基于PLC的邮件分拣和多通道温湿度控制.docx

1、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

2、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

3、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

4、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、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，20067王宇.PLC电气控制与组态设计.北京：电子工业出版社，2010目录摘要 6Abstract 6第一章 PLC和EM235概述 71PLC概述 71.1 PLC定义 71.2 PLC工作原理 71.3PLC的特点 72西门子S7-200模拟量编程 82.1模拟量扩展模块接线图及模块设置 82.2模拟量扩展模块的寻址 112.3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 131方案设计 131.1题目要求 131.2 方案说明 132 邮件分拣的实现

6、 142.1 端子分配 142.3 实际接线图 20第三章基于PLC的多通道温湿度监控装置 221方案设计 221.1题目要求 221.2 方案说明 222 多通道温湿度监控的实现 232.1 端子分配 232.2 程序设计 232.3 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

7、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 PLC EM235 邮件分拣AbstractPLC (programmable controller) as a kind of industrial control micro computer, with its programming convenient, simple operation especially its high reliability and other advantages, industrial production process in a wide range o

8、f applications. It application large-scale integrated circuits, Internet technology and communication technology development achievements, and gradually formed a has many advantages and mini, medium, large and super large specifications of the various series of products, used to relay control system

9、 to monitor from many of the control area between computers.This course design is to realize the two design, they are based on PLC mail sorting、 based on PLC control, temperature and humidity monitoring system based on EM235 Keywords : Programmable Logic Controller EM235 E-mail sorting. 第一章 PLC和EM23

10、5概述1PLC概述1.1 PLC定义PLC的定义PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，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（International Electrical Committee）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

11、个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.2 PLC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

12、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

13、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

14、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4输入范围电压（单极性）010V 05V 01V 0500mV 0100mV 050mV 电压（双极性）10V 5V 2.5V 1V 500mV 250mV 100mV 50mV 25mV电流020mA数据字格式双极性 全量程范围-32000+32000单极性 全量程范围032000分辨率12位A/D转换器模拟量输出特性模拟量输出点数1信号范围电压输出 10V电流输出020mA数据字

15、格式电压-32000+32000电流032000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SW1SW2SW3SW4SW5SW6ON单极性OFF 双极性OFF OFF X1OFF ONX10 ONOFF X100ONON无效ONOFF OFF 0.8OFF ONOFF 0.4OFF OFF ON0.2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

16、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 SW2SW3 SW4 SW5 SW6 ONOFFOFFONOFFON0到50mV 12.5V OFFONOFFONOFFON0到100mV 25V ONOFFOFFOFFONON0到500mV125uA OFFONOFFOFFONON0到1V 250VONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mV ONOFFOFFOFFOFFON0到20mA 5AOFFONOFFOFFOFFON0到10V 2.5mV 双极性满量程输入分辨率SW1

17、SW2SW3SW4SW5SW6ONOFF OFF ONOFF OFF 25mV 12.5V OFF ONOFF ONOFF OFF 50mV 25VOFF OFF ONONOFF OFF 100mV 50V ONOFF OFF OFF ONOFF 250mV 125VOFF ONOFF OFF ONOFF 500 250VOFF OFF ONOFF ONOFF 1V 500V ONOFF OFF OFF OFF OFF 2.5V 1.25mV OFF ONOFF OFF OFF OFF 5V 2.5mV OFF OFF ONOFF OFF OFF 10V 5mV 6个DIP开关决定了所有的输入

18、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

19、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42.3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A0Am（如：420mA），A/D转换后数值为D0Dm（如：640032000），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Af（D）可以表示为数学方程：A（DD0）（AmA0）（DmD0）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Df（A）可以表示为数学方程：D（AA0）（DmD0

20、）（AmA0）D0。具体举一个实例，以S7-200和420mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是640032000，即A04，Am20，D06400，Dm32000，代入公式，得出：A（D6400）（204）（320006400）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6400162560048mA。又如，某温度传感器，1060与420mA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（AIW06400）2560010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

21、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）46400。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)(5000100)/(320006400)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

22、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、3

23、V、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

24、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M1Q0.0停止 I0.1指示灯M2Q0.1外形不符E1开关I0.2指示灯E1Q0.2邮编不符E2开关I0.3指示灯E2Q0.3M1I0.4指示灯MAQ0.4M2I0.5指示灯MBQ0.5M3I0.6指示灯MCQ0.6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Q1.02.2 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

25、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（AA0）（DmD0）（AmA0）D0得，D=640

26、0Ax，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

27、开关I0.22.2 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

28、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，20035孙振强.可编程控制