立体仓库自动分拣系统的设计毕业论文.doc

1、立体仓库自动分拣系统的设计目录摘要1abstract2第一章 前言31.1 立体仓库的简介31.2 自动分拣系统的分类及功能31.2.1 自动分拣系统的组成31.2.2 自动分拣系统的分类41.2.3 自动分拣系统的特点61.2.4 自动分拣系统的功能61.3国内外目前的现状及发展趋势71.4主要研究的内容91.5本论文需要解决的问题11第二章 总体方案的设计122.1 控制要求122.2 系统结构框图122.3 系统框图132.4 传感器与电动机的布置142.4.1 传感器的布置142.4.2 电机的布置142.5 控制方式的选用172.5.1 控制方式的简介172.5.2 控制方式的最终选

2、定18第三章 系统硬件的设计203.1 plc的发展概况203.1.1 plc的定义203.1.2 plc的特点203.1.3 plc的应用领域213.1.4 plc的分类与选择223.2 机械手的概况233.3 电动机的选择233.4 传感器243.4.1 光电式接近开关253.4.2 对射式光电接近开关253.4.3 反射式接近开关263.4.4 漫射式光电接近开关263.4.5 光纤式传感器273.5 光电传感器在自动检测中的应用273.5.1 对射式光电传感器的应用273.5.2 反射式传感器的应用283.5.3 漫射式传感器的应用283.6 霍尔传感器293.7 电子式行程开关303

3、.7.1 festo的接近式传感器303.7.2电子式行程开关位置控制装置303.8 压力传感器313.9 传感器的连接方法313.10 使用电器设备的注意事项323.11 电气回路连接安全规则323.12 模拟检测32第四章 控制系统的设计3441 控制系统的组成结构3442 控制系统的性能要求3443 plc控制器控制部分354.3.1 机械手移动物品的过程354.3.2操作方式概念364.3.3机械手与plc的i/0（输入/输出端口）414.3.4初始化及报警程序424.3.5 摆动机械手的控制4344 全系统plc的控制程序44第五章 结束语47主要参考文献48致谢49立体仓库自动分拣

4、系统的设计摘要自动化是现代物流技术发展的主要趋势，因此作为现代物流系统主要组成部分的立体仓库在整个物流系统中占有非常重要的地位。如何准确的放置不同货物，这才是本文的关键，我选择的是用机械手来完成这项任务。机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，在国民经济中发挥着很大的作用，因此应用也就十分的广泛。本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了plc控制的设计方案等。在plc控制下，它可在行程范围内将物体从一点搬运至另一任意点，可置

5、放于各种不同的货架上。控制系统中选择plc的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型分拣机械手的设计方案，这样就更加有利于我们来放置不同的货物，大大的提高了工作效率。关键词：机械手，可编程控制器（plc），立体仓库，物流，the design for the automatic sorting system of the warehouseabstractautomatic technology is the main tendence of the logistic.as the main element of the

6、modern logistic system,automated storage has a very important statue in the whole logistic system.how accurate placement of different goods,this is the key to this article,i chose to use the robot to accomplish this task.manipulator plays an extremely important role in the filed of advanced manufact

7、uring.it can carry goods sort materials and do heavry works instead of the the human beings.it also can realize mechanization and automation of the production,do the jobs in harmful environment to protect the personal safety.play in the national economy a big role,it also a wide range of application

8、.throughout this peper,robot development in recent years,based on the design aspects of a combination of mechanical hand,robt techonolgy on a systematic analysis,presented the design of plc control programs.on the control of the plc system,it can take bodies from one place to another in the range of

9、 its journey,can be placed in different shelves.select the plc control system for the control unit to complete the initialization of system functionality ,the mobile robot,fault alarm functions and so on.through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator w

10、as designed, this will help us to place more different goods, which greatly improves the efficiency of.key words:manipulator;programmable logic controller(plc);retrieval system;logistic第一章 前言1.1 立体仓库的简介自动化是现代物流技术发展的一个主要趋势，因此作为现代物流系统主要组成部分的立体仓库在整个物流系统中占有非常重要的地位。立体仓库的出现不仅彻底改变了整个仓储物流行业劳动密集、效率低下的落后状况，而且

11、极大的拓展了仓库的功能，适应了物流现代化的发展要求。立体仓库是一个将毛坯、半成品、配套件或成品、工具等物料自动存取、自动检索的系统，是物流系统的重要组成部分。立体仓库主要由库房、堆垛起重机、出入库运输机、控制计算机、状态检测器等部分组成，必要时还配有信息输入设备如条形码扫描器等。立体仓库是一种设置有高层货架，并配置有仓储机械和自动控制、计算机管理系统，以实现物料搬运、存储机械自动化，存储管理现代化的一种新型仓库。它充分利用仓库空间，集信息、存储、管理与一体化，利用微电子自动控制技术实现仓储作业的自动化，采用先进的计算机管理系统实现管理现代化。与普通平库相比，它有无可比拟的优越性：首先立体仓库节

12、约空间、节省劳动力，可充分提高仓库的空间利用率，降敌仓储成本。据国际仓储自动化协会提供的资料显示：以库存11000托盘，月吞吐10000托盘的冷库为例，自动化立体仓库与普通平库比较情况为：用地面积为13%，工作人员为21.9%，吞吐成本为55.7%，总投资为63.3%，而且立体仓库单位面积存储量是普通平库的4-7倍。其次、由于采用自动控制技术及计算机管理系统，极大的提高了仓库吞吐效率和管理水平。其存储作业迅速准确，使作业过程中的货损大大的减少；通过对仓库物资的优化管理，可减少库存、缩短物资的周转期，提高资金的周转率，从而提高经济效益。再次、自动化程度高，可实现高速数据通讯、实时图像显示，为可视

13、化监控提供了方便。1.2 自动分拣系统的分类及功能1.2.1 自动分拣系统的组成自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成 控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。 分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方

14、向进入其它输送机或进入分拣道口。分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。 输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。 以上四部分装置通过计

15、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自动分拣系统1.2.2 自动分拣系统的分类堆块式分拣系统 （pusher sorting system）堆块式分拣机由链板式输送机和具有独特形状的滑块在链板间左右滑动进行商品分拣的推块等组成。推块式分拣系统是由推块式分拣机，供件机，分流机，信息采集系统，控制系统、网络系统等组成。 1、可适应不同大小、重量、形状的各种不同商品； 2、分拣时轻柔、准确； 3、可向左、右两侧分拣，占地空间小； 4、分拣时所需商品间隙小，分拣能力高达18000个/时； 5、机身长，最长达110米，出口多。 交叉带式分拣系统 （carbel sortin

16、g）由主驱动带式输送机和载有小型带式输送机的台车(简称“小车”)联接在一起，当“小车”移动到所规定的分拣位置时，转动皮带，完成把商品分拣送出的任务。因为主驱动带式输送机与“小车”上的带式输送机呈交叉状，故称交叉带式分拣机。 主要优点/性能参数1、分拣能力，一般达60007700个/时。2、适宜于分拣各类小件商品，如食品、化妆品、衣物等。 3、分拣出口多，可左右两侧分拣。 注：（大型交叉带式分拣系统一般应用于机场行李分拣和安检系分类，根据作业现场的具体情况可分水平循环式或直行循环式）斜导轮式分拣机 （line shaft diverter） 当转动着的斜导轮，在平行排列的主窄幅皮带间隙中浮上、下

17、降时，达到商品的分拣目的。 主要优点/性能参数 1、对商品冲击力小，分拣轻柔； 2、分拣快速准确； 3、适应各类商品，只要是硬纸箱、塑料箱等平底面商品； 4、分拣出口数量多。 轨道台车式分拣机 pallet sorting system 被分拣的物品放置在沿轨道运行的小车托盘上，当到达分拣口时，台车托盘倾斜30度，物品被分拣到指定的目的地。 分 类 1、可三维立体布局，适应作业工程需要。 2、可靠耐用，易维修保养。 3、适用于大批量产品的分拣，如报纸捆，米袋等。 摇臂式分拣机 （swing arm diverter）被分拣的物品放置在钢带式或链板式输送机上，当到达分拣口时，摇臂转动，物品沿摇臂

18、杆斜面滑到指定的目的地 主要优点/性能参数 1 结构简单 价格较低2 垂直式拣选系统 （vertecal picking system） 垂直式拣选系统(又称折板式垂直连续升降输送系统)是不同楼层间平面输送系统的连接装置。根据用途和结构的不同，有从某楼层分拣输送至某楼层；从某楼层分拣输送至不同的各楼层；从某楼层分拣输送至某楼层的不同出口方向。1.2.3 自动分拣系统的特点（1）轻柔平稳的单个处理由于其内在的灵活性，系统能快捷自动地适应于物件不同的尺寸、重量和条型码信息等。交叉带的加速起动是完全受控的，因此，物件会在分拣过程中保持它们的位置和方向，而不会在加速和减速时翻转和滚动。（2）可靠性和易

19、维护性分拣系统由免维护的直线电机驱动，而每个交叉带都由标准的、免维护的无刷直流伺服电机控制。由于在驱动系统中消除了机械接触，并在系统与交叉带单元的数据交换中采用了红外通讯，整个系统的磨损被降低到最小。整体而言，该分拣机有着最少的可磨损部件。任何损伤部分都可被极快和极方便地替换。若某一交叉带单元中的部件在运行中发生损伤，则该单元的动作可通过控制系统被临时中止，而待系统结束运行后再予以维修。（3）灵活的系统设计系统由预制的模块组成，从而使现场安装得以简化，并确保系统在安装后亦易于改建和扩展。系统能回旋于不同楼层间和适于低建筑高度的特性，使其能极大地节省空间，和适应于新的或已建成的工作场地。1.2.

20、4 自动分拣系统的功能（1）具有广泛的物品处理能力可适应易碎物品的分拣处理，可适应在分拣全过程中需保持其精确的位置方向物品的分拣处理；适应分拣处理的物品尺寸变化范围大。（2）分拣处理无落差可使物品的分拣过程做到无落差处理，避免出现物品在分拣过程中出现损坏现象。（3）高效率低噪独特的设计达到了高效率和低噪音的水平，可在限定的几个小时内能集中处理几万件物品。（4）网络化该设备在光、机、电一体化的基础上同时融入了网络技术，从而做到物品信息一次输入，然后在分拣、核对、制单、跟踪查询等多次使用，使其成为信息网、金融网和实物网的重要汇接技术合成系统设备。1.3国内外目前的现状及发展趋势纵观国内外分拣系统的

21、应用情况可以发现，国外的物流配送中心倾向于采用自动化程度很高的分拣系统。而在我国，由于物流业起步晚，分拣系统中人工作业的比例也较高。 国外自动分拣系统的广泛使用，以美国、日本及欧洲为代表的发达国家，在分拣系统的应用上呈现出自动化程度越来越高的特点。自动分拣系统已成为发达国家大中型物流中心、配送中心或流通中心不可缺少的一部分。 自动分拣系统（automated sorting system）是二战后在美国、日本以及欧洲的大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

22、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

23、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

24、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。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

25、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

26、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-

27、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。 在自动拣选技术和系统方面，自动分拣技术在20世纪70年代被引入国内，我国的邮政系统最早并已多年使用自动分拣设备，并在长期的实践中不断创新、不断进步。例如，邮电部相关部门相继开发和研制出具国际水平的core-nt自动分拣系统，性价比很高的扁平邮件高速自动分拣系统; 上海邮政通用技术设备公司研制成功了速递邮件网络化自动分拣系统等。今年6月份，邮政系统还推出了新的信封标准以更好的配合自动化的信件分拣系统。虽然在邮政系统外的其

28、它行业，国内对自动分拣系统的使用还非常少，但有关部门和企业正在为此做出不懈的努力。可以肯定，随着物流大环境的逐步改善，自动分拣系统在我国流通领域一定会大有用武之地。纵观以上的情况，研究新一代的，高性能的自动分拣系统是很有必要的。它对国名经济的发展起到了很发大的作用。目前我国的自动分拣系统相对于欧美发达国家还是很落后的，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。因此这些都阻碍了我过经济的发展，降低了我国商品的国际竞争力。所以我国一定要开发更高性能的自动分拣装置，来实现商品的现代化运送，促进经济更加快速的增长。1.4主要研究的内容本课题

29、的研究实际上是一个关于货物合理分配的问题，是物流中的一个重要的环节。物流是指物品从供应地向接收地的实体流动过程。根据实际需要，将运输，储存，装卸，搬运，包装，流通加工，配送，信息处理等基本功能实施有机的结合。它是根据物品的种类，数量和质量，在最合适的时刻，以最低的成本将其输送到正确的地点，并及时完成物品信息的传输和修改，以及输送工具的回收的而全过程。所以自动分拣系统的核心内容就是如何使大量的不同类型的物品自动的放到相应的货架上去而不出现差错，还有如何识别不同类型的物品。这是设计这个系统的两大核心的问题。自动分拣系统由合流、分拣识别、分拣分流和分运四个分段构成。本课题的难点就是如何准确无误的分拣

30、出不同的商品，我在这个课题里采用机械手来分拣不同的货物。机械手的系统结构框图机械手电磁阀电容开关电感开关光电开关限位开关可编程控制器滑台电磁阀下料气缸电磁阀传送带电机传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。它主要被用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。机械手动作的时机需要传感器来给予，本设计所要用到的传感器包括：电感接近开关，电容接近开关，光电传感器，滑台限位开关。其中，电感接近开关用于判断元件在传送带上的位置，电容接近开关用于判断元件的材质，光电传感器用于判断元件颜色，滑台限位开关是判断滑台的位置。因此合理的应用传感器是本课题所必须的

31、。通过传感器的指令来控制机械手的行动。此外还有控制系统的设计，机械手的设计都是这次论文的核心。1.5本论文需要解决的问题（1）解决机械手机械结构的设计问题，要求机械手结构简单、经济、具有一定的代表性。（2）执行部件的运动精度的问题（3）机械手的控制系统，包括控制系统的电路和控制程序，并解决工件和控制系统的协调问题。（4）传感器的类型选择（5）plc的应用和相关程序的编写以及相关电路图的绘制第二章 总体方案的设计2.1 控制要求要求如下：1） 按下启动按钮后若滑台不在原点，则返回原点2） 启动电机3） 判断货物的体积和重量4） 判断是否到达传动带末端5） 电机停止6） 机械手动作7） 将不同类型

32、的货物分拣到相应的仓库的货架上8） 机械手回原点9） 电机启动进入下次分拣2.2 系统结构框图该装置包含了plc控制技术、位置检测技术、气动技术等，由plc（三菱fx1n）、电动机、开关电源、电磁滑、变频器、传感器等器件，系统的功能子模块有：传动模块；机械手模块（含真空吸放）；气源处理模块；传感器检测模块；电源模块；可编程控制器模块；变频器模块；气动电磁阀模块。 具体结构框图如下：电容开关电感开关光电开关限位开关可编程控制器滑台电磁阀下料气缸电磁阀传送带电机机械手电磁阀图2.1 系统结构框图、2.3 系统框图系统功能图如下：开始检查机械手位置是否在原点启动电机放置货物判断体积判断重量是否到输送

33、带末端电机停止分拣是否到输送带末端电机停止分拣回到原点判断模式回到原点按下开始按钮2.4 传感器与电动机的布置2.4.1 传感器的布置根据本次设计要求，传感器的分类如下：1)对货物进行跟踪：与计数器相连，探测到货物之后，计数器计数。2）减速控制：由于传送链速度较快，为避免货物由于惯性来不及制动，设计三级调速，经过传感器之后电动机自动调速。3）启停控制：根据货物运行情况和位置对电动机进行启停控制，避免货物堵塞以及传送链在没有货物的情况下空转。4）升降控制：检测到货物之后对升降机的运行状态进行控制。具体布置：（见下图）1）1#，5#，9#，13#，14#为货物跟踪传感器2）2#，3#，6#，7#，

34、10#，11#，15#，16#，18#，19#,22#,23#为减速控制传感器3）4#，8#，12#，17#，20# 24#为启停控制传感器4）5#，13#,21#为升降控制传感器布置主要基于以下考虑a)传送链运行速度较快，立即制动较难，所以设置三级调速，故在每段传送链的尾段布置三个传感器。b)为便于对升降机上的货物跟踪，单独在升降机上布置传感器。2.4.2 电机的布置运动与水平传送链上的运动相一致，理论上来说也是可以的，但这种方法使升降台的运动必须与水平传送链的运动一致，效率太低，故在此布置电机。m11 m22 m33（电机布置见下图）根据本次设计要求，电机的分类如下1）控制水平传送链的电机

35、 m1 m3 m4 m6 m7 m92）控制上下运行的升降台的电机m2 m5 m8 为能够控制升降台的高度，一般有下述方法a) 在升降台的两侧安装“光电传感器”b) 行程开关比较下来觉得行程开关较简便，故在升降台处装行程开关3)控制升降台上水平运行滚筒的电机。如果此段不布置电机，使升降台上的水平运动与水平传送链上的运动相一致，理论上来说也是可以的，但这种方法使升降台的运动必须与水平传送链的运动一致，效率太低，故在此布置电机。m11 m22 m33（电机布置见下图）（电机的布置图）2.5 控制方式的选用2.5.1 控制方式的简介在此先介绍一下立体仓库的控制方式，一般有三种：dcs，plc和fcs

36、。a) dcs或tdcs1、分散控制系统dcs与集散控制系统tdcs是集4c（comunication，computer，control，crt）技术于一身的监控技术。 2、从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（comunication）是关键。 3、pid在中继站中，中继站连接计算机与现场仪器仪表与控制装置。 4、是树状拓扑和并行连线的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。5、模拟信号、a/d-d/a、带微处理器的混合。 6、一台仪表一对线接到i/o，由控制站挂到局域网lan。 7、dcs是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。 8、用于大规模的连续

37、过程控制，如石化等。b) plc 1、从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。 2、连续pid控制等功能，pid在中继站中。3、可用一台pc 机为主站，多台同型plc为从站。 4、也可以一台plc 为主站，多台同型plc为从站，构成plc网络。与用pc机作主站相比，方便之处是：在用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。 5、plc网络既可作为独立的dcs/tdcs，也可作为dcs/tdcs的子系统。 6、大系统同dcs/tdcs， 如tdc3000、centumcs、wdpfi、mod3000。 7、plc网络如sienmens公司的sinec-l1、sinec-h1

38、、s4、s5、s6、s7等，ge公司的genet、三菱公司的melsec-net、melsec-net/mini。8、主要用于工业过程中的顺序控制，新型plc也兼有闭环控制功能。c) fcs1、基本任务是：本质(本征)安全，危险区域，易变过程，难于对付的非常环境。2、全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。 3、用两根线联接分散的现场仪器仪表、控制装置、pid与控制中心，取代每台仪器两根线。 4、在总线上pid与仪器、仪表、控制装置都是平等的。 5、多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。 6、是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。 7、用

39、分散的虚拟控制站取代集中的控制站。 8、由现场电脑操纵，还可挂上位机，接同总线的上一级计算机。 9、局域网，再可与internet相同。 10、改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。2.5.2 控制方式的最终选定对于本次设计来说对于传送带的控制为顺序控制，需要与货物检测系统连网。通信协议不想复杂化，兼容性要好，dcs虽然控制器功能强，数据通讯能力强、具有灵活性和安全性，但是成本高，兼容性差各公司产品成不能互换，不能互操作，所以不选用。fcs是全数字化，智能、多功能性控制、特别适合危险区域、易变过程和非常环境。核心是总线协议，基础是数字智能现场装置，本质是信息处理现场化。fcs的优

40、点是进行闭环控制，但是总线协议、相关的关键技术及设备是相互关联的比较复杂。plc是模块化结构、开关量顺序控制、10ms巡检周期、 拥有多种通讯模式。具有高可靠性、拥有很高的电磁兼容性和抗冲击、耐振动性能，是理想 的现场控 制器, 通过和上位机通讯可以实现多种控制功能。同时对plc进行编程可以使用“梯形图”，这是一种图形化了的编程语言。它使用各种图形表示条件以及命令，这样可以使用户的编程界面更加友好；由于采用了按功能分段, 既压缩了程序长度, 又便于根据用户不同要求进行编写,这样也使得程序的编制更加方便。用plc做从站，与出入库系统的plc够成plc网络较为容易：编程的时候不需知道通信协议只要按

41、照说明书格式写就可以了。由于传感器布置的点较多，用plc的i/o可以满足。而且由于plc技术较为成熟，编程也较为简单直观，介绍plc的书籍较多，最终决定选用plc控制。根据前文传感器的布置，本次设计plc要满足的要求见下图plc输入输出跟踪调速启停计数调速启停升降（plc的要求流程图）第三章 系统硬件的设计3.1 plc的发展概况3.1.1 plc的定义plc即可编程控制器（programmable logic controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（international electrical committee）颁布的plc标准草案

42、中对plc做了如下定义：“plc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”3.1.2 plc的特点1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的f系列plc平均无故障时间高达3

43、0万小时。一些使用冗余cpu的plc的平均无故障工作时间则更长。从plc的机外电路来说，使用plc构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，plc带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除plc以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2）配套齐全，功能完善，适用性强plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代plc大多具有完善的

44、数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来plc的功能单元大量涌现，使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc等各种工业控制中。加上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用plc组成各种控制系统变得非常容易。3）易学易用，深受工程技术人员欢迎plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4）统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改

45、造plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5）体积小，重量轻，能耗低以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3.1.3 plc的应用领域目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类： 1）开关量的逻辑控制这是plc最基

46、本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的a/d和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3）运动控制plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位置传

47、感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块，目前许多小型plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5）数据处理现代plc具有数学运算（含矩阵运算、函数运

48、算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6）通信及联网plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc厂商都十分重视plc的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接口，通信非常方便。3.1.4 plc的分类与选择pl

49、c种类较多，主要有西门子、三菱、omron、fanac、东芝等，但能配套生产，大、中、小、微型均有配套且目前用得最广泛的的主要是西门子、三菱、omron的plc。根据前面确定的plc点数：实际输入点28点，实际输出点12点，综合对比三菱fx系列（包括fx0s、fx1s、fx0n、fx1n、fx2n等）、西门子系列、omron系列中i/o点数为48点各型号的plc的价格、性能、实用场合等各方面。本系统可选择plc型号为：fx2n64mr001，合计总数64点32点输入，dc24v，32点继电器输出；尺寸（mm）：2208790，其性能、价格都优于其他plc。fx2n系列是fx系列plc家族中最先

50、进的系列，它能最大范围地包容了标准特点，程式执行更快，全面补充通讯功能，适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化控制应用提供最大的灵活性和控制能力。该型号plc有32个输入节点，32个输出节点，能够满足系统要求并留有一定的余量。3.2 机械手的概况工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的工业机械手是从80年代七五科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过七五,八五科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件，

51、开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人。世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工。随着机器人应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。本设计所用的就是气动式的机械手，拾取和释放材料都是由气压控制。把组装完成的工件送到与该系统配套使用的传送带分拣工作站中继续工作过程。3.3 电动机的选择y系列（三相异步电动机其特点是效率高、节能、堵转转距高、噪声低、

52、振动小、运转安全可靠。安装尺寸和功率等级完全符合iec标准和din42673标准。它是全国联合设计的基本系列电动机产品。本系列一般采用b级绝缘，外壳防护等级为ip44，冷却方式为ico141。y系列电机的转速有双速、三速、四速三种。该系列电机采用改变绕组的接法来改换电机的极数和输出功率，使与机械设备的负载特性相匹配，以简化其变速系统，节省投资， 广泛应用于冶金、矿山、机械、机床和纺织等行业。因此我选用的是该型号的电动机。图（1）模块化加工生产系统（mps）结构图3.4 传感器机械手动作的时机需要传感器来给予，本设计所要用到的传感器包括：电感接近开关，电容接近开关，光电传感器，滑台限位开关。其中

53、，电感接近开关用于判断元件在传送带上的位置，电容接近开关用于判断元件的体积，光电传感器用于判断元件重量，滑台限位开关是判断滑台的位置。 图（1）电容式传感器 图（2）电容式接近开关图形符号电容式传感器在自动检测中的应用:由于电容传感器根据其感应灵敏度可以检测不同质量的货物。如图（2）所示，在自动生产线上可以检测出工件形状，体积等等，用以控制计数器计数或下一个加工步骤等。3.4.1 光电式接近开关光电式传感器是用光电转换器件作敏感元件、将光信号转换为电信号的装置。光电式传感器的种类很多，按照其输出信号的形式，可以分为模拟式、数字式、开关量输出式。以开关量形式输出的光电传感器，即为光电式接近开关。

54、 光电式接近开关,利用光电效应制成的传感器称为光电式传感器。光电式传感器的种类很多，其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。 （1）光电式接近开关主要由光发射器和光接收器组成。（2）光发射器用于发射红外光或可见光。（3）光接收器用于接收发射器发射的光，并将光信号转换成电信号以开关量形式输出。（4）按照接收器接收光的方式不同，光电式接近开关可以分为对射式、反射式和漫射式三种。光发射器和光接收器也有一体式和分体式两种3.4.2 对射式光电接近开关对射式光电接近开关是指光发射器（光发射器探头或光源探头）与光接收器（光接收器探头）处于相对的位置工作的光电接近开关。其原理和外形如下图所示：（对射式

55、接近开关的工作原理）（对射式接近开关外形图）3.4.3 反射式接近开关反射式光电接近开关的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且光发射器与光接收器为一体化的结构，在其相对的位置上安置一个反光镜，光发射器发出的光经反光镜反射回来后由光接收器接收。其原理和外形如下图所示： （反射式光电接近开关的工作原理及其外形图）3.4.4 漫射式光电接近开关漫射式光电接近开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故该种传感器称为漫射式光电接近开关。 其原理和外形如下图所示： （漫射式光电接近开关的工作原理及其外形图）3.4.5 光纤式传感器光纤电缆由一束玻璃纤维或由一条或几

56、条合成纤维组成。光纤能将光从一处传导到另一处,甚至绕过拐角处。其 工作原理是通过内部反射介质传递光 线。光线通过具有高折射率的光纤材 料和低折射率护套内表面,由此形成的 光纤在光纤内的反射式传递。光纤由芯部(高折射率)和护套(低折射率)组成。在光纤内,光被不断来回反射, 产生全内反射,因而光能通过曲线路径。光纤式传感器外形如下图所示。（光纤式传感器外形图）3.5 光电传感器在自动检测中的应用3.5.1 对射式光电传感器的应用用两个对射式光电传感器检测传送带的张力，如图所示。在正常情况下，传送带的传送速度应保持一定的范围内，即v1和v2的带速度应为一致。即传感器a有信号，b没有信号。如果在某一时刻a和b都有信号，这就表明v2传送出现问题，这样会在送入和输出机构之间出现带子重叠，这