基于S7-1200PLC的快遞自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 第1章緒論1.1研究背景與意義1.1.1研究背景隨著全球電子商務(wù)的興盛發(fā)展，快遞業(yè)務(wù)量呈現(xiàn)出指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，傳統(tǒng)的人工分揀模式已難以契合現(xiàn)代物流體系對(duì)于處理效率以及分揀精度的嚴(yán)格要求，人工分揀作業(yè)存在效率方面的瓶頸，而且容易出現(xiàn)操作失誤，引致配送延誤以及錯(cuò)分等狀況，最終對(duì)客戶(hù)滿(mǎn)意度和企業(yè)運(yùn)營(yíng)效能產(chǎn)生負(fù)面作用。為化解這一行業(yè)難題，達(dá)成快遞分揀流程的自動(dòng)化轉(zhuǎn)變成為優(yōu)化物流效率、削減人力成本、保障分揀質(zhì)量的關(guān)鍵突破點(diǎn)，在這種產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求的推動(dòng)下，快遞自動(dòng)化分揀控制系統(tǒng)的研究順勢(shì)而生，其中可編程邏輯控制器依靠其出色的工業(yè)控制性能以及良好的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，已在智能制造與智能物流領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。該控制設(shè)備以其模塊化架構(gòu)、靈活的可擴(kuò)展性以及友好的編程環(huán)境等特點(diǎn)，成為構(gòu)建快遞智能分揀系統(tǒng)的理想控制單元，PLC系統(tǒng)憑借實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)并與執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)同工作，可實(shí)現(xiàn)對(duì)包裹信息的精確識(shí)別以及分揀指令的毫秒級(jí)響應(yīng)，現(xiàn)代快遞自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要由包裹識(shí)別、智能分類(lèi)、精準(zhǔn)分揀以及自動(dòng)化輸送等核心功能模塊組成。相較于傳統(tǒng)分揀方式所存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、人為差錯(cuò)率高等固有不足，基于PLC的自動(dòng)化解決方案可有效降低人工干預(yù)，較大提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與作業(yè)精度，借助集成先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，這類(lèi)系統(tǒng)可有效提高快遞物流的吞吐效率，還可實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)朝著高效化、智能化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。開(kāi)展基于PLC的快遞自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)研發(fā)工作，有關(guān)鍵的學(xué)術(shù)價(jià)值，還可以為行業(yè)實(shí)踐提供切實(shí)可行的技術(shù)路徑，其市場(chǎng)應(yīng)用潛力與經(jīng)濟(jì)效益前景十分廣闊。1.1.2研究意義本研究圍繞快遞自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)所進(jìn)行的探索，有著理論價(jià)值以及實(shí)踐意義，在理論方面，該研究探討了自動(dòng)化控制技術(shù)的具體應(yīng)用，并且基于物流行業(yè)實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求，系統(tǒng)研究了怎樣利用前沿自動(dòng)化技術(shù)來(lái)優(yōu)化提升物流效率，研究運(yùn)用PLC控制技術(shù)搭建智能化分揀管理體系，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力與運(yùn)行穩(wěn)定性。PLC作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的核心控制設(shè)備，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)里發(fā)揮了決定性作用，其運(yùn)行效率高且可擴(kuò)展特性良好，為研究者提供了分析該技術(shù)多元化應(yīng)用場(chǎng)景的機(jī)會(huì)，推動(dòng)了PLC技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。從實(shí)踐方面考慮，電子商務(wù)領(lǐng)域快速發(fā)展，直接促使快遞業(yè)務(wù)規(guī)模呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，這讓依賴(lài)人工操作的傳統(tǒng)包裹分揀體系，難以有效應(yīng)對(duì)當(dāng)下物流處理需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)情況，傳統(tǒng)分揀方式有作業(yè)效率低、分揀差錯(cuò)率偏高等固有問(wèn)題，還會(huì)對(duì)快遞企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效能和客戶(hù)服務(wù)體驗(yàn)造成負(fù)面影響。在這種背景下，引入自動(dòng)化分揀技術(shù)能提升作業(yè)效率和分揀準(zhǔn)確率，同時(shí)大幅減少人力資源配置和相關(guān)人工成本支出，全面提高物流系統(tǒng)的智能化運(yùn)營(yíng)水平，本研究把西門(mén)子S7-1200PLC當(dāng)作核心控制模塊，讓系統(tǒng)有出色的運(yùn)行穩(wěn)定性、不錯(cuò)的可擴(kuò)展性以及完善的故障診斷功能，能有效應(yīng)對(duì)實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的各種復(fù)雜工況。這個(gè)基于PLC的自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為企業(yè)優(yōu)化資源配置、改進(jìn)流程管理提供了可行的技術(shù)解決方案，該系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?yīng)用會(huì)為快遞行業(yè)的自動(dòng)化轉(zhuǎn)型提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，呈現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用空間和十分突出的經(jīng)濟(jì)效益，本研究成果擴(kuò)展了自動(dòng)化技術(shù)在物流領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，還為相關(guān)企業(yè)提升服務(wù)質(zhì)量與運(yùn)營(yíng)效率構(gòu)建了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐體系。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在當(dāng)下電子商務(wù)和物流產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時(shí)代大背景之中，我國(guó)快遞行業(yè)對(duì)于自動(dòng)化分揀系統(tǒng)的技術(shù)需求呈現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，隨著快遞業(yè)務(wù)量持續(xù)增加，并且對(duì)于分揀效率以及準(zhǔn)確性有了更高的要求，傳統(tǒng)的人工分揀方式已經(jīng)無(wú)法契合行業(yè)發(fā)展的需求，使得自動(dòng)化分揀技術(shù)的研究以及應(yīng)用不斷推進(jìn)。從技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況來(lái)看，我國(guó)快遞自動(dòng)分揀系統(tǒng)已經(jīng)構(gòu)建起多元化的技術(shù)格局，像條形碼識(shí)別技術(shù)、射頻識(shí)別系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、智能機(jī)器人以及自動(dòng)化輸送設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)都得到了廣泛的運(yùn)用。當(dāng)下我國(guó)物流行業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)不斷發(fā)展的進(jìn)程里，基于可編程邏輯控制器的自動(dòng)分揀系統(tǒng)得到了廣泛運(yùn)用，其中西門(mén)子S7系列PLC因系統(tǒng)穩(wěn)定性出色、可擴(kuò)展性良好以及操作特性便捷，成為了快遞分揀領(lǐng)域的關(guān)鍵控制設(shè)備，該系統(tǒng)把傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳輸帶裝置以及分揀執(zhí)行機(jī)構(gòu)等硬件單元集成起來(lái)，再結(jié)合智能優(yōu)化算法，達(dá)成了包裹自動(dòng)識(shí)別、分類(lèi)以及路徑規(guī)劃等功能。國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的快遞企業(yè)像順豐速運(yùn)和京東物流，已經(jīng)部署了能處理數(shù)萬(wàn)件包裹的規(guī)模化分揀系統(tǒng)，在處理時(shí)效性方面也有一定成效，不過(guò)和國(guó)際先進(jìn)水平相比，還是存在技術(shù)差距，本土物流裝備制造商正積極開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新，著重研發(fā)多層分揀設(shè)備和智能機(jī)器人分揀技術(shù)等新型解決方案，借助提高系統(tǒng)精度與智能化水平，不斷推動(dòng)物流自動(dòng)化技術(shù)的更新升級(jí)。當(dāng)前我國(guó)快遞自動(dòng)分揀技術(shù)發(fā)展階段，仍存在一些急需突破的技術(shù)瓶頸，主要體現(xiàn)在以下方面：現(xiàn)有分揀系統(tǒng)的智能化程度以及柔性化能力存在欠缺，依據(jù)固定設(shè)備布局的傳統(tǒng)模式，難以有效契合多元化、差異化的快遞業(yè)務(wù)需求，受資金和技術(shù)條件限制，眾多中小型物流企業(yè)在自動(dòng)化設(shè)備升級(jí)方面速度緩慢，在一定程度上延緩了行業(yè)整體自動(dòng)化進(jìn)程，即便部分企業(yè)已完成特定環(huán)節(jié)的自動(dòng)化改造，然而全流程自動(dòng)化水平依舊較低，人工頻繁介入致使分揀效率提升受到限制的問(wèn)題較為突出。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀歐美以及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的快遞自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)構(gòu)建起了相對(duì)完善的技術(shù)體系，其自動(dòng)化分揀技術(shù)達(dá)成了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，并且持續(xù)引領(lǐng)著行業(yè)的技術(shù)革新與迭代進(jìn)步，在電子商務(wù)市場(chǎng)迅速發(fā)展的情形下，快遞業(yè)務(wù)量呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，傳統(tǒng)人工分揀模式存在效率低以及差錯(cuò)率高等固有問(wèn)題，使得眾多快遞企業(yè)增加對(duì)自動(dòng)化分揀技術(shù)的投入，期望提高整體運(yùn)營(yíng)效能與服務(wù)質(zhì)量。當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要運(yùn)用多技術(shù)融合方案，把高精度傳感器、機(jī)器視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、激光掃描裝置、智能輸送帶以及無(wú)人機(jī)等智能化設(shè)備和先進(jìn)控制系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，這些技術(shù)方案在現(xiàn)代物流運(yùn)輸以及倉(cāng)儲(chǔ)管理領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。從控制技術(shù)方面來(lái)分析，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的快遞自動(dòng)分揀系統(tǒng)一般采用以可編程邏輯控制器、工業(yè)計(jì)算機(jī)以及分布式控制系統(tǒng)作為核心的技術(shù)架構(gòu)，像西門(mén)子、霍尼韋爾等國(guó)際知名自動(dòng)化企業(yè)提供了有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的解決方案，當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)分揀系統(tǒng)已將人工智能與深度學(xué)習(xí)等前沿技術(shù)深度整合，提升了包裹識(shí)別、路徑規(guī)劃以及操作調(diào)整等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能化水平?；跈C(jī)器視覺(jué)的技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了包裹自動(dòng)識(shí)別、條碼掃描、尺寸檢測(cè)以及圖像處理等多項(xiàng)功能，有效提升了系統(tǒng)的分揀精度與作業(yè)效率，人工智能技術(shù)的引入讓系統(tǒng)擁有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整分揀策略的能力，依靠?jī)?yōu)化資源配置提高了整體處理效能。從設(shè)備與系統(tǒng)集成的角度來(lái)考察，國(guó)際上處于領(lǐng)先地位的自動(dòng)化分揀系統(tǒng)一般采用模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)理念讓系統(tǒng)擁有很高的靈活性，可依據(jù)快遞業(yè)務(wù)存在的差異化需求來(lái)達(dá)成定制化配置，適應(yīng)各類(lèi)規(guī)模倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)景的實(shí)際需要，以全球知名物流企業(yè)德國(guó)DHL、美國(guó)UPS以及FedEx為例，這些企業(yè)都布置了有大規(guī)模處理能力的自動(dòng)化分揀中心，單日包裹處理量可達(dá)到數(shù)萬(wàn)件的規(guī)模。展開(kāi)來(lái)說(shuō)，DHL借助將智能控制算法與機(jī)器人技術(shù)相融合，打造了覆蓋包裹分揀、轉(zhuǎn)運(yùn)以及包裝整個(gè)流程的自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)，提高了分揀作業(yè)的精確度和處理效率，在系統(tǒng)維護(hù)優(yōu)化方面，國(guó)際先進(jìn)的分揀控制系統(tǒng)采用基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能監(jiān)測(cè)方案，借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集以及動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并且集成故障預(yù)測(cè)診斷機(jī)制，有力保障了系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。盡管相關(guān)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)成熟的階段，國(guó)際物流行業(yè)依舊在積極探索無(wú)人配送、智能倉(cāng)儲(chǔ)等前沿技術(shù)的應(yīng)用，這些創(chuàng)新實(shí)踐不斷推動(dòng)全球快遞行業(yè)朝著智能化方向深入發(fā)展。憑借全面綜合的分析可看出，當(dāng)下我國(guó)快遞自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)技術(shù)盡管已經(jīng)收獲了階段性的成果，不過(guò)依舊處在不斷持續(xù)優(yōu)化以及完善的發(fā)展過(guò)程之中，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)得到深入的應(yīng)用和融合，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)在智能化水平以及柔性化能力方面達(dá)成質(zhì)的提升，推動(dòng)快遞行業(yè)朝著高效化、精準(zhǔn)化以及智能化的運(yùn)營(yíng)模式展開(kāi)全面的轉(zhuǎn)變。相比較來(lái)說(shuō)，國(guó)際上處于領(lǐng)先地位的快遞自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)在智能化程度、作業(yè)精度以及運(yùn)行效率等關(guān)鍵指標(biāo)方面已經(jīng)確立了在全球的優(yōu)勢(shì)地位，并且隨著前沿技術(shù)不斷地創(chuàng)新與應(yīng)用，未來(lái)有希望出現(xiàn)更有智能化特征以及高效性能的新型分揀技術(shù)方案。1.3研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)1.3.1研究?jī)?nèi)容本論文構(gòu)建了基于西門(mén)子S7-1200可編程邏輯控制器的快遞物流自動(dòng)化分揀系統(tǒng)，著重探討硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)、控制算法實(shí)現(xiàn)以及分揀流程優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，研究先是依據(jù)快遞分揀作業(yè)實(shí)際需求，搭建了以S7-1200PLC作為核心控制單元的系統(tǒng)架構(gòu)，該系統(tǒng)整合了光電傳感器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輸送帶裝置以及分揀執(zhí)行機(jī)構(gòu)等硬件模塊，達(dá)成了包裹自動(dòng)識(shí)別、分類(lèi)以及定向分揀功能，接著，經(jīng)由開(kāi)發(fā)基于邏輯控制原理的PLC程序，達(dá)成了傳感器信號(hào)采集與執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的精確協(xié)調(diào)控制，保證分揀系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行，研究還運(yùn)用工業(yè)組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)了可視化監(jiān)控界面，為系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程操作的人機(jī)交互平臺(tái)。1.3.2研究目標(biāo)本研究要開(kāi)發(fā)一套自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)有高效性、穩(wěn)定性，還有智能化，以此來(lái)優(yōu)化快遞企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效能，降低人工操作需求，采用基于可編程邏輯控制器的自動(dòng)化架構(gòu)，能精簡(jiǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，保證運(yùn)行可靠，還支持模塊化拓展功能，借助優(yōu)化分揀路徑規(guī)劃與速度調(diào)節(jié)等關(guān)鍵參數(shù)，提高分揀精度和系統(tǒng)整體性能。本研究最終為快遞行業(yè)構(gòu)建一套完善的自動(dòng)化分揀系統(tǒng)解決方案，推動(dòng)行業(yè)向智能化與自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。

第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)需求分析本研究構(gòu)建的快遞自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)要從功能需求和性能指標(biāo)這兩個(gè)維度展開(kāi)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，在核心功能上，系統(tǒng)要集成多維特征識(shí)別模塊，依據(jù)包裹的物理尺寸、重量參數(shù)以及配送目的地等關(guān)鍵屬性達(dá)成智能化分類(lèi)決策，為此要配置多通道輸送線(xiàn)以及分布式分揀執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)保障高吞吐量工況下的運(yùn)行穩(wěn)定性?？刂葡到y(tǒng)選用西門(mén)子S7-1200PLC作為核心控制器，其工業(yè)級(jí)可靠性可保證在復(fù)雜工況下持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)擁有毫秒級(jí)響應(yīng)能力以契合分揀時(shí)序的精確性要求，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)要融合機(jī)器視覺(jué)與多模態(tài)傳感技術(shù)，借助實(shí)時(shí)采集包裹特征數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃與分揀參數(shù)優(yōu)化。在系統(tǒng)可擴(kuò)展性方面，采用模塊化設(shè)計(jì)理念支持硬件組件的靈活擴(kuò)充以及軟件功能的迭代升級(jí)，并且集成運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷以及數(shù)據(jù)可視化等輔助功能模塊，構(gòu)建有高魯棒性與可維護(hù)性的智能化分揀平臺(tái)。2.2系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)本研究設(shè)計(jì)的快遞自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要由硬件架構(gòu)和軟件模塊這兩大核心部分組成，其中硬件架構(gòu)把S7-1200PLC當(dāng)作核心控制單元，憑借整合傳感器網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸送帶系統(tǒng)以及分揀裝置等外圍設(shè)備，構(gòu)建起了一套完整的包裹自動(dòng)識(shí)別、分類(lèi)以及分配執(zhí)行體系，展開(kāi)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)先是借助條形碼掃描器和多種類(lèi)型的傳感器采集包裹的特征數(shù)據(jù)，接著由PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并且依據(jù)預(yù)先設(shè)定的分類(lèi)算法生成分揀控制指令。在控制策略方面，運(yùn)用梯形圖編程語(yǔ)言來(lái)達(dá)成邏輯控制，PLC依據(jù)多源傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)整輸送帶的運(yùn)行參數(shù)，以此保證分揀過(guò)程中的位置精度，另外系統(tǒng)還利用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)了人機(jī)交互界面，該界面支持觸摸屏手動(dòng)與自動(dòng)模式的切換功能，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀作業(yè)整個(gè)流程的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控。2.3系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖2-1所示是本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖，PLC控制的總體架構(gòu)包括了管理層、PLC/HMI以及現(xiàn)場(chǎng)的輸入采集部分和輸出執(zhí)行部分。設(shè)計(jì)將視覺(jué)系統(tǒng)與管理層連接進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)信息的處理，然后下發(fā)到PLC中，然后由PLC再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理完成邏輯控制。圖2-1系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖

第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1硬件選型3.1.1PLC選型本次設(shè)計(jì)選擇的PLC是西門(mén)子S7-1200系列PLC，此系列的PLC有著強(qiáng)大的運(yùn)算能力并且其集成度較高，通過(guò)模塊化的形式進(jìn)行輸入輸出的擴(kuò)展，能夠高效的完成硬件部分的更換與添加。并且S7-1200是對(duì)S7-200系列PLC的升級(jí)替代款，所以也是緊湊型的PLC適用與中小型的控制場(chǎng)合，并且價(jià)格相對(duì)較低，適合本次設(shè)計(jì)所應(yīng)用的場(chǎng)景。實(shí)物如圖3-1所示。圖3-1西門(mén)子S7-1200系列PLC3.1.2光電開(kāi)關(guān)選型光電開(kāi)關(guān)作為一種非接觸式檢測(cè)器件，依靠其快速響應(yīng)的特性以及較長(zhǎng)的使用壽命，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，從光學(xué)信號(hào)傳輸機(jī)制方面來(lái)分析，這種器件主要有三種典型的結(jié)構(gòu)分類(lèi)，分別是透射型、鏡面反射型以及漫反射型，其中透射型器件是借助檢測(cè)被測(cè)物體對(duì)發(fā)射端和接收端之間光路的直接阻斷來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的，鏡面反射型則是利用特定反射表面對(duì)光束的定向反射特性來(lái)進(jìn)行物體識(shí)別，漫反射型的工作原理是基于對(duì)物體表面反射光強(qiáng)度變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)場(chǎng)景中，在包裝流水線(xiàn)、自動(dòng)化分揀系統(tǒng)等領(lǐng)域，這類(lèi)器件可有效地完成物體檢測(cè)與控制任務(wù)，提升生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化程度，具體到物流分揀應(yīng)用場(chǎng)景，光電開(kāi)關(guān)主要用于實(shí)時(shí)檢測(cè)快遞包裹的空間位置信息，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化分揀控制提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。綜合考慮，主要選擇wweiguo品牌E3Z-D61型號(hào)光電開(kāi)關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)的位置檢測(cè)功能設(shè)計(jì)，wweiguo品牌E3Z-D61型號(hào)光電開(kāi)關(guān)實(shí)物如圖3-2所示。圖3-2wweiguo品牌E3Z-D61型號(hào)光電開(kāi)關(guān)3.1.3變頻器選型變頻器是典型電力電子設(shè)備，它能精準(zhǔn)調(diào)節(jié)電機(jī)供電系統(tǒng)頻率、電壓等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率的精確調(diào)控，其核心功能是為電動(dòng)機(jī)提供適配不同負(fù)載條件與工況要求的智能化控制方案，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，變頻器在需要速度調(diào)節(jié)、啟?？刂埔约胺较蚯袚Q等功能的設(shè)備中廣泛應(yīng)用，像風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、泵類(lèi)設(shè)備以及物料輸送裝置等都是典型應(yīng)用場(chǎng)景。從工作原理講，變頻器先把輸入的交流電轉(zhuǎn)成直流電，接著經(jīng)逆變環(huán)節(jié)將直流電再轉(zhuǎn)成頻率可調(diào)的交流電，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，依靠電壓與頻率協(xié)同調(diào)節(jié)，該裝置能實(shí)現(xiàn)設(shè)備平穩(wěn)啟停，還可提升能源利用效率，降低機(jī)械系統(tǒng)受到的沖擊負(fù)荷，本設(shè)計(jì)方案主要用西門(mén)子M440系列變頻器實(shí)現(xiàn)傳送帶系統(tǒng)速度控制，保證快遞物品在分揀與運(yùn)輸過(guò)程中維持恒定運(yùn)動(dòng)速度。如圖所示3-3。圖3-3西門(mén)子M440變頻器變頻器參數(shù)設(shè)定如表3-1所示。3.1.4氣缸選型氣缸作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里一種典型的執(zhí)行元件起著關(guān)鍵作用，它能把壓縮空氣的勢(shì)能高效地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)能，從結(jié)構(gòu)組成來(lái)講，這個(gè)裝置主要是由氣缸筒、活塞組件、活塞桿以及密封系統(tǒng)組成，靠著氣壓差促使活塞在密閉空間里做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的精確控制，依據(jù)驅(qū)動(dòng)原理不一樣，現(xiàn)有的氣缸系統(tǒng)可分成單作用和雙作用這兩種主要類(lèi)型：?jiǎn)巫饔玫闹荒軐?shí)現(xiàn)單向驅(qū)動(dòng)，復(fù)位要依靠?jī)?nèi)置彈簧機(jī)構(gòu)，雙作用的是憑借氣壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)靈活性更高。在性能特征上，氣缸裝置呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快速、承載能力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)勢(shì)，特別適合裝配流水線(xiàn)、物料分揀系統(tǒng)以及工業(yè)機(jī)器人等需要快速精準(zhǔn)動(dòng)作的自動(dòng)化場(chǎng)景，本研究把費(fèi)斯托DSBC系列氣缸當(dāng)作核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，依靠和氣動(dòng)控制閥配合，構(gòu)建了一套高效的快遞分揀控制系統(tǒng)。圖3-4費(fèi)斯托DSBC型號(hào)氣缸3.1.5觸摸屏選型觸摸屏是一種依據(jù)電容或電阻傳感原理制成的輸入裝置，它能憑借感知用戶(hù)手指或觸控筆的接觸位置達(dá)成人機(jī)交互功能，此項(xiàng)技術(shù)在移動(dòng)終端、工業(yè)控制系統(tǒng)以及自助服務(wù)終端等諸多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，其工作原理是把接觸位置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，借此達(dá)成對(duì)顯示內(nèi)容的控制或者特定功能的觸發(fā)。從技術(shù)分類(lèi)方面來(lái)說(shuō)，當(dāng)下主流的觸摸屏主要有電容式和電阻式這兩種類(lèi)型：前者是依靠檢測(cè)電場(chǎng)變化來(lái)達(dá)成觸控感應(yīng)，有著響應(yīng)靈敏以及多點(diǎn)觸控的優(yōu)點(diǎn)，后者是依靠壓力變化開(kāi)展觸控識(shí)別，雖說(shuō)只支持單點(diǎn)觸控，不過(guò)有成本優(yōu)勢(shì)，觸摸屏技術(shù)因?yàn)椴僮髦庇^、不需要物理按鍵等特性，大大提升了人機(jī)交互的便捷性與靈活性。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，觸摸屏已然成為標(biāo)準(zhǔn)配置，在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中，這項(xiàng)技術(shù)憑借提升操作效率和可視化程度，在設(shè)備監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置以及數(shù)據(jù)采集等環(huán)節(jié)被廣泛運(yùn)用，隨著技術(shù)不斷迭代，觸摸屏在顯示清晰度、響應(yīng)速度以及耐用性等方面持續(xù)改進(jìn)，已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代信息交互的核心技術(shù)之一。本研究運(yùn)用西門(mén)子KTP900型觸摸屏搭建物料分揀系統(tǒng)的人機(jī)界面，以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制功能。西門(mén)子KTP900觸摸屏如圖3-5所示。圖3-5西門(mén)子KTP900觸摸屏3.2系統(tǒng)IO輸入輸出點(diǎn)定義根據(jù)系統(tǒng)功能與硬件選型情況，將本快遞自動(dòng)分揀系統(tǒng)的輸入輸出IO點(diǎn)定義如下表3-2所示：表3-1系統(tǒng)IO定義輸入名稱(chēng)地址輸出名稱(chēng)地址啟動(dòng)I0.0傳送帶Q0.0停止I0.1東莞分揀氣缸Q0.1東莞工位限位光電I0.2肇慶分揀氣缸Q0.2肇慶工位限位光電I0.3廣州分揀氣缸Q0.3廣州工位限位光電I0.4深圳分揀氣缸Q0.4深圳工位限位光電I0.5低速Q(mào)0.5東莞快遞清零I0.6中速Q(mào)0.6肇慶快遞清零I0.7高速Q(mào)0.7廣州快遞清零I1.0深圳快遞清零I1.1珠海快遞清零I1.2自動(dòng)I1.3手動(dòng)I1.4視覺(jué)信號(hào)IW643.3系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.3.1主電路設(shè)計(jì)如圖3-6所示是主電路圖，本次設(shè)計(jì)的主電路是變頻控制電路，即傳送帶控制，在圖中包括了三相電源的輸入，Q0.0為準(zhǔn)備完成信號(hào)，接入到DIN1，然后通過(guò)Q0.1給定速度信號(hào)接入到DIN4中，在變頻器中進(jìn)行設(shè)定，就會(huì)驅(qū)動(dòng)傳送帶電機(jī)。圖3-6主電路圖如圖3-7所示是變頻電路的接線(xiàn)原理圖，對(duì)應(yīng)3-6的主電路圖，本次設(shè)計(jì)采用的是多段速的控制方式，輸出了一個(gè)段速控制，主要目的是為了實(shí)現(xiàn)速度穩(wěn)定控制，并且如果后期需要調(diào)整速度只需要輸出信號(hào)或者在變頻器上進(jìn)行調(diào)節(jié)即可。圖3-7變頻器接線(xiàn)原理圖表3-2變頻器參數(shù)表參數(shù)號(hào)參數(shù)地址設(shè)置說(shuō)明說(shuō)明1P0003選擇訪問(wèn)等級(jí)3專(zhuān)家2P0010驅(qū)動(dòng)調(diào)試參數(shù)1篩選快速調(diào)試3P0100電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)0IEC電機(jī)（50Hz，SI單位）4P0300選擇電機(jī)類(lèi)型1異步電機(jī)5P0304電機(jī)額定電壓380v6P0305電機(jī)額定電流0.6A7P0307電機(jī)額定功率0.18KW8P0308電機(jī)額定功率因數(shù)19P0310電機(jī)額定頻率50.00HZ10P0311電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1390.0rpm11P1000選擇控制方式0-3固定頻率控制12P1080最小頻率0.00HZ13P1082最大頻率50.00HZ14P1120斜坡上升時(shí)間1.00S15P1121斜坡下升時(shí)間1.00S16P1300選擇電機(jī)的控制類(lèi)型VFLIN采用線(xiàn)性特性曲線(xiàn)V/F控制17P1900電機(jī)檢測(cè)0無(wú)檢測(cè)18P3900結(jié)束快速調(diào)試1結(jié)束快速調(diào)試并保存19P0840電機(jī)啟動(dòng)端設(shè)置 722.0DI0端口為啟動(dòng)端20P1002固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值2100.00轉(zhuǎn)速（可以根據(jù)需求更改）21P1003固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值3200.00轉(zhuǎn)速（可以根據(jù)需求更改）22P1004固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值4300.00轉(zhuǎn)速（可以根據(jù)需求更改）23P1016固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值模式2二進(jìn)制編碼選擇24P1020固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值選擇位0722.125P1021固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值選擇位1722.226P1022固定轉(zhuǎn)速設(shè)定值選擇位2722.327P1070主設(shè)定值P1024設(shè)置轉(zhuǎn)速3.3.2接線(xiàn)電路設(shè)計(jì)如圖3-8所示是接線(xiàn)電路設(shè)計(jì)，在接線(xiàn)電路中包括了開(kāi)關(guān)電源的繪制，斷路器繪制，輸入開(kāi)關(guān)的繪制、光電開(kāi)關(guān)的繪制，模擬量的繪制以及輸出繪制。圖3-8接線(xiàn)電路圖

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件介紹鑒于本系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-1200系列PLC作為核心控制單元，因此必須配套使用西門(mén)子公司專(zhuān)為提升工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)發(fā)效率而研發(fā)的集成編程環(huán)境——博途軟件。避免傳統(tǒng)的梯形圖編程軟件和觸摸屏編程軟件分開(kāi)的方式，將PLC編程軟件和WINCC集成到一起，這樣能夠極大的減少開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)能夠在測(cè)試時(shí)更加的簡(jiǎn)便。4.2系統(tǒng)工藝需求如圖4-1所示是工藝流程圖，系統(tǒng)啟動(dòng)之后開(kāi)始快遞供給，然后傳送帶啟動(dòng)，進(jìn)行地區(qū)識(shí)別，判定完成是對(duì)應(yīng)地區(qū)的快遞之后到達(dá)對(duì)應(yīng)的地區(qū)之后由氣缸進(jìn)行分揀，分揀到對(duì)應(yīng)的區(qū)域之后快遞數(shù)量進(jìn)行加1計(jì)數(shù)。圖4-1工藝流程圖4.3梯形圖程序設(shè)計(jì)4.3.1啟停控制程序如圖4-2所示是啟動(dòng)程序，按下啟動(dòng)按鈕之后，將1傳遞到運(yùn)行標(biāo)志位當(dāng)中，表示系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。圖4-2啟動(dòng)程序如圖4-3所展示的為系統(tǒng)終止流程示意圖，當(dāng)操作者觸發(fā)停止按鈕后，系統(tǒng)將執(zhí)行狀態(tài)信息的全量傳輸，并將所有運(yùn)行參數(shù)重置為初始零值狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，然后將所有的置位狀態(tài)進(jìn)行復(fù)位。圖4-3停止程序如圖4-4所示是停止程序，按下停止按鈕之后將所有的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行傳遞0，系統(tǒng)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，然后將所有的置位狀態(tài)進(jìn)行復(fù)位。4.3.2控制模式選擇程序如圖4-5所示是手動(dòng)控制程序，檢測(cè)到運(yùn)行標(biāo)志為1，按下手動(dòng)按鈕之后將0傳遞到自動(dòng)標(biāo)志位中，將1傳遞到手動(dòng)標(biāo)志位中。圖4-5手動(dòng)控制程序如圖4-6所示是自動(dòng)控制程序，檢測(cè)到運(yùn)行標(biāo)志為1，按下手動(dòng)按鈕之后將1傳遞到自動(dòng)標(biāo)志位中，將0傳遞到手動(dòng)標(biāo)志位中。圖4-6自動(dòng)控制程序4.3.3傳送帶控制程序如圖4-7所示是傳送帶控制程序，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)則啟動(dòng)傳送帶，并給定傳送帶速度。圖4-7傳送帶控制程序4.3.4HMI控制程序如圖4-8所示是東莞快遞運(yùn)行標(biāo)志，檢測(cè)到不在其他快遞運(yùn)行的標(biāo)志，按下出東莞快遞按鈕，則將1傳遞到東莞快遞運(yùn)行標(biāo)志。圖4-8東莞快遞標(biāo)志程序如圖4-9所示是東莞快遞移動(dòng)動(dòng)畫(huà)，檢測(cè)到東莞快遞運(yùn)行標(biāo)志為1，判斷東莞快遞橫移小于180，并且限位光電沒(méi)有觸發(fā)，則每次橫向移動(dòng)1。圖4-9東莞快遞動(dòng)畫(huà)程序如圖4-10所示是分揀氣缸動(dòng)作程序，檢測(cè)到物料運(yùn)輸?shù)竭_(dá)對(duì)應(yīng)為止之后置位分揀氣缸，然后執(zhí)行對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫(huà)。圖4-10快遞分揀動(dòng)畫(huà)程序4.4組態(tài)設(shè)計(jì)如圖4-11所示是觸摸屏添加，雙擊添加新設(shè)備，然后電機(jī)HMI選擇設(shè)計(jì)需求的觸摸屏點(diǎn)擊確認(rèn)即可。圖4-11觸摸屏添加如圖4-12所示是通訊連接，如上圖所示點(diǎn)擊完確認(rèn)之后在此圖中右下角瀏覽中選擇本次需要關(guān)聯(lián)的PLC，由于本次設(shè)計(jì)只采用了一個(gè)CPU，所以直接關(guān)聯(lián)即可，如果多個(gè)需要具體觀察要對(duì)哪一個(gè)CPU做組態(tài)界面，然后進(jìn)行關(guān)聯(lián)即可。圖4-12通訊連接如圖4-13所示是網(wǎng)絡(luò)視圖，如果連接完成之后在網(wǎng)絡(luò)視圖中會(huì)呈現(xiàn)以下內(nèi)容，CPU與HMI之間以一條綠色的線(xiàn)連接，并且顯示PN/IE表示為以太網(wǎng)的方式連接，且已經(jīng)通訊成功，在設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)聯(lián)地址即可。圖4-13網(wǎng)絡(luò)視圖如圖4-14所示是按鈕設(shè)置，點(diǎn)擊按鈕右鍵選擇事件，然后在按下位中選擇置位位關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的變量上，在釋放位中選擇復(fù)位位關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的變量，即可實(shí)現(xiàn)按下為1松開(kāi)為0。圖4-14按鈕設(shè)置如圖4-15所示是I/O域設(shè)計(jì)，點(diǎn)擊I/O域的框，右鍵選擇屬性找到常規(guī)，在過(guò)程中關(guān)聯(lián)需要顯示或者控制輸入的變量即可。圖4-15I/O域設(shè)計(jì)如圖4-16所示是監(jiān)視動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，點(diǎn)擊需要制作動(dòng)畫(huà)的圖形，點(diǎn)擊右鍵選擇動(dòng)畫(huà)，然后在顯示上選擇外觀關(guān)聯(lián)要監(jiān)控的變量對(duì)象，然后在范圍上選擇0的時(shí)候?yàn)槌跏碱伾?的時(shí)候?yàn)閷?duì)應(yīng)變量得電時(shí)的顏色，根據(jù)需求進(jìn)行選擇即可。圖4-16動(dòng)畫(huà)制作如圖4-17所示是組態(tài)畫(huà)面，在組態(tài)畫(huà)面中包括了控制按鈕以及系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)控，并且氣缸以及快遞運(yùn)行動(dòng)畫(huà)，同時(shí)可以對(duì)快遞分揀的數(shù)量進(jìn)行記錄。圖4-17組態(tài)畫(huà)面第5章仿真與調(diào)試5.1程序仿真調(diào)試如圖5-1所示是啟動(dòng)程序仿真調(diào)試，按下啟動(dòng)按鈕之后1已經(jīng)被傳遞到運(yùn)行標(biāo)志位中。圖5-1啟動(dòng)程序仿真調(diào)試如圖5-2所示是自動(dòng)模式程序仿真，按下自動(dòng)按鈕之后將1傳遞到自動(dòng)標(biāo)志位中，0傳遞到手動(dòng)標(biāo)志位中。圖5-2自動(dòng)模式程序仿真調(diào)試如圖5-3所示是傳送帶啟動(dòng)仿真，系統(tǒng)按下啟動(dòng)按鈕之后傳送帶開(kāi)啟啟動(dòng)，置位傳送帶電機(jī)同時(shí)給定速度信號(hào)。圖5-3傳送帶啟動(dòng)仿真調(diào)試如圖5-4所示是東莞快遞橫向移動(dòng)仿真調(diào)試，按下東莞快遞模擬出快遞之后，出對(duì)應(yīng)的快遞，按照分揀限位進(jìn)行分揀。圖5-4東莞快遞橫向移動(dòng)仿真調(diào)試如圖5-5所示是東莞快遞自動(dòng)分揀程序仿真調(diào)試，在自動(dòng)模式下檢測(cè)到快遞到達(dá)對(duì)應(yīng)的分揀工位之后，置位分揀氣缸。圖5-5東莞快遞自動(dòng)分揀仿真調(diào)試5.2PLC與組態(tài)聯(lián)合仿真如圖5-6所示是啟動(dòng)組態(tài)仿真，在觸摸屏上按下啟動(dòng)按鈕之后傳送帶電機(jī)啟動(dòng)，在觸摸屏上顯示傳送帶運(yùn)行的狀態(tài)。圖5-6啟動(dòng)聯(lián)調(diào)顯示如圖5-7所示是模擬東莞出料聯(lián)合調(diào)試，檢測(cè)到時(shí)東莞的快遞之后調(diào)用東莞分揀的程序，運(yùn)行到達(dá)東莞分揀區(qū)域之后進(jìn)行分揀。圖5-7東莞快遞分揀聯(lián)調(diào)顯示如圖5-8所示是東莞分揀氣缸動(dòng)作聯(lián)合仿真，檢測(cè)快遞到達(dá)工位之后由分揀氣缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)將物料分揀到對(duì)應(yīng)的工位。圖5-8東莞分揀氣缸動(dòng)作聯(lián)調(diào)顯示5.3本章小結(jié)本章是仿真調(diào)試章節(jié)，在仿真調(diào)試章節(jié)中首先對(duì)本次設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行了運(yùn)行調(diào)試，然后對(duì)組態(tài)界面進(jìn)行了運(yùn)行調(diào)試，并且將程序和組態(tài)對(duì)應(yīng)起來(lái)，通過(guò)以東莞快遞為例，運(yùn)行過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)快遞的完整分揀過(guò)程從而驗(yàn)證了系統(tǒng)運(yùn)行的正確性。

結(jié)論本文研究以西門(mén)子S7-1200PLC為核心控制單元，構(gòu)建了一套兼具自動(dòng)化與人工操作功能的快遞分揀控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快遞物品的自動(dòng)分揀與人工分揀雙重功能模式，自動(dòng)分揀下能夠?qū)⒖爝f按照：東莞、肇慶、廣州、深圳、珠海進(jìn)行分揀，在手動(dòng)狀態(tài)下，能夠進(jìn)行模擬快遞的每一步運(yùn)行，需要手動(dòng)去觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)，這樣能夠更好的驗(yàn)證程序的完整性。最后，通過(guò)組態(tài)軟件和PLC進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)程序的與組態(tài)的聯(lián)調(diào)，并對(duì)程序和組態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。本次設(shè)計(jì)完成之后能夠?qū)π袠I(yè)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用，并提供一定的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)房罡.基于PLC控制的稱(chēng)重式快遞分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].集成電路應(yīng)用,20