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基于PLC的邮件分拣和多通道温湿度控制

山东交通学院

电控与PLC课程设计

报告书

院（部）别信息科学与电气工程学院

班级电升133

学号130817333

姓名泥翠姣

指导教师王常顺

时间2013.12.16-2013.12.29

课程设计任务书

题目邮件分拣和多通道温湿度监控装置的PLC控制

系（部）信息工程系

专业电气工程及其自动化

班级电升133

学生姓名泥翠姣

学号130817333

12月16日至12月29日共2周

指导教师（签字）

主管院长（签字）

2013年12月29日

一、设计内容及要求

（1）设计一个邮件分拣控制程序，按下启动按钮后，邮件开始进入流水线，指示灯M1亮，延时2秒后，进入外形检测区，指示灯M2亮，延时2秒后进入邮编检测区，延时2秒后进入邮编分档区，该区指示灯MA、MB、MC闪烁点亮。

外形不符（E1）、无效邮编（E2）按钮：

用来模拟非标准尺寸信号及无法识别信号。

当按住按钮时，表示该信号有效，流水线暂停，等待处理，同时，三相异步电动机全压启动，当放开按钮时，表示信号无效，流水线继续运行，三相异步电动机能耗制动。

邮编A、邮编B、邮编C三个按钮指定处理相应邮编的信号，当按住某个按钮时，邮编分档区中只闪烁点亮邮编与该按钮相对应的邮件。

用LED显示一次分拣过程所用的时间（秒）。

并且实现EM235每隔5秒循环输出1V、3V、5V。

（2）用稳压器给定2路输入信号为0-5V标准直流电压信号分别表示为温度、湿度对应的电压信号。

分别经过EM235转换之后，用2位LED交替显示相应电压值的个位和第一个小数位（静态显示方式），要实现可自动每隔2秒交替，也可手动按键交替显示。

把其中的一路模拟量输入，通过EM235的模拟量输出端直接输出，可用万用表测量。

要保证显示精度。

要有启动和停止按钮。

二、设计原始资料

天煌、东疆PLC实验平台

螺丝刀

连接线

EM235

稳压源

万用表

三、设计完成后提交的文件和图表

系统原理说明；

I/O端子分配图；

外部接线结构图；

梯形图及每一网络相应的注释；

使用的中间继电器、定时器、计数器等用途说明；

结合具体使用的I/O，定时器，计数器等做系统原理的详细说明；

设计中遇到的问题，解决方法；

设计心得展望等；

四、进程安排

教学内容学时地点

集中学习1天教室

资料查阅与学习讨论1天图书馆、PLC实验室

设计及调试7天PLC实验室

成果验收1天PLC实验室

五、主要参考资料

[1] 王蕊.《PLC在交通信号灯控制上的应用》，2003年第五期

[2] 陈胜利,曾谊晖:

《 PLC在控制交通信号灯中的应用》，2003年第五期

[3]廖常初. PLC基础及应用.北京：

机械工业出版社

[4]史国生. 电气控制与可编程控制器技术.北京：

化学工业出版社，2003

[5]孙振强. 可编程控制器原理及应用教程.北京：

清华大学出版社

[6]阮友德. 电气控制与PLC实训教程.北京：

人民邮电出版社，2006

[7]王宇 . PLC电气控制与组态设计. 北京：

电子工业出版社，2010

摘要6

Abstract6

第一章PLC和EM235概述7

1PLC概述7

1.1PLC定义7

1.2PLC工作原理7

1.3PLC的特点7

2西门子S7-200模拟量编程8

2.1模拟量扩展模块接线图及模块设置8

2.2模拟量扩展模块的寻址11

2.3模拟量值和A/D转换值的转换12

第二章基于PLC的邮件分拣控制13

1方案设计13

1.1题目要求13

1.2方案说明13

2邮件分拣的实现14

2.1端子分配14

2.3实际接线图20

第三章基于PLC的多通道温湿度监控装置22

1方案设计22

1.1题目要求22

1.2方案说明22

2多通道温湿度监控的实现23

2.1端子分配23

2.2程序设计23

2.3实际接线图26

总结28

参考文献29

摘要

PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。

它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。

这次课程设计是要实现两个设计，他们是基于PLC的邮件分拣控制、基于PLC的多通道温湿度监控装置。

关键词PLCEM235邮件分拣

Abstract

PLC（programmablecontroller）asakindofindustrialcontrolmicrocomputer,withitsprogrammingconvenient,simpleoperationespeciallyitshighreliabilityandotheradvantages,industrialproductionprocessinawiderangeofapplications.Itapplicationlarge-scaleintegratedcircuits,Internettechnologyandcommunicationtechnologydevelopmentachievements,andgraduallyformedahasmanyadvantagesandmini,medium,largeandsuperlargespecificationsofthevariousseriesofproducts,usedtorelaycontrolsystemtomonitorfrommanyofthecontrolareabetweencomputers.

Thiscoursedesignistorealizethetwodesign,theyarebasedonPLCmailsorting、basedonPLCcontrol,temperatureandhumiditymonitoringsystembasedonEM235

Keywords:

ProgrammableLogicControllerEM235E-mailsorting.

第一章PLC和EM235概述

1PLC概述

1.1PLC定义

PLC的定义PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

1.2PLC工作原理

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。

1.3PLC的特点

（1）、可靠性高，抗干扰能力强

PLC的高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息，还有故障自诊断程序。

（2）、功能强大，成本低

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。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

和其他的控制系统相比，其成本较低，而且这种趋势还将继续持续下去。

（3）、控制系统结构简单，适用性强

PLC控制系统实质性的好处是当控制要求改变，需要变更控制系统的功时，只需对程序进行简单的修改，对硬件部分稍作改动即可，而不是像继电气控制系统那样，在一个装配好的控制盘上，对系统进行修改几乎是不可能的事情。

（4）、编程方便、易于使用

输入接口部件中央处理单元CPU板电源部件接口部件输出PLC接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近。

易于使用。

（5）、设计、施工、调试的周期短，改造方便PLC用存储逻辑代替接线逻辑大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来

（6）、维护方便

PLC可以直观的观察控制程序和控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、电源状态等，极大方便了维护人员查找故障，缩短了对系统维护的时间。

（7）、体积小，重量轻，能耗低

PLC易于实现机电一体化的理想控制设备。

2西门子S7-200模拟量编程

2.1模拟量扩展模块接线图及模块设置

EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。

下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图1。

图1

图1演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。

对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辨率。

（后面将详细介绍）

EM235的常用技术参数：

模拟量输入特性

模拟量输入点数

输入范围

电压（单极性）0～10V0～5V0～1V0～500mV0～100mV0～50mV

电压（双极性）±10V±5V±2.5V±1V±500mV±250mV±100mV±50mV±25mV

电流0～20mA

数据字格式

双极性全量程范围-32000～+32000

单极性全量程范围0～32000

分辨率

12位A/D转换器

模拟量输出特性

模拟量输出点数

信号范围

电压输出±10V

电流输出0～20mA

数据字格式

电压-32000～+32000

电流0～32000

分辨率电流

电压12位

电流11位

下表说明如何用DIP开关设置EM235扩展模块，开关1到6可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。

EM235开关

单/双极性选择

增益选择

衰减选择

SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

单极性

OFF

双极性

OFF

X10

OFF

X100

无效

OFF

0.8

OFF

0.4

OFF

0.2

由上表可知，DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ON时，模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。

SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟量的衰减选择。

根据上表6个DIP开关的功能进行排列组合，所有的输入设置如下表：

单极性

满量程输入

分辨率

SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

OFF

0到50mV

12.5μV

OFF

0到100mV

25μV

OFF

0到500mV

125uA

OFF

0到1V

250μV

OFF

0到5V

1.25mV

OFF

0到20mA

5μA

OFF

0到10V

2.5mV

双极性

满量程输入

分辨率

SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

OFF

±25mV

12.5μV

OFF

±50mV

25μV

OFF

±100mV

50μV

OFF

±250mV

125μV

OFF

±500

250μV

OFF

±1V

500μV

OFF

±2.5V

1.25mV

OFF

±5V

2.5mV

OFF

±10V

5mV

6个DIP开关决定了所有的输入设置。

也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。

输入校准

模拟量输入模块使用前应进行输入校准。

其实出厂前已经进行了输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。

2.2模拟量扩展模块的寻址

每个模拟量扩展模块，按扩展模块的先后顺序进行排序，其中，模拟量根据输入、输出不同分别排序。

模拟量的数据格式为一个字长，所以地址必须从偶数字节开始。

例如：

AIW0，AIW2，AIW4……、AQW0，AQW2……。

每个模拟量扩展模块至少占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW0,第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址，以此类推。

图4演示了CPU224后面依次排列一个4输入/4输出数字量模块，一个8输入数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块，一个8输出数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块的寻址情况，其中，灰色通道不能使用。

图4

2.3模拟量值和A/D转换值的转换

假设模拟量的标准电信号是A0—Am（如：

4—20mA），A/D转换后数值为D0—Dm（如：

6400—32000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系A＝f（D）可以表示为数学方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。

根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。

将该方程式逆变换，得出函数关系D＝f（A）可以表示为数学方程：

D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0。

具体举一个实例，以S7-200和4—20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400—32000，即A0＝4，Am＝20，D0＝6400，Dm＝32000，代入公式，得出：

A＝（D－6400）×（20－4）／（32000－6400）＋4

假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号是6400×16／25600＋4＝8mA。

又如，某温度传感器，－10—60℃与4—20mA相对应，以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出：

T=70×（AIW0－6400）／25600－10

可以用T直接显示温度值。

模拟量值和A/D转换值的转换理解起来比较困难，该段多读几遍，结合所举例子，就会理解。

为了让您方便地理解，我们再举一个例子：

某压力变送器，当压力达到满量程5MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW0的数值是32000。

可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.1MPa时，压力变送器的电流应为4mA，A/D值为（32000/20）×4＝6400。

由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值（单位为KPa）的计算公式为：

VW0的值＝（AIW0的值－6400）（5000－100）/（32000－6400）＋100（单位：

KPa）

第二章基于PLC的邮件分拣控制

1方案设计

1.1题目要求

设计一个邮件分拣控制程序，按下启动按钮后，邮件开始进入流水线，指示灯M1亮，延时2秒后，进入外形检测区，指示灯M2亮，延时2秒后进入邮编检测区，延时2秒后进入邮编分档区，该区指示灯MA、MB、MC闪烁点亮。

外形不符（E1）、无效邮编（E2）按钮：

用来模拟非标准尺寸信号及无法识别信号。

邮编A、邮编B、邮编C三个按钮指定处理相应邮编的信号，当按住某个按钮时，邮编分档区中只闪烁点亮邮编与该按钮相对应的邮件。

用LED显示一次分拣过程所用的时间（秒）。

并且实现EM235每隔5秒循环输出1V、3V、5V。

1.2方案说明

程序流程图如下：

（1）确定I/O口分配，此方案输入点9个，输出点9个

（2）明确设计流程，分步设计PLC程序

控制启动按钮进入流水线，进入外形检测，检测外形是否符合，外形符合进入邮编检测区，检测邮编是否有效，邮编有效进入邮编分档区，成功分拣邮件。

本方案采用定时器达到设计延时2S的目的，SM0.5控制MA、MB、MC灯的闪烁。

配合中间继电器的使用完成初步设计。

外形不符，邮编无效用开关模拟控制异步电动机全压启动，启动后电动机需要能耗制动，本方案采用按钮控制能耗制动，定时器控制制动结束。

进入流水线时开始计时直到一次分检结束，定时器的时间即为一次分拣的时间。

直接赋值AQW0，三个定时器延时达到每隔5秒循环，万用表测量MO、VO两端输出1V、3V、5V。

（3）外部接线并检查，分步调试各阶段程序是否正确

（4）完善最终程序设计

2邮件分拣的实现

2.1端子分配

输入定义

输入点

输出定义

输出点

启动

I0.0

指示灯M1

Q0.0

停止

I0.1

指示灯M2

Q0.1

外形不符E1开关

I0.2

指示灯E1

Q0.2

邮编不符E2开关

I0.3

指示灯E2

Q0.3

I0.4

指示灯MA

Q0.4

I0.5

指示灯MB

Q0.5

I0.6

指示灯MC

Q0.6

能耗制动按钮

I0.7

全压启动

Q0.7

电压循环输出按钮

I1.0

能耗制动

Q1.0

2.2程序设计

程序如下：

2.3实际接线图

第三章基于PLC的多通道温湿度监控装置

1方案设计

1.1题目要求

用稳压器给定2路输入信号为0-5V标准直流电压信号分别表示为温度、湿度对应的电压信号。

分别经过EM235转换之后，用2位LED交替显示相应电压值的个位和第一个小数位（静态显示方式），要实现可自动每隔2秒交替，也可手动按键交替显示。

把其中的一路模拟量输入，通过EM235的模拟量输出端直接输出，可用万用表测量。

要保证显示精度。

要有启动和停止按钮！

1.2方案说明

（1）了解EM235的使用说明，明确A/D转换的计算方法及外部接线

输入信号为0-5V时，选择单极性全量程范围为0-32000，由公式D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0得，D=6400Ax，Ax即输入的模拟电压。

（2）确定I/O口分配，此方案输入点3个，输出点2个

（3）设计控制程序

LED显示模拟量，采集到的两路模拟量经EM235输入PLC，除以640得放大10倍后的整数电压VW0和VW1，整数转换为BCD码，低四位输出QB2，高四位右移四位输出QB0。

Q1.0为小数点。

T37定时器的常开触点和常闭触点分别控制两路模拟量显示。

T38定时器控制T37的得电和复位来达到交替显示的目的。

（4）外部接线并检查，调试程序，完成最终设计程序

2多通道温湿度监控的实现

2.1端子分配

输入定义

输入点

输出定义

输出点

启动按钮

I0.0

模拟量个位显示

QB0

停止按钮

I0.1

模拟量小数位显示

QB2

手动开关

I0.2

2.2程序设计

2.3实际接线图

总结

从PLC问世至今，他一直在不断的总结和实践中得到补充和完善，是前人智慧和经验的结晶。

在这次课程设计中遇到了很多问题，也获得了许多课堂上没有学到的知识。

在每次突破一个问题之后感觉到自己的力气没有白费，动力就会更足。

尽管每发现一个问题都会让我们很困惑，同时在解决的过程中组里意见也会有分歧，也会为此争的面红耳赤，但最终还是靠着合作的力量克服了每一次的障碍。

从实践中获得知识远比书本上的来的真实。

作为一名工科类的学生只有理论知识是远远不够的，在这次的课程设计中，我看到了自己的不足，理论的欠缺，动手能力的欠缺。

在前期的程序编写和调试，使我又获得了很多新的知识，书中的知识并不能恰当的运用到实践中，为此犯了很多错误，为了修正错误必须看书或向别人请教，这个过程中既学到了知识也增进同学间的友谊，同时也使我对单片机的兴趣有了提高。

能够完成邮件分拣和多通道温湿度监控装置的PLC控制离不开老师适时的指导。

通过这两周的课程设计，我对一些专业知识、程序设计及PLC强大的功能有了更深的了解，同时也尝试着去应用自己的所掌握的知识。

这次课程设计不仅给我们提供了一个很好的展现应用自己所掌握的知识的平台又是检验自己所学知识的一次考核。

总之，通过这次课程设计，对自己对PLC知识的认识有了更深的了解，而且也让我很明确地意识到自己在PLC课程方面还有很多的知识漏洞。

在这个过程，我锻炼了自己的动手能力，思考能力，分析实践能力及合作的能力，最后再次感谢老师以及同学的帮助。

参考文献

[1] 王蕊：

《PLC在交通信号灯控制上的应用》，2003年第五期

[2] 陈胜利,曾谊晖:

《 PLC在控制交通信号灯中的应用》，2003年第五期

[3]廖常初. PLC基础及应用.北京：

机械工业出版社

[4]史国生. 电气控制与可编程控制器技术.北京：

化学工业出版社，2003

[5]孙振强. 可编程控制

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