1.课程名称及来源 名称：基于PLC控制的物料分拣系统设计 来源：自己选题 2.主要研究（设计）目的及意义 2.1 研究的背景 自动分拣系统（Automated Sorting System)是二次大战后率先在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动化作业系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。该系统的作业过程可以简单描述如下：流动中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品，在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，将这些商品运送到指定地点(如指定的货架、加工区域、出货站台等)，同时，当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时，自动分拣系统在最短时间内从庞大的高层货架存储系统中准确找到要出库的商品所在位置，并按所需数量出库，将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送进点的不同运送到不同的理货区域或配送站台集中，以便装车配送。 2.2 研究的意义 自动分拣系统在生产工业中有着举足轻重的作用。它的可靠性，优越性，应用领域的适用性以及系统的经济效益、成本分拣系统能灵活的与其他物流设备实现无缝连接，如自动化仓库、各种存储站、自动集放链、各种运载工具、机器人等。实现对物料实物流的分配、对物料信息流的分配和管理[3]。采用分拣系统，人工分拣、堆置物料的劳动强度大大降低，操作人员无须为跟踪物料而进行大量的报表工作、登单工作，因而显著提高劳动生产率。另外，非直接劳动力如物料仓库人员、发料员以及运货员工作量的减少甚至取消又进一步直接降低了作业成本。由于分拣系统运行平稳、安全性高，同时，人工拣取物料的作业量降低，对物品的损坏减少，为顾客假造了更多的价值，为公司赢得了更多的信誉和商机。 2.3 国外研究现状 自动分拣系统（Automated Sorting System）是二战后在美国、日本以及欧洲的大1
中型物流中心广泛采用的一种分拣系统，参照邮局分拣信件自动化的经验配置而成。一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口四部分组成，它们通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的分拣系统。其主要特点有三: 能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率极低，分拣作业基本实现无人化。自动分拣系统中人员的使用仅局限于进货时的接货、系统的控制、系统的经营、管理与维护等，这恰好适应了国外企业对减少人员使用、减轻员工劳动强度、提高人员使用效率的要求，因此受到了他们的广泛重视。 就国外进行配送业务的行业或企业来说，自动拣选系统已被广泛应用在医药行业、化妆品制造等行业，如日本资生堂、花王、大木等株式会社; 自动分拣机作为自动分拣系统中的关键设备，因其每小时可达6,000-12,000箱的高分拣效率，在日本和欧洲也得到广泛应用: 日本的连锁商业（如西友、日生协、高岛屋等）和宅急便（大和、西浓、佐川等）均普遍使用自动分拣机; 在日本唱片中心，CD及录像带的新出版品也利用高端的机器人自动分拣机拣货。 然而，尽管自动分拣系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家，物流中心、配送中心或流通中心不用自动分拣系统的情况也很普遍。其主要原因有两点: 1、一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资，小企业则无能为力。 2、 系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动分拣，需要采取诸如推行标准化包装、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等二次措施。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。 因此，除自动拣选系统外，国外配送中心对于计算机辅助拣选系统的利用也相当普遍。在流通领域，特别是连锁超市、便利店的配送中心都广泛使用电子标签、RF等计算机辅助拣选系统。 2.4 国内研究现状 国内研发适合自己的分拣系统和技术 与整个物流业的大环境相似，我国在分拣系统和技术方面相对发达国家还比较落后，人工作业的情况仍比较普遍，电子标签、RF技术等辅助拣选系统的生产和使用还不多，自动拣选系统更是寥寥无几。总的来说，我国分拣系2
统的应用呈现出集约化程度低、自动化系统和设备应用范围不广泛的特点。 阻碍自动化拣选系统发展的因素有很多，有些则是与我国整个物流业存在的问题相一致的。物流标准化就是我国物流业长期关注的一个问题。商品的条码化、包装的标准化等是自动化拣选系统得以顺利运行的保证，而在我国，由于商品包装箱（指运输包装）上基本没有印刷条码，商业系统至今尚没有认真研究过运用自动分拣机。另外，由于一个公司或企业往往无法左右整个行业的进展，一些大企业倾向于开发适合自己业务特点的系统，这又进一步造成了实际中接口的障碍。自动化设备和系统的价格问题也是另一个阻碍因素，小企业一般无力购进高价设备。 如今，国际竞争日益加剧，为了发展我国物流业，国内的许多企业和政府部门也在做更大的努力，也已取得了一定的成效。例如，随着科技的日新月异，国内的一些物流配送中心也开始结合自身特点、采用高技术含量的设备和系统来提高分拣配送效率。上海华联超市的配送中心采用高层立体货架和拆零商品拣选货架相结合的仓储系统和前移式蓄电池叉车、电动搬运车、电动拣选车和托盘，实现装卸搬运作业机械化，同时拆零商品配货电子化。采用电子标签拣选系统，使用电子标签设备，大幅度提高了分拣作业速度、降低了拣货出错率。随着对物流业的重视，国内一些物流设备生产企业在分拣设备的生产制造上也取得了一定的进展。例如，太原刚玉仓储设备公司和贵阳普天通信机械厂已设计生产货架电子标签拣选系统、小车式数字显示拣选系统、邮件自动分拣系统等; 珠海普天慧科信息技术有限公司研发出PTL（Pick-to-light & Put-to-light）电子标签拣选系统，除具备电子标签拣选系统的一般优点之外，还具有弹性控制拣货作业流程、即时现场监控、紧急订单处理和缺货通知等强大的功能 3.研究的内容、目标及可行性分析 3.1研究的内容 目前，自动分拣系统在生产工业领域的一个研究热点，该系统主要有机械手的运用和plc的步进指令编程。而自动分拣系统的软件编程是这设计的基础，关系着整个系统的成败。本文正是以基于机械手中电动机转动为研究对象，并结合plc软件编程控制进行了一系列研究，最终提出了一整自动分拣机plc控制系统实现方案，并进行了实现。 目前在完成这个课题上存在的主要问题和难点是： 一、.机械手的运转方面：（1）如何通过电动机的转动来实现机械手的上升，下降，夹紧，松开等操作。（2）机械手如何能够将产品分拣出来。以上这些都将给我们的设计带来难度 二、.plc的步进指令编程方面：（1）首先要把整个控制过程按任务要求分解，如何画出机械手系统控制过程的流程图（2）分配，确定状态器元件，弄清每个被分配状态器的功能3
（3）如何编写程序。这些都成为解决问题的重点。 3.2预期达到的目标 （1）上料机构 在复位完成后，点动“启动”按钮，料筒光电传感器检测到有工件时，推料气缸将工件推出至存放料台，若3秒钟后，料筒检测光电传感器仍未检测到工件，则说明料筒内无物料，这时警示黄灯闪烁，放入物料后熄灭；机械手将工件取走后，推料气缸缩回，工件下落，气缸重复上一次动作。 （2）搬运机械手机构（自动控制+手动控制） 1）自动控制：（旋转开关打到自动挡） 当存放料台检测光电传感器检测物料到位后，机械手手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，延时0.5秒，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪抓取物料,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后；延时0.5秒，手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后；手臂向右旋转，手臂旋转一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位传感器检测到位后，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时0.5秒，气动手爪放开物料,手爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后，手臂向左旋转，等待下一个物料到位，重复上面的动作。在分拣气缸完成分拣后，再将物料放入输送线上。 2）手动控制：（旋转开关打到手动挡） 按一下“手臂伸出/缩回按钮”时手臂伸出，再按一下按钮手臂缩回，如此按下同一按钮手臂在伸出与缩回两态间往复循环。 按一下“手爪下降/上升按钮”时手爪下降，再按一下按钮手爪上升，如此按下同一按钮手爪在下降与上升两态间往复循环。 按一下“手爪夹紧/松开按钮”时手爪抓紧，再按一下按钮手爪松开，如此按下同一按钮手爪在夹紧与松开两态间往复循环； 按一下“手臂右旋/左旋按钮”手臂向右旋，再按一下按钮手臂向左旋，如此按下同一按钮手臂在向右旋转与向左旋转两态间往复循环； （3）成品分拣机构 当入料口光电传感器检测到物料时，变频器接收启动信号，三相交流异步电机以30HZ的频率正转运行，皮带开始输送工件，当料槽一到位检测传感器检测到金属物料时，推料一气缸动作，将金属物料推入一号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止；当料槽二检测传感器检测到白色物料时，旋转气缸动作，将白色物料导入二号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，旋转气缸转回原位，同时电动机停止；当物料为黑色物料直接导入三号料槽，料槽检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止。 （4）启动、停止、复位、警示 1）系统上电后，点动“复位”按钮后系统复位，将存放料台、皮带上的工件清空，点动“启动”按钮，警示绿灯亮，缺料时警示黄灯闪烁；放入工件后设备开始运行，不得人为干预执行机构，以免影响设备正常运行。 2）按“停止”按钮，所有部件停止工作，警示红灯亮，缺料警示黄闪烁。 （5）突然断电的处理 4
突然断电，设备停止工作。电源恢复后，点动“复位”按钮，再点动“启动”按钮。 3.3可行性分析 本设计是应用PLC实现自动输送分拣系统的自动控制，要求系统工具具有传输、分类、保管等功能，并能通过组态监控整个分拣系统。根据此系统的功能构造，可行性分析如下： 首先，在器件选择上看，所需器件如开关、编码器、电动机、传送带、计算机、稳压电源等现有情况下都可以达到要求。 其次，从经济角度看。为了实现可靠地系统控制，因此，在期间选择上，尤其在传感器上，要求稳定性好，准确率高，这样相对的价格就会高一些，但与其性能相比，此系统还是具备了较高的性价比，较好的实现了分拣系统的基本功能。 4 工作方案及进度计划 4.1工作方案 查阅和学习PLC的的相关知识，了解熟悉PLC的I/O点数分配，了解设计过程，拟定设计步骤。然后撰写开题报告、文献综述。确定自己本次设计需要达到的设计目标，分别完成执行系统、驱动系统、控制系统的设计，然后综合实行仿真模拟，调整程序一直达到自己预期的目标。 4.2进度计划 第1周 学习相关课程及软件，查阅有关资料，了解设计过程，拟定设计步骤。 第2周 撰写开题报告、文献综述，继续查阅相关资料。 第3周 执行系统设计 第4周 驱动系统设计 第5周 控制要求分析 第6周 控制系统设计 第7周 选择合适的PLC，I\\O点数分配 第8周 PLC程序设计 第9-12 周完成论文的修改工作，准备答辩 5.参考文献 参考文献： [1] 崔保春,单鹏.基于PLC的物料分拣控制的设计[J].科技信息,2010,(32):640. [2] 李海雯.基于PLC的物料分拣系统设计[J].电工技术,2012,(6):47-48. [3] 吴迎春,徐连强,张家骅.触摸屏和PLC在物料分拣系统中的应用[J].机械制造与自动5
化,2012,42(02):171-173. [4] 蔡文明.人机界面与PLC在物料分拣系统中的应用[J].浙江工贸职业技术学院学报,2008,8(3):25-28. [5] 李明钊,杨承志.基于PLC的卷烟自动分拣系统[J].工业控制计算机,2008,21(3):88,90. [6] 蒋少茵.材料分拣装置的可编程控制系统设计[J].华侨大学学报(自然科学版),2005,26(4):442-444. [7] 王强,张明珠.材料自动分拣系统中的PLC应用研究[J].首都师范大学学报(自然科学版),2011,32(6):5-8. [8] 付伟.PLC在材料自动分拣系统中的应用[J].制造业自动化,2012,34(3下):136-138. [9] 于昊.PLC在材料自动分拣系统中的应用[J].煤炭技术,2011,30(12):31-32. [10] 张有东,赵金宪.PLC材料自动分拣系统的研究[J].煤炭技术,2002,21(7):105,110. [11] 刘明.基于PLC的材料分拣系统[J].科技信息,2011,(3):520. [12] 郭新照,汪兴科.采用MCGS在焊接用材料分拣装置中的监控软件设计[J].装备制造技术,2009,(3):73-74. [13] 张铁异,何国金,黄振峰.基于PLC控制的混合型气动机械手的设计与实现[J].液压与气动,2008,(9):6-8. [14] 王红梅,方贵盛.基于PLC与步进电机的气动搬运机械手控制[J].液压与气动,2009,(11):25-27. [15] 李庭贵.气动机械手搬运物料精确定位控制系统设计[J].液压与气动,2012,35(1):54-56. [16] 李庭贵.基于PLC和步进电机的立体仓库存储系统精确定位控制设计[J].制造业自动化,2011,33(11上):149-153. 6
指导教师审阅意见： 论文选题符合专业培养目标，能够达到综合训练目标，题目有较高难度，工作量大。选题具有较高的较大的实践指导意义。 该生查阅文献资料能力强，能全面收集关于PLC分拣系统的资料，写作过程中能综合运用PLC的系统知识，全面分析分拣系统的问题，综合运用知识能力强。 文章篇幅完全符合学院规定，内容完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清楚，论点突出，论述紧扣主题，有一定的个人见解。 语言表达流畅，格式完全符合规范要求；参考了丰富的文献资料，其时效性较强。 指导教师（签字）： 年 月 日 备注：
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开题报告基于PLC控制的物料分拣系统设计1
