基于PLC的邮件分拣系统.docx
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基于PLC的邮件分拣系统
课程设计说明书
课程名称:
电气控制设备课程设计
课程代码:
9143029
题目:
学生XX:
学号:
年级/专业/班:
学院（直属系）:
应用技术学院
指导教师:
X全
课程设计指导教师成绩评定标准及成绩评定表
学生XX：
杨德宝学号：
4120144125239年级/班：
2014级2班
所属学院（直属系）：
应用技术学院所在专业：
电气自动化技术
项目
分值
优秀
（100≥x≥90）
良好
（90>x≥80）
中等
（80>x≥70）
及格
（70>x≥60）
不及格（x<60）
评分
学习态度
15
学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作
学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务
学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作
学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务
学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度
技术水平与实际能力
25
设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信
设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信
设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信
设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错
设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题
论文（说明书、图纸）撰写质量
60
结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规X化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰
结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规X化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰
结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规X化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰
结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规X化要求；图纸比较工整
内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规X化要求；图纸不工整或不清晰
成绩评定：
指导教师签名：
X全2016年6月30日
电气控制PLC课程设计任务书
学院名称：
应用技术学院专业：
电气自动化技术年级：
2014级
分拣控制系统设计
一、选题背景及题目来源
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。
为提高效率，市面上采用诸多工业控制技术对进行分拣，我们这采用基于plc的分拣系统进行分拣。
工业实际项目，可在天科TKPLC-A实验装置分拣系统的模拟控制实验区完成本模拟实验。
二、训练目的
（1）熟练使用各条基本指令，通过对工程实例的设计和模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试；
（2）绘制电气原理图及接线图；
（3）选择电气元器件；
（4）设计工业实际系统；
（5）完成模拟实验。
三、要XX现的功能
分拣系统的主要功能是把分拣的物品按照业务品种、种类或地址等信息进行分离，是同种类或同目的的地址的进入同一存储位置分拣效率高。
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。
1、缩短定时时间，加速扫描和主、从传送带运行速率，提高分拣效率。
方法；缩短定时器时间和提高扫描速度、传送带运行速度。
分拣的时候货物不均匀，我们常见的是一个物品上都只有一个条形码，而且很小，要扫到它很多时候都要货物转几下可能才扫得到，要不就要人工负责将货物的条形码事先朝对准扫码器的方向。
虽然货物都不规则，但都可近似为一个长方体。
如果在物体的两头都贴上邮码，而且邮码与往常不同，是将物体两头各包围一圈，重复出现邮码。
这样，不论是哪头或哪个角落进去，都可以第一时间扫到，还可以减少人力。
如果不怕成本，还可以多增加几个扫码器安在合适的位置，比如左右一个，上面中间一个，这样可以提高精确度。
2、当不符合检测时报错能自动把不符合送入设定框中，并自动重启继续分拣。
方法；设置置位指令，当扫描器从1开始扫描，扫描到1至5的任意一个邮政编码数字时，停止扫描并置位；当扫描器未扫描到1至5任意邮编时，也就是扫描到数字6至0当中的任意邮编立即停止扫描并置位，直接将不符合的邮编送入中，为后续的分拣做准备。
3、基于目前的到达地多广等特点，所以我们要采用分级系统进行分拣工作。
方法；就我们实验来说，来内外串接一块分拣系统的实验版，以供筛选后的继续分拣，达到分拣的可靠性。
4、把当前扫描方式更改为红外线扫描，使不同规则大小的都能顺利进行分拣。
方法；把目前扫描替换为红外线。
工作原理是利用发射出红外线光源，然后根据反射的结果，利用芯片来译码，最后再返回条形码所代表的正确字符。
上面是条形码的扫描，如果条形码位置和大小变动，就需要用到发射和反射更广的扫码器。
四、实验设备
1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件及其他办公软件的计算机一台
2、天科TKPLC-A实验装置
五、设计任务
（1）根据控制要求分析控制及动作过程，设计硬件系统；
（2）绘制电气原理图及接线图；
（3）设计软件系统；
（4）组成控制系统；
（5）进行系统调试，实现（三）所要求的控制功能，完成模拟实验。
（6）撰写课程设计说明书。
六、推荐参考资料
1、天科TKPLC-A实验装置实验手册
2、《S7-200可编程序控制器手册》，西门子技术服务中心，XX省机械研究XX，2000.9
3、《现代电器控制及PLC应用技术》第2版，王永华，航空航天大学，
指导教师X全签名日期2016年6月10日
摘要
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：
分拣系统方案设计；分拣系统的硬件设计；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。
分拣系统的硬件设计包括：
硬件选型，PLCI/O点分配，主电路的设计。
分拣系统的软件设计包括：
程序设计的一般方法，PLC控制的相关流程图，可编程控制器梯形图。
系统通调试。
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。
关键词：
PLC控制；分拣；梯形图
引言
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。
一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道El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。
分拣作业是配送中的一个关键环节，它指的是依据的地址．迅速、准确地将发往不同地点的从众多中按邮政编码分拣出来，并准确、及时地运送到的目的地。
本文采用S7—200PLC实现的自动分拣控制。
实验原理和分拣机动作过程结构图分别为图1-1，图1-2
1-11-2
第1章分拣系统方案设计
1.1方案设计原则
整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号
（GB4728）及其他相关标准和规X编写。
设计原则主要包括：
工作条件：
工程对电气控制线路提供的具体资料，系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。
在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。
控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。
以分拣系统为设计目的，认真设计以PLC控制的自动安全分拣系统，本次设计的安全分拣系统通过要求与比较传感器的基本知识和参数，择优选取硬件系统中所需的元器件并完成PLC的选型。
在了解PLC与组态软件的相关知识后，为本选题构思软硬件的协调设计，设计出主电路与控制回路，并建立了软件模拟，设计中，确定了I/O分配，并按控制条件汇成PLC梯形图设计。
在实际工作过程中，需要对全过程控制状态进行实时监控，理想情况下可运用组态软件建立其实际的模型，搭配动态画面设定、数据报表输出，做出较完整的监控界面。
初次设计后，进行整体思路、运作流程调整。
硬件组成方面适当优化调节各组成部分方位、并有细微角度修正，达到平稳系统运作、理想化传感器角度的目的。
硬件整体调整完善后，开始软硬件协调测试，最终促成本设计中输入、输送、分拣的系统全过程。
1.2系统的整体设计要求
PLC控制X围及要求
1、自动准确识别邮政编码，对邮政编码不符合规格的进行处理（剔除），并根据邮政编码的不同加以分类，实现的准确自动分拣。
2、自动计件，能够实现检测的分拣数量。
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给给代表唯一地址的中。
如：
编码信息代表XX的就拣入到XX的。
以分拣系统为设计目的，认真设计以PLC控制的自动安全分拣系统，本次设计的安全分拣系统通过要求与比较传感器的基本知识和参数，择优选取硬件系统中所需的元器件并完成PLC的选型。
在了解PLC与组态软件的相关知识后，为本选题构思软硬件的协调设计，设计出主电路与控制回路，并建立了软件模拟，设计中，确定了I/O分配，并按控制条件汇成PLC梯形图设计。
在实际工作过程中，需要对全过程控制状态进行实时监控，理想情况下可运用组态软件建立其实际的模型，搭配动态画面设定、数据报表输出，做出较完整的监控界面。
初次设计后，进行整体思路、运作流程调整。
硬件组成方面适当优化调节各组成部分方位、并有细微角度修正，达到平稳系统运作、理想化传感器角度的目的。
硬件整体调整完善后，开始软硬件协调测试，最终促成本设计中输入、输送、分拣的系统全过程。
1.3控制系统的设计
就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：
继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。
1.3.1继电器控制系统
控制功能是用硬件继电器实现的。
继电器串接在控制电路中根据主电路中的
电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动
控制及保护。
系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系
统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但
是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速
度慢。
1.3.2单片机控制
单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。
其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。
但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。
要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。
1.3.3工业控制计算机控制
工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要
求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。
但工控机价格较高，将它用于开
关量控制有些大材小用。
且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。
1.3.4可编程序控制器控制
可编程控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件
装置，只须确定可编程序控制器的硬件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图
语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。
随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。
现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。
由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。
故选择PLC来实施本次设计。
1．开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水等。
2．运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
3．闭环过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算
机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
4．数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于大型控制系统，可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5．通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
根据本控制系统的控制要求应该选择可编程序控制器控制。
第2章分拣系统的硬件设计
2.1硬件选型
2.1.1PLC基本结构
（1）中央处理单元（CPU）中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分的工作任务等。
（2）存储器存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序以及运算数据的单元。
可编程序控制器配有两种存储器，即系统存储器（EPROM）和用户存储器（RAM）。
（3）输入/输出（I/O）电路输入输出电路是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。
输入口用来接收生产过程的各种参数，输出口用来送出可编程控制器的运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。
按照信号的种类归类有直流信号输入、输出，交流信号的输入、输出；按照信号的输人、输出形式分有数字量输入、输出，开关量输入、输出，模拟量输入、输出。
（4）电源可编程控制器的电源包括可编程控制器各工作单元供电的开关电源以及为掉电保护电路供电的后备电源，后者一般为电池。
（5）编程器编程器是PLC的重要外部设备，利用编程器可将用户程序送入PLC的用户程序存储器，调试程序、监控程序的执行过程。
编程器从结构上可分为三种类型，输出电路系统程序处理器用户程序处理器输入电路电源编程器中央处理单元简易编程器、图形编程器和通用计算机编程。
2.1.2传感器的选择
传感器是将被检测对象的各物理变化量变为电信号的一种变换器。
它主要被用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。
根据本设计的要求需要对红外线扫描装置、压力传感器进行选用。
红外线扫描装置使不同规则大小的都能顺利进行分拣，压力传感器对超过一定重量的进行另一条传送带扫描，然后送入中，这样如果大件较少的情况下，可以避免浪费电力等资源。
开始由压阻式压力传感器来感应压力的大小，再将其通过模数转换单元将模拟信号转换成数字码，再将其通过并行接口芯片8255做输入接口，最后通过驱动LED数码管显示出来，进行分类。
2.1.3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。
我们选S7—200PLC。
2.1.4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，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。
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224型的微型可编程控制器。
2.1.5输入输出的确定
I/O模块的选择
可编程控制器是一种工业控制计算机系统，它的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系就是通过输入输出（I/O）模块实现的，I/O模块是可编程控制器与生产现场相联系的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：
一类是由按钮开关、行程开关、数字拨码开关、接近开关、光电开关、压力继电器等提供的开关量输入信号；另一类是从电位器、热电、测速电机、各种变送器送来的连续变化的模拟量输入信号。
输入模块还需要将这些不同的电平信号转换成CPU能够接收和处理的数字信号。
输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件能接收的信号，用来控制接触器、电磁阀、调节阀、调速装置等，控制的另一类负载是指示灯、数字显示器和报警装置等。
为提高抗干扰能力，一般的输入/输出单元都有光电隔离装置。
在数字量I/O模块中广泛采用由发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器，在模拟量I/O模块中通常采用隔离放大器。
输入模块的选择
输入模块的作用是接收现场的输入信号，并将输入的高电平信号转换为PLC内部的低电平信号。
输入模块的种类，按电压分类有直流5V/12V/24V/48V/60V，交流115V/220V。
按电路形式不同分为汇点输入式和分隔输入式两种。
选择输入模块应注意以下几个方面。
1）电压的选择：
应根据现场设备与模块之间的距离来考虑，一般5V、12V、24V属低电平，其传输距离不宜太远。
如SV模块最远不得超过10m，距离较远的设备应选用较高电压的模块。
2）同时接通的点数：
高密度的输入模块，如32点、64点等，同时接通的点数与输入电压的高低及环境温度有关，不宜过多。
一般来讲，同时接通的点数不要超过输入点数的60%。
3）门槛电平：
为了提高控制系统的可靠性，必须考虑门槛电子的大小。
门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。
输出模块的选择
输出模块的作用是将PLC的输出信号传递给外部负载，并将PLC内部的低电平信号转换为外部所需电平的输出信号。
输出模块按输出方式不同分为继电器输出型、晶体管输出型、双向可控硅输出型等多种。
此外，输出电压值和输出电流值也各有不同。
选择输出模块应注意以下几个方面：
1）输出方式：
继电器输出型模板适用于驱动较大电流负载，其价格较便宜，适用电压X围较宽，导通压降小；但它属于有触点元件，其动作速度较慢、寿命较短，因此适用于不频繁通断的负载；当驱动感性负载时，其最大通断频率不得超过1Hz。
对于繁频通断的低功率因数的电感负载，应采用无触点开关元件，即选用晶体管输出（直流输出）或双向可控硅输出（交流输出）。
2）输出电流：
输出模块的输出电流必须大于负载电流的额定值。
用户应根据实际负载电流的大小选择模块的输出电流。
3）同时接通的点数：
输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。
例如一个220V、2A的8点输出模块，每个点当然可以通过2A的电流，但输出公共端允许通过的电流不可能是2A×8=16A，通常要比这个值小得多。
因此在选择输出模块时也应考虑同时接通的点数。
一般来讲，同时接通的点数不要超过输出点数的60%。
2.2PLCI/O点分配
2.2.1控制系统I/0数量
通过分析控制任务，共需要6个数字量输入和9个数字量输出，CPU型号可以选择S7-200PLC的CPU224。
该系统所使用的输入输出设备的I/O分配如表2-1所示。
输入接线
SD
S1
A
B
C
D
FW
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
输出接线
L1
L2
M5
M1
M2
M3
M4
5
M6
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
2-1
2.2.2PLC的I/O接线图
2.3主电路的设计
通过PLC对KM1~KM9这9个接触器进行控制，进而控制M1~M5这5个电动机的正反转以达到控制要求的。
2.3.1外围接线图
西门子S7-200PLC 西门子S7-200（CPU224）：
额定电压24VDC，最大持续允许电压30VDC，本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块。
22K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
实物图如图所示
第3章分拣系统的软件设计
3.1程序设计的一般方法
3.1.2经验设计法
经验设计法也叫凑试法。
在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根
据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。
这种方法对于一些
简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。
经验设计法
的具体步骤如下：
1．确定输入/输出电器；
2．确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；
3．做出系统动作工程流程图；
4．选择PLC指令并编写程序；
5．编写其它控制要求的程序；
将各个环节编写的程序联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。
3.1.2逻辑设计法
工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。
而继电器、
交流接触器的触点都只有两种状态即：
断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取
值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。
该方法是根据数字电子技术中的
逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。
在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。
3.1.3顺序设计法
对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进
行编程。
顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。
在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。
功能图能够清楚地表现出
系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。
综上所述，本控制系统采用顺序设计法设
升级会员 