PLC郵件分揀模擬控制系統(tǒng)設(shè)計（常州）,plc,郵件,分揀,模擬,摹擬,控制系統(tǒng),設(shè)計,常州 郵件分揀模擬控制 第1章 緒 論 1.1課題的研究背景及意義 隨著社會的不斷發(fā)展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個企業(yè)都迫切地需要改進技術(shù)，提高效率，尤其在需要進行分揀及緩沖、傳送的單位，以往一直采用人工分揀的方法，效率低成本高。為解決上述問題，將PLC技術(shù)應(yīng)用到分揀裝置中用以提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本是一個很好的途徑。本文就介紹了PLC在郵件分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用。 1.2 PLC的概述 目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，而我國PLC生產(chǎn)廠有約30家，卻并沒有真正形成大規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，其中有一部分廠家是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。但同時，我國在PLC應(yīng)用方面卻很活躍，近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品，年銷售30億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣闊川。所以說，對我國PLC生產(chǎn)廠家來說．如何生產(chǎn)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的PLC產(chǎn)品，并形成規(guī)模化生產(chǎn)，打造中國自己的PLC品牌是其面臨的一大課題。一句話，PLC自誕生之日起就成為自動控制領(lǐng)域一顆耀眼的明星，到今天已經(jīng)發(fā)展為一個極其巨大的產(chǎn)業(yè)，也形成了其在自動化控制領(lǐng)域中短期內(nèi)不可被替代的地位。 PLC即可編程控制器（Pragrammable Logic Controller）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是在20世紀(jì)60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設(shè)計的。 PLC自產(chǎn)生至今只有30多年的歷史，卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。 1.2.1 PLC的產(chǎn)生背景 在PLC誕生之前，工業(yè)控制設(shè)備的主流品種是以繼電器、接觸器為主體的控制裝置。繼電器、接觸器是一些電磁開關(guān)。其結(jié)構(gòu)是由勵磁線圈、鐵心磁路、觸點等部件組成。其中觸點是接通或斷開電路的部件，按勵磁線圈通電前的狀態(tài)又可分為常開和常閉兩種類型。線圈通電前呈斷開狀態(tài)的為常開觸點，呈接通狀態(tài)的為常閉觸點。同一只接觸器或繼電器常有多對常開、常閉觸點。當(dāng)勵磁線圈通電，銜鐵在磁力作用下被鐵心吸合時，常開觸點接通，常閉觸點斷開，以完成電路連接的切換。觸點又分為主觸點及輔助觸點。用于主回路，控制較大電流的觸點是主觸點。用于控制電路，只能通過較小電流的觸點稱為輔助觸點。通過繼電器、接觸器及其它控制元件的線路連接，可以實現(xiàn)一定的控制邏輯，從而實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的各種操作控制。人們將由導(dǎo)線連接決定器件間邏輯關(guān)系的控制方式稱為接線邏輯。 隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，使用繼電器電路構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷暴露出來。首先是復(fù)雜的系統(tǒng)使用成百上千個各種各樣的繼電器，成千上萬根導(dǎo)線連接得密如蛛網(wǎng)。只要有一個繼電器、一根導(dǎo)線出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能正常工作，這就大大降低了這種接線邏輯系統(tǒng)的可靠性。其次是這樣的系統(tǒng)維修及改造很不容易，特別是技術(shù)改造，當(dāng)試圖改變設(shè)備的工作過程以改善設(shè)備的功能時，人們寧愿新生產(chǎn)一套控制設(shè)備也都不愿意將繼電器控制柜中的線路重接。而在20世紀(jì)60-70年代，社會的進步要求制造業(yè)生產(chǎn)出小批量、多品種多規(guī)格、低成本、高質(zhì)量的產(chǎn)品以滿足市場需要，不斷地提出改善生產(chǎn)機械功能的要求。加上當(dāng)時電子技術(shù)已經(jīng)有了一定的發(fā)展，于是人們開始尋求一種以存儲邏輯代替接線邏輯的新型工業(yè)控制設(shè)備。這就是PLC。 1.2.2 PLC的發(fā)展過程 1968年，美國通用汽車公司(GM)為適應(yīng)汽車型號的不斷翻新，想尋找一種能減少重新設(shè)計控制系統(tǒng)和接線、降低成本、縮短時間的措施，并設(shè)想把計算機功能的完備、靈活通用和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向控制過程、面向用戶的，自然語言，編程，使不熟悉計算機的人也能方便地使用。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第1臺PLC，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用，獲得成功。從此，這項新技術(shù)便迅速發(fā)展起來。 1971年日本從美國引進了該項新技術(shù)，很快就研制出了日本第1臺PLC。1973-1974年，西德和法國也相繼研制出了自己的第1臺PLC。中國從1974年開始研制，1977年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。限于當(dāng)時的元器件條件和計算技術(shù)的發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成。 1959-1973年是PLC的初創(chuàng)時期。在這個時期，PLC從有觸點不可編程的硬接線順序控制器發(fā)展成為小型機的無觸點可編程邏輯控制器，可靠性比以往的繼電器控制系統(tǒng)有較大提高，靈活性也有所增強。其主要功能限于邏輯運算、計時、計數(shù)和順序控制，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。 1974-1977年是PLC的發(fā)展中期。在這個時期，由于8位單片CPU和集成存儲器芯片的出現(xiàn)，PLC得到了迅速發(fā)展和完善，并逐步趨向系列化和實用化，普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制。PLC除了原有功能外，又增加了數(shù)值運算、數(shù)據(jù)的傳遞和比較、模擬量的處理和控制等功能，可靠性進一步提高，開始具備自診斷功能。 1978-1983年，PLC進入成熟階段。這個時期，微型計算機行業(yè)已出現(xiàn)了16位CPU，MCS-51系列單片機也由Intel公司推出，使PLC也開始朝著大規(guī)模、高速度和高性能方向發(fā)展，PLC的生產(chǎn)量在國際上每年以30%的遞增量迅速增長。在結(jié)構(gòu)上，PLC除了采用微處理器及EPROM，EEP-ROM，CMCS RAM等LSI電路外，還向多微處理器發(fā)展，使PLC的功能和處理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮點運算、平方、三角函數(shù)、相關(guān)數(shù)、查表、列表、脈寬調(diào)制變換等，初步形成了分布式可編程控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有通訊功能和遠(yuǎn)程I/O處理能力，編程語言較規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。此外自診斷功能及容錯技術(shù)發(fā)展迅速，使PLC系統(tǒng)的可靠性得到了進一步提高。 1984年后，PLC的規(guī)模更大，存儲器的容量又提高了1個數(shù)量級（最高可達896K），有的PLC已采用了32位微處理器，多臺PLC可與大系統(tǒng)一起連成整體的分布式控制系統(tǒng)，在軟件方面有的已與通用計算機系統(tǒng)兼容。編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖語句表外，還有用于算術(shù)的BASIC語言、用于機床控制的數(shù)控語言等。在人機接口方面，采用了現(xiàn)實信息等更多直觀的CRT，完全代替了原來的儀表盤，使用戶的編程和操作更加方便靈活。PLC的I/O模件一方面發(fā)展自帶微處理器的智能I/O模件，另一方面也注意增大I/O點數(shù)，以適應(yīng)控制范圍的增大和在系統(tǒng)中使用A/D，D/A通訊及其他特殊功能模件的需要。同時，各PLC生產(chǎn)廠家還注意提高I/O的密集度，生產(chǎn)高密度的I/O模件，以節(jié)省空間，降低系統(tǒng)的成本。 1.2.3 PLC的特點 一、控制結(jié)構(gòu)簡單，通用性強，使用方便。由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，當(dāng)控制對象的硬件配置確定以后，就可通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 二、功能性強，適應(yīng)面廣?，F(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對開關(guān)量進行控制，也可對模擬量進行控制，既可控制1臺生產(chǎn)機械、1條生產(chǎn)線，也可控制1個生產(chǎn)過程。PLC還具有通訊聯(lián)絡(luò)功能，可與上位干擾信號有良好的抑制作用。軟件方面，設(shè)置故障檢測與診斷程序。采用以上抗干擾措施后，PLC平均無故障時間大大延長。 三、抗干擾能力強，可靠性高。繼電器接觸器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而PLC采用微電子技術(shù)，帶領(lǐng)的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線唄軟件程序所取代，故其壽命長，可靠性大大提高。 微機雖然有很強的功能但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、電源波動、機械振動、溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機不能正常工作。而PLC在電子線路、機械結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊都采用了大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震都有精確考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施所有這些使PLC具有較高的抗干擾能力，目前各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，平均無故障期都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時，有的甚至達到了幾十萬小時、 四、編程方法簡單，容易掌握。PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語言。該語言編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。 五、控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試方便。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等部件，硬軟件齊全，且為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，并已商品化故可按性能、容量（輸入、輸出點、內(nèi)存大小）等選用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，使安裝接線工作量大大減小，設(shè)計人員只要有一臺PLC就可進行控制系統(tǒng)的設(shè)計并可在實驗室進行模擬調(diào)試，而繼電接觸器系統(tǒng)需在現(xiàn)場調(diào)試，工作量大且繁瑣。 六、體積小，質(zhì)量小，功耗低，由于PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備的新型產(chǎn)品，因而結(jié)構(gòu)緊湊，堅固，體積小，質(zhì)量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和適應(yīng)環(huán)境溫度濕度變化的能力,因此PLC很容易裝入機械設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化較理想的控制設(shè)備 七、維修方便工作量小 PLC具有完善的自診斷、履歷情報存儲及監(jiān)視功能，對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)異常狀態(tài)和輸入輸出點的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過它可以檢查出故障原因，工作人員通過它可以查出故障原因，便于迅速處理，及時排除。控制柜的設(shè)計、安裝接線工作量大為減少。 第2章 PLC安裝與傳感器種類 2.1安裝可靠性技術(shù)要求 PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的控制裝置，通常不需要采取什么措施，就可以直在工業(yè)環(huán)境中使用。但是當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，都不能保證PLC的正常運行，因此使用時應(yīng)注意以下問題。 1) 工作環(huán)境 ① 溫度 PLC要求環(huán)境溫度在55。C。安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大，開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境溫度超過55。C，要安裝電風(fēng)扇，強迫通風(fēng)…。 ② 濕度 為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于85％(無凝路)。 ③ 震動 應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強烈的震動源，防止振動頻率為10．55Hz的頻繁或連續(xù)振動。當(dāng)使用環(huán)境不可避免振動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。 ④ 空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有許多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。 ⑤ 電源 PLC供電電源為50Hz、220(1±10％)V的交流電，對于電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵御能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境，可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。S7-200系列PLC有直流24V輸出接線端，該接線端可以為輸入傳感器提供24V電源。當(dāng)輸入端使用外接直流電源時，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因為普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，容易使PLC接收到錯誤信息。 2) 安裝與布線 動力線、控制線以及PLC的電源線和I／O線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和I／O之間應(yīng)采用雙絞線連接。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。PLC的輸入輸出最好分開走線，開關(guān)量和模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽電阻的1／10。PLC基本單元與擴展單元以及功能模塊的連接線纜應(yīng)單獨敷設(shè)，以防外界信號干擾。交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動力線，避免同行。 3) I／O端的接線 ① 輸入接線 輸入線一般不要超過30mm。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入線可適當(dāng)長些。輸入／輸出線不能用同一根電纜，輸入／輸出線要分開。盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。 ② 輸出連接 輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負(fù)載短路，將燒毀印制電路板，因此，應(yīng)用熔絲保護輸出元件。 采用繼電器輸出時，所承受的電感性負(fù)載的大小，會影響到繼電器的壽命，因此采用電感性負(fù)載時選擇繼電器工作壽命要長。PLC輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續(xù)流管保護，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管的旁路電阻保護。 4) 外部安全電路 為了確保整個系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下可靠工作，避免由于外部電源發(fā)生故障、PLC出現(xiàn)異常、誤操作以及誤輸出造成的重大經(jīng)濟損失和人身傷亡事故，PLC外部應(yīng)安裝必要的保護電路。 5）PLC的接地 良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。PLC的接地線與機器的接地端相接，接地線的截面積應(yīng)不小于2平方毫米，接地電阻小于100歐；如果要用擴展單元接地點應(yīng)與基本單元接地點接在一起。為抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接上專用地線，接地點應(yīng)與動力設(shè)備的接地點分開；若達不到這種要求，也必須做到與其他設(shè)備公共接地，禁止與其他設(shè)備串聯(lián)接地。接地點應(yīng)盡可能靠近PLC。 2.2 傳感器的種類 國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 傳感器有許多分類方法，但常用的分類方法有兩種，一種是按被測物理量來分；另一種是按傳感器的工作原理來分。 按被測物理量劃分的傳感器，常見的有：溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等。 按工作原理可劃分為： 1．電學(xué)式傳感器 電學(xué)式傳感器是非電量電測技術(shù)中應(yīng)用范圍較廣的一種傳感器，常用的有電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器及電渦流式傳感器等。 電阻式傳感器是利用變阻器將被測非電量轉(zhuǎn)換為電阻信號的原理制成。電阻式傳感器一般有電位器式、觸點變阻式、電阻應(yīng)變片式及壓阻式傳感器等。電阻式傳感器主要用于位移、壓力、力、應(yīng)變、力矩、氣流流速、液位和液體流量等參數(shù)的測量。 電容式傳感器是利用改變電容的幾何尺寸或改變介質(zhì)的性質(zhì)和含量，從而使電容量發(fā)生變化的原理制成。主要用于壓力、位移、液位、厚度、水分含量等參數(shù)的測量。 電感式傳感器是利用改變磁路幾何尺寸、磁體位置來改變電感或互感的電感量或壓磁效應(yīng)原理制成的。主要用于位移、壓力、力、振動、加速度等參數(shù)的測量。 磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，把被測非電量轉(zhuǎn)換成電量制成。主要用于流量、轉(zhuǎn)速和位移等參數(shù)的測量。 電渦流式傳感器是利用金屑在磁場中運動切割磁力線，在金屬內(nèi)形成渦流的原理制成。主要用于位移及厚度等參數(shù)的測量。 2．磁學(xué)式傳感器 磁學(xué)式傳感器是利用鐵磁物質(zhì)的一些物理效應(yīng)而制成的，主要用于位移、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的測量。 3．光電式傳感器 光電式傳感器在非電量電測及自動控制技術(shù)中占有重要的地位。它是利用光電器件的光電效應(yīng)和光學(xué)原理制成的，主要用于光強、光通量、位移、濃度等參數(shù)的測量。 4．電勢型傳感器 電勢型傳感器是利用熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等原理制成，主要用于溫度、磁通、電流、速度、光強、熱輻射等參數(shù)的測量。 5．電荷傳感器 電荷傳感器是利用壓電效應(yīng)原理制成的，主要用于力及加速度的測量。 6．半導(dǎo)體傳感器 半導(dǎo)體傳感器是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、磁電效應(yīng)、半導(dǎo)體與氣體接觸產(chǎn)生物質(zhì)變化等原理制成，主要用于溫度、濕度、壓力、加速度、磁場和有害氣體的測量。 7．諧振式傳感器 諧振式傳感器是利用改變電或機械的固有參數(shù)來改變諧振頻率的原理制成，主要用來測量壓力。 8．電化學(xué)式傳感器 電化學(xué)式傳感器是以離子導(dǎo)電為基礎(chǔ)制成，根據(jù)其電特性的形成不同，電化學(xué)傳感器可分為電位式傳感器、電導(dǎo)式傳感器、電量式傳感器、極譜式傳感器和電解式傳感器等。電化學(xué)式傳感器主要用于分析氣體、液體或溶于液體的固體成分、液體的酸堿度、電導(dǎo)率及氧化還原電位等參數(shù)的測量。 另外，根據(jù)傳感器對信號的檢測轉(zhuǎn)換過程，傳感器可劃分為直接轉(zhuǎn)換型傳感器和間接轉(zhuǎn)換型傳感器兩大類。前者是把輸入給傳感器的非電量一次性的變換為電信號輸出，如光敏電阻受到光照射時，電阻值會發(fā)生變化，直接把光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出；后者則要把輸入給傳感器的非電量先轉(zhuǎn)換成另外一種非電量，然后再轉(zhuǎn)換成電信號輸出，如采用彈簧管敏感元件制成的壓力傳感器就屬于這一類，當(dāng)有壓力作用到彈簧管時，彈簧管產(chǎn)生形變，傳感器再把變形量轉(zhuǎn)換為電信號輸出。 第3章 郵件自動分揀系統(tǒng) 最初的分揀系統(tǒng)是完全基于人力的作業(yè)系統(tǒng)。通過人工搜索、搬運來完成貨物的提取。這種分揀系統(tǒng)的作業(yè)效率低下，無法滿足現(xiàn)代化物流配送對速度和準(zhǔn)確性的高要求。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，分揀系統(tǒng)中開始運用各種各樣的自動化機械設(shè)備。計算機控制技術(shù)和信息技術(shù)成為信息傳遞和處理的重要手段。機械化、自動化、智能化成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的主要特點與發(fā)展趨勢。 自動分揀系統(tǒng)(automatic sorting system)是二戰(zhàn)后在美國、日本以及歐洲的大中型物流中心廣泛采用的一種分揀系統(tǒng)。一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口四部分組成，它們通過計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，配合人工控制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個完整的分揀系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器應(yīng)運而生。并且功能也越來越強大。在應(yīng)用上，PLC有著其他設(shè)備無以比擬的優(yōu)越性，它可靠性高，抗干擾能力高；適用性強，應(yīng)用靈活；編程方便，易于使用；功能強大，擴展能力強；控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便；維修方便，維修工作量少；體積小，質(zhì)量輕，易于實現(xiàn)機電一體化。 3.1自動分揀系統(tǒng)概述 現(xiàn)代社會已將物流的高科技(自動分揀桃、自動化立體倉庫、信息處理及通 訊自動化等)廣泛應(yīng)用于各個流通領(lǐng)域。自動分揀系統(tǒng)(Automatic Sorting System)現(xiàn)在已成為發(fā)達國家大中型物流中心不可缺少的一部分?？梢钥隙?，隨著物流大環(huán)境的逐步改善，科學(xué)技術(shù)日新月異的進步，特別是感測技術(shù)(激光掃描)、電子標(biāo)簽及計算機控制技術(shù)等的引入使用，自動分揀系統(tǒng)在我國發(fā)展空間巨大。 3.2 自動分揀系統(tǒng)的主要特點 在我國，自動分揀系統(tǒng)主要用于郵政業(yè)的信函分揀或機場的行李分揀等場合。 自動分揀系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的人工分揀無可比擬的優(yōu)勢，其主要特點如下： ? 分揀效率高：由于采用流水線自動作業(yè)方式，自動分揀系統(tǒng)不受氣候、時間、人的體力等因素的限制，可以連續(xù)運行，而且單位時間分揀件數(shù)多，因此它能夠連續(xù)大批量的分揀物品。一般情況下，自動分揀系統(tǒng)可連續(xù)運行100個小時以上。中等效率的分揀系統(tǒng)每小時可分揀7000件物品。比起人工每小時最多分揀150件的效率來說，有點特別明顯。更重要的是不需要大量的勞動力來從事分揀作業(yè)。實現(xiàn)了從勞動密集型到技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)變。 ? 分揀誤差率低：自動分揀系統(tǒng)的分揀誤差率主要取決于所輸入分揀信息的準(zhǔn)確性。而這又取決于分揀信息的輸入機制。其中攜帶貨物的相關(guān)載體和識別裝置起著主導(dǎo)作用。如果采用人工輸入，則誤差率在3%以上；如果采用條形碼輸入，在條形碼噴碼無誤和無破損的情況下出錯率很低。目前自動分揀系統(tǒng)主要采用條形碼技術(shù)來識別貨物；如果采用當(dāng)前廣泛研究的電子標(biāo)簽，則不僅解決了分揀過程中讀取信息的不便，而且提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和運行穩(wěn)定性。 ? 分揀作業(yè)基本實現(xiàn)無人化：國外建立自動分揀系統(tǒng)的目的之一就是為了減少勞動力的使用，降低勞動強度，自動分揀系統(tǒng)能最大限度減少人員的使用，基本做到無人作業(yè)。分揀系統(tǒng)本身并不需要人員，在分揀過程中主要從事以下工作：送貨小車抵達自動分揀作業(yè)線的進貨端時，由人工接貨；由人工控制分揀系統(tǒng)的運行；分揀系統(tǒng)的末端用人工將分揀出來的貨物進行分包、堆盤、裝車；自動分揀系統(tǒng)系統(tǒng)的經(jīng)營、管理與維護。 自動分揀系統(tǒng)最早在我國郵政部門使用。郵件分揀作業(yè)是自動分揀的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域，郵件分揀機依據(jù)郵件的地址，迅速、準(zhǔn)確地將發(fā)往不同地點的郵件從眾多郵件中按郵政編碼分揀出來。自動分揀系統(tǒng)的使用，改變了傳統(tǒng)的手工作業(yè)的分揀方式，大大減輕了笨重的體力勞動，而且更為重要的是提高了郵件分揀作業(yè)的準(zhǔn)確性。 我國人口眾多，人員之間的聯(lián)系緊密，郵件數(shù)量相當(dāng)巨大。近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，郵政事業(yè)得到了空前發(fā)展。郵政通信網(wǎng)的技術(shù)含量不斷增加，技術(shù)裝備水平也在不斷提高，郵件處理已基本實現(xiàn)機械化，并且朝著自動化的方向邁進。其中，利用機器自動分揀郵件是一個重要的課題。國內(nèi)的研究工作起源于20世紀(jì)70年代中期。20多年來，科技人員不斷跟蹤國際分揀技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，推陳出新。截止1998年底，全國共有106套郵件自動分揀設(shè)備投入運行。供貨廠家有國家郵政局上海研究所、德國SIEMENS公司、日本NEC公司。本文主要介紹郵件分揀機的工作原理。 下圖為某郵件分揀機的工作原理框圖。它主要通過對在傳送帶上通過的郵件進行掃碼獲得郵件、 的信息，識別出郵政編碼后由郵政編碼的數(shù)字信息來控制郵件流向。 圖2-1郵件分揀系統(tǒng)的工作原理圖 第4章 傳感器及PLC的選擇 由于本設(shè)計中所選用的傳感器有光電傳感器和掃碼器兩種，所以只需兩種型號,即：歐姆龍E3JM及西門子MV440/MV420。 打碼器定義： 打碼器是一種讀取條形碼信息的機器。利用發(fā)射出紅外線光源，然后根據(jù)反射的結(jié)果，利用芯片來譯碼，最后再返回條形碼所代表的正確字符。 1、掃描 條形碼是由黑與白的線條組合而成的，而條形碼掃描器就是借助黑 與白對紅外線 反射程度的不同來判斷條形碼的寬度。條形碼掃描器內(nèi)有感應(yīng)器，會根據(jù)反射光線強度的不同而產(chǎn)生高低不同的電壓，進而產(chǎn)生邏輯數(shù)據(jù)，如圖1 所示。條形碼掃描器所接收到的邏輯信號，可以根據(jù)編碼規(guī)則，來產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如圖2所示。圖 1 通過掃描產(chǎn)生不同電壓 圖2 根據(jù)編碼規(guī)則產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 2、光學(xué)原理 掃描條形碼時，條形碼掃描器會發(fā)出紅外線，并根據(jù)反射回來的光線強度而輸出強度不同的邏輯信號，然后再將這些信號送入條形碼譯碼器去譯碼。 掃碼器的分類 條形碼掃描儀分為掌上型和桌上型，掌上型又分為光罩型和激光型。光罩型的激光的光束約有1~2 條,而桌上型大多為激光型，激光光束為1~20 條不等，采用網(wǎng)狀分布，條數(shù)越多掃描速度越快，因此像超市等場所因為要求速度快而大多使用桌上型掃描儀。 掌上型掃描儀的掃描原理： 　　光罩型：在前端發(fā)出數(shù)個光源，再接收由條形碼中白色線條反射的位置及大小來判斷數(shù)據(jù)。 激光型：在前端發(fā)出直線型紅外線，左右來回掁動掃描條形碼，再接收由條形碼中白色線條反射的位置及大小來判斷數(shù)據(jù) 西門子MV440/MV420： SIMATIC MV420/MV440是專為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計的讀碼器設(shè)備，是用于在工業(yè)環(huán)境中讀取一維/二維碼的讀碼設(shè)備（也可讀取字符）。一般在生產(chǎn)線上對產(chǎn)品及外包裝上的一維/二維碼進行讀取，實現(xiàn)對生產(chǎn)流程的控制。 　　典型應(yīng)用： 　　西門子MV440/MV420技術(shù)/功能特性： 主要特點： 　　■ IP67的高防護等級及防震動、耐沖擊適用于各種嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境 　　■ 多種可選參數(shù) 　　– 分辨率640 x 480, 752 x 480或1024 x 768像素 　　– 可選“校驗”功能 　　– 可連接外部光源 　　■ 高讀取速度 　　– 特殊的解碼算法“ID-Genius”（對低對比度的DPM直接打碼有高讀取率） 　　–最高每秒80次讀操作 　　–最多可存儲14個示教碼類型 　　–多碼同時讀取功能（同一視場內(nèi)最多可同時解50個碼） 　　■ 通訊接口 　　– 可直接連接PROFINET 　　– 以太網(wǎng)，RS232，可編程數(shù)字輸入/輸出接口 　　– PROFIBUS DP (通過ASM系列通訊模塊) 　　– 在同一個通訊模塊上可以同時連接MV420, MV440及RFID讀取器 　　■ 自動觸發(fā) 　　– 可無需外部觸發(fā)自動記錄圖像 　　■ 基于網(wǎng)頁的用戶界面 　　– 可通過安裝有IE程序及JAVA插件的可編程設(shè)備及電腦方便的調(diào)試及運行（無需其他特殊軟件） 　　– 豐富的控制及監(jiān)控功能 　　– 可在SIMATIC WinCC flexible/WinCC上定制用戶界面 　　– 靈活的診斷及記錄功能 　　與自動化系統(tǒng)及IT系統(tǒng)的無縫連接 歐姆龍E3JM: 特點：AC／DC自由電源型 實現(xiàn)降低成本的2種類型端子板型/E3JM,配線／調(diào)整方便導(dǎo)線引出型/E3JK,在細(xì)長的機體內(nèi)凝集功能，且經(jīng)濟型 小型放大器內(nèi)置型光電開關(guān),機體細(xì)長，節(jié)約空間，體積僅為50×50×17.4mm,M.S.R機能可檢測平滑，有光澤物體,新式光電-IC，增強抗干擾,電源逆接，輸出短路和輸出逆接保護. 本系統(tǒng)中PLC的選型及特點 1、三菱FX系列PLC簡介 三菱FX系列是由電源、CPU、存儲器和輸入輸出器件組成的單元型可編程控制器。而且，AC電源、DC輸入型的內(nèi)裝DC24V電源可作為傳感器的輔助電源?；締卧捎靡子诰S修的裝卸端予臺。標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)裝8K步有備用電池的RAM存儲器。另外，若采用可選的存儲卡盒，最大可擴展到16K步。FX2N內(nèi)含計時功能，可以進行時間控制。FX2N系列是PLC FX家族中最先進的系列。 FX2N系列具有如下優(yōu)點：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為提升機的自動化控制提供最大的靈活性和控制能力。 FX2N系列PLC的硬件 FX2N系列具有較高的擴展能力以及高水平的性能表現(xiàn)在以下幾點： (1)靈活的配置 (2)高速運算 (3)突出的寄存器容量 (4)豐富的元件資源 FX2N系列PLC內(nèi)設(shè)實時時鐘，使用標(biāo)準(zhǔn)型號實時時鐘可滿足對時間靈敏的應(yīng)用要求；增加了過程控制，可使用FX2N PID指令或易于使用的FX2N-2LC溫控模塊；網(wǎng)絡(luò)能力強，完全充足的網(wǎng)絡(luò)模塊式數(shù)據(jù)通信容易實現(xiàn)；具有很強的數(shù)學(xué)指令集，使用32位處理、浮點數(shù)、方根和三角幾何指令滿足數(shù)學(xué)功能要求很高的情況；使用DIN導(dǎo)軌或便利的安轉(zhuǎn)孔直接安裝表盤，易于安裝；基于Windows的GX—Developer或FX／PCS-Win軟件能快速、容易的開發(fā)程序；方便直觀的操作員界面， 從一條完整的線路或操作員界面來選擇數(shù)據(jù)編輯和顯示；為大量實際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能，以滿足不同的需求——模擬I／O，高數(shù)計數(shù)器等。 PLC在提升機電控系統(tǒng)中的運行是穩(wěn)定可靠的，這一技術(shù)值得大力推廣?？紤]到礦井提升機工作性質(zhì)和環(huán)境的特殊性，在具體應(yīng)用時應(yīng)注意以下問題： (1)抗干擾性 由于礦井提升機系統(tǒng)工作在電磁干擾較嚴(yán)重的環(huán)境中，為保證設(shè)備工作正常，選型時應(yīng)特別注意PLC的電磁兼容性指標(biāo)。同時最主要部件采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁性性能良好的材料進行屏蔽， 以防有外界干擾。 (2)采用冗余結(jié)構(gòu) 根據(jù)對元件和系統(tǒng)的事故率分析以及對PLC主機工作可靠性的分析，在影響由PLC構(gòu)成的制系統(tǒng)正常工作的原因中，PLC本身輸入輸出接口處的故障等，都是重要因素。為保證提升機運行安全可靠，應(yīng)發(fā)展容錯技術(shù)，在安全、監(jiān)視、制動等系統(tǒng)中，采用有高度安全可靠性能的冗余結(jié)構(gòu)形式，一旦發(fā)生故障，備用裝置可以立即投入運行。 (3)采用模塊式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下修復(fù)。因為一旦查出某一段模塊出現(xiàn)故障，就能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常。 第5章. 郵件分揀系統(tǒng)PLC控制硬件部分 5. 1 PLC控制范圍及要求： 按下啟動按鈕，傳送帶1啟動，當(dāng)測件傳感器時，傳送帶2啟動，傳送帶1停止。1秒鐘后又見到達打碼器處夾緊打碼，打碼完成后松開，郵件繼續(xù)傳送。當(dāng)相應(yīng)傳感器檢測到相應(yīng)的編碼時，對應(yīng)的氣缸啟動，郵件進入下級分揀，當(dāng)氣缸到達限位時返回原位，當(dāng)下級分揀中相應(yīng)傳感器檢測到相應(yīng)的編碼時，對應(yīng)的氣缸啟動，郵件進入指定區(qū)域。按下停止按鈕，全部停止。 5.2 分揀機的動作過程 郵件分揀系統(tǒng)模擬圖 : 郵件分揀系統(tǒng)模擬圖 5.3機型的選擇及輸入輸出的確定 5.3.1 內(nèi)存估計 用戶程序所需的內(nèi)存容量受以下幾個因素的影響：內(nèi)存利率：開關(guān)量輸入，輸出點數(shù)；用戶的程序水平。 所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量(輸入+輸出)總點數(shù)×10； 所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點數(shù)×100(只有模擬量輸入)； 所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點數(shù)×200(模擬量輸入／輸出同時存)。該系統(tǒng)控制程序比較小，而且輸入輸出點較少，因此內(nèi)要求比較低。一般的PLC都能滿足其要求。 5.3.2 響應(yīng)時間 可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠地接受持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號；但是在本系統(tǒng)中，郵件的輸入速度是相對比較慢的，不可能比掃描周期短，所以，系統(tǒng)響應(yīng)時間沒特殊要求，不需要考慮這方面的問題。 郵件分揀是一個比較固定的、環(huán)境條件較好的工藝過程，要實現(xiàn)的功能也相對簡單，無A/D和D／A轉(zhuǎn)換、加減運算。另外，控制程序也比較固定，不需要在線編程，選用整體式PLC就可以滿足工藝的要求了。 5.3.3 輸入輸出的確定 可編程控制器系統(tǒng)I/O點數(shù)估算。系統(tǒng)I/O分配見下表: 輸入 輸出 原件 符號 原件 符號 啟動 X0 傳送帶1 Y0 停止 X1 傳送帶2 Y1 測件傳感器 X2 夾緊打碼 Y2 掃碼器（江蘇） X3 氣缸（江蘇） Y3 掃碼器（安徽） X23 氣缸（安徽） Y4 掃碼器（浙江） X24 氣缸（浙江） Y5 掃碼器（無錫） X4 氣缸（無錫） Y6 掃碼器（常州） X25 氣缸（常州） Y7 掃碼器（南京） X26 氣缸（南京） Y10 掃碼器（滁州） X5 氣缸（滁州） Y11 掃碼器（六安） X27 氣缸（六安） Y12 掃碼器（安慶） X30 氣缸（安慶） Y13 掃碼器（杭州） X6 氣缸（杭州） Y14 掃碼器（嘉興） X31 氣缸（嘉興） Y15 掃碼器（寧波） X32 氣缸（寧波） Y16 氣缸限位（江蘇） X7 　 　 氣缸限位（安徽） X10 　 　 氣缸限位（浙江） X11 　 　 氣缸限位（無錫） X12 　 　 氣缸限位（常州） X13 　 　 氣缸限位（南京） X14 　 　 氣缸限位（滁州） X15 　 　 氣缸限位（六安） X16 　 　 氣缸限位（安慶） X17 　 　 氣缸限位（杭州） X20 　 　 氣缸限位（嘉興） X21 　 　 氣缸限位（寧波） X22 　 　 氣缸限位（夾緊打碼） X33 　 　 輸入輸出表 5.3.4 硬件接線圖： 第6章 總 結(jié) 本文主要利用PLC作為通用工業(yè)控制計算機，可靠性高、抗干擾能力強、配套齊全、功能完善，適用性強、系統(tǒng)設(shè)計建造量小、維護方便等等優(yōu)點，采用FX2N型PLC，實現(xiàn)郵件自動分揀的自動控制。 論文在深入研究PLC控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，完成了以下幾方面的工作： 1) 系統(tǒng)分析了自動分揀系統(tǒng)的要求，完成了基于PLC控制的郵件自動分揀系統(tǒng)的部分設(shè)計。 2) 制器是控制系統(tǒng)的核心部分，在全面分析了可編程控制器的基礎(chǔ)上確定采用三菱PLC作為本課題的控制器，使系統(tǒng)的開放性和通用性大大加強。 3) 對控制系統(tǒng)工藝流程進行了細(xì)化，優(yōu)化了系統(tǒng)控制邏輯；設(shè)計了PLC控制系統(tǒng)軟件并進行調(diào)試，提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性。 致 謝 本論文是在楊漾老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的，從論文選題到論文完成的整個過程中，都凝聚了導(dǎo)師的心血。導(dǎo)師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，必將對我今后的工作和生活產(chǎn)生極大的影響。我還感謝學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)和同學(xué)們，是他們在學(xué)習(xí)上給了我許多便利和支持，使我能有更多的時間和更好的條件做好論文。 在此，再一次向楊老師表示我最誠摯的謝意，向我的家人及學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)同學(xué)們表示感謝。 參考文獻 [1] 《電氣與PLC綜合控制技術(shù)》朱文勝，趙斯軍.蘇州大學(xué)出版社，2008 [2] 《可編程控制器原理及應(yīng)用》路林吉，王堅．清華大學(xué)出版社，2002 [3] 《PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用》廖常初．機械工業(yè)出版社，2003 [4] 《PLC的發(fā)展》寨希林，曲非非．微計算機信息，2002 [5] 《PLC編程及應(yīng)用》廖常初．機械工業(yè)出版社，2002 [6] 《PLC的選型問題》王兆義．上海電器技術(shù)，1997 [7] 《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》張建民．北京理工大學(xué)出版社，1996 [8] 《小型可編程控制器實用技術(shù)》王兆義．機械工業(yè)出版社，2003 [9] 《可編程控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用》邱公偉．清華大學(xué)出版社，2001 [10] 《 可編程序控制器原理及應(yīng)用教程》李樹雄．北京航空航天大學(xué)出版2003 附錄 第 28 頁 共 28 頁