PLC郵件分揀系統(tǒng)

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1、第一章、緒論 1 1.1 課題的研究背景及意義 1 1.2 PLC的概述 1 121 PLC的產(chǎn)生背景 2 1.2.2 PLC的發(fā)展過程 2 1.2.3 PLC 的特點(diǎn) 3 1.3 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計的步驟 3 第二章、郵件自動分揀系統(tǒng) 4 2.1自動分揀系統(tǒng)概述 4 2.2自動分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 4 2.3郵件分揀系統(tǒng)PLC控制硬件部分 5 2.3.1 PLC控制范圍及要求： 6 2.3.2 分揀機(jī)的動作過程 6 2.4機(jī)型的選擇及輸入輸出的確定 7 2.4.1 內(nèi)存估計 7 2.4.2 響應(yīng)時間 8 2.4.3

2、輸入輸出的確定 9 第三章、PLC控制程序 10 3.1梯形圖程序 11 3.2語句表 17 3.3程序圖中各輔助觸點(diǎn)的作用 19 3.4程序圖中各個定時器的作用 19 第四章、安裝與調(diào)試 20 4.1安裝可靠性技術(shù)要求 20 4.2 PLC程序的調(diào)試運(yùn)行 22 第五章、總結(jié) 23 第六章、參考文獻(xiàn) 24 第一章緒論 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(jìn)技術(shù)，提高效率，尤其在需要進(jìn)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 PL

3、C技術(shù)應(yīng)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(yīng) 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(yīng)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(yīng)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)?；? 生產(chǎn)，打造中國自己的PLC品牌是其面臨的一大課

4、題。一句話，PLC自誕生之日起就成 為自動控制領(lǐng)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(lǐng)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(yùn)算操作的 電子系統(tǒng)，是在 20 世紀(jì) 60 年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)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(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴(kuò)充其功 能的原則設(shè)計的。

5、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(yīng)用，成為當(dāng)代工 業(yè)自動化的主要支柱之一。 1.2.1 PLC 的產(chǎn)生背景 在PLC誕生之前，工業(yè)控制設(shè)備的主流品種是以繼電器、接觸器為主體的控制裝 置。繼電器、接觸器是一些電磁開關(guān)。其結(jié)構(gòu)是由勵磁線圈、鐵心磁路、觸點(diǎn)等部件 組成。其中觸點(diǎn)是接通或斷開電路的部件，按勵磁線圈通電前的狀態(tài)又可分為常開和 常閉兩種類型。線圈通電前呈斷開狀態(tài)的為常開觸點(diǎn)，呈接通狀態(tài)的為常閉觸點(diǎn)。同 一只接觸器或繼電器常有多對常開、常閉觸點(diǎn)。當(dāng)勵磁線圈通電，銜鐵在磁力作用下 被鐵心吸合時，常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，以完成電路連接的切換。觸點(diǎn)又分為 主觸點(diǎn)及

6、輔助觸點(diǎn)。用于主回路，控制較大電流的觸點(diǎn)是主觸點(diǎn)。用于控制電路，只 能通過較小電流的觸點(diǎn)稱為輔助觸點(diǎn)。通過繼電器、接觸器及其它控制元件的線路連 接，可以實(shí)現(xiàn)一定的控制邏輯，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的各種操作控制。人們將由導(dǎo)線連 接決定器件間邏輯關(guān)系的控制方式稱為接線邏輯。 隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，使用繼電器電路構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷 暴露出來。首先是復(fù)雜的系統(tǒng)使用成百上千個各種各樣的繼電器，成千上萬根導(dǎo)線連 接得密如蛛網(wǎng)。只要有一個繼電器、一根導(dǎo)線出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能正常工作，這就 大大降低了這種接線邏輯系統(tǒng)的可靠性。其次是這樣的系統(tǒng)維修及改造很不容易，特 別是技術(shù)改造，當(dāng)試圖改變設(shè)備的工

7、作過程以改善設(shè)備的功能時，人們寧愿新生產(chǎn)一 套控制設(shè)備也都不愿意將繼電器控制柜中的線路重接。而在 20世紀(jì)60-70年代，社會 的進(jìn)步要求制造業(yè)生產(chǎn)出小批量、多品種多規(guī)格、低成本、高質(zhì)量的產(chǎn)品以滿足市場 需要，不斷地提出改善生產(chǎn)機(jī)械功能的要求。加上當(dāng)時電子技術(shù)已經(jīng)有了一定的發(fā)展， 于是人們開始尋求一種以存儲邏輯代替接線邏輯的新型工業(yè)控制設(shè)備。這就是 PLC。 1.2.2 PLC 的發(fā)展過程 1968年，美國通用汽車公司（GM）為適應(yīng)汽車型號的不斷翻新，想尋找一種能減少 重新設(shè)計控制系統(tǒng)和接線、降低成本、縮短時間的措施，并設(shè)想把計算機(jī)功能的完備、 靈活通用和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方

8、便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成 一種通用控制裝置，并把計算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向控制過 程、面向用戶的，自然語言，編程，使不熟悉計算機(jī)的人也能方便地使用。 1969年美 國數(shù)字設(shè)備公司（DEC研制出世界上第1臺PLC，并在GM公司的汽車自動裝配線上首 次使用，獲得成功。從此，這項(xiàng)新技術(shù)便迅速發(fā)展起來。 1971年日本從美國引進(jìn)了該項(xiàng)新技術(shù)，很快就研制出了日本第1臺PLC1973-1974 年，西德和法國也相繼研制出了自己的第 1臺PLC中國從1974年開始研制，1977年 應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。限于當(dāng)時的元器件條件和計算技術(shù)的發(fā)展水平，早期的 PLC主要由 分立元件和小規(guī)模

9、集成電路組成。 1959-1973年是PLC的初創(chuàng)時期。在這個時期，PLC從有觸點(diǎn)不可編程的硬接線順 序控制器發(fā)展成為小型機(jī)的無觸點(diǎn)可編程邏輯控制器，可靠性比以往的繼電器控制系 統(tǒng)有較大提高，靈活性也有所增強(qiáng)。其主要功能限于邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)和順序控 制，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。 1974-1977年是PLC的發(fā)展中期。在這個時期，由于8位單片CPUffi集成存儲器芯 片的出現(xiàn)，PLC得到了迅速發(fā)展和完善，并逐步趨向系列化和實(shí)用化，普遍應(yīng)用于工業(yè) 生產(chǎn)過程控制。PLC除了原有功能外，又增加了數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)的傳遞和比較、模擬量 的處理和控制等功能，可靠性進(jìn)一步提高

10、，開始具備自診斷功能。 1978-1983年,PLC進(jìn)入成熟階段。這個時期，微型計算機(jī)行業(yè)已出現(xiàn)了 16位CPU MCS-51系列單片機(jī)也由Intel公司推出，使PLC也開始朝著大規(guī)模、高速度和高性能 方向發(fā)展，PLC的生產(chǎn)量在國際上每年以30%勺遞增量迅速增長。在結(jié)構(gòu)上，PLC除了 采用微處理器及EPROMEEP-ROMCMC&AM等LSI電路外，還向多微處理器發(fā)展，使 PLC的功能和處理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮點(diǎn)運(yùn)算、平方、三角函數(shù)、相 關(guān)數(shù)、查表、列表、脈寬調(diào)制變換等，初步形成了分布式可編程控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 具有通訊功能和遠(yuǎn)程 I/O 處理能力，編程語言較規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。此

11、外自診斷功能及容 錯技術(shù)發(fā)展迅速，使PLC系統(tǒng)的可靠性得到了進(jìn)一步提高。 1984年后，PLC的規(guī)模更大，存儲器的容量又提高了 1個數(shù)量級（最高可達(dá)896K）， 有的PLC已采用了 32位微處理器，多臺PLC可與大系統(tǒng)一起連成整體的分布式控制系 統(tǒng)，在軟件方面有的已與通用計算機(jī)系統(tǒng)兼容。編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖 語句表外，還有用于算術(shù)的 BASIC語言、用于機(jī)床控制的數(shù)控語言等。在人機(jī)接口方 面，采用了現(xiàn)實(shí)信息等更多直觀的CRT完全代替了原來的儀表盤，使用戶的編程和操 作更加方便靈活。PLC的I/O模件一方面發(fā)展自帶微處理器的智能I/O模件，另一方面 也注意增大I/O點(diǎn)數(shù)，以適應(yīng)控制

12、范圍的增大和在系統(tǒng)中使用 A/D，D/A通訊及其他特 殊功能模件的需要。同時，各 PLC生產(chǎn)廠家還注意提高I/O的密集度，生產(chǎn)高密度的 I/O 模件，以節(jié)省空間，降低系統(tǒng)的成本。 1.2.3 PLC 的特點(diǎn) 一、 控制結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)，使用方便。由于 PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，PLC 配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，當(dāng)控制對象的硬件配置確定以后，就可 通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 二、 功能性強(qiáng)，適應(yīng)面廣?，F(xiàn)代 PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)、順序控制 等功能，而且還具有 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對 開關(guān)量進(jìn)行

13、控制，也可對模擬量進(jìn)行控制，既可控制 1 臺生產(chǎn)機(jī)械、 1 條生產(chǎn)線，也可 控制1個生產(chǎn)過程。PLC還具有通訊聯(lián)絡(luò)功能，可與上位干擾信號有良好的抑制作用。 軟件方面，設(shè)置故障檢測與診斷程序。采用以上抗干擾措施后，PLC平均無故障時間大 大延長。 三、 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。繼電器接觸器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力， 但使用了大量的機(jī)械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及 觸頭在開閉時受電弧的損害，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而 PLC采用微電子技術(shù)，帶 領(lǐng)的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線唄軟件程 序所取代，故其壽命長，可靠性大大提高。

14、微機(jī)雖然有很強(qiáng)的功能但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、電源波動、機(jī)械 振動、溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機(jī)不能正常工作。而 PLC在電子線路、 機(jī)械結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊都采用了大規(guī)模與超大規(guī)模集成 電路， I/O 系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路； 在結(jié)構(gòu)上對耐熱、 防潮、防塵、 抗震都有精確考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上 采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施所有這些使 PLC具有較高的抗干擾能力，目前 各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，平均無故障期都大大超過了 IEC規(guī)定的10萬小時，有的甚至 達(dá)到了幾十萬小時、 四、 編程方法

15、簡單，容易掌握。PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語言。該語言 編程元件的符號和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。 五、 控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試方便。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中 大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等部件，硬軟件齊全，且為模塊化積木式結(jié) 構(gòu)，并已商品化故可按性能、容量（輸入、輸出點(diǎn)、內(nèi)存大小）等選用組裝。又由于 用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，使安裝接線工作量大大減小，設(shè)計人員只要 有一臺PLC就可進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計并可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，而繼電接觸器系統(tǒng) 需在現(xiàn)場調(diào)試，工作量大且繁瑣。 六、 體積小，質(zhì)量小，功耗低，由于 PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)

16、用于工業(yè)控制設(shè)備的 新型產(chǎn)品，因而結(jié)構(gòu)緊湊，堅固，體積小，質(zhì)量小，功耗低，而且具有很好的抗震性 和適應(yīng)環(huán)境溫度濕度變化的能力，因此PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體 化較理想的控制設(shè)備 七、維修方便工作量小 PLC 具有完善的自診斷、履歷情報存儲及監(jiān)視功能，對于 其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)異常狀態(tài)和輸入輸出點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過它 可以檢查出故障原因，工作人員通過它可以查出故障原因，便于迅速處理，及時排除。 控制柜的設(shè)計、安裝接線工作量大為減少。 1.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計的步驟 在對一個控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)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

17、才可能提出準(zhǔn)確的、合理的系統(tǒng)總體設(shè)計方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各個階段的 設(shè)計任務(wù)。 PLC程序設(shè)計的主要步驟是： ① 對于較復(fù)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。 ② 設(shè)計梯形圖。這是程序設(shè)計的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。要設(shè)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(shè)計的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 ③ 根據(jù)梯形圖編制語句表程序清單。 ④ 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。 ⑤ 對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 ⑥ 待控制臺 (柜) 及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。如不滿

18、足要求，再修 改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。 ⑦ 編制技術(shù)文件。 ⑧ 交付使用。 第二章 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(yùn)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(zhǔn)確性的高 要求。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，分揀系統(tǒng)中開始運(yùn)用各種各樣的自動化機(jī)械設(shè)備。 計算機(jī)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(jī)械化、自動化、智能 化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)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

19、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(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，配合人工控制及相應(yīng)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(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器應(yīng)運(yùn)而 生。并且功能也越來越強(qiáng)大。在應(yīng)用上，PLC有著其他設(shè)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(qiáng)，應(yīng)用靈活；編程方便，易于使用；功能強(qiáng)大，擴(kuò)展 能力強(qiáng)；控制系統(tǒng)設(shè)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(shí)現(xiàn)機(jī)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(yīng)用于各個流通領(lǐng)域。自動分

20、揀系統(tǒng) （Automatic Sorting System） 現(xiàn) 在已成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心不可缺少的一部分?？梢钥隙?，隨著物流大環(huán)境的 逐步改善，科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，特別是感測技術(shù) （ 激光掃描 ） 、電子標(biāo)簽及計算 機(jī)控制技術(shù)等的引入使用，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(diǎn) 在我國，自動分揀系統(tǒng)主要用于郵政業(yè)的信函分揀或機(jī)場的行李分揀等場合。 自動分揀系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的人工分揀無可比擬的優(yōu)勢，其主要特點(diǎn)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(yùn)行，而且單位時間分揀件數(shù)多，因此它能夠連續(xù)

21、 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(yùn)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(diǎn)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(shí)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(zhǔn)確 性。而這又取決于分揀信息的輸入機(jī)制。其中攜帶貨物的相關(guān)載體和識別裝置起著主 導(dǎo)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(dāng)前廣泛

22、研究的電子標(biāo)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(yùn)行穩(wěn)定性。 分揀作業(yè)基本實(shí)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(qiáng)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(dá)自動分揀作業(yè)線的進(jìn)貨端時，由人工接貨；由人工控制分揀系統(tǒng)的運(yùn)行；分揀系統(tǒng) 的末端用人工將分揀出來的貨物進(jìn)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(hù)。 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(yīng)用領(lǐng)域，郵件分揀機(jī)依據(jù)郵件的地址，迅

23、速、準(zhǔn)確地將發(fā)往不同地點(diǎn)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(zhǔn)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(dāng)巨大。近年來，隨著我國經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化，并且朝著自動化的方向邁 進(jìn)。其中，利用機(jī)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(jì) 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?fàn)顩r，推陳出新。截 止 1998年

24、底，全國共有 106 套郵件自動分揀設(shè)備投入運(yùn)行。供貨廠家有國家郵政局上 海研究所、德國SIEMEN公司、日本NEC公司。本文主要介紹郵件分揀機(jī)的工作原理。 下圖為某郵件分揀機(jī)的工作原理框圖。它主要通過對在傳送帶上通過的郵件進(jìn)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。 圖1 郵件分揀系統(tǒng)的工作原理圖 2.3 郵件分揀系統(tǒng)PLC控制硬件部分 2.3.1 PLC 控制范圍及要求： ——自動準(zhǔn)確識別郵政編碼。對郵政編碼不符合規(guī)格的郵件進(jìn)行處理 （剔除） ，并 根據(jù)郵政編碼的不同加以分類，實(shí)現(xiàn)郵件的準(zhǔn)確自動分揀； ——自動計件，能夠?qū)崟r監(jiān)測郵件的分揀數(shù)

25、量。硬件部分的分揀機(jī)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。 2.3.2 分揀機(jī)的動作過程 分揀機(jī)工作過程如下：XcXDXEX用撥碼開關(guān)輸入，當(dāng)XCXDXEX取值不是1、2、3、 4（0001、 0010、 0011、 0100、 0101）時， L1 閃亮表示出錯，按停止按鈕無效。必須取 XCXDXEX為 1、2、3、4（ 0001、0010、0011、0100、0101 ）后，再按停止按鈕，復(fù)位 一下，再按起動按鈕，則L2亮表示可以進(jìn)郵件，同時 M5亮，S1產(chǎn)生1s的脈沖閃亮。 在這基礎(chǔ)上當(dāng)XCXDXEX取值0

26、001時，表示郵編第一個數(shù)字為1,當(dāng)按下S2表示檢測 到了，脈沖開始計數(shù)，經(jīng)五個脈沖后 M2亮2s，表示開頭為1的郵編進(jìn)北京的郵箱，同 時M5 L2、S1滅2s。當(dāng)XCXDXEX取值0010時，表示郵編第一個數(shù)字為 2,當(dāng)按下S2 表示檢測到了，脈沖開始計數(shù)，經(jīng)十個脈沖后M2亮2s，表示開頭為2的郵編進(jìn)上海的 郵箱，同時M5 L2、S1滅2s。當(dāng)XCXDXEX取值0011時，表示郵編第一個數(shù)字為 3， 當(dāng)按下S2表示檢測到了，脈沖開始計數(shù)，經(jīng)十五個脈沖后 M3亮2s，表示開頭為3的 郵編進(jìn)天津的郵箱，同時 M5 L2、S1滅2s。當(dāng)XCXDXEX取值0100時，表示郵編第一 個數(shù)字為4，當(dāng)按下

27、S2表示檢測到了，脈沖開始計數(shù)，經(jīng)二十個脈沖后 M4亮2s，表 示開頭為4的郵編進(jìn)武漢的郵箱，同時 M5 L2、S1滅2s。當(dāng)XCXDXEX取值0101時， 表示郵編第一個數(shù)字為5，當(dāng)按下S2表示檢測到了，脈沖開始計數(shù)，經(jīng)二十五個脈沖 后，M5 L2、S1滅2s，表示開頭為5的郵編進(jìn)廣州的郵箱。當(dāng)開頭為1的郵編檢測到 了，但M1還沒亮?xí)r，轉(zhuǎn)變XCXDXEX的值，發(fā)生錯誤L1閃亮，情況就跟開頭說的一樣 了，以此類推當(dāng)其他號碼檢測到了，但還沒投進(jìn)箱子時，轉(zhuǎn)變號碼就發(fā)生錯誤。當(dāng)郵 編投進(jìn)郵箱后再按S2表示檢測到郵件工作。具體結(jié)構(gòu)見圖 2。 圖2分揀機(jī)工作過程 2.4機(jī)型的選擇及輸入輸出的確定

28、2.4.1 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(diǎn)數(shù)；用戶的程序水平。 所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量（輸入+ 輸出）總點(diǎn)數(shù)X 10； 所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點(diǎn)數(shù)X 100（只有模擬量輸入）； 所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點(diǎn)數(shù)X 200（模擬量輸入/輸出同時存）。該系統(tǒng)控制程序比 較小，而且輸入輸出點(diǎn)較少，因此內(nèi)要求比較低。一般的 PLC都能滿足其要求。 2.4.2 響應(yīng)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(yīng)時間沒特殊要求，不

29、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(shí)現(xiàn)的功能也相對簡 單，無A/D和D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)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/O點(diǎn)數(shù)可知，在 機(jī)型上可選用西門子公司生產(chǎn)的 CPL型號為226型的微型可編程控制器。 2.4.3 輸入輸出的確定 可編程控制器系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)估算。系統(tǒng)I/O分配見下表 輸入 輸出 端子 功能 端子 功能 I0.0 啟動 Q0.0 指示進(jìn)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

30、 Q0.2 傳送帶運(yùn)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(fù)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 7個輸入，8個輸出 其硬件連接圖如下圖 由表可知共需I/O 3: 1B11弋輕為V mn寓 no. 00 LE21.3 I g ■ 10. 40. 50. 60. 7 ■:

31、TO A耳 圖3分揀機(jī)與PLC的硬件連接圖 第三章PLC控制程序 控制系統(tǒng)選用SIEMENS7-200 CPU226C型PLC它能夠控制各種設(shè)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(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)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(dá)到 控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使 S7-200成為各種控制應(yīng)用的理 想解決方案。郵件入箱控制軟件設(shè)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 下圖4。

32、 圖4 PLC控制部分程序流程圖 3.1 梯形圖程序 3.2 語句表 LD I0.0 AN I0.3 O Q0.0 AN I0.4 AN M11.0 AN I0.5 O M10.2 A Q0.2 AN M10.0 AN M10.0 = Q0.0 TON T40, +16 LD I0.0 = M0.0 O M11.0 LD T40 AN M10.0 = Q0.3 = M10.3 LD Q0.3 LD I0.0 TON T41, +2

33、4 AN M10.0 LD I0.3 AN M11.0 AN I0.2 S Q0.2, 1 AN I0.4 LD M10.3 AN I0.5 O M10.0 A Q0.2 R Q0.2, 1 AN M10.0 LD I0.2 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

34、.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 AN I0.5 A Q0.5 AN M10.0 TON T48, +80 = M0.4 LD T48 = Q0.7 LD Q0.7 TON T49, +24 L

35、D 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 M10.0 AN T58 A M10.3 TON T57, +16 = Q0.1 LD T57 LD Q0.1 O MO.O AN M10.2 O M0.1 = M10.1 O M0.2 TON T58, +16

36、 O M0.3 LD I0.6 O M0.4 = M10.0 3.3程序圖中各輔助觸點(diǎn)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 M0.3 輔助顯示正常郵碼 M0.4 輔助顯示正常郵碼 M10.0 輔助復(fù)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(jìn)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(jī)M5 3.4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

37、定時，1.6秒后接通指定的分揀接觸器 T41 設(shè)定分揀時長，2.4秒后提示下一郵件進(jìn)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(shè)定分揀時長， 2.4秒后提示下一郵件進(jìn)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(shè)定分揀時長， 2.4秒后提示下一郵件進(jìn)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(shè)定分揀時長， 2.4秒后提示下一郵件進(jìn)入 T48 根據(jù)郵碼啟動定時， 8秒后接通指定的分揀接觸器 T49 設(shè)定分揀時長， 2.4秒后提示下一郵件進(jìn)入 T57 設(shè)定L1

38、閃爍時每周期燈滅時長為1.6秒 T58 設(shè)定L1閃爍時每周期燈亮?xí)r長為1.6秒 第四章安裝與調(diào)試 4.1安裝可靠性技術(shù)要求 PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置，通常不需要采取什么措施，就可 以直在工業(yè)環(huán)境中使用。但是當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安 裝使用不當(dāng)，都不能保證PLC的正常運(yùn)行，因此使用時應(yīng)注意以下問題。 1）工作環(huán)境 ① 溫度 PLC要求環(huán)境溫度在55。C。安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周 通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大，開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽光直 接照射；如果周圍環(huán)境溫度超過 55。C,要安裝電風(fēng)扇，強(qiáng)迫通風(fēng)…。 ② 濕度 為了

39、保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于 85% （無凝路）。 ③ 震動 應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動源，防止振動頻率為 10. 55Hz的頻繁或連續(xù)振 動。當(dāng)使用環(huán)境不可避免振動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。 ④ 空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有許多粉 塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將 PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并 安裝空氣凈化裝置。 ⑤ 電源 PLC供電電源為50Hz、220(1 ± 10%)V的交流電，對于電源線來的干擾， PLC本身具有足夠的抵御能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴(yán) 重的環(huán)境，可以安裝一臺帶屏蔽層的

40、變比為 1：1 的隔離變壓器，以減少設(shè)備 與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接 LC濾波電路。S7-200系列PLC有 直流24V輸出接線端，該接線端可以為輸入傳感器提供 24V電源。當(dāng)輸入端使 用外接直流電源時，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源，由于紋 波的影響，容易使PLC接收到錯誤信息。 2) 安裝與布線 動力線、控制線以及PLC的電源線和I /O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與 PLC和 I /O之間應(yīng)采用雙絞線連接。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅 整流裝置和大型動力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。 PLC的輸 入輸出最好分開走線，開關(guān)量和模擬量也要分開

41、敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采 用屏蔽線， 屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地， 接地電阻應(yīng)小于屏蔽電阻的 1／10。 PLC 基本單元與擴(kuò)展單元以及功能模塊的連接線纜應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)，以防外界信號干 擾。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和 動力線，避免同行。 3) I /O端的接線 ① 輸入接線 輸入線一般不要超過30mm但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入線 可適當(dāng)長些。輸入／輸出線不能用同一根電纜，輸入／輸出線要分開。盡可能 采用常開觸點(diǎn)形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于 閱讀。 ② 輸出連接 輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不

42、同類型和電 壓級的輸出電壓。 但在同一組中的輸出只能用同一類型、 同一電壓等級的電源。 由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸 出元件的負(fù)載短路，將燒毀印制電路板，因此，應(yīng)用熔絲保護(hù)輸出元件。 采用繼電器輸出時， 所承受的電感性負(fù)載的大小， 會影響到繼電器的壽命， 因此采用電感性負(fù)載時選擇繼電器工作壽命要長。PLC輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾， 因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續(xù)流管保護(hù)，交流輸出的阻容吸收電 路，晶體管及雙向晶閘管的旁路電阻保護(hù)。 4) 外部安全電路 為了確保整個系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下可靠工作，避免由于外部電源發(fā)生故 障、PLC出現(xiàn)異常、誤操作

43、以及誤輸出造成的重大經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡事故， PLC外部應(yīng)安裝必要的保護(hù)電路。 5) PLC的接地 良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖 擊危害。PLC的接地線與機(jī)器的接地端相接，接地線的截面積應(yīng)不小于 2平方 毫米，接地電阻小于 100 歐；如果要用擴(kuò)展單元接地點(diǎn)應(yīng)與基本單元接地點(diǎn)接 在一起。為抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給 PLC接上專用地線， 接地點(diǎn)應(yīng)與動力設(shè)備的接地點(diǎn)分開；若達(dá)不到這種要求，也必須做到與其他設(shè) 備公共接地，禁止與其他設(shè)備串聯(lián)接地。接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近 PLC。 4.2 PLC 程序的調(diào)試運(yùn)行 按下啟動按鈕 I0.0 綠燈 L

44、1 亮后他表示郵件可以進(jìn)入。 當(dāng)掃碼器上檢測元 件檢測到物體時，掃碼器開始掃碼，并將郵碼輸入 PLC若郵碼為正常值，則 紅燈 L2 亮，傳送帶開始動作。 PLC根據(jù)輸入郵碼啟動相應(yīng)定時器，當(dāng)郵件到達(dá)指定郵箱位置時定時器接 通，分揀推桿動作，將郵件分揀至郵箱內(nèi)。2.4秒后，紅燈L2滅，綠燈L1亮, 表示下一郵件可以進(jìn)入。 若輸入郵碼不是正常值，則紅燈閃爍表示出錯，傳送帶停止。重新啟動后 系統(tǒng)重新運(yùn)行。 第五章 總結(jié) 本文主要利用PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、 配套齊全、功能完善，適用性強(qiáng)、系統(tǒng)設(shè)計建造量小、維護(hù)方便等等優(yōu)點(diǎn)，采 用S7-200型PLC實(shí)現(xiàn)郵件自動分

45、揀的自動控制。 論文在深入研究PLC控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，完成了以下幾方面的工作： 1） 系統(tǒng)分析了自動分揀系統(tǒng)的要求，完成了基于 PLC控制的郵件自動分揀系 統(tǒng)的部分設(shè)計。 2） 制器是控制系統(tǒng)的核心部分，在全面分析了可編程控制器的基礎(chǔ)上確定采 用西門子PLC作為本課題的控制器，使系統(tǒng)的開放性和通用性大大加強(qiáng)。 3） 對控制系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行了細(xì)化，優(yōu)化了系統(tǒng)控制邏輯；設(shè)計了 PLC控制 系統(tǒng)軟件并進(jìn)行調(diào)試，提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性。 第六章 參考文獻(xiàn) [1] 《電氣與PLC綜合控制技術(shù)》朱文勝，趙斯軍.蘇州大學(xué)出版社，2008 [2] 《可編程控制器原理及應(yīng)用》路林吉，王堅．清華大學(xué)出版社， 2002 [3] 《PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用》廖常初.機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 [4] 《PLC的發(fā)展》寨希林，曲非非.微計算機(jī)信息，2002 [5] 《可編程序控制器原理及應(yīng)用教程》 李樹雄. 北京航空航天大學(xué)出版， 2003 ⑹《可編程控制器PLC的基本原理及應(yīng)用》武峰.電子世界，2002