基于PLC的邮件分拣机控制系统设计.doc
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1、图书分类号:密 级:毕业设计(论文)基于PLC的邮件分拣机控制系统设计MAIL SORTING MACHINE BASED ON PLC CONTROL SYSTEM DESIGN学生姓名学院名称信电工程学号班级专业名称电气工程及其自动化指导教师2014年5月23日徐州工程学院毕业设计(论文)徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明: 所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本
2、人承担。论文作者签名: 日期: 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定,即:本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝,允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容,可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名: 导师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日摘要本论文利用PLC对分拣系统进行控制设计,摆脱了使用继电器进
3、行分拣的系统,缺乏较好的稳定性,适应性不够强,且不能满足特殊的控制要求等缺陷,实现了对邮件进行自动分拣的主要目标。本论文充分利用了可编程逻辑控制器的优秀性能,设计出了具有运行稳定、故障率低等优势的系统。本论文首先介绍了论文题目的起源及其背景资料、订立的系统实施方案、设计思想和合理性推断;随后对系统开始进行硬件选型、硬件电路设计,软件程序设计,并绘制了梯形图;接下来又对系统进行调试以确定其可行性,然后利用MCGS组态软件对整个系统进行组态仿真;最后,本论文对全部的设计内容和结果进行总结陈述。关键词 可编程逻辑控制器(PLC);邮件分拣AbstractUsing PLC to design sor
4、ting system gets rid of the defect of using relay for sorting system lack of stability and adaptability, and can not meet the requirement of the special control. And PLC sorting system realizes the main target for automatic sorting mail. This paper makes full use of the excellent performance of Prog
5、rammable Logic Controller to design a system which has advantages of stable operation and low failure rate. This article firstly introduces the origin and background of the topic of the thesis, and then establishes a system implementation scheme, design idea and rationality of inference. Secondly th
6、e system starts hardware selection, hardware circuit design, software program design, and draws the ladder diagram. Then the system debugging is carried out to determine the feasibility, and then the thesis using the MCGS configuration software makes configuration simulation of the whole system. Fin
7、ally, this article summarizes the result of the total design content and presentation.Keywords Programmable Logic Controller (PLC) sorting mail III目 录1绪论11.1选题的研究背景和研究意义11.2邮件分拣系统的现状与发展趋势11.3本设计的主要研究内容22总体设计方案32.1控制要求分析32.2 可编程逻辑控制器(PLC)介绍32.2.1 PLC的硬件构成32.2.2 PLC的特点42.2.3 控制系统的PLC工作流程53系统硬件设计63.1 P
8、LC控制系统设计的基本原则63.2 PLC控制系统设计的一般步骤63.3元件选择及电器功能说明73.3.1系统元件总览73.3.2 PLC的选型83.3.3驱动元件的选择83.3.4传感器的选择93.3.5条形码扫描器103.3.6拨码器103.3.7其他元器件选择103.4邮件分拣系统的主电路图113.5 PLC的硬件接线图123.6 I/O地址分配124邮件分拣系统的程序设计144.1 PLC编程软件144.1.1编程语言144.1.2 STEP7-Micro/WIN编程软件144.2邮件分拣系统的控制要求154.3程序流程图154.4邮件分拣系统的PLC程序编写165系统调试205.1系
9、统调试结果205.2调试中遇到的问题236组态软件256.1 MCGS组态简介256.2 PLC与组态软件的连接256.3 组态设计256.3.1主控制窗口设计256.3.2组态仿真26结论31致谢32参考文献33附录34411绪论1.1选题的研究背景和研究意义现代化的社会生活离不开邮政工作。由于人们生活水平的不断提高,社会的快速进步,邮政工作也变得越来越复杂化。邮件分拣系统在最早的时候完全是由人力作业的系统。系统在工作时是由人工提取、人工搬运来进行货物的分类与运送。这种系统的分拣效率不高,且出错率较高,无法适应目前邮件分拣的快速度和高准确性的要求。因此,为了改变这种情况,以实现邮件分拣作业的
10、智能化,提升邮件的分拣速度,减少多余的人力,适应现代化社会的发展需求,从而依靠自动控制系统来实现邮件自动分拣这一新兴工程诞生了。由于科技的快速进步,各类自动化机械设备在分拣系统中开始被启用。信息的传递和处理出现了以计算机控制技术为主要方式的时代。邮件分拣系统的最重要的设计要求就是时刻把握住机械化、自动化和智能化这三点自动化设计的方向和准则。伴随着计算机控制技术的迅猛发展,可编程逻辑控制器(PLC)开始登上了历史大舞台,其功能也在短短的几十年时间内发展得越来越多样化。可编程逻辑控制器是一种把微处理器作为其核心,将微机控制技术、自动化技术以及通信技术进行综合性研发而成的新兴工业自动控制设备。在实际
11、应用上,PLC有着远超同类设备的巨大优越性,它具有稳定性强,抗干扰能力强;适用范围广泛,应用方式灵活多变;程序编写简单,容易应用;功能完善,扩展功能强大;控制系统设计、调试、安装方便快捷;体积小,易于满足机电一体化的要求等特点。与目前的工控自动系统中的其他具有类似功能的硬件相比较,可编程逻辑控制器的地位已开始逐渐上升,它越来越被设计人员所喜爱,逐步成为最重要、最被广泛应用的工控装置,PLC应用的宽度和广度已经逐渐成为评定某个国家的工业自动化水平高低的标准之一。1.2邮件分拣系统的现状与发展趋势近年来邮政行业发生了翻天覆地的巨大变化。邮政通信的技术复杂化程度不断增涨,邮件分拣已基本实现了机械化,
12、正在朝着自动化的方向挺进,利用机械实现邮件的自动分拣则是其中的关键。我国的邮件分拣研究于20世纪70年代中后期开始起步,40多年来,科研工作者们在世界分拣技术的发展进程中不断有了革命性的进展。现在已经得到普遍应用的邮件分拣机一小时的额定分拣量约为4万到5万封信。邮件自动分拣系统的诞生提高了邮政工作的效率,并减少了出错率。邮件分拣系统的优势有以下的几个方面:1.分拣误差率低。分拣的误差率越低,则分拣的准确性越高,分拣系统越可靠。分拣信息的输入机制在很大的程度上决定了邮件分拣系统的分拣准确度。假如采用人工键盘或者语音识别的方式进行信息输入,那么出现误差的概率在4.0%左右;如果采用扫描条形码的输入
13、方式,除非条形码的印刷出现了差错,不然将不会出错。因此,在目前的邮件自动分拣系统中,条形码技术逐步代替了原始的输入方式来实现邮件的分拣作业。 2.能长时间、大批量作业。由于流水线自动作业方式已经被设计者们由工业自动化生产中逐渐地移植到了邮件分拣系统中,因此目前的邮件分拣系统可以克服气候因素、时间因素、人为因素等限制在较长的时间内连续运行。同时由于邮件自动分拣系统在单位时间内分拣数量大,因此可以实现大批量分拣。 3.分拣作业人工需求量小。提高邮件分拣的自动化水平是为了简化生产工作流程、减少工作的人数,减轻员工的工作强度,而这个目标也就是设计者创立自动分拣系统的初衷。因此目前的邮件分拣系统已经逐步
14、实现了提升人员工作效率,长效无人作业的目标。1.3本设计的主要研究内容本课题需要实现利用PLC对邮件自动分拣系统控制过程进行设计,并使用实验室的邮件分拣模块对系统进行调试以确保程序的可行性,最后再对系统进行组态验证。在本设计中需要完成的研究内容如下:(1)系统运行的原理设计;(2)选择正确的元器件型号以及正确分配输入输出量;(3)对PLC控制程序进行梯形图的设计;(4)硬件的安装与PLC程序的调试;(5)运用MCGS组态对邮件分拣系统进行组态验证。2总体设计方案M4M5邮件SP1SP2SP3SP4M1M2M3一区二区三区四区2.1控制要求分析邮件检测启动L2L1错误提示进邮件 图2-1 邮件分
15、拣系统模拟图如图2-1所示,M5是控制传送带运行的电动机。M1M4是四个推杆电动机,分别用来控制四个推杆对各个地区的邮件进行分拣。一区四区的邮箱分别代表了4个不同的分拣区域,用来装入对应地区的邮件。SP1SP4是用来控制4个地区推杆电动机动作的接近开关。L1为进邮件提示灯,L2为无效邮码提示灯。2.2 可编程逻辑控制器(PLC)介绍2.2.1 PLC的硬件构成PLC主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入单元与输出单元、通信接口、扩展接口等部件构成。在这些组成部件之中,核心部件是CPU。连接CPU与生产现场的输入以及输出端口的组成部件就是输出单元以及输入单元。通信接口则是连接上位机、编程器等控
16、制设备的端口。1.中央处理单元(CPU)PLC的核心部件就是CPU。不同型号的PLC的CPU属性往往是不同的,在PLC控制系统运行的过程中,CPU按照编写好的程序指令,安排PLC进行有序的工作。2存储器存储器主要分为两大类。第一类是可读/写的随机存储器,第二类是只读存储器。存储器是PLC的主要构成元件之一,它是主要用来实现存放用户编写的程序和工作时产生的数据的功能元件。3输入/输出单元输入/输出单元通常也被称作为I/O单元或I/O模块。PLC通过输入接口可以接收受控对象的数据,并把这些数据作为对受控对象进行控制的根据。系统工作结束后,PLC会将已经被处理完毕的结果通过输出接口传输到受控对象之中
17、,以此来完成控制过程,以达到控制要求。4通信接口PLC配备有多种通信接口,大部分通信接口都装备着通信处理器。通信接口是PLC用来与监视器、打印机、微机等设备通信的部件。PLC与监视器连接,可以把控制的运行过程通过能流图的方法表现出来。2.2.2 PLC的特点一、器件结构简易,使用方便。由于PLC产品的系统化和集成化,PLC提供种类齐全的硬件装置让用户来选择。当受控对象的硬件设置完成后,就可修改程序以适应控制要求的变化。二、功能强大,适应性强。最新的PLC同时拥有逻辑运算、顺序控制、计时、计数、D/A和A/D的转换以及数据处理等功能。它既可对数字量进行控制,也可对模拟量进行控制。它既可控制单一的
18、生产机械和生产线,也可以控制单一的生产过程。三、稳定性强。使用继电器和开关控制的邮件分拣系统虽然也具有比较好的抗干扰能力,但是这类控制系统运用了大量的机械触头,使得设备的连线非常繁琐复杂,器件长时间的使用无法避免地会造成器件的损耗,这会极大地降低系统的可靠性。然而PLC运用微电子技术,开关的动作由不包含触点的电子存储器来动作,因此绝大部分的继电器和纷繁复杂的接线被编写的程序所替代,所以此系统的寿命极大增涨,可靠性也就极大地提高。三、系统的设计、安装、调试方便快捷。PLC使用软件程序替代了使用继电器控制的系统中的绝大部分控制硬件,还拥有非常齐全的模块化结构,同时由于其使用用户编写的程序来取代绝大
19、部分的硬件控制来实现其功能,这使得安装时的接线工作量极大地减少。所以只需要一台PLC和电脑就可以完成对用户程序的调试与仿真,但是继电器开关的系统则需要在生产现场进行实时调试,不仅工作量非常大而且出错率较高,不便于控制系统的实现。四、器件体积小,质量轻,功耗低。因为PLC是将微电子技术运用在工业生产中的设备,并且它拥有结构紧密、体积小、质量轻、功耗低的优势,同时还具有良好的适应环境变化的能力,因此PLC可以非常方便地安置在设备的内部,从而更加容易实现设备的机电一体化要求。2.2.3 控制系统的PLC工作流程PLC的工作原理用一句话来概括就是 “顺序扫描,连续循环”。在本系统中,通过扫描器、拨码器
20、、启动和复位开关以及接近开关对分拣信息进行采集与输入,再通过PLC对接触器和指示灯进行控制。结合上述设想的控制功能,PLC的工作流程图如图2-2所示: PLC接触器状态显示开关量输入模块启动开关复位开关扫描器拨码器接近开关图2-2 控制系统的PLC工作流程图3系统硬件设计3.1 PLC控制系统设计的基本原则设计者们在对控制系统进行设计时必须遵循要尽量满足被控对象的控制要求这一客观要求。因此,设计者们在使用PLC对控制系统进行设计时,应当遵循以下几条原则:1.尽量满足被控对象的控制要求满足受控对象的控制要求是设计系统的客观前提,只有设计出符合实际要求的系统才具有现实生产的实际意义。因此,设计人员
21、在开始设计之前就必须对被控对象进行深入研究,收集被控对象的相关资料。2.确保PLC控制系统的可靠性能够进行较长时间工作的,安全稳定地运行的PLC控制系统才具有可供生产运用的实际意义。因此,设计人员在系统设计、系统元件的选择、编写程序上要全方位地考虑,来确保控制系统的可靠性。3.力求简单、高效以及便宜一个PLC控制工程可能能够提高产品的效能,带来相当的经济和社会效益,但是一个新工程的投资也会导致投入资金的增长。因此,在满足控制要求的基础上,首先要注意不断地提高工程的收益,然后也需要争取降低设计的成本。这就需要设计人员不仅要设计出简单、经济的控制系统,而且需要设计出使用简洁、维护方便、成本低廉的控
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