物流自动化课程设计

1、学 号： 0121018700306课 程 设 计 题 目物流自动化控制系统设计与实现学 院物流学院专 业物流工程班 级行政1001班姓 名徐宏华指导教师朱宏辉2014年1月8日武汉理工大学物流自动化系统设计与应用课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 徐宏华 专业班级： 物流行政1001班 指导教师： 朱宏辉 工作单位： 物流学院 题 目: 物流自动化控制系统设计与实现 初始条件：1.编程环境：Step7v5.5软件2.PLC型号：西门子公司S7系列，S7-300 3.物流自动化系统设计与应用的相关资料指导书 4.仿真环境：S7-PLCSIM目的与要求: 巩固学生在课程学习中所掌握的物流自动

2、化系统设计理论和技术方面的基本知识，通过对给定条件的物流自动化系统的设计、分析和调试，培养本专业学生的创新能力、综合实践能力和工程能力。因此，要求学生广泛收集和查阅相关技术资料，运用物流自动化系统设计的基本理论和方法，独立、系统、全面地完成所选课程设计项目的基本内容，撰写相应的设计说明书，并参加课程设计答辩。时间安排：十七周·十八周指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日本科生课程设计成绩评定表姓 名徐宏华性 别男专业、班级物流行政1001班课程设计题目：物流自动化控制系统设计与实现课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格

3、评定）指导教师签字： 年 月 日目录摘要0第一章 生产物流系统11.1生产物流系统11.2 生产物流系统的设计任务要求21.2.1功能要求2第二章 分拣合流模块32.1 分拣合流模块的原理32.2分拣合流模块的控制要求4第三章 控制系统的硬件设计43.1系统硬件组态拓扑图43.2PROFIBUSDP总线技术53.3DP的组站63.4系统的硬件结构图63.5 PLC的I/O地址分配73.3 PLC外部接线图83.4 其他设备9第四章 控制系统的软件设计104.1控制系统顺序流程图设计104.2控制系统的程序设计11第五章 控制系统的调试175.1 软件的调试175.2 总体的调试17结论18参考

4、资料书19摘要 本次课程设计主要研究的是基于PLC的物流自动控制系统设计，PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。 本文主要讲述PLC在物流自动化控制系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动合流、分拣装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术等技术,现场控制产品的自动

5、合流分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点。 关键词: 可编程控制器，合流分拣装置，控制系统，传感器第1章 生产物流系统1.1生产物流系统 下图为某单位生产物流系统的布局结构简图，全部输送节点均为水平输送。该系统生产10种不同产品，输送过程中使用专用托盘。相关节点意义及其基本参数见图1下注释。图1 生产物流系统布局注1：-：10种不同的产品；A1-A10：分别对10种不同产品进行排序和定位，以便后续工序处理；H1-H3：表示3个合流装置；Z1-Z5：表示5个不同加工工序；F1：成品检测工序；F2：包装工序；F3：打标工序输送机1分拣区1A1A2A3A4A5A6A7A8A9A

6、10分拣区2H1H2H3Z1Z2Z3Z4Z5F1F2F3缓冲区2次品合格品注2：设A1-A10处均具有14 CPM的最大服务能力；设Z1-Z5处均具有20 CPM的最大服务能力；设F1处具有100 CPM的服务能力；F2处每20件产品作为一个包装，具有10 CPM的服务能力；F3处具有20 CPM的服务能力注3：CPM：表示每分钟处理产品的件数锯齿合流缓冲区1输送机2 本系统内置电源，有步进电机、输送机（皮带输送机与辊子输送机）、单作用气压缸、电磁阀、传感器等部件。选用相应的传感器对不同的产品进行检测扫描。将传感器分别固定在相应的位置上，进而控制其他的装置。实现物流系统的自动化控制。1.2 生

7、产物流系统的设计任务要求 该系统分为合流输送模块，分拣河流模块，加工运输模块，分拣配送模块。系统通电后,首先启动输送机1，10种不同产品从10个支流经过疾驰河流按照从1到10的顺序流出,经过分拣区1的分拣，再由A1-A10对10种产品进行排序和定位，以便后续工序的处理，分别经过H1、H2、H3合流装置，传感器检测到1-4号产品到达Z1工序时，开始加工，加工5秒后完成。传感器检测到5-8号产品到达Z2工序时，开始加工，加工5秒后完成。传感器检测到9-10号产品到达Z4工序时，开始加工，加工10秒后完成。传感器检测到由Z1，Z2过来的产品到达Z3工序时，开始加工，加工15秒后完成。传感器检测到由Z

8、3、Z4过来的产品到达Z1工序时，开始加工，加工5秒后成品完成。F1的检测传感器检测到不合格品，气缸动作将其推出，合格品顺利通过。F2的计时器记录合格品达20个时，把这20个合格品包装成一个。传感器检测到产品到达F3时，对其进行打标。最后经过分拣区2分拣配送到东南西北四个方向。1.2.1功能要求（1）：十种不同的产品同时到达锯齿合流入口输送，没过三秒的时间下一批产品到达进入输送机。（2）A1A4：实现将从输送机输送过来的产品10，9，8，7号分拣并进行排序和定位。（3）A5A8：实现将从输送机输送过来的产品6，5，4，3号分拣并进行排序和定位。（4）A9A10：实现将从输送机输送过来的产品2，

9、1号分拣并进行排序和定位。（5）H1：实现将A1A4下来的产品进行合流输送至Z1工序。（6）H2：实现将A5A8下来的产品进行合流输送至Z2工序。（7）H3：实现将A9A10下来的产品进行合流输送至Z4工序。（8）Z1：实现将从H1合流装置过来的4个产品加工成1个产品。（9）Z2：实现将从H2合流装置过来的4个产品加工成1个产品。（10）Z3：实现将从Z1、Z2工序过来的4个产品加工成1个产品。（11）Z4：实现将从H3合流装置过来的2个产品加工成1个产品。（12）Z5：实现将从Z3、Z4工序过来的4个产品加工成1个产品。（13）F1：对成品进行检测剔出次品。（14）F2：将20个合格品包装成

10、1个。（15）F3：给产品打标。第2章 分拣合流模块2.1 分拣合流模块的原理图2 分拣合流模块2.2分拣合流模块的控制要求1. 分拣模块系统利用传感器对待测产品进行分拣分类并合流。当产品进入输送系统，经过缓冲区后到达相应的传感器检测区接受检测。当被对应的传感器测中时，通过控制相应的启动装置将其推入分拣轨道。否则，产品继续前行直至完成分拣任务。（1）系统通电后，输送机启动，带动传送带传送产品向前运行（2）当10号传感器检测到10号产品时，推气缸1运动（3）当9号传感器检测到10号产品时，推气缸2运动（4）当8号传感器检测到10号产品时，推气缸3运动（5）当7号传感器检测到10号产品时，推气缸4

11、运动（6）当6号传感器检测到10号产品时，推气缸5运动（7）当5号传感器检测到10号产品时，推气缸6运动（8）当4号传感器检测到10号产品时，推气缸7运动（9）当3号传感器检测到10号产品时，推气缸8运动（10）当2号传感器检测到10号产品时，推气缸9运动（11）当1号传感器检测到10号产品时，推气缸10运动（12）气缸运行应有动作限位保护2. 合流模块系统中，产品进入分拣轨道后被挡板挡住，在相应的位置有传感器。（1）合流H1前的传感器同时扫描A1A4轨道上的10，9，8，7号产品，如果都有，则发送信号至工序Z1，工序Z1判定是否工作，未工作时，则发送信号返回至挡板H1进而控制挡板H1打开，产

12、品合流输送至Z1。（2）合流H2前的传感器同时扫描A5A8轨道上的6，5，4，3号产品，如果都有，则发送信号至工序Z2，工序Z2判定是否工作，未工作时，则发送信号返回至挡板H2进而控制挡板H2打开，产品合流输送至Z2。（3）合流H3前的传感器同时扫描A9A10轨道上的2，1号产品，如果都有，则发送信号至工序Z4，工序Z4判定时否工作，未工作时，则发送信号返回至挡板H3进而控制挡板H3打开，产品合流输送至Z4。第3章 控制系统的硬件设计 系统硬件组态以连接网络PROFIBUS-DP总线连接器为基础。3.1系统硬件组态拓扑图 自动化任务分为多台PLC控制的若干个子任务，这些子任务分别用几台CPU独

13、立地和有效的进行处理，这些CPU在DP网络中作DP主站和智能从站。主站和从站之间的数据交换式由PLC的操作系统周期性自动完成的，用户必须对主站和从站之间的通讯连接和用于数据交换的地址区域组态。这种通讯方式成为主/从通讯简称MS方式。DP主站不是直接访问智能从站的物理I/O区，而是通过从站组态时指定的通讯双方的I/O区来交换数据，因此该I/O区不能占用分配给I/O模块的物理I/O地址区。图3 拓扑结构图3.2PROFIBUSDP总线技术 PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O 的通信。使用PROFIBUS-DP 可取代办24VDC 或4-20mA 信号传输

14、。PROFIBUS-DP 用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP 还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。总线上最多可连接126 个站点。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。 每个PROFIBUS-DP 系统可包括以下三种不同类型设备：（1）一级DP 主站（DPM1）：一级DP 主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的站（如DP 从站）交换信息。典型的DPM1

15、 如PLC 或PC。(2)二级DP 主站（DPM2）：二级DP 主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP 系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。(3) DP 从站：DP 从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O 设备、驱动器、HMI、阀门等）。 PROFIBUS-DP 构成的系统为：(1)单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。(2)多主站系统：总线上连有多个主站。这些主站与各自从站构成相互独立的子系统。每个子系统包括一个DPM1、指定的若干从站及可能的DPM2 设备。任何一个主站均可读取DP 从站的输入/输出映象，但只有一个DP 主站允许对DP 从站写入数据。3

16、.3DP的组站(1)组态DP主站和PROFIBUS网络(2)组态SIMATIC 300(2)、SIMATIC 300(3)、SIMATIC 300(4)、SIMATIC 300(5)4个智能从站，设置其PROFIBUS DP地址分别为3、4、5、6， 连接到PROFIBUS (1)网络中，同时设置工作模式为从站。(3)将SIMATIC 300(1)、SIMATIC 300(2)、SIMATIC 300(3)、SIMATIC 300(4)、SIMATIC 300(5)这4个DP智能从站连接到DP主站系统(4)主站与从站的主从通讯设置主-从通讯的输入/输出地址区，即通讯的数据接收缓冲区和数据发送缓

17、冲区。 从站1的“DP从站属性”对话框中的组态的选项卡的第1行表示从站（地址为3）的通信伙伴（即主站地址2）用QB100-QB101发送数据到从站（本地）的IB100-IB101(通讯长度1个字)；组态的选项卡的第2行表示从站（本地）用QB100-QB101发送数据到主站的IB100-IB101(通讯长度1个字)。 从站2的“DP从站属性”对话框中的组态的选项卡的第1行表示从站（地址为4）的通信伙伴（即主站地址2）用QB110-QB111发送数据到从站（本地）的IB110-IB111(通讯长度1个字)；组态的选项卡的第2行表示从站（本地）用QB110-QB111发送数据到主站的IB110-IB

18、111(通讯长度1个字)。 从站3的“DP从站属性”对话框中的组态的选项卡的第1行表示从站（地址为5）的通信伙伴（即主站地址2）用QB120-QB121发送数据到从站（本地）的IB120-IB121(通讯长度1个字)；组态的选项卡的第2行表示从站（本地）用QB120-QB121发送数据到主站的IB120-IB121(通讯长度1个字)。 从站4的“DP从站属性”对话框中的组态的选项卡的第1行表示从站（地址为6）的通信伙伴（即主站地址2）用QB130-QB131发送数据到从站（本地）的IB130-IB131(通讯长度1个字)；组态的选项卡的第2行表示从站（本地）用QB130-QB131发送数据到主

19、站的IB130-IB131(通讯长度1个字)。3.4系统的硬件结构图设计系统的硬件结构框图，如图4所示图4 系统的硬件结构图3.5 PLC的I/O地址分配根据所选的PLC的型号，对本系统的输入输出端进行地址分配，如表所示 表1 PLC I/O地址分配西门子PLC（I/O）符号备注输入部分输入部分I0.0SM1检测扫描10号产品I0.1SM2检测扫描9号产品I0.2SM3检测扫描8号产品I0.3SM4检测扫描7号产品I0.4SM5检测扫描6号产品I0.5SM6检测扫描5号产品I0.6SM7检测扫描4号产品I0.7SM8检测扫描3号产品I1.0SM9检测扫描2号产品I1.1SM10检测扫描1号产品

20、I1.2SM11合流处同时扫描10.9.8.7号产品I1.3SM12合流处同时扫描6.5.4.3号产品I1.4SM13合流处同时扫描2.1号产品I1.5SFW1推气缸1动作限位I1.6SFW2推气缸2动作限位I1.7SFW3推气缸3动作限位I2.0SFW4推气缸4动作限位I2.1SFW5推气缸5动作限位I2.2SFW6推气缸6动作限位I2.3SFW7推气缸7动作限位I2.4SFW8推气缸8动作限位I2.5SFW9推气缸9动作限位I2.6SFW10推气缸10动作限位输出部分Q0.0YV1推气缸1电磁阀Q0.1YV2推气缸2电磁阀Q0.2YV3推气缸3电磁阀Q03YV4推气缸4电磁阀Q0.4YV5

21、推气缸5电磁阀Q0.5YV6推气缸6电磁阀Q0.6YV7推气缸7电磁阀Q0.7YV8推气缸8电磁阀Q1.0YV9推气缸9电磁阀Q1.1YV10推气缸10电磁阀Q1.2DB1H1挡板Q1.3DB2H2挡板Q1.4DB3H3挡板3.3 PLC外部接线图根据I/O分配表和系统硬件结构图可绘制出PLC的输入输出接线图，如图5所示图5 PLC输入输出接线3.4 其他设备(1)传感器 射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

22、它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。射频识别技术适用的领域物料跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据采集和交换的场合，要求频繁改变数据内容的场合尤为适用。(2) 单作用气压缸单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向运动。其活塞杆只能借助外力将其推回；通常借助于弹簧力，膜片张力，重力等。    其原理及结构见下图 图6 单作用气缸1缸体；2活塞；3弹簧；4活塞杆；单作用气缸的特点是：仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小。用弹簧力或

23、膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力，因而减小了活塞杆的输出力。缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小一些。气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。由于以上特点，单作用活塞气缸多用于短行程。其推力及运动速度均要求不高场合，如气吊、定位和夹紧等装置上。单作用柱塞缸则不然，可用在长行程、高载荷的场合。(3)挡板第4章 控制系统的软件设计软件设计是PLC控制系统的核心，程序设计的主要任务是根据控制要求及工艺流程，画出状态流程图并设计出梯形图。4.1控制系统顺序流程图设计根据系统生产工艺的要求，分析各个

24、设备的操作内容和操作顺序，可画出程序流程图图6 程序流程图4.2控制系统的程序设计根据所绘制的流程图，在STEP7-Micro软件中编写梯形图。第5章 控制系统的调试5.1 软件的调试 将所编写的梯形图程序进行编译，通过上下位机的连接电缆把程序下载到PLC中。刚编好的程序难免有这样那样的缺陷或错误。为了及时发现和消除程序中的错误，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况时都能作出正确的响应，需要进行离线测试，既不将PLC的输出接到设备上。按照控制要求在指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，若输出不符合要求，则查找原因，并排除之。 5.2 总体的调试 将设备接入PLC，进行联机调试，看是否满足要求，如果不满足要求，可通过综合调整软件和硬件系统，直到满足要求为止。结论 本次设计主要是利用PLC和各种装置对物流生产系统进行的自动化控制，物料分拣合流采用可编程控制器PLC进行控制，能连续、大