摘 要

随着科技的飞速发展，生产力水平不断提高。机械化和自动化设备大量参与到生产过程中。在大型生产过程中，为了满足产品运输和存储的生产需求，对于码垛的效率和质量都提出了较高要求。自动化的码垛流水线能大幅提高这个环节的生产效率以获得更高的经济效益。码垛流水线有着实际的研究设计意义。

本文详细分析了国内外对于自动化码垛流水线或码垛机器人的研究现状和实际生产使用情况。介绍了码垛流水线的研究目的及意义。介绍了系统方案设计以及预期达到的效果。

本文详细介绍了码垛流水线控制系统的PLC设计，并介绍了在IRAI虚拟仿真平台上编制程序，完成码垛流水线系统的要求动作，完成机械手与IRAI仿真平台协同作业功能。本文的创新点在于使用PLC可编程控制器在自动化生产中的操作简单，可靠性强，功能多的优点来控制码垛流水线。在验证码垛流水线控制系统实际运行效果方面，通过使用虚拟仿真平台，建立虚拟码垛流水线的3D立体模型，设置模型动作，实现PLC与虚拟控制平台的通信，最终完成PLC对虚拟生产线的控制。用虚拟仿真不仅解决了很多由设备短缺带来的困难，还对方案的正确性进行了验证。

最后在实际调试系后基本实现了本设计最初的设计要求和功能，对本次毕业设计做出总结，提出不足与展望。

关键词：码垛流水线；PLC；IRAI虚拟仿真平台；建模

Abstract

With the rapid development of science and technology, the level of productivity continues to increase. Mechanized and automated equipment is heavily involved in the production process. In the large-scale production process, in order to meet the production requirements of product transportation and storage, higher requirements have been placed on the efficiency and quality of palletizing. The automated palletizing line can greatly increase the production efficiency of this link to obtain higher economic benefits. The palletizing line has practical research and design implications.

This paper analyzes in detail the research status and actual production and use of automated palletizing lines or palletizing robots at home and abroad. The purpose and significance of the palletizing line are introduced. Describes the system design and the expected results.

In this paper, the PLC design of the palletizing line control system is introduced in detail, and the program is compiled on the IRAI virtual simulation platform to complete the required actions of the palletizing pipeline system and complete the cooperative function between the robot and the IRAI simulation platform. The innovation of this paper lies in the use of PLC programmable controllers to control the palletizing line in the automation production with the advantages of simple operation, high reliability and many functions. In verifying the actual performance of the palletizing line control system, the IRAI virtual simulation platform was used to implement the control of the virtual production line through the establishment of a three-dimensional virtual model pipeline, model action setup, and communication between the PLC and the virtual control platform. Substituting the virtual object for the actual production line largely solves the problems caused by insufficient equipment and facilitates the feasibility of the verification scheme. The design plan can be modified in time on the virtual platform.

Finally, after the actual debugging system, the initial design requirements and functions of the design were basically realized, and the graduation design was summarized, and the insufficiency and prospect were proposed.

Keywords: palletizing pipeline; PLC; IRAI virtual simulation platform; modeling

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 课题的国内外研究现状 2

1.2.1 课题国外研究现状 2

1.2.2 课题国内研究现状 4

1.3 论文研究内容及论文结构安排 5

第2章 码垛流水线的工艺流程与控制要求 6

2.1 设计要求 6

2.2 码垛流水线的工艺流程 6

2.3 码垛流水线设计控制要点 7

第3章 码垛流水线系统总体方案设计 8

3.1 码垛流水线系统总体设计 8

3.1.1 桁架机械手 11

3.2 硬件总体设计 13

3.3 硬件选型 14

3.4 PLC设计 15

3.5 IO接口分配与逻辑控制关系 15

3.6 电气接线设计 16

3.7 PLC接线图 18

3.8 控制原理通信图 19

第4章 码垛流水线系统软件设计 20

4.1 西门子TIA Portal V14 20

4.2 PLC程序 20

第5章 IRAI虚拟仿真平台 25

5.1 IRAI虚拟仿真平台介绍 25

5.2 仿真软件设计 25

5.3 建立系统模型 26

5.4 HMI控制功能 29

第6章 系统调试 31

6.1 S7-PLCSIM 31

6.2 将程序下载至PLCSIM 31

6.3 虚拟平台与PLCSIM相连 31

6.4 运行仿真 35

6.5 运行结果 36

第7章 总结与展望 37

参考文献 38

附录A PLC程序 40

附录B IO接口分配表 44

附录C 码垛流水线电气接线图 45

附录D 码垛流水线PLC接线图 46

附录E 控制原理图 47

致谢 48

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

由于我国人口老龄化趋势愈来愈严重，导致劳动力成本不再廉价，劳动人口越来越短缺，导致自动化的生产流程地位越来越高。我们国家的装备制造业在调整产业结构重点发展的重要的新的产业就是现代物流，工业机器人生产线对自动化物流系统有着重要的意义。当前,我们国家生产效率的总体水平不高,劳动力也较廉价,科研人才储备不多,很多企业的生产中应用自动化的水平不高,企业发展的意识不够先进,最新上网码垛生产设备与机器人的应用局限,仅仅在一部分比较大型的企业中得到了使用。

伴随着科学技术的快速进步，生产效率变得越来越高。企业随即对降低人工劳动强度与工作环境的好坏慢慢重视起来。在石油化工、化肥生产包装、粮食包装、港口运输等行业对于货品装运和生产效率的要求不断提高，从而迫使大量的企业进行现代化的改造。而传统的人工码垛因为生产效率不高，而成为这些行业产量和包装质量升级的很大阻碍，变得难以满足现代化的大型生产的需要。企业为了方便产品的运输与存储，因而码垛作业己经变成生产升级与得到更高经济利益的重要原因，所以努力提升生产中的码垛质量与速度，也变成了如上行业的关键任务，也是市场对这些行业的要求。

如今在自动化生产领域的实际操作中，可编程逻辑控制器（PLC）易学习、性能稳定、功能众多等特点所以得到应用场景较多。国内外很多高校都开设PLC相应的课程学习以应对社会需要。本次论文中将着重应用到PLC。但可以看出国内高校PLC实验室以及相应课程还存在许多问题：

（1）受到经费或实验室具体环境限制，实际上PLC设备数量缺口较多，难以提供全部的教学需要；

（2）真实的生产操作中，调试PLC设备的程序错误不可避免，因此在“实训性”与“安全性”之间出现了的矛盾。为了解决教学设备缺口的难题，把相应专业和信息技术进行进一步的综合，进而产生了一种被控对象是三维虚拟图形的思路，这是一种颠覆性的控制思路。具体到设计方案就是建立虚拟码垛流水线的三维立体模型，并对码垛流水线的模型动作进行设置，然后实现PLC和虚拟控制平台通信，可以做到PLC对虚拟仿真的的生产线进行控制。用虚拟的码垛流水线模型替代真实的生产设备，这种思路解决了很多由设备短缺带来的困难，有助于实验教学信息化建设，能最大化的做到了实验教学资源开放共享。

IRAI软件的开发一开始是提供虚拟仿真平台给企业和研究机构，将提出的理论与设计方案先在虚拟平台上进行仿真验证，有问题的方案第一时间在计算机中修改。很大程度上将提高研究的效率和安全性。

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