿真。下圖為未按下啟動(dòng)按鈕前但包裹檢測(cè)成功的模擬界面：圖4.8模擬未按啟動(dòng)按鈕前包裹檢測(cè)成功在上述的模擬仿真界面中，當(dāng)包裹檢測(cè)成功時(shí)，包裹檢測(cè)（X026）常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，此時(shí)便可以繼續(xù)下一步仿真操作。下圖為包裹檢測(cè)成功時(shí)按下啟動(dòng)按鈕的系統(tǒng)模擬仿真圖：圖4.9模擬按下啟動(dòng)按鈕且檢測(cè)成功瞬間在上圖的模擬測(cè)試中，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后的瞬間啟動(dòng)按鈕（X000）常開(kāi)觸頭閉合，側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器線圈（Y000）得電，側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器（Y000）常開(kāi)觸頭閉合，使電機(jī)電路接通帶動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)，此時(shí)就算松開(kāi)啟動(dòng)按鈕（X000）常開(kāi)觸頭恢復(fù)常開(kāi)，由于側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器線圈（Y000）持續(xù)得電，側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器（Y000）常開(kāi)觸頭依舊保持閉合，故側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)正常運(yùn)行。具體如下圖所示：圖4.10模擬按下啟動(dòng)按鈕結(jié)束后結(jié)束上圖的仿真后將對(duì)包裹檢測(cè)失敗進(jìn)行仿真。下圖為包裹檢測(cè)失敗模擬仿真圖：圖4.11包裹檢測(cè)失敗模擬仿真圖上圖在包裹檢測(cè)失敗時(shí)，包裹檢測(cè)（X026）常開(kāi)觸點(diǎn)依舊保持常開(kāi)，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)接觸器線圈（Y000）無(wú)法得電，故側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路無(wú)法通路，側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶無(wú)法啟動(dòng)，包裹分揀無(wú)法進(jìn)行。具體模擬仿真圖如下圖所示：圖4.12包裹檢測(cè)失敗及按下啟動(dòng)按鈕模擬仿真當(dāng)啟動(dòng)側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)測(cè)試完成后，需要對(duì)停止側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)進(jìn)行測(cè)試。只有當(dāng)側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)停止測(cè)試成功后才能確保系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的安全。下圖為側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路停止測(cè)試：圖4.13側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)停止測(cè)試當(dāng)側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路完成所有仿真并成功后，可以開(kāi)始進(jìn)行下一步測(cè)試，對(duì)各分揀區(qū)推桿氣缸電路進(jìn)行模擬測(cè)試，但由于各個(gè)分揀區(qū)的功能及其工作流程都極其相似，本次模擬測(cè)試就以分揀1區(qū)推桿氣缸電路模擬測(cè)試為例進(jìn)行展示。由于本次設(shè)計(jì)的梯形圖程序采用主控指令，只有在側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路通路時(shí)，推桿氣缸電路才能正常運(yùn)行，推桿氣缸才會(huì)有所運(yùn)動(dòng)，故要保持側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路通路。所以下面所展示的模擬均是在側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路保持通電的狀態(tài)下進(jìn)行的。下圖為側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶電機(jī)電路完成通路后的分揀1區(qū)推桿氣缸電路模擬測(cè)試圖：圖4.14分揀1區(qū)包裹檢測(cè)失敗模擬仿真上圖中當(dāng)分揀1區(qū)的RFID掃描器識(shí)別包裹信息后傳入PC端，PC端判斷包裹并非分揀1區(qū)地址終端的包裹，故PC端無(wú)信號(hào)輸入PLC，所以分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器線圈（Y001）無(wú)法得電，故分揀1區(qū)推桿氣缸電路斷路，分揀1區(qū)推桿氣缸無(wú)操作，包裹隨側(cè)推式分揀機(jī)傳送帶繼續(xù)運(yùn)行到下一個(gè)分揀區(qū)。圖4.15模擬分揀1區(qū)終端檢測(cè)成功瞬間在上圖中當(dāng)RFID掃描器識(shí)別包裹信息后傳入PC端，PC端判斷包裹是分揀1區(qū)地址終端的包裹，故PC端將分揀信號(hào)輸入PLC，此時(shí)終端1檢測(cè)(X002)常開(kāi)觸頭閉合，分揀1區(qū)推桿氣缸輔助繼電器（M000）線圈得電，分揀1區(qū)推桿氣缸輔助繼電器（M000）常開(kāi)觸頭閉合，此時(shí)分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器（Y001）線圈得電，分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器（Y001）常開(kāi)觸頭閉合，分揀1區(qū)推桿氣缸電路通路，分揀1區(qū)推桿氣缸開(kāi)始運(yùn)動(dòng)當(dāng)判斷信號(hào)結(jié)束后，由于分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器（Y001）線圈持續(xù)得電，故分揀1區(qū)推桿氣缸保持推動(dòng)動(dòng)作，推動(dòng)包裹進(jìn)入分揀1區(qū)滑軌終端。直至分揀1區(qū)氣缸限位開(kāi)關(guān)（X027）被觸發(fā)，此時(shí)分揀1區(qū)氣缸限位開(kāi)關(guān)（X027）常閉觸頭斷開(kāi)，分揀1區(qū)推桿氣缸輔助繼電器（M000）線圈斷電，分揀1區(qū)推桿氣缸輔助繼電器（M000）常開(kāi)恢復(fù)常開(kāi)，分揀1區(qū)推桿氣缸接觸器（Y001）線圈斷電，分揀1區(qū)推桿氣缸電路斷電。分揀1區(qū)推桿氣缸將自動(dòng)復(fù)位。具體模擬仿真如下圖所示：圖4.16模擬判斷信號(hào)發(fā)出并結(jié)束后圖4.17模擬推桿氣缸限位開(kāi)關(guān)到位后自動(dòng)復(fù)位經(jīng)過(guò)上述的所以模擬檢測(cè)后，確認(rèn)梯形圖可以正常運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能也能正常的實(shí)現(xiàn)。第5章基于PLC的自動(dòng)分揀系統(tǒng)組態(tài)王仿真5.1組態(tài)王概述組態(tài)王是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它可以作為一款動(dòng)畫仿真的產(chǎn)品。組態(tài)王的優(yōu)點(diǎn)及其核心性能如下表所示：表5.1組態(tài)王的優(yōu)點(diǎn)及其核心性能優(yōu)點(diǎn)核心性能可視化操作界面流程圖監(jiān)控功能自動(dòng)建立I/O點(diǎn)完整的腳本編輯功能分布式存儲(chǔ)報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)監(jiān)視功能設(shè)備集成能力強(qiáng)，可連接幾乎所有設(shè)備和系統(tǒng)全面報(bào)警功能適應(yīng)性強(qiáng)歷史數(shù)據(jù)管理功能開(kāi)放性好報(bào)表展示功能5.2組態(tài)王的交互界面設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)考慮采用組態(tài)王進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，組態(tài)王可以作為人與系統(tǒng)交流的重要媒介，用戶可以通過(guò)組態(tài)王仿真及系統(tǒng)監(jiān)控清楚的解到分揀系統(tǒng)是如何操作的?？梢哉{(diào)用PLC中的計(jì)數(shù)器進(jìn)行各終端包裹計(jì)數(shù)，同時(shí)組態(tài)王界面上會(huì)顯示具體終端的包裹數(shù)，以此用來(lái)作為包裹數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。具體過(guò)程如下圖所示：圖5.1推桿氣缸推動(dòng)包裹分揀本次設(shè)計(jì)利用組態(tài)王所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仿真界面的初始界面如下圖所示：圖5.2組態(tài)王仿真初始界面

設(shè)計(jì)目的為，當(dāng)點(diǎn)擊初始界面的分揀區(qū)將跳轉(zhuǎn)至側(cè)推式分揀機(jī)的仿真畫面中。具體情況如下：圖5.3分揀機(jī)的仿真畫面利用組態(tài)王設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)仿真可以幫助人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行更為直觀方便的交流?？偨Y(jié)與展望本篇論文的自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)在PLC與RFID技術(shù)結(jié)合使用的基礎(chǔ)下完成將包裹自動(dòng)分揀到21個(gè)終端的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)不同地址終端貨物的分揀。在本次的設(shè)計(jì)之前，先是對(duì)自動(dòng)分揀系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展前景進(jìn)行了解，發(fā)現(xiàn)我國(guó)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)雖然起步對(duì)于許多發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)較慢，但是在國(guó)人的不斷努力下我們的自動(dòng)分揀系統(tǒng)研究水平已經(jīng)慢慢追趕上來(lái)。這一系統(tǒng)的發(fā)展前景一片光明。在了解完自動(dòng)分揀系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展前景后，我開(kāi)始對(duì)RFID技術(shù)進(jìn)行一個(gè)初步的了解，在閱讀大量資料后，進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)RFID技術(shù)，對(duì)RFID技術(shù)對(duì)于自動(dòng)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用有更深一步的了解。在學(xué)習(xí)完RFID技術(shù)之后，還學(xué)習(xí)大量的PLC及其相關(guān)知識(shí)，例如：傳感器檢測(cè)技術(shù)、電機(jī)電路等。在這一系列的知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)后，本文基于RFID掃描器對(duì)射頻識(shí)別標(biāo)簽的識(shí)別，對(duì)包裹終端進(jìn)行一個(gè)快速檢測(cè)，并通過(guò)PC端將信號(hào)轉(zhuǎn)給PLC。然后利用PLC對(duì)電路的控制能力對(duì)收到的信號(hào)后做出相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)。本文通過(guò)一系列的硬件對(duì)比選型，最終使用GX-wroks2對(duì)梯形圖的匯編以及模擬測(cè)試，初步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)分揀的功能。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我主要完成的工作有以下幾點(diǎn)：1、對(duì)于系統(tǒng)的研究必要性進(jìn)行分析。2、對(duì)檢測(cè)裝置、執(zhí)行裝置和控制裝置進(jìn)行對(duì)比分析，最終完成選型。3、對(duì)PLC梯形圖、傳送帶電機(jī)電路圖和PLC接線圖進(jìn)行繪制。4、對(duì)系統(tǒng)的程序進(jìn)行模擬仿真。5、對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)王仿真。由于PLC硬件等方面的原因，只能在GX-works2以及組態(tài)王軟件中進(jìn)行仿真測(cè)試。最終能完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。參考文獻(xiàn)[1]熊征偉，章鴻.一種基于PLC的多功能智能分揀機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)械與電子，2019(5).[2]劉媛.基于PLC的物料分揀控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué),2016.[3]肖鐵鎖.基于PLC的自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2012(03):33-33.[4]李夢(mèng)瑤.基于PLC的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湖南農(nóng)機(jī)，2018，045(005):241.[5]陳海龍.基于PLC的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2017(10):94-95.[6]楊健.基于PLC控制的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].2016.[7]李基有.基于PLC控制的多傳感器物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].[8]徐牧，曹珍貫，劉駿，等.基于PLC的自動(dòng)分揀物料系統(tǒng):.[9]豐波.基于西門子PLC1200的產(chǎn)品自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2019，000(036):128-