基于PLC的邮件分拣系统的设计.docx

摘要作为推动20世纪工业技术发展的一项革命性产品，PLC即可编程控制器已经成为现代工业自动化的三大支柱之一，它以其突出的优势逐步代替了普遍使用的继电器，简化控制线路、提高系统可靠性,是PLC的最大优点。作为一种新型工业控制器PLC被广泛的应用在冶金工业、化工工业、电力工业、交通、机械加工和食品加工等许多领域。为了探讨PLC在邮件分拣控制系统中的应用，本次课题将以S7-200PLC对邮件分拣系统进行研本次设计是邮件分拣系统模拟设计，其控制核心器件是S7-200PLC。整体设计包括了硬件和软件的设计。该系统在硬件设计上主要是实现邮件分拣。系统软件设计通过PLC编程来控制整个系统运行。主控制器PLC对编辑程序进行分析，然后PLC经运算后输出控制信号。关键词：继电器；控制系统；梯形图；邮件分拣AbstractAsarevolutionaryproducttopromoteindustrialtechnologydevelopmentinthe20thcentury,thePLCalsocalledtheprogrammedcontrollerhasbecomeoneofthethreepillarsofthemodernindustrialautomation,PLCforitsoutstandingadvantagesgraduallyreplacedthewidespreaduseofrelays,simplifythecontrolcircuitandimprovesystemreliability,isthebiggestadvantageofthePLC.AsanewtypeofindustrialcontrollersPLChasawiderangeofapplicationsinmanyareasofthemetallurgicalindustry,chemicalindustry,powerindustry,transportation,machineryprocessingandfoodprocessing.InordertoexploretheapplicationofPLCintheintersectiontrafficlightscontrolsystem,thisissuewillhighlighttheS7-200PLCcontrolsystemoftrafficlights.ThisdesignisMailsortingsystemanalogdesign,thecontrolcoreofthedeviceisaS7-200PLC.Theoveralldesignincludehardwareandsoftwaredesign.ThesystemhardwaredesignmainlyontheMailsorting.ThesystemsoftwaredesignisthePLCprogrammingthataimedtotocontroltheoperationoftheentiresystem.ThehostcontrollerviaPLCeditingprogram,andthenthePLCoutputcontrolsignalsviathecomputer.Keywords:Industrialautomation;Controlsystem;Ladderdiagram;Mailsorting目录1概述11.1 PLC概述11.1.1 PLe的背景11.1.2 PLC的特点11.1.3 PLC的应用及发展趋势21.1.4 PLC的工作原理21.2 邮件分拣概述31.2.1 课题的背景及意义32系统整体设计方案32.1 邮件分拣系统工作原理图32.2 邮件分拣控制要求42.3 分拣机的动作过程43系统软件设计53.1 邮件分拣系统流程图53.2 PLC选型53.3 I/O配线表63.4 邮件分拣梯形图63.5 程序图中各辅助触点的作用123.6 程序图中各个定时器的作用133.7 软件调试134系统硬件设计144.1 西门子S7-200PLC144.2 硬件接线图155总结16参考文献17致谢181概述1.1 PLC概述PLC就是可编程控制器，PLC是一种用数字运算操作的系统，专门为在工业环境中的应用设计的，它采用可编程的存储器，用在其内部存储程序、顺序控制、执行逻辑运算、计数、定时与算术操作等面向的指令，并通过模拟或数字式输入/输出控制各种类型的生产过程或机械。PLC是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发形成的，它以微处理器为核心，融入了自动化技术、计算机技术。通信技术进而发展成一种新型工业自动控制装备。其用途是取代继电器，执行逻辑运算、定时、计数等控制功能,建立柔性的程序控制系统。1.1.1 PLC的背景在没有PLC之前，工业控制领域中大量使用如鼓式、继电器等电气式器件,特别是控制继电器。但是随着工业现代化的发展，生产规模的逐渐增大，生产效率及产品质量的不断提高，因此对控制系统的可靠性提出了更高的要求，原有的继电控制系统已经不能跟上工业发展的步伐。1968年，美国通用汽车公司为适应生产工艺不断更新的要求开始以用户的身份提出了使用新一代控制器的设想，并详细提出了新一代控制器应具备的条件。1987年美国一家公司成功研制世界第一台可编程序控制器，名为PDP-14,并在汽车公司上首次使用并获得成功。第一代可编程序控制器自此诞生。1.1.2 PLC的特点可靠性高，抗干扰能力强，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线大量减少。因触点接触不良造成的故障也大为减少。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。另外，在硬件方面有故障自我检测的功能，出现故障时能迅速及时发出警报信息。在软件方面还可以编入外围器件用来诊断程序故障，使系统获得故障自诊断保护。硬件配套齐全，功能完善，适用性强，PLC不仅安装接线方便，而且有较强的带负载能力，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。最近几年经过开发PLC的功能大大提高，能渗透到温度控制、位置控制等各种工业控制领域。使用方便，编程简单，PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。PLC接口简单易操作，编程类语言易接受。逻辑开关简单，少量开关就能实现继电器功能。因此操作简单。容易改造，系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法规律性强，容易掌握。用存储逻辑代替接线逻辑的方法是控制设备外部的接线大量减少，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护容易。更重要的是同一设备仅仅通过程序的改变就能改变生产过程。满足现代工业生产灵活性强的特点。体积小，重量轻，能耗低，超小型PLC底部尺寸小于IOOmm,可将开关柜的体积缩小到原来25倍。它的重量小于150g,功耗仅数瓦。体积小装入机械内部更容易，能更好的实现机电一体化。1.1.3 PLC的应用及发展趋势目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、机械制造、石油、化工、交通运输、建材、环保、汽车及文化娱乐等各个行业。PLC的发展趋势大致包括以下几点：产品规模向大、小两个方向发展，所谓大的方向就是大容量、高速度。I/O点数达14000多点、多CPU并行工作、32位为微处理器、大容量的存储器、扫描速度速高。小方向就是PLC整体结构取向发展为小型模块结构，从而降低成本，增加配置的灵活性，来满足小型工业发展的需要。PLC编程语言的标准化，与个人计算机相比，PLC的软硬件的体系结构都是封闭的，各个厂家的CPU模块和I/O模块互不通用，编程语言及通信协议互不兼容。为了进一步增强PLC的应用，目前已有越来越多的厂家加入使用标准化语言的行列。发展容错技术，采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。1.1.4PLC的工作原理PLC工作过程分为三个阶段：输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU重复执行上述三个阶段。输入采样阶段，PLC以扫描方式顺序的读入所有输入数据和状态，并将其存入I/O映象区中的单元内。输入采样结束以后，进入用户程序执行和输出刷新阶段。在此期间，即使输入数据和状态发生变化，I/O映象区中的单元的状态和数据不会改变。所以，假如输入是脉冲信号，那么脉冲信号的宽度要大于PLC的一个扫描周期，才可以保证在任何情况下都能被读入。用户程序执行阶段，PLC由上而下地扫描程序。在扫描梯形图时从左到右扫描,然后对控制线路进行逻辑运算,最后根据逻辑运算的结果,刷新系统RAM存储区中对应位的状态。输出刷新阶段，当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在这个过程中，CPU按照I/O映象区内的数据和状态刷新所有的输出锁存电路，再由电路驱动相对应的外部设。PLC的扫描周期图：图17扫描周期1.2 邮件分拣概述1.2.1 课题的背景及意义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。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。PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，己广泛用于工业过程和位置的自动控制中。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用。2系统整体设计方案2.1 邮件分拣系统工作原理图邮件的信息是由扫描器获得的，从而通过PLC来确定邮件的流向如图2-1所示。2.2 邮件分拣控制要求通过邮政编码进行自动分类，不符合要求的踢除，从而达到自动分拣。通过计件，实现实时监测邮件分拣的数量。2.3 分拣机的动作过程分拣机工作过程图如下，具体为LI灯亮，L2灯灭，传送带运转，M5电机驱动主链转动，邮件的邮码通过扫描器读取，将信息送入PLC进行邮件的分析得到数字编码信息。Si(检测发生器)检测到有邮件，假如邮码信息是正确的，L2灯亮，L灯灭，PLC启动相应的推杆定时器，从定时器中采集脉冲的脉冲数,推进器(MLM4)将邮件推进相应的邮箱。随后L2灭，L亮，继续分拣。若邮码信息出错，则Lz闪烁，电机Ms停止动作，待重新启动后，再运行。图2-2邮件分拣系统的工作过程3系统软件设计3.1 邮件分拣系统流程图根据邮件分拣的实际控制情况，可得出其流程图如图3-1：图3T邮件分拣流程图3.2 PLC选型一个邮件分拣控制系统包含启动、复位各一个，一个检测系统，四个读码器，五个推杆接触器，一个传送装置和识别器，两个指示灯。所以该系统需要7点输入和8点输出，选择机型为S7-200(cpu224)(14输入/10继电器输出)。3.3 I/O配线表可编程控制器系统I/O点数估算。系统I/O分配见下表31表3-1I/O分配表端子功能端子功能10.0启动Q0.0指示进邮件10.1邮码检测Q0.1指示邮码是否正常10.2读码器输出的邮码Q0.2传送带运转接触器10.3读码器输出的邮码Q0.3指定邮码的推杆接触器10.4读码器输出的邮码Q0.4指定邮码的推杆接触器10.5读码器输出的邮码Q0.5指定邮码的推杆接触器10.6复位Q0.6指定邮码的推杆接触器