邮件分拣模拟控制系统的设计

摘要PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。 本文主要讲述PLC在材料分拣系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的自动分拣装置。以PLC为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。关键字：可编程控制器，分拣装置，控制系统，传感器ABSTRACTThe PLC control is currently the most widely used industrial automation control method, because of its convenient control, able to withstand the harsh environment, therefore, in the industry is better than that of single chip control. PLC will be the traditional relay control technology, computer technology and communication technology com., specifically for industrial control and design, has a strong function, high reliability, flexible, general environmental adaptability, easy programming, easy to use and has the advantages of small volume, light weight, low power consumption for a series of advantages, so in the industry more and more widely applied on the.This paper is mainly about PLC in materials sorting system application, the use of programmable logic controller ( PLC ), low cost, high efficiency of the automatic sorting device. Taking PLC as main controller, combines with the aerodynamic device, sensor technology, control technology, control products automatic sorting. The system has a high degree of automation, stable operation, high precision, easy control, according to different object, modify the system can reach the requirements.Keywords: programmable controller, sorting device, control system, sensor目录第1章 绪论11.1 课题的研究背景及意义11.2 PLC的概述11.2.1 PLC的产生背景11.2.2 PLC的发展过程21.2.3 PLC的特点2第2章 PLC安装与传感器的种类42.1安装可靠性技术要求42.2传感器的种类5第3章 邮件自动分拣系统73.1自动分拣系统概述73.2 自动分拣系统的主要特点7 第4章 PLC及传感器的选择.9第5章 邮件分拣系统PLC控制硬件部分145.1 PLC控制范围及要求145.2 分拣机的动作过程155.3 机型的选择及输入输出的确定165.3.1 内存估计165.3.2 响应时间165.3.3 输入输出的确定17 5.3.4 硬件接线图18第6章 总 结19致 谢20参考文献21附录22第1章 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 PLC的概述目前，世界上有200多个厂家生产300多品种PLC产品，而我国PLC生产厂有约30家，却并没有真正形成大规模的生产能力和名牌产品，其中有一部分厂家是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产。但同时，我国在PLC应用方面却很活跃，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售30亿人民币，应用的行业也很广阔川。所以说，对我国PLC生产厂家来说如何生产出拥有自主知识产权的PLC产品，并形成规模化生产，打造中国自己的PLC品牌是其面临的一大课题。一句话，PLC自诞生之日起就成为自动控制领域一颗耀眼的明星，到今天已经发展为一个极其巨大的产业，也形成了其在自动化控制领域中短期内不可被替代的地位。PLC即可编程控制器（Pragrammable Logic Controller）是一种数字运算操作的电子系统，是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。PLC自产生至今只有30多年的历史，却得到了迅速发展和广泛应用，成为当代工业自动化的主要支柱之一。1.2.1 PLC的产生背景在PLC诞生之前，工业控制设备的主流品种是以继电器、接触器为主体的控制装置。继电器、接触器是一些电磁开关。其结构是由励磁线圈、铁心磁路、触点等部件组成。其中触点是接通或断开电路的部件，按励磁线圈通电前的状态又可分为常开和常闭两种类型。线圈通电前呈断开状态的为常开触点，呈接通状态的为常闭触点。同一只接触器或继电器常有多对常开、常闭触点。当励磁线圈通电，衔铁在磁力作用下被铁心吸合时，常开触点接通，常闭触点断开，以完成电路连接的切换。触点又分为主触点及辅助触点。用于主回路，控制较大电流的触点是主触点。用于控制电路，只能通过较小电流的触点称为辅助触点。通过继电器、接触器及其它控制元件的线路连接，可以实现一定的控制逻辑，从而实现生产设备的各种操作控制。人们将由导线连接决定器件间逻辑关系的控制方式称为接线逻辑。随着工业自动化程度的不断提高，使用继电器电路构成工业控制系统的缺陷不断暴露出来。首先是复杂的系统使用成百上千个各种各样的继电器，成千上万根导线连接得密如蛛网。只要有一个继电器、一根导线出现故障，系统就不能正常工作，这就大大降低了这种接线逻辑系统的可靠性。其次是这样的系统维修及改造很不容易，特别是技术改造，当试图改变设备的工作过程以改善设备的功能时，人们宁愿新生产一套控制设备也都不愿意将继电器控制柜中的线路重接。而在20世纪60-70年代，社会的进步要求制造业生产出小批量、多品种多规格、低成本、高质量的产品以满足市场需要，不断地提出改善生产机械功能的要求。加上当时电子技术已经有了一定的发展，于是人们开始寻求一种以存储逻辑代替接线逻辑的新型工业控制设备。这就是PLC。1.2.2 PLC的发展过程1968年，美国通用汽车公司(GM)为适应汽车型号的不断翻新，想寻找一种能减少重新设计控制系统和接线、降低成本、缩短时间的措施，并设想把计算机功能的完备、灵活通用和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面向用户的，自然语言，编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第1台PLC，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用，获得成功。从此，这项新技术便迅速发展起来。1971年日本从美国引进了该项新技术，很快就研制出了日本第1台PLC。1973-1974年，西德和法国也相继研制出了自己的第1台PLC。中国从1974年开始研制，1977年应用于工业生产。限于当时的元器件条件和计算技术的发展水平，早期的PLC主要由分立元件和小规模集成电路组成。1959-1973年是PLC的初创时期。在这个时期，PLC从有触点不可编程的硬接线顺序控制器发展成为小型机的无触点可编程逻辑控制器，可靠性比以往的继电器控制系统有较大提高，灵活性也有所增强。其主要功能限于逻辑运算、计时、计数和顺序控制，CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。1974-1977年是PLC的发展中期。在这个时期，由于8位单片CPU和集成存储器芯片的出现，PLC得到了迅速发展和完善，并逐步趋向系列化和实用化，普遍应用于工业生产过程控制。PLC除了原有功能外，又增加了数值运算、数据的传递和比较、模拟量的处理和控制等功能，可靠性进一步提高，开始具备自诊断功能。1978-1983年，PLC进入成熟阶段。这个时期，微型计算机行业已出现了16位CPU，MCS-51系列单片机也由Intel公司推出，使PLC也开始朝着大规模、高速度和高性能方向发展，PLC的生产量在国际上每年以30%的递增量迅速增长。在结构上，PLC除了采用微处理器及EPROM，EEP-ROM，CMCS RAM等LSI电路外，还向多微处理器发展，使PLC的功能和处理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮点运算、平方、三角函数、相关数、查表、列表、脉宽调制变换等，初步形成了分布式可编程控制器的网络系统，具有通讯功能和远程I/O处理能力，编程语言较规范和标准化。此外自诊断功能及容错技术发展迅速，使PLC系统的可靠性得到了进一步提高。1984年后，PLC的规模更大，存储器的容量又提高了1个数量级（最高可达896K），有的PLC已采用了32位微处理器，多台PLC可与大系统一起连成整体的分布式控制系统，在软件方面有的已与通用计算机系统兼容。编程语言除了传统的梯形图、流程图语句表外，还有用于算术的BASIC语言、用于机床控制的数控语言等。在人机接口方面，采用了现实信息等更多直观的CRT，完全代替了原来的仪表盘，使用户的编程和操作更加方便灵活。PLC的I/O模件一方面发展自带微处理器的智能I/O模件，另一方面也注意增大I/O点数，以适应控制范围的增大和在系统中使用A/D，D/A通讯及其他特殊功能模件的需要。同时，各PLC生产厂家还注意提高I/O的密集度，生产高密度的I/O模件，以节省空间，降低系统的成本。1.2.3 PLC的特点一、控制结构简单，通用性强，使用方便。由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，当控制对象的硬件配置确定以后，就可通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。二、功能性强，适应面广。现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行控制，也可对模拟量进行控制，既可控制1台生产机械、1条生产线，也可控制1个生产过程。PLC还具有通讯联络功能，可与上位干扰信号有良好的抑制作用。软件方面，设置故障检测与诊断程序。采用以上抗干扰措施后，PLC平均无故障时间大大延长。三、抗干扰能力强，可靠性高。继电器接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害，大大降低了系统的可靠性。而PLC采用微电子技术，带领的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和复杂的连线呗软件程序所取代，故其寿命长，可靠性大大提高。微机虽然有很强的功能但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化，都可能使一般通用微机不能正常工作。而PLC在电子线路、机械结构及结构上都吸取了生产控制经验，主要模块都采用了大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力，目前各生产厂家生产的PLC，平均无故障期都大大超过了IEC规定的10万小时，有的甚至达到了几十万小时、四、编程方法简单，容易掌握。PLC配备有易于接受和掌握的梯形图语言。该语言编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。五、控制系统的设计、安装、调试方便。PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等部件，硬软件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化故可按性能、容量（输入、输出点、内存大小）等选用组装。又由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线工作量大大减小，设计人员只要有一台PLC就可进行控制系统的设计并可在实验室进行模拟调试，而继电接触器系统需在现场调试，工作量大且繁琐。六、体积小，质量小，功耗低，由于PLC是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品，因而结构紧凑，坚固，体积小，质量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和适应环境温度湿度变化的能力,因此PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化较理想的控制设备七、维修方便工作量小 PLC具有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能，对于其内部工作状态、通信状态异常状态和输入输出点的状态均有显示。工作人员通过它可以检查出故障原因，工作人员通过它可以查出故障原因，便于迅速处理，及时排除。控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。第2章 PLC安装与传感器种类2.1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1055Hz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(110)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IO线应分别配线，隔离变压器与PLC和IO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110。PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防外界信号干扰。交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免同行。3) IO端的接线 输入接线输入线一般不要超过30mm。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入线可适当长些。输入输出线不能用同一根电缆，输入输出线要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。 输出连接输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的寿命，因此采用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。PLC输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管的旁路电阻保护。4) 外部安全电路为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作，避免由于外部电源发生故障、PLC出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故，PLC外部应安装必要的保护电路。5）PLC的接地良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。PLC的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于2平方毫米，接地电阻小于100欧；如果要用扩展单元接地点应与基本单元接地点接在一起。为抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能靠近PLC。2.2 传感器的种类国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。 按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。 3光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电阻受到光照射时，电阻值会发生变化，直接把光信号转换成电信号输出；后者则要把输入给传感器的非电量先转换成另外一种非电量，然后再转换成电信号输出，如采用弹簧管敏感元件制成的压力传感器就属于这一类，当有压力作用到弹簧管时，弹簧管产生形变，传感器再把变形量转换为电信号输出。第3章 邮件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(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。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。3.1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(Automatic Sorting System)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。3.2 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。图2-1邮件分拣系统的工作原理图第4章 传感器及PLC的选择由于本设计中所选用的传感器有光电传感器和扫码器两种，所以只需两种型号,即：欧姆龙E3JM及西门子MV440/MV420。打码器定义：打码器是一种读取条形码信息的机器。利用发射出红外线光源，然后根据反射的结果，利用芯片来译码，最后再返回条形码所代表的正确字符。1、扫描 条形码是由黑与白的线条组合而成的，而条形码扫描器就是借助黑 与白对红外线 反射程度的不同来判断条形码的宽度。条形码扫描器内有感应器，会根据反射光线强度的不同而产生高低不同的电压，进而产生逻辑数据，如图1 所示。条形码扫描器所接收到的逻辑信号，可以根据编码规则，来产生数字数据，如图2所示。图 1 通过扫描产生不同电压 图2 根据编码规则产生数字数据。2、光学原理 扫描条形码时，条形码扫描器会发出红外线，并根据反射回来的光线强度而输出强度不同的逻辑信号，然后再将这些信号送入条形码译码器去译码。扫码器的分类条形码扫描仪分为掌上型和桌上型，掌上型又分为光罩型和激光型。光罩型的激光的光束约有12 条,而桌上型大多为激光型，激光光束为120 条不等，采用网状分布，条数越多扫描速度越快，因此像超市等场所因为要求速度快而大多使用桌上型扫描仪。掌上型扫描仪的扫描原理： 光罩型：在前端发出数个光源，再接收由条形码中白色线条反射的位置及大小来判断数据。 激光型：在前端发出直线型红外线，左右来回掁动扫描条形码，再接收由条形码中白色线条反射的位置及大小来判断数据西门子MV440/MV420：SIMATIC MV420/MV440是专为工业应用设计的读码器设备，是用于在工业环境中读取一维/二维码的读码设备（也可读取字符）。一般在生产线上对产品及外包装上的一维/二维码进行读取，实现对生产流程的控制。典型应用：西门子MV440/MV420技术/功能特性：主要特点： IP67的高防护等级及防震动、耐冲击适用于各种严酷的工业环境 多种可选参数 分辨率640 x 480, 752 x 480或1024 x 768像素 可选“校验”功能 可连接外部光源 高读取速度 特殊的解码算法“ID-Genius”（对低对比度的DPM直接打码有高读取率）最高每秒80次读操作最多可存储14个示教码类型多码同时读取功能（同一视场内最多可同时解50个码） 通讯接口 可直接连接PROFINET 以太网，RS232，可编程数字输入/输出接口 PROFIBUS DP (通过ASM系列通讯模块) 在同一个通讯模块上可以同时连接MV420, MV440及RFID读取器 自动触发 可无需外部触发自动记录图像 基于网页的用户界面 可通过安装有IE程序及JAVA插件的可编程设备及电脑方便的调试及运行（无需其他特殊软件） 丰富的控制及监控功能 可在SIMATIC WinCC flexible/WinCC上定制用户界面 灵活的诊断及记录功能与自动化系统及IT系统的无缝连接 欧姆龙E3JM:特点：ACDC自由电源型 实现降低成本的2种类型端子板型/E3JM,配线调整方便导线引出型/E3JK,在细长的机体内凝集功能，且经济型 小型放大器内置型光电开关,机体细长，节约空间，体积仅为505017.4mm,M.S.R机能可检测平滑，有光泽物体,新式光电-IC，增强抗干扰,电源逆接，输出短路和输出逆接保护. 本系统中PLC的选型及特点1、三菱FX系列PLC简介三菱FX系列是由电源、CPU、存储器和输入输出器件组成的单元型可编程控制器。而且，AC电源、DC输入型的内装DC24V电源可作为传感器的辅助电源。基本单元采用易于维修的装卸端予台。标准型内装8K步有备用电池的RAM存储器。另外，若采用可选的存储卡盒，最大可扩展到16K步。FX2N内含计时功能，可以进行时间控制。FX2N系列是PLC FX家族中最先进的系列。FX2N系列具有如下优点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为提升机的自动化控制提供最大的灵活性和控制能力。FX2N系列PLC的硬件FX2N系列具有较高的扩展能力以及高水平的性能表现在以下几点：(1)灵活的配置(2)高速运算(3)突出的寄存器容量(4)丰富的元件资源FX2N系列PLC内设实时时钟，使用标准型号实时时钟可满足对时间灵敏的应用要求；增加了过程控制，可使用FX2N PID指令或易于使用的FX2N-2LC温控模块；网络能力强，完全充足的网络模块式数据通信容易实现；具有很强的数学指令集，使用32位处理、浮点数、方根和三角几何指令满足数学功能要求很高的情况；使用DIN导轨或便利的安转孔直接安装表盘，易于安装；基于Windows的GXDeveloper或FXPCS-Win软件能快速、容易的开发程序；方便直观的操作员界面，从一条完整的线路或操作员界面来选择数据编辑和显示；为大量实际应用而开发的特殊功能，以满足不同的需求模拟IO，高数计数器等。PLC在提升机电控系统中的运行是稳定可靠的，这一技术值得大力推广。考虑到矿井提升机工作性质和环境的特殊性，在具体应用时应注意以下问题：(1)抗干扰性由于矿井提升机系统工作在电磁干扰较严重的环境中，为保证设备工作正常，选型时应特别注意PLC的电磁兼容性指标。同时最主要部件采用导电、导磁性性能良好的材料进行屏蔽， 以防有外界干扰。(2)采用冗余结构根据对元件和系统的事故率分析以及对PLC主机工作可靠性的分析，在影响由PLC构成的制系统正常工作的原因中，PLC本身输入输出接口处的故障等，都是重要因素。为保证提升机运行安全可靠，应发展容错技术，在安全、监视、制动等系统中，采用有高度安全可靠性能的冗余结构形式，一旦发生故障，备用装置可以立即投入运行。(3)采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下修复。因为一旦查出某一段模块出现故障，就能迅速更换，使系统恢复正常。第5章. 邮件分拣系统PLC控制硬件部分5. 1 PLC控制范围及要求：按下启动按钮，传送带1启动，当测件传感器时，传送带2启动，传送带1停止。1秒钟后又见到达打码器处夹紧打码，打码完成后松开，邮件继续传送。当相应传感器检测到相应的编码时，对应的气缸启动，邮件进入下级分拣，当气缸到达限位时返回原位，当下级分拣中相应传感器检测到相应的编码时，对应的气缸启动，邮件进入指定区域。按下停止按钮，全部停止。5.2 分拣机的动作过程 邮件分拣系统模拟图 : 邮件分拣系统模拟图5.3机型的选择及输入输出的确定5.3.1 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10；所需内存字数=模拟量点数100(只有模拟量输入)；所需内存字数=模拟量点数200(模拟量输入输出同时存)。该系统控制程序比较小，而且输入输出点较少，因此内要求比较低。一般的PLC都能满足其要求。5.3.2 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。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A/D和DA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PLC就可以满足工艺的要求了。5.3.3 输入输出的确定可编程控制器系统I/O点数估算。系统I/O分配见下表:输入输出原件符号原件符号启动X0传送带1Y0停止X1传送带2Y1测件传感器X2夹紧打码Y2扫码器（江苏）X3气缸（江苏）Y3扫码器（安徽）X23气缸（安徽）Y4扫码器（浙江）X24气缸（浙江）Y5扫码器（无锡）X4气缸（无锡）Y6扫码器（常州）X25气缸（常州）Y7扫码器（南京）X26气缸（南京）Y10扫码器（滁州）X5气缸（滁州）Y11扫码器（六安）X27气缸（六安）Y12扫码器（安庆）X30气缸（安庆）Y13扫码器（杭州）X6气缸（杭州）Y14扫码器（嘉兴）X31气缸（嘉兴）Y15扫码器（宁波）X32气缸（宁波）Y16气缸限位（江苏）X7气缸限位（安徽）X10气缸限位（浙江）X11气缸限位（无锡）X12气缸限位（常州）X13气缸限位（南京）X14气缸限位（滁州）X15气缸限位（六安）X16气缸限位（安庆）X17气缸限位（杭州）X20气缸限位（嘉兴）X21气缸限位（宁波）X22气缸限位（夹紧打码）X33输入输出表5.3.4 硬件接线图：第6章 总 结本文主要利用PLC作为通用工业控制计算机，可靠性高、抗干扰能力强、配套齐全、功能完善，适用性强、系统设计建造量小、维护方便等等优点，采用FX2N型PLC，实现邮件自动分拣的自动控制。论文在深入研究PLC控制技术的基础上，完成了以下几方面的工作：1) 系统分析了自动分拣系统的要求，完成了基于PLC控制的邮件自动分拣系统的部分设计。2) 制器是控制系统的核心部分，在全面分析了可编程控制器的基础上确定采用三菱PLC作为本课题的控制器，使系统的开放性和通用性大大加强。3) 对控制系统工艺流程进行了细化，优化了系统控制逻辑；设计了PLC控制系统软件并进行调试，提高了系统的可靠性和通用性。致 谢本论文是在杨漾老师的悉心指导和关怀下完成的，从论文选题到论文完成的整个过程中，都凝聚了导师的心血。导师渊博的学识、严谨的治学态度和一丝不苟的工作作风给我留下了深刻的印象，必将对我今后的工作和生活产生极大的影响。我还感谢学校的领导和同学们，是他们在学习上给了我许多便利和支持，使我能有更多的时间和更好的条件做好论文。在此，再一次向杨老师表示我最诚挚的谢意，向我的家人及学校的领导同学们表示感谢。参考文献1 电气与PLC综合控制技术朱文胜，赵斯军.苏州大学出版社，20082 可编程控制器原理及应用路林吉，王坚清华大学出版社，20023 PLC基础及应用廖常初机械工业出版社，20034 PLC的发展寨希林，曲非非微计算机信息，20025 PLC编程及应用廖常初机械工业出版社，20026 PLC的选型问题王兆义上海电器技术，19977 机电一体化系统设计张建民北京理工大学出版社，19968 小型可编程控制器实用技术王兆义机械工业出版社，20039 可编程控制器网络通信及应用邱公伟清华大学出版社，200110 可编程序控制器原理及应用教程李树雄北京航空航天大学出版2003附录第 27 页 共 31 页