基于PLC的郵件分揀控制的設計

1、物理與電子工程學院PLC原理與應用課程設計報告書 設計題目：基于PLC的郵件分揀控制的設計專 業(yè)： 自動化班 級： 10級1班 學生姓名: XX 學 號: XXXXXX 指導教師： XX 2013年 12 月 20 日物理與電子工程學院 課程設計任務書專業(yè)： 自動化 班級： 1班 學生姓名XX學號XX課程名稱PLC原理與應用設計題目基于PLC的郵件分揀控制的設計設計目的、主要內(nèi)容（參數(shù)、方法）及要求設計目的：1、掌握PLC功能指令的用法2、掌握PLC控制系統(tǒng)的設計流程設計主要內(nèi)容及要求：1、設計一個郵件分揀控制程序，具體要求如下:(1)當傳送帶開始工作，綠燈L1亮，紅燈L2滅，電機M5驅(qū)動帶有

2、推頭的主鏈運行，掃碼器讀取傳送帶上的郵件的郵碼，將結(jié)果送入PLC進行郵件的識別分析，得到郵件郵政編碼的數(shù)字編碼信息。(2)檢測發(fā)生器S1檢測到有郵件，若郵碼信息正確，L2亮，L1滅，系統(tǒng)根據(jù)郵件的郵碼啟動相應的推桿定時器，PLC從定時器中采集脈沖數(shù)，當定時器動作時就表示郵件到達分揀箱時，推進器(M1-M4)將郵件推進相應的郵箱。(3)隨后L2滅，L1亮，繼續(xù)分揀。若郵碼信息出錯，則L2閃爍，電機M5停止動作，待重新啟動后，再運行。 2、畫出實現(xiàn)程序流程圖。3、列出輸入、輸出端口。4、寫出梯形圖程序。5、調(diào)試程序，直至符合設計要求。工作量2周時間，每天3學時，共計42學時進度安排第1天：明確課程

3、設計的目的和意義，根據(jù)課程設計要求查找相關(guān)資料第2-3天：學習課程設計中用到的PLC相關(guān)知識第4-5天：根據(jù)課程設計的要求畫出程序流程圖第6天：列出I/O分配表第7-8天：寫出梯形圖程序，并對程序進行注釋第9-10天：學習西門子S7-200的編程軟件STEP 7 MicroWIN SP6，并在該軟件中編寫梯形圖程序第11天：學習西門子S7-200仿真軟件，并進行程序仿真和調(diào)試。第12天：將課程設計中用到的程序在PLC試驗箱上進行運行和調(diào)試。第13-14天：撰寫課程設計報告。主要參考資料1廖常初.S7-200 PLC編程及應用M.北京:機械工業(yè)出版社,2013.82梅麗鳳.電氣控制與PLC應用技

4、術(shù)M.機械工業(yè)出版社,2012.33殷洪義.可編程序控制器選擇設計與維護M.機械工業(yè)出版社,2006.1指導教師簽字教研室主任簽字摘 要可編程序控制器(PLC)是以微處理器為核心，綜合計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。目前，可編程序控制器已成為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，其廣泛的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化程度高低的標志。本文針對繼電器控制系統(tǒng)可靠性較差、使用不夠靈活方便等缺陷，利用PLC進行設計，達到了控制郵件分揀目的。在系統(tǒng)中充分利用PLC在控制方面的卓越性能實現(xiàn)了系統(tǒng)運行可靠、故障率低的功能。本論文在內(nèi)容安排上首先介紹了題目的來源

5、與意義及其相關(guān)的背景：系統(tǒng)方案的確定、總體的組成、設計思想與理論依據(jù)等。隨后對系統(tǒng)進行了詳細設計，包括：部分硬件設計、安裝；軟件設計并編制梯形圖；系統(tǒng)通調(diào)試等。最后，論文對全文進行總結(jié)。關(guān)鍵詞：PLC控制 ； 郵件分揀 ；梯形圖 目 錄1 緒論11.1 課題的研究背景及意義11.2 PLC的概述11.3 PLC控制系統(tǒng)程序設計的步驟12 郵件自動分揀系統(tǒng)32.1 自動分揀系統(tǒng)概述32.2 自動分揀系統(tǒng)的主要特點32.2.1 PLC控制范圍及要求：42.2.2 分揀機的動作過程52.3 機型的選擇及輸入輸出的確定52.3.1 內(nèi)存估計52.3.2 響應時間52.3.3 輸入輸出的確定63 PLC

6、控制程序73.1 梯形圖程序83.2 語句表143.3 程序圖中各輔助觸點的作用153.4 程序圖中各個定時器的作用164 心得體會17參考文獻181 緒論1.1 課題的研究背景及意義隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個企業(yè)都迫切地需要改進技術(shù)，提高效率，尤其在需要進行分揀及緩沖、傳送的單位，以往一直采用人工分揀的方法，效率低成本高。為解決上述問題，將PLC技術(shù)應用到分揀裝置中用以提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本是一個很好的途徑。本文就介紹了PLC在郵件分揀系統(tǒng)中的應用。1.2 PLC的概述目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，而我國PLC生產(chǎn)廠有約30家，卻并沒有真

7、正形成大規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，其中有一部分廠家是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。但同時，我國在PLC應用方面卻很活躍，近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品，年銷售30億人民幣，應用的行業(yè)也很廣闊川。所以說，對我國PLC生產(chǎn)廠家來說如何生產(chǎn)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的PLC產(chǎn)品，并形成規(guī)模化生產(chǎn)，打造中國自己的PLC品牌是其面臨的一大課題。一句話，PLC自誕生之日起就成為自動控制領域一顆耀眼的明星，到今天已經(jīng)發(fā)展為一個極其巨大的產(chǎn)業(yè)，也形成了其在自動化控制領域中短期內(nèi)不可被替代的地位。PLC即可編程控制器（Pragrammable Logic Controller）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)

8、，是在20世紀60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設計的。PLC自產(chǎn)生至今只有30多年的歷史，卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應用，成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。1.3 PLC控制系統(tǒng)程序設計的步驟在對一個控制系統(tǒng)進行設計之前，最重要的工作就是深入了解和分析系統(tǒng)的控制要求，只有這樣才可能提出準確的、合理的系統(tǒng)總體設計方案，進而實現(xiàn)各個階段的設計任務。PLC

9、程序設計的主要步驟是： 對于較復雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統(tǒng)，也可省去這一步。 設計梯形圖。這是程序設計的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。 根據(jù)梯形圖編制語句表程序清單。 用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。 對程序進行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 待控制臺(柜)及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行聯(lián)機調(diào)試。如不滿足要求，再修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。2 郵件自動分揀系統(tǒng)最初的分揀系統(tǒng)是完全基于人力的作業(yè)系統(tǒng)。通過人工搜索、搬運

10、來完成貨物的提取。這種分揀系統(tǒng)的作業(yè)效率低下，無法滿足現(xiàn)代化物流配送對速度和準確性的高要求。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，分揀系統(tǒng)中開始運用各種各樣的自動化機械設備。計算機控制技術(shù)和信息技術(shù)成為信息傳遞和處理的重要手段。機械化、自動化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點與發(fā)展趨勢。自動分揀系統(tǒng)(automatic sorting system)是二戰(zhàn)后在美國、日本以及歐洲的大中型物流中心廣泛采用的一種分揀系統(tǒng)。一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口四部分組成，它們通過計算機網(wǎng)絡聯(lián)結(jié)在一起，配合人工控制及相應的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個完整的分揀系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器應運而生。并且

11、功能也越來越強大。在應用上，PLC有著其他設備無以比擬的優(yōu)越性，它可靠性高，抗干擾能力高；適用性強，應用靈活；編程方便，易于使用；功能強大，擴展能力強；控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試方便；維修方便，維修工作量少；體積小，質(zhì)量輕，易于實現(xiàn)機電一體化。2.1自動分揀系統(tǒng)概述現(xiàn)代社會已將物流的高科技(自動分揀桃、自動化立體倉庫、信息處理及通訊自動化等)廣泛應用于各個流通領域。自動分揀系統(tǒng)(Automatic Sorting System)現(xiàn)在已成為發(fā)達國家大中型物流中心不可缺少的一部分?？梢钥隙ǎS著物流大環(huán)境的逐步改善，科學技術(shù)日新月異的進步，特別是感測技術(shù)(激光掃描)、電子標簽及計算機控制技術(shù)等的引入

12、使用，自動分揀系統(tǒng)在我國發(fā)展空間巨大。2.2 自動分揀系統(tǒng)的主要特點動分揀系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的人工分揀無可比擬的優(yōu)勢，其主要特點如下分揀效率高：由于采用流水線自動作業(yè)方式，自動分揀系統(tǒng)不受氣候、時間、人的體力等因素的限制，可以連續(xù)運行，而且單位時間分揀件數(shù)多，因此它能夠連續(xù)大批量的分揀物品。一般情況下，自動分揀系統(tǒng)可連續(xù)運行100個小時以上。中等效率的分揀系統(tǒng)每小時可分揀7000件物品。比起人工每小時最多分揀150件的效率來說，有點特別明顯。更重要的是不需要大量的勞動力來從事分揀作業(yè)。實現(xiàn)了從勞動密集型到技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)變。分揀誤差率低：自動分揀系統(tǒng)的分揀誤差率主要取決于所輸入分揀信息的準確性。而這又

13、取決于分揀信息的輸入機制。其中攜帶貨物的相關(guān)載體和識別裝置起著主導作用。如果采用人工輸入，則誤差率在3%以上；如果采用條形碼輸入，在條形碼噴碼無誤和無破損的情況下出錯率很低。目前自動分揀系統(tǒng)主要采用條形碼技術(shù)來識別貨物；如果采用當前廣泛研究的電子標簽，則不僅解決了分揀過程中讀取信息的不便，而且提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和運行穩(wěn)定性。分揀作業(yè)基本實現(xiàn)無人化：國外建立自動分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少勞動力的使用，降低勞動強度，自動分揀系統(tǒng)能最大限度減少人員的使用，基本做到無人作業(yè)。分揀系統(tǒng)本身并不需要人員，在分揀過程中主要從事以下工作：送貨小車抵達自動分揀作業(yè)線的進貨端時，由人工接貨；由人工控制分揀

14、系統(tǒng)的運行；分揀系統(tǒng)的末端用人工將分揀出來的貨物進行分包、堆盤、裝車；自動分揀系統(tǒng)系統(tǒng)的經(jīng)營、管理與維護。自動分揀系統(tǒng)最早在我國郵政部門使用。郵件分揀作業(yè)是自動分揀的一個重要的應用領域，郵件分揀機依據(jù)郵件的地址，迅速、準確地將發(fā)往不同地點的郵件從眾多郵件中按郵政編碼分揀出來。自動分揀系統(tǒng)的使用，改變了傳統(tǒng)的手工作業(yè)的分揀方式，大大減輕了笨重的體力勞動，而且更為重要的是提高了郵件分揀作業(yè)的準確性。我國人口眾多，人員之間的聯(lián)系緊密，郵件數(shù)量相當巨大。近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，郵政事業(yè)得到了空前發(fā)展。郵政通信網(wǎng)的技術(shù)含量不斷增加，技術(shù)裝備水平也在不斷提高，郵件處理已基本實現(xiàn)機械化，并且

15、朝著自動化的方向邁進。其中，利用機器自動分揀郵件是一個重要的課題。國內(nèi)的研究工作起源于20世紀70年代中期。20多年來，科技人員不斷跟蹤國際分揀技術(shù)的發(fā)展狀況，推陳出新。截止1998年底，全國共有106套郵件自動分揀設備投入運行。供貨廠家有國家郵政局上海研究所、德國SIEMENS公司、日本NEC公司。本文主要介紹郵件分揀機的工作原理。圖2-2-1為某郵件分揀機的工作原理框圖。它主要通過對在傳送帶上通過的郵件進行掃碼獲得郵件的信息，識別出郵政編碼后由郵政編碼的數(shù)字信息來控制郵件流向。2-2-1郵件分揀系統(tǒng)的工作原理圖2.2.1 PLC控制范圍及要求：自動準確識別郵政編碼。對郵政編碼不符合規(guī)格的郵

16、件進行處理(剔除)，并根據(jù)郵政編碼的不同加以分類，實現(xiàn)郵件的準確自動分揀；自動計件，能夠?qū)崟r監(jiān)測郵件的分揀數(shù)量。硬件部分的分揀機是將軟件識別出的郵政編碼的編碼信息隨傳送帶分揀入各個代表唯一地址的郵箱中，如編碼信息代表上海的就揀入上海的郵箱。2.2.2 分揀機的動作過程分揀機工作過程如下：當傳送帶開始工作，綠燈L1亮，紅燈L2滅，電機M5驅(qū)動帶有推頭的主鏈運行，掃碼器讀取傳送帶上的郵件的郵碼，將結(jié)果送入PLC進行郵件的識別分析，得到郵件郵政編碼的數(shù)字編碼信息。檢測發(fā)生器S1檢測到有郵件，若郵碼信息正確，L2亮，L1滅，系統(tǒng)根據(jù)郵件的郵碼啟動相應的推桿定時器，PLC從定時器中采集脈沖數(shù)，當定時器動

17、作時就表示郵件到達分揀箱時，推進器(M1M4)將郵件推進相應的郵箱。隨后L2滅，L1亮，繼續(xù)分揀。若郵碼信息出錯，則L2閃爍，電機M5停止動作，待重新啟動后，再運行。具體結(jié)構(gòu)見圖2-2-2-1。 圖2-2-2-1 分揀機動作過程結(jié)構(gòu)圖2.3機型的選擇及輸入輸出的確定2.3.1 內(nèi)存估計用戶程序所需的內(nèi)存容量受以下幾個因素的影響：內(nèi)存利率：開關(guān)量輸入，輸出點數(shù)；用戶的程序水平。所需內(nèi)存字數(shù)=開關(guān)量(輸入+輸出)總點數(shù)×10；所需內(nèi)存字數(shù)=模擬量點數(shù)×100(只有模擬量輸入)；所需內(nèi)存字數(shù)=模擬量點數(shù)×200(模擬量輸入輸出同時存)。該系統(tǒng)控制程序比較小，而且輸入輸出

18、點較少，因此內(nèi)要求比較低。一般的PLC都能滿足其要求。2.3.2 響應時間可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠地接受持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號；但是在本系統(tǒng)中，郵件的輸入速度是相對比較慢的，不可能比掃描周期短，所以，系統(tǒng)響應時間沒特殊要求，不需要考慮這方面的問題。郵件分揀是一個比較固定的、環(huán)境條件較好的工藝過程，要實現(xiàn)的功能也相對簡單，無A/D和DA轉(zhuǎn)換、加減運算。另外，控制程序也比較固定，不需要在線編程，選用整體式PLC就可以滿足工藝的要求了。綜合前面的工藝要求與I/0點數(shù)可知，在機型上可選用西門子公司生產(chǎn)的CPU型號為226型的微型可編程控制器。2.3.3 輸入輸出的確定可編程控

19、制器系統(tǒng)I/O點數(shù)估算。如表2-3-3-1所示：表2-3-3-1 系統(tǒng)I/O分配輸入輸出端子功能端子功能I0.0啟動Q0.0指示進郵件I0.1郵件檢測Q0.1指示郵碼是否正常I0.2讀碼器輸出的郵碼Q0.2傳送帶運轉(zhuǎn)接觸器I0.3讀碼器輸出的郵碼Q0.3指定郵碼的推桿接觸器I0.4讀碼器輸出的郵碼Q0.4指定郵碼的推桿接觸器I0.5讀碼器輸出的郵碼Q0.5指定郵碼的推桿接觸器I0.6復位Q0.6指定郵碼的推桿接觸器Q0.7指定郵碼的推桿接觸器其硬件連接圖如圖2-3-3-1所示：圖2-3-3-1 分揀機與PLC的硬件連接圖3 PLC控制程序控制系統(tǒng)選用SIEMENS S7-200 CPU226C

20、N型PLC，它能夠控制各種設備以滿足自動化控制需求。S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計數(shù)器、定時器、復雜數(shù)學運算以及其他智能模塊通信等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強大的指令集使S7-200成為各種控制應用的理想解決方案。郵件入箱控制軟件設計流程：一是郵件檢測；二是編碼信息檢測；三是編碼信息轉(zhuǎn)化為脈沖信號；四是郵件入箱；五是出錯控制。PLC控制部分程序流程圖如圖3-1所示。啟動，綠燈亮，紅燈滅燈亮，紅燈，電機啟動檢測郵件讀取編碼信息判斷可識別編碼信息紅燈亮，綠燈滅入箱紅燈閃爍M5停止動作紅燈滅，綠燈亮重啟圖3-1 PLC控制部分程

21、序流程圖3.1 梯形圖程序3.2 語句表LD I0.0O Q0.0AN M11.0O M10.2AN M10.0= Q0.0LD I0.0O M11.0AN M10.0= M10.3LD I0.0AN M10.0AN M11.0S Q0.2, 1LD M10.3O M10.0R Q0.2, 1LD I0.2AN I0.3AN I0.4AN I0.5A Q0.2AN M10.0TON T40, +16= M0.0LD T40= Q0.3LD Q0.3TON T41, +24LD I0.3AN I0.2AN I0.4AN I0.5A Q0.2AN M10.0TON T42, +32= M0.1LD

22、 T42= Q0.4LD Q0.4TON T43, +24LD I0.2A I0.3AN I0.4AN I0.5A Q0.2AN M0.0TON T44, +48= M0.2LD T44= Q0.5LD Q0.5TON T45, +24LD I0.4AN I0.2AN I0.3AN I0.5A Q0.2AN M10.0TON T46, +64= M0.3LD T46= Q0.6LD Q0.6TON T47, +24LD I0.2A I0.4AN I0.3AN I0.5A Q0.5AN M10.0TON T48, +80= M0.4LD T48= Q0.7LD Q0.7TON T49, +24L

23、D T41O T43O T45O T47O T49= M10.2LDN I0.2AN I0.3AN I0.4AN I0.5O I0.2A I0.3O I0.3A I0.4O I0.5AN M10.0= M11.0LD M11.0AN T58TON T57, +16LD T57O M0.0O M0.1O M0.2O M0.3O M0.4AN M10.0A M10.3= Q0.1LD Q0.1AN M10.2= M10.1TON T58, +16LD I0.6= M10.03.3 程序圖中各輔助觸點的作用 輔助繼電器功能M0.0輔助顯示正常郵碼M0.1輔助顯示正常郵碼M0.2輔助顯示正常郵碼M0.

24、3輔助顯示正常郵碼M0.4輔助顯示正常郵碼M10.0輔助復位M10.1在郵碼輸入錯誤時互鎖啟動電路M10.2輔助控制指示下一郵件可以進入M10.3輔助控制傳送帶停止M11.0錯誤郵碼輸入時啟動定時器T57，并輔助停止電機M53.4 程序圖中各個定時器的作用定時器功能T40根據(jù)郵碼啟動定時，1.6秒后接通指定的分揀接觸器T41設定分揀時長，2.4秒后提示下一郵件進入T42根據(jù)郵碼啟動定時，3.2秒后接通指定的分揀接觸器T43設定分揀時長，2.4秒后提示下一郵件進入T44根據(jù)郵碼啟動定時，4.8秒后接通指定的分揀接觸器T45設定分揀時長，2.4秒后提示下一郵件進入T46根據(jù)郵碼啟動定時，6.4秒后接通指定的分揀接觸器T47設定分揀時長，2.4秒后提示下一郵件進