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
基于plc的邮件分拣系统
1、绪论
1、PLC的基本概念
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制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（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC，自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。
2、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，基本构成为:
a、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
b.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。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
1（现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2（现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块。
f、通信模块
如以太网、RS485、通讯模块等。
3、PLC的工作原理
一.扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、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以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
（三）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。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
4、PLC内部运作方式
虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。
因此能大大减少控制器所需之硬件空间。
实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。
在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下:
步骤一“输入状态检查”:
PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1或0代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置XN。
步骤二“程式执行”:
将阶梯图程式逐行取入CPU中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。
输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端YN。
步骤三“输出状态更新”:
将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。
此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC之反应时间，PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。
每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。
5、PLC的特点
plc具有以下鲜明的特点。
（1）系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长;也能进行连续过程的PID回路控制;并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。
（2）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。
另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
（3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
2、课题介绍
随着科技的发张，自动化程度越来越高，邮件分拣系统的出现能提高工作的效率，减小出错率。
笨课题主要实现对邮件分拣系统的模拟，运用可编程控制器实现对器件的自动控制。
通过设计熟悉课题工作原理。
设计方案论证，系统建立，电气原理控制设计。
元器件选择，梯形图设计（控制分析）。
完成设计图纸，完成设计任务书。
邮件分拣系统的有点如下:
1、分拣误差率极低自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大
小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率
在3%以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。
因
此，自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。
2、能连续、大批量地分拣货物由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣
系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时
间分拣件数多，因此自动分拣系统的分拣能力是人工分拣系统可以连续运行100个小时以
上，每小时可分拣7000件包装商品，如用人工则每小时只能分拣150件左右，同时分拣
人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时。
3、分拣作业基本实无人化国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，
减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的
使用，基本做到无人化。
分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于以下工作:
（1）送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货。
（2）由人工控制分拣系统的运行。
（3）分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。
（4）自动分拣系统的经营、管理与维护。
3、设计内容及要求
1（控制要求
启动后电机5工作，绿灯L1亮表示可以进邮件，A,B,C,D模拟拨码器，从拨码器读到的
邮码的正常值为1、2、3、4，当把A合上则表示读到了一号邮件，当把B合上时，表示
读到了2号邮件，合上C表示读到了3号邮件，合上D则表示读到了4号邮件。
若是此四
个数中的任一个，则红灯闪烁，将邮件分拣至对应的邮箱内，完后L2灭，表示可以继续
分拣邮件。
若读到的邮码不是该4个数，则红灯L2常亮，表示出错，电机5停止工作，
重新启动后，能重新运行。
2（设计要求
1、具有启动和停止功能
2、能够自动运行
3、能对邮件进行准确的分拣
4、出现错误后，重新启动能够重新运行
3（控制原理介绍及图示
接通电源后按下启动按钮，电机5工作，绿灯L1亮。
邮件进去，检测邮码。
当检测到为1时电机M1工作将邮件推入邮箱1同时灯L2闪烁，推入邮箱后红灯停止闪烁并且熄灭。
当检测到为2，3，4时，对映的电机工作推入相应邮箱，当检测到的不是该四个数字时M5停止工作，L2常亮。
4、硬件设计
1、主要元器件的选择
1.PLC的选择
PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。
在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC;其它情况则最好选用模块式结构的PLC。
对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。
而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现,，,运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。
其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。
根据不同的应用对象FX2N系列是三菱PLCFX家族中最先进的系列。
有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块，灵活性和控制能力强，可扩展到256点。
符合此次设计的要求。
FX2N特点:
1.系统配置即固定又灵活;
2.编程简单;
3.备有可自由选择，丰富的品种;
4.令人放心的高性能;
5.高速运算;
6.使用于多种特殊用途;
7.外部机器通讯简单化;
8.共同的外部设备。
2.热继电器的选择
为使热继电器能真正起到保护作用，必须要正确选用热继电器。
过去大家都习惯按电动机额定电流来选用热继电器，实际上这样是不够确当的，如果保护一台重载起动的电动机，只按电动机额定电流选用，那么电动机在起动时热继电器就要脱扣，造成误动作。
因此在选用热继电器时，要考虑几个基本条件。
（一）电动机的容量和电压是选择热继电器的主要依据。
（二）按电动机所带负载性质来选用;例如是轻载还是重载，是长期工作还是短期工作等等。
（三）电动机的起动时间及起动电流倍数，是选用热继电器的重要依据。
如果负载惯性居大起动时间长，所选用的热继电器的整定电流应比电动机额定电流稍高，才能达到正确保护。
如果出厂的整定电流与选用值有差距，可用调节凸轮调到合适值。
3、交流接触器的选择
根据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等确定接触器的额定参数。
1）接触器的线圈电压，一般应低一些为好，这样对接触器的绝缘要求可以降低，使用时也较安全。
但为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。
2）电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，接触器额定电流大于负荷额定电流即可。
接触器类型可选用CJl0、CJ20等。
3）对重任务型电机，如机床主电机、升降设备、绞盘、破碎机等，其平均操作频率超过100次,min，运行于起动、点动、正反向制动、反接制动等状态，可选用CJl0Z、CJl2型的接触器。
为了保证电寿命，可使接触器降容使用。
选用时，接触器额定电流大于电机额定电流。
4）对特重任务电机，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可达600,12000次,h，经常运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命及起动电流选用，接触器型号选CJl0Z、CJl2等。
5）交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时，接触器选择应考虑电容器的合闸冲击电流。
一般地，接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取，型号选CJ10、CJ20等。
6）用接触器对变压器进行控制时，应考虑浪涌电流的大小。
例如交流电弧焊机、电阻焊机等，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器，型号选CJl0、CJ20等。
7）对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应
要大一些。
选用接触器时可不用考虑（起动电流），直接按负荷额定电流选取。
型号可选用CJl0、CJ20等。
8）由于气体放电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，可按额定电流1.1,1.4倍选取交流接触器，型号可选CJl0、CJ20等。
9）接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间?
8h，且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的110%,120%选取。
对于长时间工作的电机，由于其氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，导致触点发热超过允许温升。
实际选用时，可将接触器的额定电流减小30%使用。
这里选用CJ10-20
2、元器件清单
序列名称型号数量1PLCFX2N-32MR12电动机Y250M-453传送带DV6014启动按钮XB2EA15关闭按钮XB2EA16指示灯XB4B-LED27熔断器RT18-32/2A158交流接触器CJ10-2059快速断路器C65-D20/3P110热继电器JR16-20/3511电动机Y250-M45
3、硬件控制原理图
M1
L2SB1
AM1BM2
M3C
PLC
M4D
M5FX2N-32MRSB2
L1
FR
COMCOM
220V
邮件分拣系统
5、软件设计
1、设计思想及程序框图
启动，绿灯L1亮，电机电机
五运行
判别邮件
若可判别，红灯闪烁，不可判别，红灯长亮，电机
相应电机运行五停止运行
推入邮箱
重启
红灯停止闪烁，并熄灭
2、I/O地址表
输入编号启动按钮X000AX001BX002CX003DX004关闭按钮X005输出编号红灯L2Y000电机1Y001电机2Y002电机3Y003电机4Y004电机5Y005绿灯L1Y007
3、程序设计与说明
模拟拨码器
启动与关闭程序，X000为启动按钮，X005为关闭按钮，并行成自锁
邮件判别程序，如果不是那四个数字则红灯L2常亮并且电机5停止运行
当拨码器符合M1时，电机5运行2秒，达到邮箱1上方，同时电机1工作，将邮件推入邮箱，用时1秒，电机1复位。
在符合M1条件时灯L2闪烁
当拨码器符合M2时，电机5运行3秒，达到邮箱2上方，同时电机2工作，将邮件推入邮箱2，用时1秒，电机2复位。
在符合M2条件时灯L2闪烁
当拨码器符合M3时，电机5运行4秒，达到邮箱3上方，同时电机3工作，将邮件推入邮
箱3，用时1秒，电机3复位。
在符合M3条件时灯L2闪烁
当拨码器符合M4时，电机5运行4秒，达到邮箱4上方，同时电机4工作，将邮件推入邮
箱4，用时1秒，电机4复位。
在符合M4条件时灯L2闪烁
红灯L2闪烁程序
6、运行调试
将编好的程序写入PLC中，接通电源，查看显示情况。
。
如果系统未能将程序输入到PLC存储器中，说明程序有问题，活操作步骤有错误，先排查操作步骤，再打开源程序，逐个查看是不是将程序输入错误，然后立即纠正，重新输入程序。
如果显示灯L1和L2不能正常显示，查看接线，或者更换接线，再或者检查程序设计是不是出现遗漏。
观察程序运行的时候是不是按照当初的设计进行的，如果是的话就说明程序运行正确，否则检查程序的设计是不是合理。
正常的程序运行调试应该如下:
当按下启动按钮时，M5电动机以带动传输带运行，绿灯L1常亮。
进行编码。
系统进行识别。
如果可以识别，经过1S将它输送到邮箱1并驱动电机1工作。
系统重新对下一个邮件进行检测，如果无法识别则红灯L2闪烁，电机5停止运行。
7、小结
本次设计，颇有感悟，课程设计是实践性很强的一个环节，是对理论学习的补充，检验理论知识的较理想的途经。
本次设计，对我来说是比较困难的，在设计过程中感到自己的知识的匮乏，但我认为这并不是坏事，这对我以后的学习很有帮助，很受启发。
这次设计中，我感到，在学校里的课程设计，能不能设计出好的作品不能放在首要的地位，最重要的是体会其中的过程，一个运用知识的过程，一个培养思维的过程。
这对走上工作岗位帮助很大。
近年来，可编程控制器技术的发展异常迅猛，各生产厂家也推出了许多功能强大的新型PLC、各种特殊功能模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通讯技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具，在工业控制的各个领域得到了广泛的应用。
对于以我们学电的人来说，学不好这方面的知识，在工作岗位上是不能胜任的。
根据课题要求需要绘制设计的主电路和PLC控制电路，我参考教科书和借阅的书籍没有查到符合课题的设计要求的相关控制电路，书籍上对这部分内容的介绍较少,主要通过与其它同学交流，把问题落到实处，自己先做一些，最后同学指导完成。
选择元器件时，对某些元器件不熟悉，尤其是在选择PLC主机时发现有很多的PLC厂商生产的主机，各个PLC厂商生产的PLC也不尽相同，各有特点，选择上遇到了困难。
这些问题主要通过参照参考书和手册，根据自己课题的具体要求，选用一些较为合理的元器件。
最后将所选元器件放入系统进行测试，符合条件后，设计其进入系统。
根据邮件分拣控制系统示意图画流程图时，出现了许多平时学习中最容易忽略的问题，在认真学习课本的一些知识后顺利完成流程图。
参考文献
1、《可编程控制原理与应用》北京理工大学出版社范次猛2、《可编程控制应用技术实训指导》化学工业出版社李俊秀3、《电气控制与PLC应用》北京机械工业出版社余雷生方宗达4、《电气控制与可编程控制器技术》化学工业出版社史国生5、《三菱FX系列PLC自学手册》人民邮电出版社陈忠平周少华侯玉宝6、《可编程控制器系统开发实例导航》人民邮电出版社汪晓平7、《》
附录
1、完整的程序
2、控制电路
M1
L2SB1
AM1BM2
M3C
PLC
M4D
M5FX2N-32MRSB2
L1
FR
COMCOM
220V
邮件分拣系统
2、主电路
电机4电机5电机1电机3电机2总开关
主电路图
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