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1、圖書(shū)分類(lèi)號(hào)： 密 級(jí)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 基于PLC的郵件分揀機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) MAIL SORTING MACHINE BASED ON PLC CONTROL SYSTEM DESIGN 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱(chēng) 信電工程 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 2014年 5月 23日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已

2、經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 　　 　　日期： 年 月 　日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書(shū) 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類(lèi)

3、數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 　　 日期： 年 月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日 摘要 本論文利用PLC對(duì)分揀系統(tǒng)進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，擺脫了使用繼電器進(jìn)行分揀的系統(tǒng)，缺乏較好的穩(wěn)定性，適應(yīng)性不夠強(qiáng)，且不能滿(mǎn)足特殊的控制要求等缺陷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)郵件進(jìn)行自動(dòng)分揀的主要目標(biāo)。本論文充分利用了可編程邏輯控制器的優(yōu)秀性能，設(shè)計(jì)出了具有運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低等優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)。 本論文首先介紹了論文題目的起源及其背景資料

4、、訂立的系統(tǒng)實(shí)施方案、設(shè)計(jì)思想和合理性推斷；隨后對(duì)系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行硬件選型、硬件電路設(shè)計(jì)，軟件程序設(shè)計(jì)，并繪制了梯形圖；接下來(lái)又對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試以確定其可行性，然后利用MCGS組態(tài)軟件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)仿真；最后，本論文對(duì)全部的設(shè)計(jì)內(nèi)容和結(jié)果進(jìn)行總結(jié)陳述。 關(guān)鍵詞 可編程邏輯控制器（PLC）；郵件分揀 Abstract Using PLC to design sorting system gets rid of the defect of using relay for sorting system lack of stability a

5、nd 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 Programmable Logic Controller to design a system which has advantages of stable operation an

6、d 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 the system starts hardware selection, hardware circuit design, software program design,

7、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. Finally, this article summarizes the result of the total design content and presentation.

8、 Keywords Programmable Logic Controller (PLC) sorting mail 目 錄 1緒論 1 1.1選題的研究背景和研究意義 1 1.2郵件分揀系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 1.3本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容 2 2總體設(shè)計(jì)方案 3 2.1控制要求分析 3 2.2 可編程邏輯控制器（PLC）介紹 3 2.2.1 PLC的硬件構(gòu)成 3 2.2.2 PLC的特點(diǎn) 4 2.2.3 控制系統(tǒng)的PLC工作流程 5 3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基

9、本原則 6 3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 6 3.3元件選擇及電器功能說(shuō)明 7 3.3.1系統(tǒng)元件總覽 7 3.3.2 PLC的選型 8 3.3.3驅(qū)動(dòng)元件的選擇 8 3.3.4傳感器的選擇 9 3.3.5條形碼掃描器 10 3.3.6撥碼器 10 3.3.7其他元器件選擇 10 3.4郵件分揀系統(tǒng)的主電路圖 11 3.5 PLC的硬件接線(xiàn)圖 12 3.6 I/O地址分配 12 4郵件分揀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 14 4.1 PLC編程軟件 14 4.1.1編程語(yǔ)言 14 4.1.2 STEP7-Micro/WIN編程軟件 14 4.2郵件分揀系統(tǒng)的控制要求

10、15 4.3程序流程圖 15 4.4郵件分揀系統(tǒng)的PLC程序編寫(xiě) 16 5系統(tǒng)調(diào)試 20 5.1系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 20 5.2調(diào)試中遇到的問(wèn)題 23 6組態(tài)軟件 25 6.1 MCGS組態(tài)簡(jiǎn)介 25 6.2 PLC與組態(tài)軟件的連接 25 6.3 組態(tài)設(shè)計(jì) 25 6.3.1主控制窗口設(shè)計(jì) 25 6.3.2組態(tài)仿真 26 結(jié)論 31 致謝 32 參考文獻(xiàn) 33 附錄 34 1緒論 1.1選題的研究背景和研究意義 現(xiàn)代化的社會(huì)生活離不開(kāi)郵政工作。由于人們生活水平的不斷提高，

11、社會(huì)的快速進(jìn)步，郵政工作也變得越來(lái)越復(fù)雜化。郵件分揀系統(tǒng)在最早的時(shí)候完全是由人力作業(yè)的系統(tǒng)。系統(tǒng)在工作時(shí)是由人工提取、人工搬運(yùn)來(lái)進(jìn)行貨物的分類(lèi)與運(yùn)送。這種系統(tǒng)的分揀效率不高，且出錯(cuò)率較高，無(wú)法適應(yīng)目前郵件分揀的快速度和高準(zhǔn)確性的要求。因此，為了改變這種情況，以實(shí)現(xiàn)郵件分揀作業(yè)的智能化，提升郵件的分揀速度，減少多余的人力，適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展需求，從而依靠自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)郵件自動(dòng)分揀這一新興工程誕生了。由于科技的快速進(jìn)步，各類(lèi)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備在分揀系統(tǒng)中開(kāi)始被啟用。信息的傳遞和處理出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要方式的時(shí)代。郵件分揀系統(tǒng)的最重要的設(shè)計(jì)要求就是時(shí)刻把握住機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化這三點(diǎn)自動(dòng)

12、化設(shè)計(jì)的方向和準(zhǔn)則。 伴隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程邏輯控制器（PLC）開(kāi)始登上了歷史大舞臺(tái)，其功能也在短短的幾十年時(shí)間內(nèi)發(fā)展得越來(lái)越多樣化?？删幊踢壿嬁刂破魇且环N把微處理器作為其核心，將微機(jī)控制技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及通信技術(shù)進(jìn)行綜合性研發(fā)而成的新興工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用上，PLC有著遠(yuǎn)超同類(lèi)設(shè)備的巨大優(yōu)越性，它具有穩(wěn)定性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)；適用范圍廣泛，應(yīng)用方式靈活多變；程序編寫(xiě)簡(jiǎn)單，容易應(yīng)用；功能完善，擴(kuò)展功能強(qiáng)大；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試、安裝方便快捷；體積小，易于滿(mǎn)足機(jī)電一體化的要求等特點(diǎn)。與目前的工控自動(dòng)系統(tǒng)中的其他具有類(lèi)似功能的硬件相比較，可編程邏輯控制器的地位已開(kāi)始逐漸上升

13、，它越來(lái)越被設(shè)計(jì)人員所喜愛(ài)，逐步成為最重要、最被廣泛應(yīng)用的工控裝置，PLC應(yīng)用的寬度和廣度已經(jīng)逐漸成為評(píng)定某個(gè)國(guó)家的工業(yè)自動(dòng)化水平高低的標(biāo)準(zhǔn)之一。 1.2郵件分揀系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái)郵政行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的巨大變化。郵政通信的技術(shù)復(fù)雜化程度不斷增漲，郵件分揀已基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，正在朝著自動(dòng)化的方向挺進(jìn)，利用機(jī)械實(shí)現(xiàn)郵件的自動(dòng)分揀則是其中的關(guān)鍵。我國(guó)的郵件分揀研究于20世紀(jì)70年代中后期開(kāi)始起步，40多年來(lái)，科研工作者們?cè)谑澜绶謷夹g(shù)的發(fā)展進(jìn)程中不斷有了革命性的進(jìn)展。現(xiàn)在已經(jīng)得到普遍應(yīng)用的郵件分揀機(jī)一小時(shí)的額定分揀量約為4萬(wàn)到5萬(wàn)封信。 郵件自動(dòng)分揀系統(tǒng)的誕生提高了郵政工作的效率，

14、并減少了出錯(cuò)率。郵件分揀系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)有以下的幾個(gè)方面： 1.分揀誤差率低。分揀的誤差率越低，則分揀的準(zhǔn)確性越高，分揀系統(tǒng)越可靠。分揀信息的輸入機(jī)制在很大的程度上決定了郵件分揀系統(tǒng)的分揀準(zhǔn)確度。假如采用人工鍵盤(pán)或者語(yǔ)音識(shí)別的方式進(jìn)行信息輸入，那么出現(xiàn)誤差的概率在4.0%左右；如果采用掃描條形碼的輸入方式，除非條形碼的印刷出現(xiàn)了差錯(cuò)，不然將不會(huì)出錯(cuò)。因此，在目前的郵件自動(dòng)分揀系統(tǒng)中，條形碼技術(shù)逐步代替了原始的輸入方式來(lái)實(shí)現(xiàn)郵件的分揀作業(yè)。 2.能長(zhǎng)時(shí)間、大批量作業(yè)。由于流水線(xiàn)自動(dòng)作業(yè)方式已經(jīng)被設(shè)計(jì)者們由工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中逐漸地移植到了郵件分揀系統(tǒng)中，因此目前的郵件分揀系統(tǒng)可以克服氣候因素、時(shí)間因

15、素、人為因素等限制在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)運(yùn)行。同時(shí)由于郵件自動(dòng)分揀系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)分揀數(shù)量大，因此可以實(shí)現(xiàn)大批量分揀。 3.分揀作業(yè)人工需求量小。提高郵件分揀的自動(dòng)化水平是為了簡(jiǎn)化生產(chǎn)工作流程、減少工作的人數(shù)，減輕員工的工作強(qiáng)度，而這個(gè)目標(biāo)也就是設(shè)計(jì)者創(chuàng)立自動(dòng)分揀系統(tǒng)的初衷。因此目前的郵件分揀系統(tǒng)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了提升人員工作效率，長(zhǎng)效無(wú)人作業(yè)的目標(biāo)。 1.3本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容 本課題需要實(shí)現(xiàn)利用PLC對(duì)郵件自動(dòng)分揀系統(tǒng)控制過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使用實(shí)驗(yàn)室的郵件分揀模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試以確保程序的可行性，最后再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)驗(yàn)證。在本設(shè)計(jì)中需要完成的研究?jī)?nèi)容如下： (1)系統(tǒng)運(yùn)行的原理設(shè)計(jì)； (

16、2)選擇正確的元器件型號(hào)以及正確分配輸入輸出量； (3)對(duì)PLC控制程序進(jìn)行梯形圖的設(shè)計(jì)； (4)硬件的安裝與PLC程序的調(diào)試； (5)運(yùn)用MCGS組態(tài)對(duì)郵件分揀系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)驗(yàn)證。 2總體設(shè)計(jì)方案 M4 M5 郵件 SP1 SP2 SP3 SP4 M1 M2 M3 一區(qū) 二 區(qū) 三區(qū) 四區(qū) 2.1控制要求分析 郵件檢測(cè) 啟動(dòng) L2 L1 錯(cuò)誤提示 進(jìn)郵件

17、 圖2-1 郵件分揀系統(tǒng)模擬圖 如圖2-1所示，M5是控制傳送帶運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。M1~M4是四個(gè)推桿電動(dòng)機(jī)，分別用來(lái)控制四個(gè)推桿對(duì)各個(gè)地區(qū)的郵件進(jìn)行分揀。一區(qū)~四區(qū)的郵箱分別代表了4個(gè)不同的分揀區(qū)域，用來(lái)裝入對(duì)應(yīng)地區(qū)的郵件。SP1~SP4是用來(lái)控制4個(gè)地區(qū)推桿電動(dòng)機(jī)動(dòng)作的接近開(kāi)關(guān)。L1為進(jìn)郵件提示燈，L2為無(wú)效郵碼提示燈。 2.2 可編程邏輯控制器（PLC）介紹 2.2.1 PLC的硬件構(gòu)成 PLC主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元與輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口等部件構(gòu)成。在這些組成部件之中，核心部件是CPU。連接CPU與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的輸入以及輸出端口的

18、組成部件就是輸出單元以及輸入單元。通信接口則是連接上位機(jī)、編程器等控制設(shè)備的端口。 1.中央處理單元（CPU） PLC的核心部件就是CPU。不同型號(hào)的PLC的CPU屬性往往是不同的，在PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，CPU按照編寫(xiě)好的程序指令，安排PLC進(jìn)行有序的工作。 2．存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器主要分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)是可讀/寫(xiě)的隨機(jī)存儲(chǔ)器，第二類(lèi)是只讀存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器是PLC的主要構(gòu)成元件之一，它是主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)存放用戶(hù)編寫(xiě)的程序和工作時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的功能元件。 3．輸入/輸出單元 輸入/輸出單元通常也被稱(chēng)作為I/O單元或I/O模塊。PLC通過(guò)輸入接口可以接收受控對(duì)象的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)作為對(duì)受控

19、對(duì)象進(jìn)行控制的根據(jù)。系統(tǒng)工作結(jié)束后，PLC會(huì)將已經(jīng)被處理完畢的結(jié)果通過(guò)輸出接口傳輸?shù)绞芸貙?duì)象之中，以此來(lái)完成控制過(guò)程，以達(dá)到控制要求。 4．通信接口 PLC配備有多種通信接口，大部分通信接口都裝備著通信處理器。通信接口是PLC用來(lái)與監(jiān)視器、打印機(jī)、微機(jī)等設(shè)備通信的部件。PLC與監(jiān)視器連接，可以把控制的運(yùn)行過(guò)程通過(guò)能流圖的方法表現(xiàn)出來(lái)。 2.2.2 PLC的特點(diǎn) 一、器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，使用方便。由于PLC產(chǎn)品的系統(tǒng)化和集成化，PLC提供種類(lèi)齊全的硬件裝置讓用戶(hù)來(lái)選擇。當(dāng)受控對(duì)象的硬件設(shè)置完成后，就可修改程序以適應(yīng)控制要求的變化。 二、功能強(qiáng)大，適應(yīng)性強(qiáng)。最新的PLC同時(shí)擁有邏輯運(yùn)算、順序控

20、制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、D/A和A/D的轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理等功能。它既可對(duì)數(shù)字量進(jìn)行控制，也可對(duì)模擬量進(jìn)行控制。它既可控制單一的生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)線(xiàn)，也可以控制單一的生產(chǎn)過(guò)程。 三、穩(wěn)定性強(qiáng)。使用繼電器和開(kāi)關(guān)控制的郵件分揀系統(tǒng)雖然也具有比較好的抗干擾能力，但是這類(lèi)控制系統(tǒng)運(yùn)用了大量的機(jī)械觸頭，使得設(shè)備的連線(xiàn)非常繁瑣復(fù)雜，器件長(zhǎng)時(shí)間的使用無(wú)法避免地會(huì)造成器件的損耗，這會(huì)極大地降低系統(tǒng)的可靠性。然而PLC運(yùn)用微電子技術(shù)，開(kāi)關(guān)的動(dòng)作由不包含觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器來(lái)動(dòng)作，因此絕大部分的繼電器和紛繁復(fù)雜的接線(xiàn)被編寫(xiě)的程序所替代，所以此系統(tǒng)的壽命極大增漲，可靠性也就極大地提高。 三、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便快捷。PLC

21、使用軟件程序替代了使用繼電器控制的系統(tǒng)中的絕大部分控制硬件，還擁有非常齊全的模塊化結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于其使用用戶(hù)編寫(xiě)的程序來(lái)取代絕大部分的硬件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，這使得安裝時(shí)的接線(xiàn)工作量極大地減少。所以只需要一臺(tái)PLC和電腦就可以完成對(duì)用戶(hù)程序的調(diào)試與仿真，但是繼電器開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)則需要在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試，不僅工作量非常大而且出錯(cuò)率較高，不便于控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 四、器件體積小，質(zhì)量輕，功耗低。因?yàn)镻LC是將微電子技術(shù)運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)備，并且它擁有結(jié)構(gòu)緊密、體積小、質(zhì)量輕、功耗低的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有良好的適應(yīng)環(huán)境變化的能力，因此PLC可以非常方便地安置在設(shè)備的內(nèi)部，從而更加容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備的機(jī)電一體化要

22、求。 2.2.3 控制系統(tǒng)的PLC工作流程 PLC的工作原理用一句話(huà)來(lái)概括就是 “順序掃描，連續(xù)循環(huán)”。在本系統(tǒng)中，通過(guò)掃描器、撥碼器、啟動(dòng)和復(fù)位開(kāi)關(guān)以及接近開(kāi)關(guān)對(duì)分揀信息進(jìn)行采集與輸入，再通過(guò)PLC對(duì)接觸器和指示燈進(jìn)行控制。結(jié)合上述設(shè)想的控制功能，PLC的工作流程圖如圖2-2所示： PLC 接觸器 狀態(tài)顯示 開(kāi)關(guān)量輸入模塊 啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 復(fù)位開(kāi)關(guān) 掃描器 撥碼器 接近開(kāi)關(guān) 圖2-2 控制系統(tǒng)的PLC工作流程圖 3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本

23、原則 設(shè)計(jì)者們?cè)趯?duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循要盡量滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求這一客觀(guān)要求。因此，設(shè)計(jì)者們?cè)谑褂肞LC對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循以下幾條原則： 1.盡量滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求 滿(mǎn)足受控對(duì)象的控制要求是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的客觀(guān)前提，只有設(shè)計(jì)出符合實(shí)際要求的系統(tǒng)才具有現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的實(shí)際意義。因此，設(shè)計(jì)人員在開(kāi)始設(shè)計(jì)之前就必須對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行深入研究，收集被控對(duì)象的相關(guān)資料。 2.確保PLC控制系統(tǒng)的可靠性 能夠進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間工作的，安全穩(wěn)定地運(yùn)行的PLC控制系統(tǒng)才具有可供生產(chǎn)運(yùn)用的實(shí)際意義。因此，設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)元件的選擇、編寫(xiě)程序上要全方位地考慮，來(lái)確保控制系統(tǒng)的可靠性。 3.力

24、求簡(jiǎn)單、高效以及便宜 一個(gè)PLC控制工程可能能夠提高產(chǎn)品的效能，帶來(lái)相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，但是一個(gè)新工程的投資也會(huì)導(dǎo)致投入資金的增長(zhǎng)。因此，在滿(mǎn)足控制要求的基礎(chǔ)上，首先要注意不斷地提高工程的收益，然后也需要爭(zhēng)取降低設(shè)計(jì)的成本。這就需要設(shè)計(jì)人員不僅要設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的控制系統(tǒng)，而且需要設(shè)計(jì)出使用簡(jiǎn)潔、維護(hù)方便、成本低廉的控制系統(tǒng)。 4.適應(yīng)發(fā)展的需求 因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也在相應(yīng)地提高，所以設(shè)計(jì)者們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候要適時(shí)地考慮往后控制系統(tǒng)的發(fā)展和更新的需求。這就要設(shè)計(jì)者們?cè)趯?duì)PLC元件進(jìn)行選型、確定輸入以及輸出模塊、分配I/O接口和計(jì)算內(nèi)存容量的時(shí)候，要適當(dāng)?shù)亓粝略Ａ浚?/p>

25、便滿(mǎn)足往后發(fā)展的要求和工藝的進(jìn)步。 3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 1.分析被控對(duì)象并提出控制要求 仔細(xì)分析受控對(duì)象的工作要求和控制需求，理解被控對(duì)象內(nèi)部的配合，提出被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的控制需求，確立設(shè)計(jì)方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)計(jì)劃書(shū)。 2.確定輸入與輸出設(shè)備 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的控制要求，來(lái)確立系統(tǒng)中所需要的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，接著擬定與PLC相連的輸入以及輸出設(shè)備，最終確定PLC的I/O接口分布圖。 3.選擇PLC 根據(jù)系統(tǒng)提出的要求對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等具體要求進(jìn)行選擇。 4.分配I/O接口并設(shè)計(jì)PLC外部硬件線(xiàn)路圖 （1）分配I/O接口 確立PLC

26、的I/O接口與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)的分布圖，該步驟也可以在第2步中就進(jìn)行。 （2）設(shè)計(jì)PLC外部硬件線(xiàn)路 設(shè)計(jì)出系統(tǒng)剩余部分的電氣線(xiàn)路圖，包括了主電路圖與PLC外圍的控制電路圖。到此為止，就基本完成了對(duì)控制系統(tǒng)的硬件電氣設(shè)計(jì)。 5.程序設(shè)計(jì) （1）程序設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)提出的控制要求，運(yùn)用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方式來(lái)設(shè)計(jì)PLC的梯形圖程序。設(shè)計(jì)出來(lái)的程序要必須滿(mǎn)足系統(tǒng)的控制要求，在此前提下設(shè)計(jì)者對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)控制功能進(jìn)行逐一編寫(xiě)，然后逐步地完善系統(tǒng)所要求的功能。 （2）程序模擬調(diào)試 程序模擬調(diào)試就是用各種元器件或者仿真和組態(tài)軟件模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造出一定的實(shí)現(xiàn)環(huán)境。根據(jù)生產(chǎn)

27、現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)方式的不同，模擬調(diào)試分為硬件模擬調(diào)試法和軟件模擬調(diào)試法這兩種實(shí)現(xiàn)方式。 3.3元件選擇及電器功能說(shuō)明 3.3.1系統(tǒng)元件總覽 系統(tǒng)中所需要用到的元件如表3-1： 表3-1 系統(tǒng)元件選擇 序列 名稱(chēng) 型號(hào) 數(shù)量 1 PLC CPU-226 1 2 電動(dòng)機(jī) Y2-63M1-4 5 3 傳送帶 DV60 1 4 啟動(dòng)/復(fù)位按鈕 LA23-D-GW 2 6 指示燈 XDN1-24 2 7 熔斷器 TRF250-800 15 8 交流接觸器 3TB40 5 9 快速斷路器 DZ47-60 1P 1A 1 10

28、熱繼電器 NR2-25G/Z 0.5A 5 3.3.2 PLC的選型 本設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求需要11個(gè)輸入點(diǎn)和11個(gè)輸出點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)選擇西門(mén)子S7-200系列的CPU-226型PLC。 這個(gè)型號(hào)的PLC擁有24個(gè)輸入、16個(gè)輸出的數(shù)字量I/O接口，256個(gè)定時(shí)器，足夠滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的硬件配置要求。在對(duì)元器件進(jìn)行選型的時(shí)候需要注意，CPU-226型PLC的輸出口是繼電器型，因此可以既可以接交流負(fù)載也可以接直流負(fù)載。 3.3.3驅(qū)動(dòng)元件的選擇 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種由驅(qū)動(dòng)元件來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)的組合裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以根據(jù)其使用的動(dòng)力源的區(qū)別，而被分為液壓、氣壓、電氣和機(jī)械等多種傳動(dòng)方式。 表3-2 各種

29、控制方式的比較 項(xiàng)目 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 電氣傳動(dòng) 機(jī)械傳送 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 復(fù)雜 較復(fù)雜 安裝自由度 大 大 中 小 輸出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 動(dòng)作速度 大 稍大 大 小 通過(guò)表3-2可知，電氣驅(qū)動(dòng)的精確度最高，郵件分揀系統(tǒng)的精確度較高，因此本文選擇電氣傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式。 電氣傳動(dòng)中需要考慮的是電動(dòng)機(jī)的選擇，本設(shè)計(jì)中需要選擇2種電動(dòng)機(jī)。第一種電動(dòng)機(jī)需要控制傳送帶的運(yùn)動(dòng)，由于郵件的質(zhì)量一般不超過(guò)70Kg，傳送帶的摩擦系數(shù)一般取0.3，假設(shè)傳送帶移動(dòng)速度為0.2 m/s，可以根據(jù)式(3.1)求

30、出負(fù)載功率為41.16 W。 式（3.1） 式中 ——表示傳送帶平移作用力； ——表示傳送帶平移速度； ——表示傳送帶摩擦因數(shù)； ——表示郵件質(zhì)量； ——表示重力加速度。 在查詢(xún)了小型三相異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)后，本論文先選擇了Y2-63M1-4型三相異步電動(dòng)機(jī)。此型號(hào)的電動(dòng)機(jī)性能如表3-3所示，其效率為0.57，一般的傳送帶系統(tǒng)的傳動(dòng)效率為0.8，由式（3.2）可求得為90.26 W。由于此電動(dòng)機(jī)需要頻繁啟動(dòng)，因此在選擇電動(dòng)機(jī)的功率上要選擇較大一點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)，一般選擇1.2倍的電動(dòng)機(jī)，而Y2-63M1-4型三相異步電動(dòng)機(jī)的額定

31、功率為120W，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。 式（3.2） 式中 ——表示電動(dòng)機(jī)的效率； ——表示傳送帶系統(tǒng)的傳動(dòng)效率。 在選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)時(shí)還需要檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是否滿(mǎn)足等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求?？梢愿鶕?jù)式（3.3）求出電動(dòng)機(jī)的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.35Nm，而Y2-63M1-4型三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速可根據(jù)式（3.4）求得為0.83 Nm，完全滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求，因此本設(shè)計(jì)選擇了Y2-63M1-4型三相異步電動(dòng)機(jī)。 表3-3 Y2-63M1-4型三相異步電動(dòng)機(jī)性能表 型號(hào) 額定功率

32、 額定電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因數(shù) 最大轉(zhuǎn)矩 最小轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 kW A r/min % 倍 倍 倍 Y2-63M1-4 0.12 0.4 1370 57 0.72 2.2 1.7 2.1 式（3.3） 式中 ——表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。 式（3.4） 式中 ——表示電動(dòng)機(jī)的額定功率； ——表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速。 第二種電動(dòng)

33、機(jī)用于控制分揀推桿，其選擇方法類(lèi)似于第一種電動(dòng)機(jī)。假設(shè)推動(dòng)速度為0.2 m/s，郵件與傳送帶的摩擦因數(shù)為0.3，推桿系統(tǒng)的傳動(dòng)效率一般為0.8，可以根據(jù)式（3.1）求出負(fù)載功率為41.16W，所以本設(shè)計(jì)選擇了Y2-63M1-4型三相異步電動(dòng)機(jī)。同時(shí)還要檢驗(yàn)電動(dòng)的轉(zhuǎn)矩是否符合等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求，由式（3.3）可以求得等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.35 Nm，因此本設(shè)計(jì)選擇了Y2-63M1-4型三相異步電動(dòng)機(jī)。 綜上所述，本論文的系統(tǒng)一共需要5臺(tái)Y2-63M1-4型三相交流電動(dòng)機(jī)。 3.3.4傳感器的選擇 傳感器是一種檢測(cè)被測(cè)對(duì)象的各種物理量的狀態(tài)變化，再將這種狀態(tài)變化量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的電氣元件。它主要的

34、使用范圍有檢測(cè)系統(tǒng)與作業(yè)的對(duì)象、工作環(huán)境的狀態(tài)，為準(zhǔn)確地控制系統(tǒng)的工作提供相應(yīng)的信息。 在本設(shè)計(jì)中，需要用到接近開(kāi)關(guān)。由于郵件檢測(cè)的實(shí)物要求，接近開(kāi)關(guān)必須要能準(zhǔn)確地識(shí)別紙制、塑料、金屬等屬性的材料，同時(shí)由于只有當(dāng)郵件通過(guò)時(shí)接近開(kāi)關(guān)才會(huì)動(dòng)作，所以輸出方式必須是常開(kāi)型。因此，本設(shè)計(jì)選用了CP-18R8DN型接近開(kāi)關(guān)。 CP-18R8DN型接近開(kāi)關(guān)是一種圓柱形電容式交流接近開(kāi)關(guān)，感應(yīng)距離為8mm，可感應(yīng)非金屬材料，輸出方式為常開(kāi)型，工作電壓為交流24V。 3.3.5條形碼掃描器 在對(duì)郵碼進(jìn)行檢測(cè)時(shí)要使用掃描器。掃描器是一種自身可以發(fā)射光線(xiàn)去照射郵件上的郵碼，然后利用光電轉(zhuǎn)換器來(lái)接收郵碼的反射

35、光線(xiàn)，并將反射光線(xiàn)的亮暗區(qū)別轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的裝置。由于在對(duì)郵件上的郵碼進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，郵件的大小形狀、包裹方式、郵碼位置等不盡相同，因此，本設(shè)計(jì)選用了LS 6004-I000型全方位掃描器。 3.3.6撥碼器 撥碼器將條形碼掃描器傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字過(guò)濾，以便實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信號(hào)輸出，以此來(lái)完成數(shù)字信息的轉(zhuǎn)換，從而傳輸?shù)絇LC中進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。 本設(shè)計(jì)選用DS-05型撥碼器，此種撥碼器有5個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，工作電壓直流24V，額定電流0.025A，足夠滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求。 3.3.7其他元器件選擇 （一）接觸器的選擇 接觸器是一種利用電磁感應(yīng)來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的元器件。在選擇接觸器的

36、型號(hào)時(shí)，需要考慮接觸器觸頭的額定電流，額定電流是在大于8小時(shí)的運(yùn)行情形下的接觸器的運(yùn)行電流，一般按照負(fù)荷額定電流的1.5～2.0倍來(lái)選取。由于本設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)的額定工作電流為0.4A，因此本設(shè)計(jì)選用了3TB40西門(mén)子交流接觸器，此接觸器主觸頭的額定工作電流為1A,主觸頭工作電壓為交流24V，滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)的電流要求。 （二）熔斷器 熔斷器是一種用于過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)元件，它串聯(lián)在線(xiàn)路中，當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)電流時(shí)，高溫會(huì)融斷熔斷器的熔體以達(dá)到保護(hù)電路的目的。本設(shè)計(jì)選擇的電動(dòng)機(jī)額定電流為0.4A，一般用來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)的熔斷器的額定電流為負(fù)載額定電流的1.5～2.5倍。因此，本設(shè)計(jì)選擇了TRF250-8

37、00型熔斷器，額定電流為0.8A，最大工作電壓為250V，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 （三）斷路器 斷路器是一種串聯(lián)在電路中，能夠?qū)€(xiàn)路和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，在欠電壓和過(guò)電流等異常工作狀態(tài)時(shí)進(jìn)行動(dòng)作的保護(hù)元件。一般取負(fù)載額定電流的1.5～2倍，在需要頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電路中則需要增加倍數(shù)。本論文選取DZ47-60 1P 1A型斷路器，此種斷路器動(dòng)作電流為1A，工作電壓為220V～400V，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 （四）熱繼電器 熱繼電器是一種通過(guò)流過(guò)的電流所產(chǎn)生的熱量使不同膨脹系數(shù)的金屬片發(fā)生不同程度的形變，以分?jǐn)嘟佑|器控制電路來(lái)斷開(kāi)主電路的電氣保護(hù)元件。熱繼電器的額定電流一般取1.2倍的負(fù)載額定電流，因此

38、本論文選擇了NR2-25G/Z 0.5A型號(hào)的熱繼電器，額定電流為0.5A，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 3.4郵件分揀系統(tǒng)的主電路圖 根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)出如圖3-1所示的主電路圖。系統(tǒng)是通過(guò)PLC對(duì)KM1~KM9這9個(gè)接觸器進(jìn)行控制，進(jìn)而控制M1~M5這5個(gè)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)以達(dá)到控制要求的。 圖3-1 主電路圖 3.5 PLC的硬件接線(xiàn)圖 根據(jù)控制要求可得PLC系統(tǒng)的I/O接線(xiàn)圖如圖3-2所示： 圖3-2 PLC的I

39、/O接線(xiàn)圖 3.6 I/O地址分配 本文分揀系統(tǒng)的I/O對(duì)應(yīng)分配表如表3-3所示。由表可知，系統(tǒng)總共需要I/O端口數(shù)為11個(gè)輸入，11個(gè)輸出。 表3-4 分揀系統(tǒng)I/O口分配表 輸入 編號(hào) 輸出 編號(hào) 啟動(dòng) I0.0 紅燈L1提示進(jìn)郵件 Q0.0 郵件檢測(cè) I0.1 綠燈L2提示無(wú)效郵碼 Q0.1 撥碼器1號(hào)線(xiàn) I0.2 1號(hào)電機(jī)正轉(zhuǎn)KM1 Q0.2 撥碼器2號(hào)線(xiàn) I0.3 2號(hào)電機(jī)正轉(zhuǎn)KM2 Q0.3 撥碼器3號(hào)線(xiàn) I0.4 3號(hào)電機(jī)正轉(zhuǎn)KM3 Q0.4 續(xù)表3-4 撥碼器4號(hào)線(xiàn) I0.5 4號(hào)電機(jī)正轉(zhuǎn)KM4 Q0.5

40、 接近開(kāi)關(guān)1（SP1） I0.6 5號(hào)電機(jī)正轉(zhuǎn)KM5 Q0.6 接近開(kāi)關(guān)2（SP2） I0.7 1號(hào)電機(jī)反轉(zhuǎn)KM6 Q0.7 接近開(kāi)關(guān)3（SP3） I1.0 2號(hào)電機(jī)反轉(zhuǎn)KM7 Q1.0 接近開(kāi)關(guān)4（SP4） I1.1 3號(hào)電機(jī)反轉(zhuǎn)KM8 Q1.1 復(fù)位開(kāi)關(guān) I1.2 4號(hào)電機(jī)反轉(zhuǎn)KM9 Q1.2 4郵件分揀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 4.1 PLC編程軟件 4.1.1編程語(yǔ)言 梯形圖是一種PLC程序設(shè)計(jì)中常用的編程語(yǔ)言。梯形圖的優(yōu)點(diǎn)是：其具有廣泛的直觀(guān)性和對(duì)應(yīng)性；與系統(tǒng)的繼電器控制的動(dòng)作一致

41、，設(shè)計(jì)人員便于掌控。在運(yùn)用梯形圖進(jìn)行編程時(shí)需要注意其與原有的繼電器控制的區(qū)別，在梯形圖中的能流并不是通常意義上的電流，其內(nèi)部的輔助繼電器也并不是實(shí)際存在著的繼電器。因此，設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用時(shí)需要注意區(qū)分其與繼電器控制的概念的異同。 4.1.2 STEP7-Micro/WIN編程軟件 STEP7-Micro/WIN編程軟件是西門(mén)子S7-200可編程邏輯控制器的配套編程軟件。STEP7-Micro/WIN的界面窗口如圖4-1所示。 主界面可以分成以下幾個(gè)模塊：瀏覽條、指令樹(shù)、數(shù)據(jù)塊、狀態(tài)圖、符號(hào)表、輸出窗口和程序編輯器。 圖4-1 STEP7-Micro/WIN軟件

42、的界面窗口 4.2郵件分揀系統(tǒng)的控制要求 按下啟動(dòng)按鈕后5號(hào)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，傳送帶啟動(dòng)，紅燈L1亮提示可以進(jìn)入郵件，從撥碼器開(kāi)始讀入郵碼，當(dāng)1號(hào)信號(hào)線(xiàn)上有信號(hào)輸入則表示進(jìn)入了1號(hào)郵件，當(dāng)2號(hào)信號(hào)線(xiàn)上有信號(hào)輸入則表示進(jìn)入了2號(hào)郵件，當(dāng)3號(hào)信號(hào)線(xiàn)上有信號(hào)輸入表示進(jìn)入了3號(hào)郵件，當(dāng)4號(hào)信號(hào)線(xiàn)上有信號(hào)輸入則表示進(jìn)入了4號(hào)郵件。如果是這4個(gè)區(qū)的郵碼中的任意一個(gè)，則紅燈L1熄滅，傳送帶將郵件傳送到對(duì)應(yīng)1～4號(hào)郵箱位置處時(shí)接近開(kāi)關(guān)有信號(hào)輸入，傳送帶停止，對(duì)應(yīng)的推桿電動(dòng)機(jī)將郵件推到對(duì)應(yīng)的郵箱內(nèi)，完成后推桿反轉(zhuǎn)回歸原位，傳送帶繼續(xù)啟動(dòng)，L1燈亮，提示可以繼續(xù)放入郵件。如果郵碼錯(cuò)誤，傳送帶停止，綠

43、燈L2閃爍提示無(wú)效郵碼，需要重新按下啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)才能繼續(xù)分揀。 4.3程序流程圖 本設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖4-2所示： 郵件檢測(cè) 若可判別，L1熄滅，電動(dòng)機(jī)5繼續(xù)運(yùn)行 傳送帶停止，推桿電機(jī)啟動(dòng) L1亮，推桿電機(jī)反轉(zhuǎn)，傳送帶繼續(xù)啟動(dòng) 不可判別，綠燈L2閃爍，電動(dòng)機(jī)5停止運(yùn)行 重啟 系統(tǒng)啟動(dòng)，紅燈L1亮，電動(dòng)機(jī)5運(yùn)行 圖4-2 本設(shè)計(jì)的程序流程圖 4.4郵件分揀系統(tǒng)的PLC程序編寫(xiě) 本論文的梯形圖程序編寫(xiě)沒(méi)有用到子程序，所有的功能都在主程序中實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)調(diào)試確保了程序的正確性與可行性，完整

44、的程序可參照附錄。 （一）系統(tǒng)啟動(dòng)程序 如圖4-3所示：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)啟動(dòng)并自鎖，紅燈L1點(diǎn)亮，提示可以進(jìn)入郵件；當(dāng)完成某一區(qū)的分揀后，L1重新點(diǎn)亮，提示可以進(jìn)入郵件。 圖4-3 系統(tǒng)啟動(dòng)程序 （二）傳送帶啟動(dòng)程序 如圖4-4所示：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕（I0.1）時(shí)傳送帶啟動(dòng)；當(dāng)某區(qū)的郵件分揀結(jié)束后，推桿電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)時(shí)，傳送帶重新啟動(dòng)。 圖4-4 傳送帶啟動(dòng)程序 （二）傳送帶停止程序 如圖4-5所示：按下復(fù)位開(kāi)關(guān)時(shí)，傳送帶停

45、止；當(dāng)各個(gè)區(qū)的接近開(kāi)關(guān)有信號(hào)輸出時(shí)，傳送帶停止；當(dāng)出現(xiàn)無(wú)效郵碼時(shí)傳送帶停止。 圖4-5 傳送帶停止程序 （三）郵碼信號(hào)自鎖程序 郵碼檢測(cè)信號(hào)的輸入和郵碼輸入信號(hào)是一個(gè)瞬時(shí)量而不是一個(gè)過(guò)程量。因此，本設(shè)計(jì)在每一個(gè)郵碼輸入后都加上了自鎖，再利用輔助繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀系統(tǒng)的控制,同時(shí)為了使信號(hào)自鎖在下次郵碼輸入前清零，本設(shè)計(jì)又通過(guò)借用控制推桿電動(dòng)機(jī)的定時(shí)器來(lái)分?jǐn)嘧枣i信號(hào)，如圖4-6所示就是將1區(qū)郵碼自鎖的梯形圖程序，其中T40是控制1區(qū)推桿電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)間的定時(shí)器。 圖4-6 1區(qū)郵碼自鎖的梯形圖程序 （四）1號(hào)推桿電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)分揀程序 在完

46、成對(duì)1區(qū)郵碼信號(hào)的自鎖之后，傳送帶將郵件向前傳送，直到1區(qū)的接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到郵件后，傳送帶停止，1號(hào)分揀電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，計(jì)時(shí)器T40開(kāi)始計(jì)時(shí)，4秒后完成對(duì)郵件的分揀，電動(dòng)機(jī)的自鎖斷開(kāi)，傳送帶重新運(yùn)行，如圖4-7所示： 圖4-7 1號(hào)推桿電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)分揀程序 （五）1號(hào)推桿電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)程序 如圖4-8和圖4-9所示：當(dāng)1號(hào)電動(dòng)機(jī)完成對(duì)郵件的分揀后，接觸器的觸頭KM6合上，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，4秒后停止。 圖4-8 1號(hào)推桿電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)程序 圖4-9 1號(hào)推桿電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)計(jì)時(shí)程序

47、（六）故障報(bào)警程序 本論文主要考慮了2種系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障情形：第一種，輸入的郵碼不是已知的郵碼中的任何一種；第二種，輸入的郵碼同時(shí)出現(xiàn)幾個(gè)區(qū)的郵碼。下圖（網(wǎng)絡(luò)25和網(wǎng)絡(luò)26）就是將2種故障情形合一而成的故障報(bào)警程序。郵碼檢測(cè)輸入后自鎖，直到1～4區(qū)的接近開(kāi)關(guān)有輸入后解鎖。在推桿將郵件分揀之前，如果出現(xiàn)不滿(mǎn)足圖4-10所示的比較指令的信號(hào)則判斷為故障郵碼，傳送帶停止，L2閃爍。 圖4-10 無(wú)效郵碼故障處理梯形圖程序 5系統(tǒng)調(diào)試 5.1系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 （一）系統(tǒng)硬件連線(xiàn)圖 按照設(shè)計(jì)的硬件連接圖連接好實(shí)物如圖5-1，其中由于學(xué)校的郵件分揀模塊功能不能滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的需求，所以本設(shè)計(jì)

48、將推桿電機(jī)的反轉(zhuǎn)輸出（Q0.7-1.2）連接到紅綠黃3個(gè)燈管上。郵件分揀模塊上已經(jīng)點(diǎn)亮的4盞紅燈表示電動(dòng)機(jī)待機(jī)。 圖5-1 PLC硬件連接圖 （二）運(yùn)用STEP7-Micro/WIN軟件對(duì)程序進(jìn)行監(jiān)控如圖5-2所示： 圖5-2 程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)圖 （三）如圖5-3所示：按下啟動(dòng)按鈕（I0.0），紅燈L1亮，提示可以放入郵件。 圖5-3 系統(tǒng)啟動(dòng)工作圖 （四）如圖5-4所示：按下模擬郵件檢測(cè)的按鈕I0.1，L1熄滅，同時(shí)傳送帶電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

49、 圖5-4 郵碼檢測(cè)信號(hào)輸入后系統(tǒng)狀態(tài)圖 （五）如圖5-5所示：按下按鈕2區(qū)郵碼I0.3，再按下接近開(kāi)關(guān)I0.7，M2開(kāi)始正轉(zhuǎn)分揀，傳送帶停止。 圖5-5 2區(qū)郵件分揀狀態(tài)圖 （六）如圖5-6所示：M2正轉(zhuǎn)結(jié)束后開(kāi)始反轉(zhuǎn)，綠燈HL2亮，推桿回歸原位，傳送帶繼續(xù)啟動(dòng)。 圖5-6 推桿電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)示意圖 （七）2區(qū)推桿回歸原位后，L1重新點(diǎn)亮。其它3區(qū)的分揀過(guò)程同2區(qū)。當(dāng)出現(xiàn)無(wú)效郵碼時(shí)，如圖5-

50、7所示：傳送帶停止，綠燈L2閃爍。 圖5-7 無(wú)效郵碼故障狀態(tài)圖 5.2調(diào)試中遇到的問(wèn)題 （一）郵碼信號(hào)自鎖程序 在進(jìn)行梯形圖程序的編寫(xiě)過(guò)程中，剛開(kāi)始本設(shè)計(jì)并沒(méi)有考慮到郵碼檢測(cè)信號(hào)的輸入和郵碼輸入信號(hào)是一個(gè)瞬時(shí)量而不是一個(gè)過(guò)程量，導(dǎo)致了程序在調(diào)試過(guò)程中必須要保持模擬按鈕一直接通，而這是不實(shí)際的也不合理的。因此，本設(shè)計(jì)在每一個(gè)信號(hào)輸入后都加上了自鎖，再利用輔助繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)分揀系統(tǒng)的控制。但是，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行自鎖之后必須在下個(gè)信號(hào)進(jìn)來(lái)之前就斷開(kāi)，所以本設(shè)計(jì)又通過(guò)借用控制推桿電動(dòng)機(jī)的定時(shí)器來(lái)分?jǐn)嘧枣i信號(hào)，如圖5-8所示： 圖5-8 1區(qū)郵碼自鎖

51、的梯形圖程序 （二）故障報(bào)警程序 在編寫(xiě)故障報(bào)警程序的過(guò)程中，本設(shè)計(jì)考慮了兩種故障情形：第一種，輸入的郵碼不是已知的郵碼中的任何一種；第二種，輸入的郵碼同時(shí)出現(xiàn)幾個(gè)區(qū)的郵碼。因此本設(shè)計(jì)在最初的程序編寫(xiě)中，將著兩種故障情形分別用兩種處理程序進(jìn)行報(bào)警，但是在調(diào)試過(guò)程中，本設(shè)計(jì)利用了STEP7-Micro/WIN中的程序監(jiān)控功能對(duì)程序的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，本設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)梯形圖中的能流出現(xiàn)同時(shí)運(yùn)行的沖突，在此基礎(chǔ)上本設(shè)計(jì)將程序進(jìn)行修改，把兩種故障情形合成了一種處理監(jiān)控程序圖，如圖5-9所示： 圖5-9無(wú)效郵碼故障處理梯形圖程序

52、 6組態(tài)軟件 6.1 MCGS組態(tài)簡(jiǎn)介 MCGS組態(tài)是一款用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，主要用于數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制等作用。 本文應(yīng)用了MCGS5.5通用版組態(tài)來(lái)對(duì)論文的系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)的調(diào)試。 6.2 PLC與組態(tài)軟件的連接 由于學(xué)校實(shí)訓(xùn)樓9樓實(shí)驗(yàn)室里的電腦無(wú)法安裝MCGS組態(tài)以及其他各類(lèi)軟件，因此本論文在進(jìn)行組態(tài)仿真時(shí)在8樓實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，又因?yàn)?樓實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有郵件分揀模塊，所以本設(shè)計(jì)在調(diào)試成功后使用指示燈來(lái)代替各類(lèi)輸出，連接圖如圖6-1所示： 圖6-1 MCGS組態(tài)仿真

53、硬件連接圖 6.3 組態(tài)設(shè)計(jì) 6.3.1主控制窗口設(shè)計(jì) 打開(kāi)MCGS通用版5.5，新建項(xiàng)目后進(jìn)入“用戶(hù)窗口”界面將本系統(tǒng)所要用到的各類(lèi)元器件畫(huà)在窗口內(nèi)，如圖6-2所示： 圖6-2 用戶(hù)窗口制作圖 6.3.2組態(tài)仿真 （一）完成“用戶(hù)窗口”的設(shè)計(jì)后，進(jìn)入“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口”對(duì)需要用到的變量進(jìn)行編譯，設(shè)置變量的屬性。由于本系統(tǒng)中不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，所以各個(gè)變量都設(shè)置成開(kāi)關(guān)量，如圖6-3所示： 圖6-3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的變量設(shè)置 （二）完

54、成對(duì)“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)窗口”的設(shè)置后，進(jìn)入“設(shè)備窗口”對(duì)I/O口進(jìn)行定義和設(shè)置。由于設(shè)備定義時(shí)不能以數(shù)字開(kāi)頭，所以本設(shè)計(jì)將1-4區(qū)郵碼輸入定義為A-B區(qū)郵碼輸入，如圖6-4所示： 圖6-4 設(shè)備窗口設(shè)置 （三）完成“設(shè)備定義窗口”的設(shè)計(jì)后，進(jìn)入“用戶(hù)窗口”對(duì)每一個(gè)制作的元件進(jìn)行對(duì)象定義與動(dòng)畫(huà)連接設(shè)置，如圖6-5就是對(duì)接近開(kāi)關(guān)1進(jìn)行設(shè)置： 圖6-5 設(shè)置對(duì)象動(dòng)畫(huà) (四)全部的設(shè)置完成后，運(yùn)行組態(tài)，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，L1亮，如圖6-6：

55、 圖6-6 啟動(dòng)系統(tǒng) （五）點(diǎn)擊“郵件檢測(cè)”按鈕，L1熄滅，傳送帶電動(dòng)機(jī)M5閃爍，郵件開(kāi)始隨著傳送帶運(yùn)動(dòng)，如圖6-7所示： 圖6-7 郵件檢測(cè)狀態(tài)圖 （六）按下1區(qū)郵碼輸入按鈕，當(dāng)郵件運(yùn)動(dòng)到1區(qū)時(shí)，按下接近開(kāi)關(guān)1，傳送帶停止，1號(hào)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，開(kāi)始對(duì)郵件進(jìn)行分揀，如圖6-8所示： 圖6-8 1區(qū)郵件分揀圖 （七）郵件分揀完成后，1號(hào)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，傳送帶電動(dòng)機(jī)M5繼續(xù)啟動(dòng)，如圖6-9所示：

56、 圖6-9 1區(qū)推桿電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)圖 （八）1區(qū)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)結(jié)束后，L1亮，提示可以繼續(xù)放入郵件,如圖6-10所示。到此一次完整的分揀過(guò)程就結(jié)束了，其他3區(qū)的分揀過(guò)程也是如此。 圖6-10 分揀完成后的狀態(tài)圖 （九）故障情形。點(diǎn)擊郵件檢測(cè)按鈕，然后在硬件的按鈕中同時(shí)按下I0.2和I0.3按鈕，此時(shí)傳送帶電動(dòng)機(jī)M5停止運(yùn)行，紅燈L2開(kāi)始閃爍，如圖6-11所示： 圖6-11 無(wú)效郵碼狀態(tài)圖 結(jié)論 本文使用可編程邏輯控制器（PLC）對(duì)郵件分揀系統(tǒng)進(jìn)行了完整的設(shè)計(jì)，并通

57、過(guò)調(diào)試與仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性與可行性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同區(qū)域的郵件進(jìn)行準(zhǔn)確的分揀，并且制作了故障報(bào)警系統(tǒng)以提高系統(tǒng)的分揀準(zhǔn)確性，減小了誤差率。 本文在對(duì)PLC控制技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，完成了以下幾個(gè)方面的工作： （1）對(duì)系統(tǒng)的分揀控制要求進(jìn)行了完善，考慮了多種故障處理方案，完成了PLC程序設(shè)計(jì)。 （2）對(duì)系統(tǒng)的控制流程進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)梯形圖程序進(jìn)行了調(diào)試，增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。 （3）對(duì)系統(tǒng)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了組態(tài)仿真，以確保了系統(tǒng)的社會(huì)現(xiàn)實(shí)性與可行性。 （4）對(duì)系統(tǒng)的各種元器件進(jìn)行了計(jì)算與挑選，豐富了論文內(nèi)容。 最終，本論文實(shí)現(xiàn)了滿(mǎn)足控制要求的郵件自動(dòng)控制分揀的設(shè)計(jì)。利用掃描

58、器對(duì)郵碼進(jìn)行檢測(cè)，啟動(dòng)傳送帶。檢測(cè)完成后利用撥碼器對(duì)PLC進(jìn)行分區(qū)輸入，傳送帶將郵件傳送到對(duì)應(yīng)的郵箱處，接觸開(kāi)關(guān)接收到信號(hào)后傳送帶停止，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)區(qū)域的推桿電動(dòng)機(jī)將郵件推入對(duì)應(yīng)的郵箱中。然后傳送帶重新啟動(dòng)，推桿電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)回歸原位，紅燈L1亮提示可以繼續(xù)分揀郵件。至此，一次完整的郵件分揀就完成了。當(dāng)出現(xiàn)了無(wú)效郵碼時(shí)，傳送帶停止，綠燈L2 閃爍，需要再次按下啟動(dòng)按鈕才能繼續(xù)分揀。 致謝 本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)要十分感謝筆者的畢業(yè)論文指導(dǎo)老師曹言敬，在她的督促下筆者才能不慌不忙、腳踏實(shí)地地完成論文設(shè)計(jì)。她對(duì)筆者的悉心教導(dǎo)幫助筆者解決了一

59、些程序上的疏漏和論文內(nèi)容上的不妥之處，她對(duì)PLC方面的深入研究讓筆者頗為嘆服，她對(duì)待工作一絲不茍的態(tài)度使筆者對(duì)畢業(yè)后的工作產(chǎn)生了深遠(yuǎn)悠長(zhǎng)的影響。 同時(shí)，筆者還要感謝信電工程學(xué)院的全體老師和同學(xué)在大學(xué)四年中給我的關(guān)懷和照顧，讓筆者在這四年中學(xué)到了很多對(duì)工作和生活有用的知識(shí)，鍛煉了筆者的耐心和承受力，磨礪了筆者的脾氣和心性，讓筆者決定在離開(kāi)學(xué)校后把這種精神傳承下去，迎接充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的漫長(zhǎng)人生，筆者對(duì)此充滿(mǎn)了信心。 在此，筆者表示由衷的感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 陳宏.可編程控制器(PLC)的選型[J]

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