邮件分拣机控制毕业设计(西门子)

太原科技大学毕业论文 太太 原原 科科 技技 大大 学学 毕 业 论 文 基于 PLC 的邮件分拣系统设计 姓姓 名名安庆勇安庆勇 系系 别别电气工程系电气工程系 班班 级级电气三班电气三班 专专 业业电气自动化电气自动化 2012 年年 7 月月 15 日日 太原科技大学毕业论文 目录目录 摘 要 1 目录 2 1 概述 3 1 1 本课题设计要求 3 1 2 本课题研究的内容 目的和意义 3 2 系统设计的总体方案 4 2 1 方案的比较和选择 4 2 2 总体方案 5 3 控制系统硬件设计 5 3 1 拨码器的选择 6 3 2 传送带的选择 7 3 3 PLC 的选择 9 3 4 电动机选择 14 3 5 光电检测选择 16 4 控制系统的软件设计 17 4 1 I O 分配 17 4 2 I O 接线图 18 4 3 软件编程 19 总结 24 致 谢 25 参考文献 30 太原科技大学毕业论文 第 0 页 共 36 页 1 概述概述 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 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 在我国 自动分拣系统主要用于邮政业的信函分拣或机场的行李分拣等场合 自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 太原科技大学毕业论文 第 1 页 共 36 页 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 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 下图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 太原科技大学毕业论文 第 2 页 共 36 页 1 2 本课题研究的内容 背景和意义本课题研究的内容 背景和意义 具体研究的内容包括几个方面是 1 系统设计的总体方案 包括方案的比较和选择 总体方案 和系统控 制的过程 2 对硬件进行设计 拨码器 传送带 PLC 电动机 光电传感器 3 对软件进行设计 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 PLC 的概述的概述 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 太原科技大学毕业论文 第 3 页 共 36 页 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 3 1 2 1 PLC 的产生背景 在 PLC 诞生之前 工业控制设备的主流品种是以继电器 接触器为主体的 控制装置 继电器 接触器是一些电磁开关 其结构是由励磁线圈 铁心磁路 触点等部件组成 其中触点是接通或断开电路的部件 按励磁线圈通电前的状 态又可分为常开和常闭两种类型 线圈通电前呈断开状态的为常开触点 呈接 通状态的为常闭触点 同一只接触器或继电器常有多对常开 常闭触点 当励 磁线圈通电 衔铁在磁力作用下被铁心吸合时 常开触点接通 常闭触点断开 以完成电路连接的切换 触点又分为主触点及辅助触点 用于主回路 控制较 大电流的触点是主触点 用于控制电路 只能通过较小电流的触点称为辅助触 点 通过继电器 接触器及其它控制元件的线路连接 可以实现一定的控制逻 辑 从而实现生产设备的各种操作控制 人们将由导线连接决定器件间逻辑关 系的控制方式称为接线逻辑 随着工业自动化程度的不断提高 使用继电器电路构成工业控制系统的缺 陷不断暴露出来 首先是复杂的系统使用成百上千个各种各样的继电器 成千 上万根导线连接得密如蛛网 只要有一个继电器 一根导线出现故障 系统就 不能正常工作 这就大大降低了这种接线逻辑系统的可靠性 其次是这样的系 统维修及改造很不容易 特别是技术改造 当试图改变设备的工作过程以改善 设备的功能时 人们宁愿新生产一套控制设备也都不愿意将继电器控制柜中的 线路重接 而在 20 世纪 60 70 年代 社会的进步要求制造业生产出小批量 多 品种多规格 低成本 高质量的产品以满足市场需要 不断地提出改善生产机 械功能的要求 加上当时电子技术已经有了一定的发展 于是人们开始寻求一 种以存储逻辑代替接线逻辑的新型工业控制设备 这就是 PLC 1 2 2 PLC 的发展过程 1968 年 美国通用汽车公司 GM 为适应汽车型号的不断翻新 想寻找一种 能减少重新设计控制系统和接线 降低成本 缩短时间的措施 并设想把计算 太原科技大学毕业论文 第 4 页 共 36 页 机功能的完备 灵活通用和继电器控制系统的简单易懂 操作方便 价格便宜 等优点结合起来 制成一种通用控制装置 并把计算机的编程方法和程序输入 方式加以简化 用面向控制过程 面向用户的 自然语言 编程 使不熟悉计 算机的人也能方便地使用 1969 年美国数字设备公司 DEC 研制出世界上第 1 台 PLC 并在 GM 公司的汽车自动装配线上首次使用 获得成功 从此 这 项新技术便迅速发展起来 1971 年日本从美国引进了该项新技术 很快就研制出了日本第 1 台 PLC 1973 1974 年 西德和法国也相继研制出了自己的第 1 台 PLC 中国从 1974 年开始研制 1977 年应用于工业生产 限于当时的元器件条件和计算技术 的发展水平 早期的 PLC 主要由分立元件和小规模集成电路组成 1959 1973 年是 PLC 的初创时期 在这个时期 PLC 从有触点不可编程的 硬接线顺序控制器发展成为小型机的无触点可编程逻辑控制器 可靠性比以往 的继电器控制系统有较大提高 灵活性也有所增强 其主要功能限于逻辑运算 计时 计数和顺序控制 CPU 由中小规模集成电路组成 存储器为磁芯存储器 1974 1977 年是 PLC 的发展中期 在这个时期 由于 8 位单片 CPU 和集成 存储器芯片的出现 PLC 得到了迅速发展和完善 并逐步趋向系列化和实用化 普遍应用于工业生产过程控制 PLC 除了原有功能外 又增加了数值运算 数 据的传递和比较 模拟量的处理和控制等功能 可靠性进一步提高 开始具备 自诊断功能 1978 1983 年 PLC 进入成熟阶段 这个时期 微型计算机行业已出现了 16 位 CPU MCS 51 系列单片机也由 Intel 公司推出 使 PLC 也开始朝着大规 模 高速度和高性能方向发展 PLC 的生产量在国际上每年以 30 的递增量迅 速增长 在结构上 PLC 除了采用微处理器及 EPROM EEP ROM CMCS RAM 等 LSI 电路外 还向多微处理器发展 使 PLC 的功能和处理速度大大提 高 PLC 的功能又增加了浮点运算 平方 三角函数 相关数 查表 列表 脉宽调制变换等 初步形成了分布式可编程控制器的网络系统 具有通讯功能 和远程 I O 处理能力 编程语言较规范和标准化 此外自诊断功能及容错技术 发展迅速 使 PLC 系统的可靠性得到了进一步提高 太原科技大学毕业论文 第 5 页 共 36 页 1984 年后 PLC 的规模更大 存储器的容量又提高了 1 个数量级 最高可 达 896K 有的 PLC 已采用了 32 位微处理器 多台 PLC 可与大系统一起连成 整体的分布式控制系统 在软件方面有的已与通用计算机系统兼容 编程语言 除了传统的梯形图 流程图语句表外 还有用于算术的 BASIC 语言 用于机床 控制的数控语言等 在人机接口方面 采用了现实信息等更多直观的 CRT 完 全代替了原来的仪表盘 使用户的编程和操作更加方便灵活 PLC 的 I O 模件 一方面发展自带微处理器的智能 I O 模件 另一方面也注意增大 I O 点数 以 适应控制范围的增大和在系统中使用 A D D A 通讯及其他特殊功能模件的需 要 同时 各 PLC 生产厂家还注意提高 I O 的密集度 生产高密度的 I O 模件 以节省空间 降低系统的成本 系统设计方案系统设计方案 3 1 拨码器的选择拨码器的选择 一 选型原则 一种拨码器 其开关座为圆盘体 顶面两侧分别对应设有两条贯通的弧形 滑道 两滑道间中间部位设开口朝向开关座中心的缺口 顶面中央设成型一体 的圆形凸台 凸台顶部切设卡槽 位于凸台外侧的开关座顶面设卡扣块 开关 座两侧壁面设对应的突块 开关座底面设供导片固定接合的突点 底面中央设 凸轴 凸轴两侧对应设弧形凹槽 导片一侧设成型一体的数个触脚 另一侧设 与开关座底面突点对应的通孔 使导片固定在开关座底面 开关帽为具有成型 一体的凸台的中空圆环体 圆环体内径与开关座顶面圆形凸台外径相对应 内 侧壁面设与卡扣块对应的凹槽 开关帽盖合在开关座顶面 结构简单 故障点 少 成本低 使用便捷 应用范围广泛 二 拨码器的选择 拨码器的核心件是专用 CMOS 型脉冲拨号集成电路 S2560 该器件具有 数字拨码功能和记忆功能 图 2 是拨码器的外形 太原科技大学毕业论文 第 6 页 共 36 页 图 2 拨码器 BCD 拨码器的四个输出口 x2 x3 x4 x5 拨码器读邮码 当 x2 为 1 其余 为 0 时 为邮件 1 当 x3 为 1 其余为 0 时 为邮件 2 当 x2 x3 为 1 其余为 0 时 为邮件 3 当 x4 为 1 其余为 0 时 为邮件 4 当 x2 x4 为 1 其余为 0 时 为邮件 5 3 2 传送带的选择传送带的选择 一 传送带选择原则 传送带直接影响到带所能传递的能力和最大应力点处的应力值 而最大应力 点处的应力又严重地影响到带的寿命 为了充分发挥其最大的经济效益 在带传动 设计时 应使带的寿命最长和传动能力最大 利用极值理论 推导出带传动中最大 应力点处的应力最小时带速的一般计算公式和带传动能力最大时带速的一般计 算公式 从而建立出带传动设计时带速的选择原则 二 传送带选择 传送带的选择应根据绿灯亮与不亮而上传邮件 材质有 PU 橡胶 皮革 尼龙 产品种类有 三角带 同步带 变速带 多沟带 广角带 水塔带 多楔 带 联级带速的圆带 五角带 六角带 片基带 龙带 锭带 太原科技大学毕业论文 第 7 页 共 36 页 图 3 传送带图 二 传送带的特点 1 适用范围广 除粘度特别大的物料外 一般固态物料和成件物均可用它 输送 2 输送能力大 特别是鳞板板式输送机 一般称为双链有挡边波浪型 板式输送机 的生产能力可高达 1000t h 3 牵引链的强度高 可用作长距离输送 4 输送线路布置灵活 与带式输送机相比 板式输送机可在较大的倾 角和较小的弯曲半径的条件下输送 因此布置的灵活性较大 板式输送机的倾 角可达 30 35 弯曲半径一般约为 5 8m 5 在输送过程中可进行分类 干燥 冷却或装配等各种工艺加工 6 运行平稳可靠 三 传送带的工作原理 当传送带开始工作 绿灯 L2 亮 红灯 L1 灭 电机 M5 驱动带有推 头的主链运行 摄像头对传送带上的邮件进行拍摄 将拍摄结果送入计算机进 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 S2 检测 到有邮件 控制电路从计算机中读取邮件的编码信息 若编码信息正确 L1 亮 L2 灭 由电机光码器 S1 折合成脉冲数 PLC 从 S1 中采集脉冲数 当邮件 到达分拣箱时 推进器 M1 M4 将邮件推进相应的邮箱 随后 L1 灭 L2 亮 继续分拣 若编码信息出错 则 L1 闪烁 电机 M5 停止动作 待重新启 动后 再运行 其中检测发生器 S2 和电机光码器 S1 为控制开关 M1 M4 为推进器 M5 为驱动电机 L1 为红指示灯 L2 为绿指示灯 通过 PLC 的 RS232 串口连接上位机 对系统进行监控和控制 控制系统选用 SIEMENS S7 200 CPU226CN 型 PLC 它是一种可编程序逻辑控制器 Micro PLCs 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 太原科技大学毕业论文 第 8 页 共 36 页 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 四 传送带的概述 具有牵引件的传送带一般包括牵引件 承载构件 驱动装置 张紧装置 改向装置和支承件等 牵引件用以传递牵引力 可采用输送带 牵引链或钢丝 绳 承载构件用以承放物料 有料斗 托架或吊具等 驱动装置给输送机以动 力 一般由电动机 减速器和制动器 停止器 等组成 张紧装置一般有螺杆式 和重锤式两种 可使牵引件保持一定的张力和垂度 以保证传送带正常运转 支承件用以承托牵引件或承载构件 可采用托辊 滚轮等 具有牵引件的传送带设备的结构特点是 被运送物料装在与牵引件连 结在一起的承载构件内 或直接装在牵引件 如输送带 上 牵引件绕过各滚筒 或链轮首尾相连 形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭 合环路 利用牵引件的连续运动输送物料 这类的传送带设备种类繁多 主要有带式输送机 板式输送机 小车 式输送机 自动扶梯 自动人行道 刮板输送机 埋刮板输送机 斗式输送机 斗式提升机 悬挂输送机和架空索道等 没有牵引件的传送带设备的结构组成各不相同 用来输送物料的工作 构件亦不相同 它们的结构特点是 利用工作构件的旋转运动或往复运动 或 利用介质在管道中的流动使物料向前输送 例如 辊子输送机的工作构件为一 系列辊子 辊子作旋转运动以输送物料 螺旋输送机的工作构件为螺旋 螺旋 在料槽中作旋转运动以沿料槽推送物料 振动输送机的工作构件为料槽 料槽 作往复运动以输送置于其中的物料等 未来传送带设备 的将向着大型化发展 扩大使用范围 物料自动分拣 降低能量消耗 减少污染等方面发展 大型化包括大输送能力 大单机长度和大输送倾角等几个方面 水力 输送装置的长度已达 440 公里以上带式输送机的单机长度已近 15 公里 并已出 太原科技大学毕业论文 第 9 页 共 36 页 现由若干台组成联系甲乙两地的 带式输送道 不少国家正在探索长距离 大 运量连续输送物料的更完善的输送机结构 扩大输送机的使用范围 是指发展能在高温 低温条件下有腐蚀性 放射性 易燃性物质的环境中工作的 以及能输送炽热 易爆 易结团 粘性 物料的传送带设备 常见传送带有 TD75 型和 DT 型传送带 3 3 PLC 的选择的选择 一 PLC 选择原则 充分发挥 PLC 的功能 最大限度地满足被控对象的控制要求 是设计 PLC 控制系统的首要前提 这也是设计中最重要的一条原则 这就要求设计人 员在设计前就要深入现场进行调查研究 收集控制现场的资料 收集相关先进 的国内 国外资料 同时要注意和现场的工程管理人员 工程技术人员 现场 操作人员紧密配合 拟定控制方案 共同解决设计中的重点问题和疑难问题 1 输入 输出点的选择 要先弄清楚控制系统的 I O 总点数 再按实际所需总点数的 15 20 留出 备用量 为系统的改造等留有余地 后确定所需 PLC 的点数 PLC 的输出点 可分为共点式 分组式和隔离式几种接法 2 存储容量的选择 对用户存储容量只能作粗略的估算 在仅对开关量进行控制的系统中 可以用输入总点数乘 10 字 点 输出总点 数乘 5 字 点来估算 计数器 定时器按 3 5 字 个估算 有运算处理时按 5 10 字 量估算 在有模拟量输入 输出的系统中 可以按每输入 或输出 一路模拟量约需 80 100 字左右的存储容量来估算 有通信处理时按每个接口 200 字以上 的数量粗略估算 最后 一般按估算容量的 50 100 留有裕量 对缺乏经验的设计者 选择容量时留有裕量要大些 3 I O 响应时间的选择 太原科技大学毕业论文 第 10 页 共 36 页 PLC 的 I O 响应时间包括输入电路延迟 输出电路延迟和扫描工作方式引 起的时间延迟 一般在 2 3 个扫描周期 等 对开关量控制的系统 PLC 的 I O 响应时间一般都能满足实际工程的要求 可不必考虑 I O 响应问题 但对 模拟量控制的系统 特别是闭环控制系统就要考虑这个问题 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求 以提高生产效率和 产品质量 因此 在设计 PLC 控制系统时 应遵循以下基本原则 1 最大限度地满足被控对象的控制要求 2 保证 PLC 控制系统安全可靠 保证 PLC 控制系统能够长期安全 可靠 稳定运行 是设计控制系统的重 要原则 这就要求设计者在系统设计 元器件选择 软件编程上要全面考虑 以确保控制系统安全可靠 例如 应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行 而且在非正常情况下 如突然掉电再上电 按钮按错等 也能正常工作 3 力求简单 经济 使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量 带来巨大的经济效益和 社会效益 但新工程的投入 技术的培训 设备的维护也将导致运行资金的增 加 因此 在满足控制要求的前提下 一方面要注意不断地扩大工程的效益 另一方面也要注意不断地降低工程的成本 这就要求设计者不仅应该使控制系 统简单 经济 而且要使控制系统的使用和维护方便 成本低 不宜盲目追求 自动化和高指标 4 适应发展的需要 由于技术的不断发展 控制系统的要求也将会不断地提高 设计时要适当 考虑到今后控制系统发展和完善的需要 这就要求在选择 PLC 输入 输出模块 I O 点数和内存容量时 要适当留有裕量 以满足今后生产的发展和工艺的改进 二 PLC 选择 太原科技大学毕业论文 第 11 页 共 36 页 图 4 PLC 图示 根据课题要求 系统用到 7 个输入口 8 个输出口 我选择了 SIEMENS 公司的 S7 200 系列的 cpu224 有 14 个输入点和 10 个输出点 具有 280mA 输出 可 靠性高 抗干扰能力强 配套齐全 功能完善 适用性强 所以选用该 PLC 把 来自拨码器检测信号的指令 经过收集 处理后 完成对电动机的控制和对邮 件分拣系统的信息反馈 图 5 PLC 端子图 图 4 是其外形结构 输入输出端子见图 5 表 1 S7 200PLC 参数表 电源电压 DC 24V AC 100 230V 程序存储器8K 字节 典型值为 2 6K 条指令 数据存储器2 5K 字 本机 I O 数字量输入 14 其中 4 个可用作硬件中 断 14 个用作高速功能 数字量输出 10 其中 2 个可用作本机功 太原科技大学毕业论文 第 12 页 共 36 页 能 模拟电位器 2 个 输入电压DC 24V 1 信号 14 35A 0 信号 0 5A 输入电流 1 信号 最大 4mA 输出电压 L L 可连接的 I O 数字量输入 输出 最多 94 74 模拟量输入 输出 最多 28 7 或 14 AS 接口输入 输出 496 三 PLC 的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 在 I O 环节 PLC 采用了光电隔离 滤波等多种措施 一般 PLC 的平均无 故障时间可达几万小时以上 2 控制能力强 PLC 所采用的 CPU 一般是具有较强位处理功能的位处理机 为了 增强其 复杂的控制功能和联网通信等管理功能 可以采用双 CPU 的运行方式 使其功 能得到极大的加强 3 编程方便易学 第一编程语言是一种图形编程语言 与多年来工业现场使用的电器控制图 非常相似 理解方式也相同 非常适合现场人员的学习 4 适用于恶劣的工业环境 采用封装的方式 适合于各种震动 腐蚀及有毒气体等的应用场合 5 与外部设备连接方便 采用统一接线方式的可拆装的活动的端子排 提供不同的端子能适合与多 种电气规格 6 体积小 重量轻 功耗低 7 性价比高 与其他控制方式相比 性能价格比较高 8 模块化结构 扩展能力强 太原科技大学毕业论文 第 13 页 共 36 页 根据现场需要可进行不同功能的扩展和组装 一种型号的 PLC 可用于控制 从几个 I O 点到几百个 I O 点的控制系统 9 维修方便 功能更灵活 程序的修改就意味着控制功能的修改 因此功能的改变非常灵活 四 PLC 的介绍 PLC 的概念 可编程控制器 Programmable Controller 是计算机家族中的一员 是为工业 控制应用而设计制造的 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 它主要用来代替继电器实现逻辑控 制 随着技术的发展 这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围 因此 今天这种装置称作可编程控制器 简称 PC 但是为了避免与个人计算机 Personal Computer 的简称混淆 所以将可编程控制器简称 PLC PLC 的基本结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机 其硬件结构基本上与微型计算 机相同 如图所示 a 中央处理单元 CPU 中央处理单元 CPU 是 PLC 的控制中枢 它按照 PLC 系统程序赋予的功 能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据 检查电源 存储器 I O 以及警 戒定时器的状态 并能诊断用户程序中的语法错误 当 PLC 投入运行时 首先 它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据 并分别存入 I O 映象区 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序 经过命令解释后按指令的规定执 行逻辑或算数运算的结果送入 I O 映象区或数据寄存器内 等所有的用户程序 执行完毕之后 最后将 I O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到 相应的输出装置 如此循环运行 直到停止运行 为了进一步提高 PLC 的可靠性 近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成 冗余系统 或采用三 CPU 的表决式系统 这样 即使某个 CPU 出现故障 整 个系统仍能正常运行 b 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器 太原科技大学毕业论文 第 14 页 共 36 页 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器 c 电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用 如果没有一个良好的 可 靠的电源系统是无法正常工作的 因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十 分重视 一般交流电压波动在 10 15 范围内 可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去 3 4 电动机选择电动机选择 一 电动机选择原则 1 首先要计算你的负载大小 负载有摩擦负载和惯性负载 再确定你所选 的电机的最大静转矩 由于步进电机工作时候的力矩要小于最大静转矩 所以 选型时往往要留有余量 在安装尺寸受限制而步进电机本身力矩又达不到要求 的情况下可考虑选择加减速箱 2 安装尺寸 3 转速 电机一般工作在中低速范围 4 相电流的选择 选型原则一般遵循先电机在驱动器的原则 这样的情况下 相电流选择范 围较大 但相电流影响着电机的性能 电流大 力矩会增大 但电机发热也会 增大 如果驱动器先做好了 就得使所选的电机的相电流能与已知驱动器能匹配 5 精度的考虑 一般是不会有这个问题 但特殊的用户会用到 比如 做仪表的 要求走 1 度 或者对精度要求很高的系统 由于细分驱动器和减速箱的存在 这个问 题便很容易得到解决 6 成本的考虑 就步进电机而言 例如都是 1 8 度的混合式步进电机 但有的电机的精度 不高 或者运行噪声大 振动大 发热大 易失步 越步 寿命短等等 所以 选择电机时不能选择成本太低的电机 太原科技大学毕业论文 第 15 页 共 36 页 二 电动机选择 三相异步电动机是工农业生产中应用最广泛的一种动力机械 合理的选择 与使用电动机能保证电动机安全 经济 高效地运行 选择使用不得当 轻者 造成浪费 重者烧毁电动机 造成经济损失 图 6 三相异步电动机 1 电动机的过载保护 在电动机的控制回路中 常装有双金属片组成的 热继电器 它利用膨胀系数不同的两片金属 在过载运行时 受热膨胀而弯曲 推动一套动作机构 使热继电器的一对常守触头断开 起到过载保护作用 一 般选择热元件时 其动作电流按电动机额定电流的 1 1 l 25 倍选择 2 三相异步电动机的短路保护 电动机短路时 短路电流很大 热继电器还来不及动作 电动机可能已损 坏 因此 短路保护由熔断器来完成 熔断器直接受热而熔断 在发生短路故 障时 熔断器在很短时间内就熔断 起到短路保护作用 一般选用熔断器保护时 其熔丝的熔断电流按电动机额定电流的 1 5 2 5 倍选择 系数 1 5 2 5 视负载性质和起动方式不同而选取 对 轻载起动 起动不频繁 起动时间短或降压起动者 取小值 绕线型电动机也 取小值 对重载起动 起动频繁 起动时间长或直接起动者 取大值 3 断相运行保护 又称缺相运行保护或两相运行保护 缺相运行保护也是一种过载保护 而一般的热继电器不能可靠地保护电动 机免于缺相运行 带断电保护装置的热继电器除外 所以在条件允许时 应单 独设置缺相运行保护装置 电动机断相保护的方法和装置很多 但就执行断相 保护的元件来分有 利用断相信号直接推动电磁继电器动作的电磁式断电保护 利用热元件动作的断相保护 常用的保护方法有 采用带断相保护装置的热继 电器作缺相保护 欠电流继电器断相保护 零序电压继电器断相保护 断丝电 压继电器断相保护 利用速饱和电流互感器保护 太原科技大学毕业论文 第 16 页 共 36 页 4 失压和欠压 低电压 保护 为了防止电动机在过低电压下起动和运行 以及电动机在运行中突然断电 后又恢复供电时的自起动 一般均采用失压和欠压保护 交流接触器的电磁机 构 断路器的失压脱扣器 自耦减压起动器的欠压器及电压继电器等都可起失 压和欠压保护作用 当电源电压低到额定电压的 35 70 电磁铁会释放 失 压脱扣器会动作而切断电源 5 接地或接零保护 当电动机外壳带电时 防止人触电及机壳而触电的保护装置 3 5 光电检测选择光电检测选择 一 光电传感器选择原则 光电传感器是采用光电元件作为检测元件 首先把被测量的变化转变为信 号的变化 然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号 光电传感器一般 由光源 光学通路和光电元件 3 部分组成 光电检测方法具有精度高 反应快 非接触等优点 而且可测参数多 传感器的结构简单 形式灵活多样 体积小 近年来 随着光电技术的发展 光电传感器已成为系列产品 其品种及产量日 益增加 用户可根据需要选用各种规格产品 在各种轻工自动机上获得广泛的 应用 光电传感器一般至少有 9 种以上传感模式 使用两个光源 有三种封 尺寸 5 种以上的检测范围 光电传感器主要参数 尺寸 传感模式 传感范围 安装方式 输出 工 作模式 工作电压 光源 连接方式 封装材料 特殊功能包括 可处理高速 和 或高温 逻辑控制 可计算机编程 网络兼容性 这种过剩的选择可以采用 以下两种方式来缩小范围 首先需要考虑检测对象 其次是传感器的工作环境 二 光电传感器选择 我们所采用的是红外光电传感器 红外光电传感器包括反射式红外光电传 感器 对射式红外光电传感器 双光束红外光电传感器 单光束红外光电传感器等 太原科技大学毕业论文 第 17 页 共 36 页 图 7 远红外光电传感器示意图 4 控制系统的软件设计控制系统的软件设计 N Y N Y Y 读邮件 邮码是正 常值 1 5 中的吗 进邮件 L1 亮 检测邮件 L2 亮 电机运行 开始分拣邮件 L2 灭 红灯 L2 闪 烁 电机停止 启动 太原科技大学毕业论文 第 18 页 共 36 页 程序流程图 4 1 I O 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 由表可知共需 I O 点数为 7 个输入 8 个输出 分分 拣机与拣机与 PLC 的硬件连接图的硬件连接图 太原科技大学毕业论文 第 19 页 共 36 页 上图为 上图为 太原科技大学毕业论文 第 20 页 共 36 页 第三章第三章 PLC 控制程序控制程序 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下 太原科技大学毕业论文 第 21 页 共 36 页 邮件分拣系统控制电路图 太原科技大学毕业论文 第 22 页 共 36 页 4 3 软件编程软件编程 采用了 STEP 7 Micro WIN32 软件 该软件是西门子公司专为 SIMATIC S7 200 系列可编程序控制器研制开发的编程软件 它是基于 Windows 的应用软 件 功能强大 既可用于开发用户程序 又可实时监控用户程序的执行状态 3 1 梯形图程序梯形图程序 太原科技大学毕业论文 第 23 页 共 36 页 太原科技大学毕业论文 第 24 页 共 36 页 太原科技大学毕业论文 第 25 页 共 36 页 太原科技大学毕业论文 第 26 页 共 36 页 太原科技大学毕业论文 第 27 页 共 36 页 太原科技大学毕业论文 第 28 页 共 36 页 3 2 语句表语句表 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 太原科技大学毕业论文 第 29 页 共 36 页 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 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 太原科技大学毕业论文 第 30 页 共 36 页 3 3 程序图中各辅助触点的作用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 4 秒后提示下一邮件进入 T48根据邮码启动定时 8 秒后接通指定的分拣接触器 T49设定分拣时长 2 4 秒后提示下一邮件进入 T57设定 L1 闪烁时每周期灯灭时长为 1 6 秒 太原科技大学毕业论文 第 31 页 共 36 页 T58设定 L1 闪烁时每周期灯亮时长为 1 6 秒 第四章第四章 安装与调试安装与调试 4 1 安装可靠性技术要求安装可靠性技术要求 PLC 是专门为工业生产服务的控制装置 通常不需要采取什么措施 就可以直在 工业环境中使用 但是当生产环境过于恶劣 电磁干扰特别强烈 或安装使用不当 都不能保证 PLC 的正常运行 因此使用时应注意以下问题 1 工作环境 温度 PLC 要求环境温度在 55 C 安装时不能放在发热量大的元件下面 四周通风散 热的空间应足够大 开关柜上 下部应有通风的百叶窗 防止太阳光直接照射 如果 周围环境温度超过 55 C 要安装电风扇 强迫通风 湿度 为了保证 PLC 的绝缘性能 空气的相对湿度应小于 85 无凝路 震动 应使 PLC 远离强烈的震动源 防止振动频率为 10 55Hz 的频繁或连续振动 当 使用环境不可避免振动时 必须采取减震措施 如采用减震胶等 空气 避免有腐蚀和易燃的气体 例如氯化氢 硫化氢等 对于空气中有许多粉尘或腐 蚀性气体的环境 可将 PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中 并安装空气净化 装置 电源 PLC 供电电源为 50Hz 220 1 10 V 的交流电 对于电源线来的干扰 PLC 本 身具有足够的抵御能力 对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境 可 以安装一台带屏蔽层的变比为 1 1 的隔离变压器 以减少设备与地之间的干扰 还可 以在电源输入端串接 LC 滤波电路 S7 200 系列 PLC 有直流 24V 输出接线端 该接线 端可以为输入传感器提供 24V 电源 当输入端使用外接直流电源时 应选用直流稳压 太原科技大学毕业论文 第 32 页 共 36 页 电源 因为普通的整流滤波电源 由于纹波的影响 容易使 PLC 接收到错误信息 2 安装与布线 动力线 控制线以及 PLC 的电源线和 I O 线应分别配线 隔离变压器与 PLC 和 I O 之间应采用双绞线连接 PLC 应远离强干扰源如电焊机 大功率硅整流装置和大 型动力设备 不能与高压电器安装在同一个开关柜内 PLC 的输入输出最好分开走线 开关量和模拟量也要分开敷设 模拟量信号的传送应采用屏蔽线 屏蔽层应一端或两 端接地 接地电阻应小于屏蔽电阻的 1 10 PLC 基本单元与扩展单元以及功能模块 的连接线缆应单独敷设 以防外界信号干扰 交流输出线和直流输出线不要用同一根 电缆 输出线应