邮件分拣系统模拟2.docx
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邮件分拣系统模拟2
CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY
《电器与可编程控制器》课程设计说明书
题目：
邮件分拣系统模拟
二级学院（直属学部）：
延陵学院
专业：
电气工程及其自动化
班级：
09电Y3
学生姓名：
学号：
指导教师姓名：
俞霖
职称：
讲师
《电器与可编程控制器》课程设计任务书
二级学院延陵专业：
电气工程及其自动化班级09电Y3
学生姓名
指导老师
俞霖
职称
讲师
课题名称
课题：
邮件分拣系统模拟
指标及要求
1分拣邮码到五种邮箱2能报错3出错后停机，重启后能重运行
3上机调试PLC控制程序，打印PLC程序，计算机绘图。
课题工作内容
工作内容：
1、熟悉课题工作原理。
2、设计方案论证，系统建立，电气原理控制设计。
3、元器件选择，梯形图设计（控制分析）。
4、完成设计图纸，完成设计任务书。
5、设计测评。
进程
安排
第一天：
下达任务，收集资料，设计准备，方案确定。
第二天：
电气原理控制设计，元器件选择。
第三至九天：
梯形图设计（控制分析），上机调试。
第十天：
完成设计图纸，完成设计任务书，设计测评。
主要
参考
文献
《电气控制与可编程控制器技术》化学工业出版社史国生
地点
秋白楼A406教室
起止日期
2011.12.26—2012.1.6
指导教师：
俞霖
2011年12月26日
1绪论
1.1课题的研究背景及意义
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。
本文就介绍了PLC在邮件分拣系统中的应用。
1.2：
什么是可编程控制器
可编程控制器简称PC（英文全称：
ProgrammableController），
它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：
ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。
为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。
1987年国际电工委员会（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。
”
1.3：
可编程控制器的特点
1.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，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，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。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2.硬件配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，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。
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。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3．易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，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，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4．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。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
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。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
5.体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
它的重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.4：
可编程控制器技术发展历程。
可编程逻辑控制器，又称可编程控制器，有过多种定义。
可以看作是一种经过特殊设计的工业计算机，整个的设计原则就是简单与实用。
1968年，通用汽车公司的液压部门为了消除既复杂又昂贵的继电器控制系统，确立了第一个可编程控制器的招标指标。
该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。
该控制系统将大大减少机器的停机时间，并为未来提供了可扩展性。
该招标由DEC公司中标，这套系统于1969年研制出来，这是第一台可编程控制器，型号为PDP-14，应用取得成功。
其后，美国的MODICON公司也推出了同名的084控制器，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西欧国家的各种可编程控制器也研制成功。
这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。
PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动了可编程控制器的发展。
从控制功能来看，可编程控制器的发展大致经历了4个阶段：
1．初级阶段：
从第一台PLC问世到20世纪70年代中期
由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。
CPU由中小规模数字集成电路构成。
主要产品有：
MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。
第一阶段就采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。
2．扩展阶段：
从20世纪70年代中期到70年代末期
这一阶段PLC产品的控制功能得到很大扩展。
扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。
这一阶段的产品有MODICON的184，284，384，西门子公司的SIMATICS3系列，富士电机公司的SC系列产品。
3．通信阶段：
20世纪70年代末期到80年代中期
这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。
但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。
由于在很短的时间内，PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。
其次，产品功能也得到很大的发展。
同时，可靠性进一步提高。
这一阶段的产品有西门子公司的SIMATICS6系列，GOULD公司的M84，884等，富士电机的MICRO和TI公司的TI530等。
4．开放阶段：
从20世纪80年代中期开始
由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI，使PLC在开放功能上有较大发展。
主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。
此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。
这一阶段的产品有西门子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500，德维森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司与合控电气公司所开发的OPENPLC等。
1.3PLC控制系统程序设计的步骤
在对一个控制系统进行设计之前，最重要的工作就是深入了解和分析系统的控制要求，只有这样才可能提出准确的、合理的系统总体设计方案，进而实现各个阶段的设计任务。
PLC程序设计的主要步骤是：
①对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。
对于简单的控制系统，也可省去这一步。
②设计梯形图。
这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。
要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
③根据梯形图编制语句表程序清单。
④用编程器将程序键入到PLC的用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。
⑤对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。
⑥待控制台（柜）及现场施工完成后，就可以进行联机调试。
如不满足要求，再修改程序或检查接线，直到满足要求为止。
⑦编制技术文件。
⑧交付使用。
2课题介绍
2.1什么是自动分拣系统
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。
自动分拣系统（automaticsortingsystem）是二战后在美国、日本以及欧洲的大中型物流中心广泛采用的一种分拣系统。
一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口四部分组成，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。
2.1自动分拣系统概述
现代社会已将物流的高科技（自动分拣桃、自动化立体仓库、信息处理及通
讯自动化等）广泛应用于各个流通领域。
自动分拣系统（AutomaticSortingSystem）现在已成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。
可以肯定，随着物流大环境的逐步改善，科学技术日新月异的进步，特别是感测技术（激光扫描）、电子标签及计算机控制技术等的引入使用，自动分拣系统在我国发展空间巨大。
2.2自动分拣系统的主要特点
在我国，自动分拣系统主要用于邮政业的信函分拣或机场的行李分拣等场合。
自动分拣系统具有传统的人工分拣无可比拟的优势，其主要特点如下：
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。
一般情况下，自动分拣系统可连续运行100个小时以上。
中等效率的分拣系统每小时可分拣7000件物品。
比起人工每小时最多分拣150件的效率来说，有点特别明显。
更重要的是不需要大量的劳动力来从事分拣作业。
实现了从劳动密集型到技术密集型的转变。
分拣误差率低：
自动分拣系统的分拣误差率主要取决于所输入分拣信息的准确性。
而这又取决于分拣信息的输入机制。
其中携带货物的相关载体和识别装置起着主导作用。
如果采用人工输入，则误差率在3%以上；如果采用条形码输入，在条形码喷码无误和无破损的情况下出错率很低。
目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物；如果采用当前广泛研究的电子标签，则不仅解决了分拣过程中读取信息的不便，而且提高了系统的抗干扰能力和运行稳定性。
分拣作业基本实现无人化：
国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少劳动力的使用，降低劳动强度，自动分拣系统能最大限度减少人员的使用，基本做到无人作业。
分拣系统本身并不需要人员，在分拣过程中主要从事以下工作：
送货小车抵达自动分拣作业线的进货端时，由人工接货；由人工控制分拣系统的运行；分拣系统的末端用人工将分拣出来的货物进行分包、堆盘、装车；自动分拣系统系统的经营、管理与维护。
自动分拣系统最早在我国邮政部门使用。
邮件分拣作业是自动分拣的一个重要的应用领域，邮件分拣机依据邮件的地址，迅速、准确地将发往不同地点的邮件从众多邮件中按邮政编码分拣出来。
自动分拣系统的使用，改变了传统的手工作业的分拣方式，大大减轻了笨重的体力劳动，而且更为重要的是提高了邮件分拣作业的准确性。
我国人口众多，人员之间的联系紧密，邮件数量相当巨大。
近年来，随着我国经济的发展和社会的进步，邮政事业得到了空前发展。
邮政通信网的技术含量不断增加，技术装备水平也在不断提高，邮件处理已基本实现机械化，并且朝着自动化的方向迈进。
其中，利用机器自动分拣邮件是一个重要的课题。
国内的研究工作起源于20世纪70年代中期。
20多年来，科技人员不断跟踪国际分拣技术的发展状况，推陈出新。
截止1998年底，全国共有106套邮件自动分拣设备投入运行。
供货厂家有国家邮政局上海研究所、德国SIEMENS公司、日本NEC公司。
本文主要介绍邮件分拣机的工作原理。
下图为某邮件分拣机的工作原理框图。
它主要通过对在传送带上通过的邮件进行扫码获得邮件的信息，识别出邮政编码后由邮政编码的数字信息来控制邮件流向。
邮件分拣系统的工作原理图
2.3：
何为自动分拣机
自动分拣机是自动分拣系统的一个主要设备。
它本身需要建设短则40-50米，长则150-200米的机械传输线，
还有配套的机电一体化控制系统、计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大，（动辄20000平方米以上），而且还要建3-4层楼高的立体仓库和各种自动化的搬运设施（如叉车）与之相匹配，这项巨额的先期投入通常需要花10-20年才能收回。
2.4：
自动分拣机的作业描述
该系统的作业过程可以简单描述如下：
物流中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品，在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，将这些商品运送到指定地点（如指定的货架、加工区域、出货站台等），同时，当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时，自动分拣系统在最短的时间内从庞大的高层货存架存储系统中准确找到要出库的商品所在位置，并按所需数量出库，将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运送到不同的理货区域或配送站台集中，以便装车配送。
2.5：
自动分拣机的主要特点
1、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。
2、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，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。
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。
如美国一公司配送中心面积为10万平方米左右，每天可分拣近40万件商品，仅使用400名左右员工，这其中部分人员都在从事上述
（1）、（3）、（4）项工作，自动分拣线作到了无人化作业。
2.6自动分拣机的系统的组成
自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。
控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。
这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。
分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。
分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种，不同的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。
输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。
分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。
以上四部分装置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自动分拣系统。
2.7分拣机的动作过程
分拣机工作过程如下：
当传送带开始工作，绿灯L1亮，红灯L2灭，电机M5驱动带有推头的主链运行，扫码器读取传送带上的邮件的邮码，将结果送入PLC进行邮件的识别分析，得到邮件邮政编码的数字编码信息。
检测发生器S1检测到有邮件，若邮码信息正确，L2亮，L1灭，系统根据邮件的邮码启动相应的推杆定时器，PLC从定时器中采集脉冲数，当定时器动作时就表示邮件到达分拣箱时，推进器（M1~M4）将邮件推进相应的邮箱。
随后L2灭，L1亮，继续分拣。
若邮码信息出错，则L2闪烁，电机M5停止动作，待重新启动后，再运行。
具体结构见图2。
图2
3设计的内容及要求
3.1控制设计要求及方案。
启动后绿灯L1亮表示可以进邮件，S1为ON表示模拟检测邮件的光标号检测到邮件，拨号器模拟邮件的邮码，从拨号器读到的邮码，从拨号器读到的邮码的正常值为1,2,3,4,5，若是此5个数的任意一个，则红灯L2亮，电机M5运行，将邮件分拣到邮箱内，完后L2灭，L1亮，表示可以分拣邮件，若读到的邮码不是该5个数，曾红灯L2闪烁，表示出错，电机M5停止，重新启动后，能重新运行。
3.2实验面板图
4硬件设计
4.1元器件的选择
序号
名称
型号
数量
1
Plc
Fx2N-48MR
1
2
电动机
Y250M-4
5
3
传感器
WBCO1
5
4
传送带
ＤV60
1
5
电磁阀
34EF30-E10B
1
6
启动按钮
LA25
1
7
电源
SITOP
1
8
灯泡
2
9
熔断器
RL6-25
3
10
低压隔离器
HD-11
3
11
时间继电器
JRO
3
12
按钮
LA25
2
13
压力继电器
JT4-22A
3
14
热继电器
JR16-20/3
3
４．２控制原理图
5软件设计
５．１：
PLC的I/O资源配置
输入
SD
S1
A
Ｂ
Ｃ
Ｄ
复位
Ｘ０
Ｘ１
Ｘ２
Ｘ３
Ｘ４
Ｘ５
Ｘ６
输出
Ｌ１
Ｌ２
Ｍ５
Ｍ１
Ｍ２
Ｍ３
Ｍ４
５
Ｙ０
Ｙ１
Ｙ２
Ｙ３
Ｙ４
Ｙ５
Ｙ６
Ｙ７
５．２：
设计思想与程序框图
邮件入箱控制软件设计流程：
一是邮件检测；二是编码信息检测；三是编码信息转化为脉冲信号；四是邮件入箱；五是出错控制。
PLC控制部分程序流程图如下。
５．３ 程序及其说明
５．４ ＰＬＣ外部接线图
６安装与运行调试
６．１安装可靠性技术要求
PLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直在工业环境中使用。
但是当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，都不能保证PLC的正常运行，因此使用时应注意以下问题。
1）工作环境
温度
PLC要求环境温度在55。
C。
安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境温度超过55。
C，要安装电风扇，强迫通风…。
湿度
为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85％（无凝路）。
震动
应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10．55Hz的频繁或连续振动。
当使用环境不可避免振动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。
空气
避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。
对于空气中有许多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
电源
PLC供电电源为50Hz、220（1±10％）V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵御能力。
对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：
1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。
还可以在电源输入端串接LC滤波电路。
S7-200系列PLC有直流24V输出接线端，该接线端可以为输入传感器提供24V电源。
当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。
因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
2）安装与布线
动力线、控制线以及PLC的电源线和I／O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I／O之间应采用双绞线连接。
PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。
PLC的输入输出最好分开走线，开关量和模拟量也要分开敷设。
模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽电阻的1／10。
PLC
升级会员 