基于PLC的邮件分拣控制的设计

物理与电子工程学院 PLC 原理与应用 课程设计报告书 设计题目 设计题目 基于 PLC 的邮件分拣控制的设计 专专 业 业 自动化 班班 级级 10 级 1 班 学生姓名学生姓名 XX 学学 号号 XXXXXX 指导教师指导教师 XX 2013 年 12 月 20 日 物理与电子工程学院物理与电子工程学院 课程设计任务书课程设计任务书 专业 自动化 班级 1 班 学生姓名XX学号XX 课程名称PLC 原理与应用设计题目基于 PLC 的邮件分拣控制的设计 设计目的 主 要内容 参数 方法 及要求 设计目的 1 掌握 PLC 功能指令的用法 2 掌握 PLC 控制系统的设计流程 设计主要内容及要求 1 设计一个邮件分拣控制程序 具体要求如下 1 当传送带开始工作 绿灯 L1 亮 红灯 L2 灭 电机 M5 驱动带有推头的 主链运行 扫码器读取传送带上的邮件的邮码 将结果送入 PLC 进行邮 件的识别分析 得到邮件邮政编码的数字编码信息 2 检测发生器 S1 检测到有邮件 若邮码信息正确 L2 亮 L1 灭 系统 根据邮件的邮码启动相应的推杆定时器 PLC 从定时器中采集脉冲数 当 定时器动作时就表示邮件到达分拣箱时 推进器 M1 M4 将邮件推进相应 的邮箱 3 随后 L2 灭 L1 亮 继续分拣 若邮码信息出错 则 L2 闪烁 电机 M5 停止动作 待重新启动后 再运行 2 画出实现程序流程图 3 列出输入 输出端口 4 写出梯形图程序 5 调试程序 直至符合设计要求 工作量2 周时间 每天 3 学时 共计 42 学时 进度安排 第 1 天 明确课程设计的目的和意义 根据课程设计要求查找相关资料 第 2 3 天 学习课程设计中用到的 PLC 相关知识 第 4 5 天 根据课程设计的要求画出程序流程图 第 6 天 列出 I O 分配表 第 7 8 天 写出梯形图程序 并对程序进行注释 第 9 10 天 学习西门子 S7 200 的编程软件 STEP 7 MicroWIN SP6 并在 该软件中编写梯形图程序 第 11 天 学习西门子 S7 200 仿真软件 并进行程序仿真和调试 第 12 天 将课程设计中用到的程序在 PLC 试验箱上进行运行和调试 第 13 14 天 撰写课程设计报告 主要参考资料 1 廖常初 S7 200 PLC 编程及应用 M 北京 机械工业出版社 2013 8 2 梅丽凤 电气控制与 PLC 应用技术 M 机械工业出版社 2012 3 3 殷洪义 可编程序控制器选择设计与维护 M 机械工业出版社 2006 1 指导教师签字 教研 室主 任签 字 摘 要 可编程序控制器 PLC 是以微处理器为核心 综合计算机技术 自动化 技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置 目前 可编程序 控制器已成为工业自动化领域中最重要 应用最多的控制装置 其广泛的 深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志 本文针对继电器控制系统可靠性较差 使用不够灵活方便等缺陷 利 用 PLC 进行设计 达到了控制邮件分拣目的 在系统中充分利用 PLC 在 控制方面的卓越性能实现了系统运行可靠 故障率低的功能 本论文在内容安排上首先介绍了题目的来源与意义及其相关的背景 系统方案的确定 总体的组成 设计思想与理论依据等 随后对系统进行 了详细设计 包括 部分硬件设计 安装 软件设计并编制梯形图 系统 通调试等 最后 论文对全文进行总结 关键词 PLC 控制 邮件分拣 梯形图 目 录 1 绪论 1 1 1 课题的研究背景及意义 1 1 2 PLC 的概述 1 1 3 PLC 控制系统程序设计的步骤 1 2 邮件自动分拣系统 3 2 1 自动分拣系统概述 3 2 2 自动分拣系统的主要特点 3 2 2 1 PLC 控制范围及要求 4 2 2 2 分拣机的动作过程 5 2 3 机型的选择及输入输出的确定 5 2 3 1 内存估计 5 2 3 2 响应时间 5 2 3 3 输入输出的确定 6 3 PLC 控制程序 7 3 1 梯形图程序 8 3 2 语句表 14 3 3 程序图中各辅助触点的作用 15 3 4 程序图中各个定时器的作用 16 4 心得体会 17 参考文献 18 1 1 绪论 1 1 课题的研究背景及意义 随着社会的不断发展 市场的竞争也越来越激烈 因此各个企业都迫切地 需要改进技术 提高效率 尤其在需要进行分拣及缓冲 传送的单位 以往一 直采用人工分拣的方法 效率低成本高 为解决上述问题 将 PLC 技术应用到 分拣装置中用以提高生产效率降低生产成本是一个很好的途径 本文就介绍了 PLC 在邮件分拣系统中的应用 1 2 PLC 的概述 目前 世界上有 200 多个厂家生产 300 多品种 PLC 产品 而我国 PLC 生 产厂有约 30 家 却并没有真正形成大规模的生产能力和名牌产品 其中有一部 分厂家是以仿制 来件组装或 贴牌 方式生产 但同时 我国在 PLC 应用方面 却很活跃 近年来每年约新投入 10 万台套 PLC 产品 年销售 30 亿人民币 应 用的行业也很广阔川 所以说 对我国 PLC 生产厂家来说 如何生产出拥有自 主知识产权的 PLC 产品 并形成规模化生产 打造中国自己的 PLC 品牌是其 面临的一大课题 一句话 PLC 自诞生之日起就成为自动控制领域一颗耀眼的 明星 到今天已经发展为一个极其巨大的产业 也形成了其在自动化控制领域 中短期内不可被替代的地位 PLC 即可编程控制器 Pragrammable Logic Controller 是一种数字运算操 作的电子系统 是在 20 世纪 60 年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成 功的 它采用可编程序的存储器 其内部存贮执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作指令 并通过数字的 模拟的输入和输出 控制各种类 型的机械或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都是按易于与工业控制 系统形成一体 易于扩充其功能的原则设计的 PLC 自产生至今只有 30 多年的历史 却得到了迅速发展和广泛应用 成为 当代工业自动化的主要支柱之一 1 3 PLC 控制系统程序设计的步骤 在对一个控制系统进行设计之前 最重要的工作就是深入了解和分析系统 的控制要求 只有这样才可能提出准确的 合理的系统总体设计方案 进而实 现各个阶段的设计任务 PLC 程序设计的主要步骤是 对于较复杂的控制系统 需绘制系统控制流程图 用以清楚地表明动作 的顺序和条件 对于简单的控制系统 也可省去这一步 设计梯形图 这是程序设计的关键一步 也是比较困难的一步 要设计 2 好梯形图 首先要十分熟悉控制要求 同时还要有一定的电气设计的实践经验 根据梯形图编制语句表程序清单 用编程器将程序键入到 PLC 的用户存储器中 并检查键入的程序是否 正确 对程序进行调试和修改 直到满足要求为止 待控制台 柜 及现场施工完成后 就可以进行联机调试 如不满足要求 再修改程序或检查接线 直到满足要求为止 3 2 邮件自动分拣系统 最初的分拣系统是完全基于人力的作业系统 通过人工搜索 搬运来完成 货物的提取 这种分拣系统的作业效率低下 无法满足现代化物流配送对速度 和准确性的高要求 随着科学技术的飞速发展 分拣系统中开始运用各种各样 的自动化机械设备 计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手 段 机械化 自动化 智能化成为现代分拣系统的主要特点与发展趋势 自动分拣系统 automatic sorting system 是二战后在美国 日本以及欧洲的 大中型物流中心广泛采用的一种分拣系统 一般由控制装置 分类装置 输送 装置及分拣道口四部分组成 它们通过计算机网络联结在一起 配合人工控制 及相应的人工处理环节构成一个完整的分拣系统 随着计算机技术的飞速发展 可编程控制器应运而生 并且功能也越来越强大 在应用上 PLC 有着其他设 备无以比拟的优越性 它可靠性高 抗干扰能力高 适用性强 应用灵活 编 程方便 易于使用 功能强大 扩展能力强 控制系统设计 安装 调试方便 维修方便 维修工作量少 体积小 质量轻 易于实现机电一体化 2 1 自动分拣系统概述 现代社会已将物流的高科技 自动分拣桃 自动化立体仓库 信息处理及通 讯自动化等 广泛应用于各个流通领域 自动分拣系统 Automatic Sorting System 现在已成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分 可以肯定 随 着物流大环境的逐步改善 科学技术日新月异的进步 特别是感测技术 激光扫 描 电子标签及计算机控制技术等的引入使用 自动分拣系统在我国发展空间 巨大 2 2 自动分拣系统的主要特点 动分拣系统具有传统的人工分拣无可比拟的优势 其主要特点如下分拣效 率高 由于采用流水线自动作业方式 自动分拣系统不受气候 时间 人的体 力等因素的限制 可以连续运行 而且单位时间分拣件数多 因此它能够连续 大批量的分拣物品 一般情况下 自动分拣系统可连续运行 100 个小时以上 中等效率的分拣系统每小时可分拣 7000 件物品 比起人工每小时最多分拣 150 件的效率来说 有点特别明显 更重要的是不需要大量的劳动力来从事分拣作 业 实现了从劳动密集型到技术密集型的转变 分拣误差率低 自动分拣系统的分拣误差率主要取决于所输入分拣信息的 准确性 而这又取决于分拣信息的输入机制 其中携带货物的相关载体和识别 装置起着主导作用 如果采用人工输入 则误差率在 3 以上 如果采用条形码 输入 在条形码喷码无误和无破损的情况下出错率很低 目前自动分拣系统主 要采用条形码技术来识别货物 如果采用当前广泛研究的电子标签 则不仅解 4 决了分拣过程中读取信息的不便 而且提高了系统的抗干扰能力和运行稳定性 分拣作业基本实现无人化 国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减 少劳动力的使用 降低劳动强度 自动分拣系统能最大限度减少人员的使用 基本做到无人作业 分拣系统本身并不需要人员 在分拣过程中主要从事以下 工作 送货小车抵达自动分拣作业线的进货端时 由人工接货 由人工控制分 拣系统的运行 分拣系统的末端用人工将分拣出来的货物进行分包 堆盘 装 车 自动分拣系统系统的经营 管理与维护 自动分拣系统最早在我国邮政部门使用 邮件分拣作业是自动分拣的一个 重要的应用领域 邮件分拣机依据邮件的地址 迅速 准确地将发往不同地点 的邮件从众多邮件中按邮政编码分拣出来 自动分拣系统的使用 改变了传统 的手工作业的分拣方式 大大减轻了笨重的体力劳动 而且更为重要的是提高 了邮件分拣作业的准确性 我国人口众多 人员之间的联系紧密 邮件数量相当巨大 近年来 随着 我国经济的发展和社会的进步 邮政事业得到了空前发展 邮政通信网的技术 含量不断增加 技术装备水平也在不断提高 邮件处理已基本实现机械化 并 且朝着自动化的方向迈进 其中 利用机器自动分拣邮件是一个重要的课题 国内的研究工作起源于 20 世纪 70 年代中期 20 多年来 科技人员不断跟踪国 际分拣技术的发展状况 推陈出新 截止 1998 年底 全国共有 106 套邮件自动 分拣设备投入运行 供货厂家有国家邮政局上海研究所 德国 SIEMENS 公司 日本 NEC 公司 本文主要介绍邮件分拣机的工作原理 图 2 2 1 为某邮件分拣机的工作原理框图 它主要通过对在传送带上通过 的邮件进行扫码获得邮件的信息 识别出邮政编码后由邮政编码的数字信息来 控制邮件流向 2 2 1 邮件分拣系统的工作原理图邮件分拣系统的工作原理图 2 2 1 PLC 控制范围及要求 自动准确识别邮政编码 对邮政编码不符合规格的邮件进行处理 剔除 并根据邮政编码的不同加以分类 实现邮件的准确自动分拣 5 自动计件 能够实时监测邮件的分拣数量 硬件部分的分拣机是将软 件识别出的邮政编码的编码信息随传送带分拣入各个代表唯一地址的邮箱中 如编码信息代表上海的就拣入上海的邮箱 2 2 2 分拣机的动作过程 分拣机工作过程如下 当传送带开始工作 绿灯 L1 亮 红灯 L2 灭 电机 M5 驱动带有推头的主链运行 扫码器读取传送带上的邮件的邮码 将结果送 入 PLC 进行邮件的识别分析 得到邮件邮政编码的数字编码信息 检测发生器 S1 检测到有邮件 若邮码信息正确 L2 亮 L1 灭 系统根据邮件的邮码启动 相应的推杆定时器 PLC 从定时器中采集脉冲数 当定时器动作时就表示邮件 到达分拣箱时 推进器 M1 M4 将邮件推进相应的邮箱 随后 L2 灭 L1 亮 继续分拣 若邮码信息出错 则 L2 闪烁 电机 M5 停止动作 待重新启动后 再运行 具体结构见图 2 2 2 1 图图 2 2 2 1 分拣机动作过程结构图分拣机动作过程结构图 2 3 机型的选择及输入输出的确定 2 3 1 内存估计 用户程序所需的内存容量受以下几个因素的影响 内存利率 开关量输入 输出点数 用户的程序水平 所需内存字数 开关量 输入 输出 总点数 10 所需内存字数 模拟量点数 100 只有模拟量输入 所需内存字数 模拟量点数 200 模拟量输入 输出同时存 该系统控制程 序比较小 而且输入输出点较少 因此内要求比较低 一般的 PLC 都能满足其 要求 2 3 2 响应时间 可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠地接受持续时间小于扫描 周期的输入信号 但是在本系统中 邮件的输入速度是相对比较慢的 不可能 比扫描周期短 所以 系统响应时间没特殊要求 不需要考虑这方面的问题 邮件分拣是一个比较固定的 环境条件较好的工艺过程 要实现的功能也 6 相对简单 无 A D 和 D A 转换 加减运算 另外 控制程序也比较固定 不 需要在线编程 选用整体式 PLC 就可以满足工艺的要求了 综合前面的工艺要 求与 I 0 点数可知 在机型上可选用西门子公司生产的 CPU 型号为 226 型的微 型可编程控制器 2 3 3 输入输出的确定 可编程控制器系统 I O 点数估算 如表 2 3 3 1 所示 表表 2 3 3 1 系统系统 I O 分配分配 输入输出 端子功能端子功能 I0 0启动Q0 0指示进邮件 I0 1邮件检测Q0 1指示邮码是否正常 I0 2读码器输出的邮码Q0 2传送带运转接触器 I0 3读码器输出的邮码Q0 3指定邮码的推杆接触器 I0 4读码器输出的邮码Q0 4指定邮码的推杆接触器 I0 5读码器输出的邮码Q0 5指定邮码的推杆接触器 I0 6复位Q0 6指定邮码的推杆接触器 Q0 7指定邮码的推杆接触器 其硬件连接图如图 2 3 3 1 所示 图图 2 3 3 1 分拣机与分拣机与 PLC 的硬件连接图的硬件连接图 7 3 PLC 控制程序 控制系统选用 SIEMENS S7 200 CPU226CN 型 PLC 它能够控制各种设备 以满足自动化控制需求 S7 200 的用户程序中包括了位逻辑 计数器 定时器 复杂数学运算以及其他智能模块通信等指令内容 从而使它能够监视输入状态 改变输出状态以达到控制目的 紧凑的结构 灵活的配置和强大的指令集使 S7 200 成为各种控制应用的理想解决方案 邮件入箱控制软件设计流程 一是 邮件检测 二是编码信息检测 三是编码信息转化为脉冲信号 四是邮件入箱 五是出错控制 PLC 控制部分程序流程图如图 3 1 所示 图图 3 1 PLC 控制部分程序流程图控制部分程序流程图 启动 绿灯亮 红灯 灭灯亮 红灯 电机 启动 检测邮件 读取编码信息 判断可识别编码信息 红灯亮 绿灯灭 入箱 红灯灭 绿灯亮 红灯闪烁 M5 停止动 作 重启 8 3 1 梯形图程序 9 10 11 12 13 14 3 2 语句表 LD I0 0 O Q0 0 AN M11 0 O M10 2 AN M10 0 Q0 0 LD I0 0 O M11 0 AN M10 0 M10 3 LD I0 0 AN M10 0 AN M11 0 S Q0 2 1 LD M10 3 O M10 0 R Q0 2 1 LD I0 2 AN I0 3 AN I0 4 AN I0 5 A Q0 2 AN M10 0 TON T40 16 M0 0 LD T40 Q0 3 LD Q0 3 TON T41 24 LD I0 3 AN I0 2 AN I0 4 AN I0 5 A Q0 2 AN M10 0 TON T42 32 M0 1 LD T42 Q0 4 LD Q0 4 TON T43 24 LD I0 2 A I0 3 AN I0 4 AN I0 5 A Q0 2 AN M0 0 TON T44 48 M0 2 LD T44 Q0 5 LD Q0 5 TON T45 24 LD I0 4 AN I0 2 AN I0 3 AN I0 5 A Q0 2 AN M10 0 TON T46 64 M0 3 LD T46 Q0 6 LD Q0 6 TON T47 24 LD I0 2 A I0 4 AN I0 3 15 AN I0 5 A Q0 5 AN M10 0 TON T48 80 M0 4 LD T48 Q0 7 LD Q0 7 TON T49 24 LD T41 O T43 O T45 O T47 O T49 M10 2 LDN I0 2 AN I0 3 AN I0 4 AN I0 5 O I0 2 A I0 3 O I0 3 A I0 4 O I0 5 AN M10 0 M11 0 LD M11 0 AN T58 TON T57 16 LD T57 O M0 0 O M0 1 O M0 2 O M0 3 O M0 4 AN M10 0 A M10 3 Q0 1 LD Q0 1 AN M10 2 M10 1 TON T58 16 LD I0 6 M10 0 3 3 程序图中各辅助触点的作用 辅助继电器功能 M0 0辅助显示正常邮码 M0 1辅助显示正常邮码 M0 2辅助显示正常邮码 M0 3辅助显示正常邮码 M0 4辅助显示正常邮码 M10 0辅助复位 M10 1在邮码输入错误时互锁启动电路 M10 2辅助控制指示下一邮件可以进入 M10 3辅助控制传送带停止 M11 0错误邮码输入时启动定时器 T57 并辅助停止电机 M5 3 4 程序图中各个定时器的作用 定时器功能 T40根据邮码启动定时 1 6 秒后接通指定的分拣接触器 T41设定分拣时长 2 4 秒后提示下一邮件进入 T42根据邮码启动定时 3 2 秒后接通指定的分拣接触器 T43设定分拣时长 2 4 秒后提示下一邮件进入 T44根据邮码启动定时 4 8 秒后接通指定的分拣接触器 T45设定分拣时长 2 4 秒后提示下一邮件进入 T46根据邮码启动定时 6 4 秒后接通指定的分拣接触器 T47设定分拣时长 2