毕业设计（论文）基于PLC对邮件分拣系统的控制.doc

学士学位论文（设计）（20082012年）基于PLC对邮件分拣系统的控制中文题目:基于PLC对邮件分拣系统的控制英文题目：Eight Lights Controller学 院：南昌大学共青学院系 别：工程技术系专业班级：08电气本一班学生姓名：学 号：指导教师：2011-11-15南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，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。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期：导师签名： 日期：基于PLC对邮件分拣系统的控制专 业： 学 号：学生姓名： 指导教师： 摘要 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。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。邮件分拣作业是邮件配送中的一个关键环节，它指的是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，并准确、及时地运送到邮件的目的地。本文介绍了用PLC控制技术实现的邮件分检系统。分析了邮件处理自动化的实现方法和工艺流程，对设计邮件自动化设备有一定的参考价值。利用PLC内部的指令实现邮件系统的处理技术，无需硬件的额外投资即可明显提高邮件分拣效率。关键词：西门子S7-200PLC BCD拔码器 邮件分局Mail sorting system based on PLC controlAbstract The initial sorting system is based entirely on human operating system. Through manualsearches, handling to complete the extraction of goods. The sorting system operatingefficiency, can not meet the modern logistics distribution on the speed and accuracy of high demand. With the rapid development of science and technology, sorting system began using a variety of automated machinery and equipment. The computer control technology and information technology has become an important means of information transmission and processing. Mechanization, automation, intelligent modern sorting system main characteristic and development trend. With the rapid development of computer technology, the programmable controller to emerge as the times require. And the function is more and more powerful. In the application of, PLC with other equipment unparalleled superiority, it has high reliability, high anti-interference ability; strong applicability, flexible application; programming convenient, easy to use; powerful, scalable; control system design, installation, convenient debugging; repair repair convenient, less workload; has the advantages of small volume, light weight, and is easy to realize the integration of mechanical and electrical. Mail sorting mail distribution is a key link in the basis, it refers to the mail address. Quickly, accurately sent to different locations of the messages from the other mail by postal code sorting out, and accurate, timely delivery of the message destination. This paper introduces the use of PLC control technology to realize the mail sorting system. Analysis of the mail processing automation to realize the method and the process of design, mail automation equipment has a certain reference value. Using the PLC internal instruction realizing mail processing technology, without the need for additional investment can obviously improve the hardware of mail sorting efficiency.Key words: Siemens S7-200PLC BCD code dialing device mail Branch Bureau目 录第一章 绪论11.1 邮件分拣系统的国内外现状11.2 邮件分拣系统的研究意义21.3邮件分拣系统的特色与优势2第二章邮件分拣系统设计方案42.1邮件分拣系统的控制要求42.2邮件分拣系统的任务分析42.3邮件分拣系统的硬件设计72.4邮件分拣系统的软件设计8第三章PLC的电路设计103.1 PLC硬件示意图103.2 PLC硬件接线图11第四章邮件分拣系统的仿真与调试124.1邮箱入箱控制软件设计流程124.2单一邮件分拣系统的PLC控制梯形图12参考文献：16结束语17第一章 绪论1.1 邮件分拣系统的国内外现状在世界范围内，目前大多数邮政机构面临着用户多方面业务需求的增长。用户要求更短的时限和更可靠的服务，私营快递服务和邮政服务的市场分额越做越大、越来越得到用户青睐。为保持竞争能力、使业务持续增长，邮政机构必须不断改进其运作经营状况。邮政自动化是达到这些业务目标的有效方式。在主要工业国家，邮政服务均实施了自动化，在改善生产效率和缩短服务视线方面已显示出明显效果。当前，邮政服务正在进入一个崭新的自动化阶段。伴随着在邮政运作中以及处理流程管理引进新的管理理念，在邮件处理中心内部也正在实现处理流程全部自动化。现代化邮政技术服务可以理解为现代化物流技术在邮政物流这个特殊物流领域中的应用。自动分拣系统(automatic sorting system)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。从20世纪50年代起，德国邮政和英国邮政等西方国家的邮政机构开始使用传统的邮政自化设备，也就是至今仍广泛使用的、典型的信函分拣设备。随着半个世纪以来各国邮政机构业务的发展、各种高新技术的应用以及各大公司和科研机构的不断开发创新，到上世纪末和本世纪初，各国邮政自动化的水平已经达到一个前所未有的高度。目前，西方发达国家的邮机构，例如美国邮政服务、英国皇家邮政、德国邮政以及荷兰邮政机构等，均基本上实现了信函、扁平件和包裹分拣的自动化处理，并在普遍使用自动化设备对邮件进行处理的同时，不断利用IT技术完善其信息管理系统，使其处理流程得到进一步优化，服务水平进一步提高，并派生出许多新型服务业务。 而在我国，到目前为止，各级分拣中心已经配备有包裹分拣机。所有一级、二级和部分三级中心局配备了信函分拣机；随着扁平件业务的增长，从一级中心局开始装备扁平件分拣系统。与此同时，中国邮政投入巨资建设起全国范围的邮政综合计算机网络及金融网络，这为全面提升我国邮政自动化、现代化水平打造一个基础和平台。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的提高，邮政处理已基本实现机械化并且朝着自动化的方向迈进。邮什分拣机系统改变了人工分拣的工作方式实现了自动分拣极大地提高了效率。自动分拣系(automatic sorting system)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。1.2 邮件分拣系统的研究意义可编程序控制器（PLC）具有可靠性高，编程容易，维修方便，通用性好体积小等特点 ，成为当今用途最为广泛的工业控制器A 现在，它的应用早已突破了最初逻辑控制的场合，深入到过程控制、位置控制、网络通信等工程领域。 文中利用PLC 内部定时器实现邮件分拣系统的并行处理技，保证了系统具有可靠性高，维修方便，性价比高，明显地提高邮件分拣效率。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。1.3邮件分拣系统的特色与优势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。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。邮件分拣作业是邮件配送中的一个关键环节，它指的是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，并准确、及时地运送到邮件的目的地。第二章邮件分拣系统设计方案2.1邮件分拣系统的控制要求一般由控制装置、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，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。邮件分拣作业是邮件配送中的一个关键环节，它指的是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作者简介：陈刚副教授。主要从事教学和电机控制的研究。拣出来，并准确、及时地运送到邮件的目的地。本文采用实现邮件的自动分拣控制。控制对象和控制范围的确定我国人口众多，人员之间的联系紧密，邮件数量相当巨大的，种类也极其繁多；但是，通过调查发现，我国是以扁平邮件为主的其中厚度在以下的邮件要占到邮件总量的一：因此。解决扁平邮件的自动分拣是目前的主要问题。2.2邮件分拣系统的任务分析系统就是针对扁平邮件分拣的。控制范围及要求：能够实现自动供件和人工供件：检测并剔除外形不合格的邮件；自动准确识别邮政编码。对邮政编码不符合规格的邮件进行处理（剔除），并根据邮政编码的不同加以分类，实现邮件的准确自动分拣；自动计件，能够实时监测邮件的分拣数量。具体工艺过程为：当邮件进入分拣系统时，首先进入外形检测区。在这里，外形不符合要求（封装不好或邮件过大）的邮件被系统从流程线上剔除；如果邮件外形合格，就继续前进到邮编检测区。在邮编检测区，根据邮件邮编的不同，将邮件进行分类存储。以达到邮件分拣的目的。机电一体化万方数据可编程控制器（）的选择输入输出的确定可编程控制器系统，点数估算。系统，分配见表。表输入输出端口分配由表可知，共需点数为个输入，个输出内存估计用户程序所需的内存容量受以下几个因素的影响：内存利用率：开关量输入，输出点数；用户的程序水平。所需内存字数开关量（输入输出）总点数×；所需内存字数模拟量点数×（只有模拟量输入）；所需内存字数模拟量点数×（模拟量输入输出同时存在）。该系统控制程序比较小，输入输出点数一共才，因此内存要求比较低。一般的都能满足其要求。响应时间可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠地接受持续时间小于扫描周期的输入信号；但是在本系统中，邮件的输入速度是相对比较慢的，不可能比扫描周期短，所以，系统响应时间没特殊要求，不需要考虑这方面的问题。机型的选择邮件分拣是一个比较固定的、环境条件较好的工艺过程，要实现的功能也相对简单，无需和转换、加减运算。另外控制程序也比较固定，不需要在线编程，选用整体式就可以满足工艺的要求了。综合前面的工艺要求与，点数可知，在机型上可选用西门子公司生产的型号为型的微型可编程控制器。系统构成该系统是台控制的机电一体化的设备，功能完备。整机采用模块化设计，其配置和规模可根据各分拣中心的实际船机电一体化朗。情况进行灵活方便的选择。该系统的主要模块有人工供件模块、自动供件模块、外形检测模块、邮政编码检测、传输输出摸块、主机中央控制模块（控钳模块）和上位管理计算机模块。图为该系统的组成示意。外形检测一邮编检测邮件计数分拣模劂卤上位管理计算机图系统模块示意图系统各模块分析如下。供件模块这一部分分为两块：个是人工供件模块，个是自动供件模块。在人工供件模式下分拣人员阅读邮件上的地址或邮政编码，键入地址信息，将部件放入邮件传送单元；再光电检测邮件长度、厚度尺寸，剔除不符合分拣规格的邮件；合格邮件经传送带通过邮件计数模块进入邮件分拣模块对应的轨道，完成分拣。在自动供件模式下，人工将成叠的邮件放在供件机上，邮件由动分离装置逐件分离（用吸取式机械手完成），然后进入同步供件单元：邮件经同步供件单元进入外形检测单元。外形检测模块此处是用光电传感器进行的邮件外形（邮件的长度与厚度）检测的。模块启动后，对进入检测区的邮件光电检测它的长度、厚度，然后与设定的限度相比较。如果邮件的某一项指标超过限度，即过长或过厚或者既过长又过厚，此模块的出错信号发生器发出错误脉冲信号。错误脉冲信号经过放大器放大后，一方面传输给控制器，收到信号后作出响应，发出控制脉冲信号，进行响应的处理（系统工作）；另一个方面该脉冲信号驱动一继电器动作，将邮件从分拣轨道上推人回收邮件容器中，实现分离外形不合格的邮件的目的。如果邮件外形合格（即长度厚度均不超过限度），信号发生器不动作，邮件顺利通过邮件外形检测单元接着进入邮编检测区。邮政编码检测模块传统的邮件都只手写邮政编码对这样的邮件实行自动分拣比较困难要实现邮政编码的识别需要采用模糊控制设备，增加了分拣系统的成本。本系统设计的前提是邮政编码实现条码化。在这种情况下，识别不同邮件的邮政编码只需进行条形码扫描就可以轻松实现。邮件邮政编码的识别过程如下：邮件进入邮政编码检测模块后，邮政编码扫描器就扫描邮件的邮政编码，并将扫描所得万方数据到的邮政编码与储存的邮政编码相比较。如果邮件的邮政编码不存在，视此邮件的邮政编码无法识别，该模块中的出错信号发生器发出错误脉冲信号。该脉冲信号一方面传输给控制器，收到信号后作出响应，发出控制脉冲信号，控制系统作出相应的反应（流水线工作暂停，相应指示灯亮等）；另一方面驱动一继电器动作，将邮件从分拣轨道上推人回收邮件容器中，实现分离邮政编码不合格（或者是邮件邮政编码没有编目）的邮件的目的。如果邮件的邮政编码是合格的（该邮政编码在设定的分拣邮政编码范围内），此模块相应的一个信号发生器发出相应的信号。此信号经过放大器放大后，传送到控制器根据信号的信息发出个控制信号。此信号驱动分拣模块的电机动作，带动与邮件邮政编码相对应的叉道动作，将邮件接入到对应的轨道上，使邮件进入到对应的邮件分装容器中。邮件计数模块此模块的功能是计量分拣的邮件的数量（合格邮件的数量）。因为分拣的对象是扁平邮件，用重量传感器或接近开关不能可靠地感应邮件，所以此模块使用的是一个光电传感器（红外线或别的特制传感器当然能够准确地感应每一封邮件，但是光电传感器已经能够满足系统的工艺要求，综合性价比，还是选用光电传感器适当）。当邮件进入此模块后邮件遮挡了传感器的感光触头的光线。此时，模块中的脉冲发生器发出个单脉冲信号，此信号经过放大器放大后，传送给控制器；的计数器相应的做加处理，表示分拣系统的分拣数量加并将数据送显示实时显示出当前分拣的邮件数量，便于工作人员进行统计工作。邮件分拣模块此模块的功能是根据前一个模块（邮政编码检测模块）的工作结果来动作的。当邮件从邮政编码检测模块中出来时。邮件分拣模块的电机就按照上控制装置发出的控制信号工作带动与邮件邮政编码相应的轨道动作，接到邮件传送带上将邮件接入对应的分拣轨道上来，实现邮件按邮政编码的准确分拣。分拣模块示意图见图。输出形式为盘袋兼容，既适应目前的邮件作业方式，又可以满足将来采用信盘、集装箱运输的要求。输出单元采用玻璃钢曲面滑槽，邮件由垂直下落旋转后水平入袋（盘），减小了邮件的破损率。在输出格口位置设有满格检测器，并将相应的状态传至控制模块和人工供件编码模块。控制模块此模块是系统的控制模块，它是系统本身的。上位管理计算机上位管理计算机的主要功能是：控制程序的编写：实现管邮件传送带图邮件分拣模块示意图理与控制的可视化。电控系统采用模块化结构，现场的控制采用国际上较为先进的现场总线技术。便于现场布线、安装。使系统的组合配置更加灵活方便。其中有关机器实时分拣控制的模块，均采用可编程控制器，它们之间的数据交换和信息传递通过内部网络系统实现。抗干扰能力强，具有高可靠性维护简便。接线图及程序流程框图系统需要实现的功能有：按下启动按钮后，邮件开始进入流水线，指示灯亮；延时后，进入外形检测区，指示灯亮；延时后进入邮编检测区，指示灯亮；延时后进入邮编分档区，该区指示灯、闪烁点亮。外形不符、邮编不符按钮：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；当放开按钮时，表示信号无效，流水线继续运行，并实现数据的自动统计和传输。其外部接线见图。图模拟实验外端子接线图根据完成功能要求，得到系统的控制流程框图见图。2.3邮件分拣系统的硬件设计PLC控制系统硬件包括机箱和彩色液晶显示器。机箱内装有PLC 主机、数字量模块、模拟量模块和故障切除开关等。PLC 主机用于接收和处理来自司机的操作指令、恒功励磁控制、恒低速控制、机车运行逻辑控制、柴油机控制、辅助系统控制、故障检测、诊断、保护以及相关数据记录、相关参数组织、显示以及参数修改等。数字量模块用于采集司控器、扳键开关和辅助触点等开关量信号，其输出通过隔离放大去控制电空阀、接触器、继电器等。模拟量模块用于采集牵引电机电流、主发电机电压、柴油机水温和油压等模拟量信号。故障切除开关，用于切除柴油机水温高故障、差示压力故障、柴油机油压低故障及列车管风压不足等故障。PLC控制系统的功能： 司机操作指令的接收和处理； 恒功励磁控制； 恒低速控制； 机车运行逻辑控制； 辅助系统控制； 故障检测、诊断、保护以及相关数据记录； 相关参数组织、显示以及参数修改等。2.4邮件分拣系统的软件设计邮件分拣系统的示意图：第三章PLC的电路设计3.1 PLC硬件示意图一、小型PLC 连接开关量I/O模块、模拟量I/O模块以及其它各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、输入/输出点数在128点以下的PLC称为小型PLC。其特点是体积小、结构紧凑，它可以据处理和传送、通信联网以及各种应用指令。二、中型PLC输入/输出点数在128-512点之间的PLC称为中型PLC。它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。三、大型PLC输入/输出点数大于512的PLC称为大型PLC。它具有强大的软件硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。3.2 PLC硬件接线图第四章邮件分拣系统的仿真与调试4.1邮箱入箱控制软件设计流程4.2单一邮件分拣系统的PLC控制梯形图如图所示：参考文献：1. 廖常初，PLC编程及应用，机械工业出版社。2. 史国生，电气控制及可编程控器技术，化学工业出版社。3. 德国西门子公司，S7-200中文系统手册。4. 周万珍，高鸿斌。PLC分析与设计应用，电子工业出版社。5. 王永华译。现代电气控制及PLC应用技术【M】。北京：北京航空航天大学出版社。6. 张万忠、刘明芹。电气与PLC控制技术【M】.北京：化学工业出版社。7. 蒋天发;王江晴 神经网络PID复合智能控制参数自整定的研究期刊论文-武汉大学学报(工学版) 2003(04)。8. 陈蕴基;田宇;鲁凯生 基于RS-422总线的PLC控制系统的研究期刊论文-武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2003(02)。9高钦和可编程控制器应用技术与设计实例M北京：人民邮电出版社200410. 李景学、金广业可编程控制器应用系统设计方法M北京：电子工业出版社1995结束语通过本次毕业设计，使我了解邮件分拣系统的原理和结构及可编程控制器技术的应用；还有邮件分拣系统运行的一些基本步骤。通过这段时间在公司的学习，我们更加了解到邮件分拣系统的重要性，它是未来邮件分拣的先驱者，是真正能够代替人工劳动力和成为机械化的一项现代化系统。在本论文的设计过程中，我看到了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。然而邮件分拣系统在应用过程中，它的可靠性还待高，抗干扰能力较弱，配套不齐全，功能还需完善，适用性一般，体积偏大，能耗高等一系列的缺点。这些问题还需我们去完善，力求将邮件分拣系统与PLC控制技术完美结合起来，使其功能由弱变强，应用领域由小变大，实现单体设备简单控制到胜任运动控制，过程控制，及集散控制等各种任务的跨越。这些知识是我以前没有接触过的，所以很感谢单位给我的这次实习机会，谢谢！本设计在张贵红老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着张贵红老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向张贵红老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向南昌大学共青学院，工程系的全体老师表示由衷的谢意。感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。愿离开我们寝室的开开心心。我们在一起的日子，我会记一辈子的。