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摘 要

物料分拣与搬运生产线的自动控制技术在先进制造以及物流领域中扮演着十分重要的角色，是工业控制和现代物流系统的重要组成部分，本文设计了一种基于PLC的物料自动分拣系统。该课题介绍了物料自动分拣系统的功能、原理以及软硬件的设计。系统选择三菱公司FX2N-48MR型号PLC为主控制器，选用TCS230颜色传感器、光电传感器、铁检测传感器和铝检测传感器作为检测单元。本次设计以PLC为核心部件，进行物料分拣和搬运系统的软硬件设计，可以实现对不同材质以及不同颜色物料的自动分拣。最后通过对硬件和软件的仿真和调试，证明此设计是可行的。

关键词：可编程控制器(PLC)，传感器，物料分拣

Abstract: the automatic control technology of material sorting and handling line plays an important role in the field of advanced manufacturing and logistics. It is an important part of industrial control and modern logistics system. This paper designs a kind of material automatic sorting system based on PLC. This topic introduces the function, principle and design of hardware and software of the automatic sorting system. The system selects the Mitsubishi Co FX2N-48MR model PLC as the main controller, and uses the TCS230 color sensor, the photoelectric sensor, the iron detection sensor and the aluminum detection sensor as the detection unit. This design takes PLC as the core component to carry out the hardware and software design of the material sorting and handling system, and can realize the automatic sorting of different material and different color materials. Finally, the simulation and debugging of hardware and software prove that the design is feasible.

Key words: Programmable controller (PLC), sensors, material sorting

目 录

1 绪论 4

2 自动分拣系统总体设计 5

2.1 自动分拣系统总体介绍 5

2.2 自动分拣系统工作原理 6

2.3 自动分拣系统组成部件 6

3 分拣系统硬件设计 7

3.1 PLC及其组件的选择 7

3.2 检测元件的选择 8

3.3 气动元件的选择 11

3.4 硬件电路设计 12

4 分拣系统软件设计 14

4.1 系统流程 14

4.2 软件设计及编程 15

5 系统调试 19

5.1 硬件调试 19

5.2 软件调试 19

5.3 整体调试 21

总 结 23

参 考 文 献 24

致谢 25

1 绪论

智能装备的制造是我国在实现工业强国战略上的首要发展目标，工业设备制造中自动化技术(Automation technology)的发展将成为装备制造业的有力护航，^[1,2]现代制造技术和产品生产工艺水平的大力支撑，企业和工厂应用新型设备进行自动化生产越来越广泛。^[3]为适应经济社会的发展和实现企业生产更大规模的自动化，自动化生产技术需要向更高程度的柔性和综合性方向发展。^[4]PLC凭借其高性价比和强大的抗扰能力和系统稳定性，被工程技术人员广泛采用到现代的自动化生产设备当中，担任系统的指挥中心。^[5,6]

物料自动分拣系统(Material automatic sorting system, MASS)要求线上的每一个工作单元都能够按照设定好的程序对物料进行加工和处理，比如:输送、检测和分拣等，是从传统人工分拣的基础上发展过来的。^[7]自从上个世纪60年代开始，国外就己经开始了对于自动分拣系统模型的研究，比如配送中心选址的经典模型就是Harvey. Subcommand. Muffin在1960年时所提出来的，经过亨氏公司(H.J.Heinz Company)开发，之后被用于雀巢公司的物流配送。^[8]到了20世纪80年代之后，国外的物流自动分拣系统发展的更加迅速，Aughan.(1999)将分拣系统总结归纳为5个子系统:聚集、挑选、感应、合并、分拣，从而将订单获得与不同的传送带之间进行有机结合形成一个高效的物料自动分拣系统；^[9]Masel D(2001)研究了已有的关于物料自动分拣的环形物料分拣系统的分拣时间的解析公式；Norman JR(2002)从物料配送中心里物料输送的角度对物料分拣系统传送带的构建进行了研究，以及如何搭配传送带的问题，构建出一个良好的物流自动分拣搬运系统。^[10]在经过第二次世界大战之后，美国和日本的物流分拣中心就已经开始广泛的采用自动分拣机。同时，在日本的医疗、商业(如高岛屋、西友等)、化妆品制造业(如日本花王、资生堂、大木株式会社等)中，全自动分拣机更是得到了非常普遍的应用。^[11]在美国，依托于自动分拣机的物流机械是推动美国物流行业的主要动力之一。现如今，美国的物流管理系统已经迈入了高度自动化、机械化和智能化。在欧洲境内，英国、法国和德国等国家的物流自动分拣技术也十分发达，德国的西门子公司针对物流设备不断推出各种自动分拣设备，并且发挥了相当重要的作用。^[12]现如今，国际上比较先进的分拣机主要有小物品自动分拣机、小型中速自动分拣机、推块式高速自动分拣机、高速水平自动分拣机和全自动分拣机等。

在我国，市场经济体制刚刚建立，现代物流的发展起步较晚，因此还没有形成一个比较完整的体系。但随着我国改革开放政策的不断加深，我国的现代物流分拣技术也在不停的发展。^[13]随着国内科学技术的迅猛发展，尤其是在条形码技术、检测技术、自动控制技术、计算机信息处理技术的应用和发展，我国的物流分拣技术在20世纪90年代中期得到了迅速的发展。从引进美国和德国等国家的先进物流设备技术开始，^[14]到吸收消化其先进的技术成果，直至目前我国已经完全可以自主生产多种自动分拣装置，如托盘式自动分拣机、翻板式自动分拣机等，主要被用于配送中心、邮政和机场等部门。随着现代科技的飞速发展，分检系统中也开始出现各式各样的自动化设备，工业控制技术和信息技术已经成为了信息传递和处理的重要手段。虽然在大多数的分拣系统中，某些环节的作业仍然需要有人工的参与，但作业的强度已经变得越来越小，完全由机械设备来完成分拣作业的全自动分拣系统也应运而生。^[15]自动化正慢慢成为现代物流分拣系统的主要特点和发展趋势。

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