三菱PLC邮件分拣.docx

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY
电器与可编程控制器
课程设计说明书
题目：邮件分拣系统模拟
二级学院（直属学部）：
专业：
班级：
学生姓名：
学号：
指导教师姓名： 俞霖
职称：

2011年 12月26日
电器与可编程控制器
课程设计任务书
二级学院 专业：班级：
学生姓名

指导老师

职称

课题名称
课题：邮件分拣系统模拟
指标及要求
达到设计课题的控制要求，上机调试PLC控制程序，打印PLC程序，计算机绘图。
课题工作内容
工作内容：1、熟悉课题工作原理。
2、设计方案论证，系统建立，电气原理控制设计。
3、元器件选择，梯形图设计（控制分析）。
4、完成设计图纸，完成设计任务书。
5、设计测评。
进程
安排
第一天：下达任务，收集资料，设计准备，方案确定。
第二天：电气原理控制设计，元器件选择。
第三至九天：梯形图设计（控制分析），上机调试。
第十天：完成设计图纸，完成设计任务书，设计测评。
主要
参考
文献
《可编程控制原理与应用》北京理工大学出版社 范次猛
《可编程控制应用技术实训指导》化学工业出版社 李俊秀
《电气控制与PLC应用》北京机械工业出版社 余雷生 方宗达
《电气控制与可编程控制器技术》化学工业出版社 史国生
地点
秋白楼B511教室
起止日期
—

指导教师：
2011年12月26日
目 录
课程设计任务书II
1绪论1
一什么是 PLC 可编程控制器1
二可编程控制器的特点1
三 PLC 的发展1
四三菱系统可编程控制器举例2
第二课题介绍3
邮件分拣机示意图:3
第三节设计要求与内容5
控制要求5
设计要求5
3.3 控制原理5
第四节硬件设计6
元器件的选择6
元器件清单8
第五节软件设计9
5.1 PLC 的I/O 资源配置9
5.2 设计思想（程序框图）9
外部接线图及程序10
六小结15
参考文献16
附录17
主电路控制图17
PLC外部接线图18
1绪论
一 什么是 PLC 可编程控制器
可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。它从诞生至今，仅有三十年历史。
二 可编程控制器的特点
1 易懂易学
2 价格便宜,且可完全取代传统的各种继电器
3 一台便可控制数部机器亦可全厂集中控制
4 无触点配线,故信赖度极高,且寿命为半永久性
5 可缩小传统和配电控制盘之体积至 1/2~1/10
6 可省下大部分的配线与附件,并缩小控制盘,故可节省巨额的费用而使整个系统的成本降低
7 已装置的 PC 尚可充分利用来扩充与增设
8 故障检修换修容易,节省工时,减少停工损失
9 增设自动控制的功能非常容易,故可缩短新机器的试车与安装期。且随时增设的线路均存储与内部，而可随时调出或由打印机打出。
10 装配第二台时仅需数分钟写入就可配好几百个继电器触点的线路，并可无限制的复制
11 具有运行监视，易于集中管理分散控制，并可与电脑连线控制
12 具有自我诊断的功能且备份简单，又机械虽更换或淘汰，PLC 仍可再利用，几乎不需折旧。
三 PLC 的发展
多年来，可编程控制器（以下简称 PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了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。今天的 PLC 在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。近年来，可编程控制器技术的发展异常迅猛，各生产厂家也推出了许多功能强大的新型 PLC、各种特殊功能模块和通信联网器件。目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：
1．开关量逻辑控制
2．工业过程控制3．运动控制
4．数据处理
5．通信及联网。
四 三菱系统可编程控制器举例
FX2n 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列。由于 FX2n 系列具备如下特点：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，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要----模拟 I/O，高速计器。定位控制达到 16 轴，脉冲串输出或为 J和 K 型热电偶或 Pt 传感器开度模块。对每一个 FX2n 主单元可配置总计达 8 个特殊功能模块。连接到世界上最流行的开放式网络 CC-Link，Profibus Dp 和DeviceNet 或者采用传感器层次的网络解决您的通信需要。
第二 课题介绍
邮件分拣机的功能是将北京（邮箱1）、上海（邮箱2）、天津（邮箱3）、武汉（邮箱4）、广州（邮箱5）的邮件进行分类。该设计要用到高速计数功能，由 S1 产生高速脉冲，由输入端 X000（FX2N）输入。邮件上的编码由 X012、X013、X014、X105（FX2N）输入，模拟由传感器识别出，该四个输入端输入的数为 BCD 码，且 1、2、3、4、5 为有效编码，仅识别这五个城市的第一位。
邮件分拣机示意图:
城市
邮编的第一位
应输入X015、 X014、X013、X012
北京
上海
天津
武汉
广州
1
2
3
4
5
0 0 0 1
0 0 1 0
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 0 1
第三节设计要求与内容
控制要求
邮件分拣机的功能是将北京（邮箱1）、上海（邮箱2）、天津（邮箱3）、武汉（邮箱4）、广州（邮箱5）的邮件进行分类。该设计要用到高速计数功能，由 S1 产生高速脉冲，由输入端 X000（FX2N）输入。邮件上的编码由 X012、X013、X014、X105（FX2N）输入，模拟由传感器识别出，该四个输入端输入的数为 BCD 码，且 1、2、3、4、5 为有效编码，仅识别这五个城市的第一位。
设计要求
启动后绿灯L1亮表示可以进邮件，S1为NO表示检测到了邮件，这时从拨码器输入邮政编码1、2、3、4、5，模拟已由邮编识别传感器识别出，若此数是5个数中得一个，则红灯L2亮，表示可以进邮件，同时M5运行，带动皮带运输机运送邮件，同时高速计数器开始记录脉冲的个数，也就是皮带运送邮件走得距离，当记录的脉冲个数为1的分拣箱位置时，若此邮件又恰为北京的，分拣机M1动作，将该邮件推入1号邮箱，完成后M5动作，L1灭，L2亮，表示可以继续分拣邮件。若不是北京邮件，则继续记录高速脉冲，直到记录的脉冲个数与邮件相符，则红灯L2闪烁表示出错，重新启动后，能重新运行。
开机绿灯亮，M5运行，当检测到邮件的编码不是1、2、3、4、5中的任一个时，则红灯L2闪烁，M5停止，重新启动
3.3 控制原理
分拣系统的主要任务是把要分拣的物品按照业务品种、邮件种类或地址等信息进行分离，使同种类或同目的地址的邮件进入同一存储位置。自动分拣设备中的邮件信息识别方式对设备的工作效率、业务流程的复杂程度、运营成本和业务的柔性拓展具有重要意义。随着经济的发展，我国的大中城市的邮件投递数量也在急剧增长，在我国的多个大型邮件处理中心中，普遍存在生产效率低下的现状，对采用技术创新提高生产效率有着迫切的需求。
邮件分拣系统主要通过对在传送带上通过的邮件进行拍摄获得邮件的图像信息，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。该系统分为邮件软件识别系统和 PLC控制分拣系统两个部分。邮件软件识别系统涉及到 OCR 技术几乎所有方面，包括图像预处理、版面分析、文本提取、手写数字识别、字符分割、后处理等，是一个非常复杂的系统工程。信封图像经预处理之后，进行版面分析并从版面分析得到的邮政编码块中提取邮政编码。然后借助地址库，建立后处理规则，将邮政编码进行校验。最后得到邮政编码的数字信号用于分拣。
本次设计的硬件部分的分拣机是将软件识别出的邮政编码的编码信息随传送带分拣入各个代表唯一地址的邮箱中，如编码信息代表上海的就拣入上海的邮箱。其工作过程如下：启动后绿灯L1亮表示可以进邮件，S1为ON表示模拟检测邮件的光信号检测到了邮件，拨码器模拟邮件的邮码，从拨码器读到的邮码的正常值为1、2、3、4、5，若是此5个数中的任一个，则红灯L2亮，电机M5运行，将邮件分拣至邮箱内，完后L2灭，L1亮，表示可以继续分拣邮件。若读到的邮码不是该5个数，则红灯L2闪烁，表示出错，电机M5停止，重新启动后，能重新运行。
第四节 硬件设计
元器件的选择
FX2N PLC 的编程，可用编程器，也可以在 PC 机上使用三菱公司的专用编程软件包 MELSE MEDOC 进行。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用 PC机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。机型的选择ＰＬＣ机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的ＰＬＣ；其它情况则最好选用模块式结构的ＰＬＣ。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带Ａ／Ｄ转换、Ｄ／Ａ转换、加减运算数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现ＰＩＤ运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全ＰＬＣ的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象，
表１列出了ＰＬＣ的几种功能选择。
1．下表 PLC 的功能及应用场合
1） 替代继电器继电器触点输入 / 输出、逻辑线圈、定时器、计数器替代传统使用的继电器，完成条件控制和时序控制功能
2）数学运算四则数学运算、开方、对数、函数计算、双倍精度的数学运算设定值控制、流量计算； PID 调节、定位控制和工程量单位换算
3） 数据传送寄存器与数据表的相互传送等数据库的生成、信息管理、 BAT-CH （批量）控制、诊断和材料处理等
4） 矩阵功能逻辑与、逻辑或、异或、比较、置位（位修改）、移位和变反等这些功能通常按“位”操作，一般用于设备诊断、状态监控、分类和报警处理等
5） 高级功能表与块间的传送、校验和、双倍精度运算、对数和反对数、平方根、 PID 调节等通信速度和方式、与上位计算机的联网功能、调制解调器等
2．输入／输出的选择ＰＬＣ是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过Ｉ／Ｏ接口模来来实现的。
通过Ｉ／Ｏ接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过Ｉ／Ｏ接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。ＰＬＣ从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误，ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，一般情况下，ＰＬＣ都有许多Ｉ／Ｏ接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。确定Ｉ／Ｏ点数根据控制系统的要求确定所需要的Ｉ／Ｏ点数时 应再增加１０％～２０％的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，Ｉ／Ｏ点数也应有所不同。为了对三相步进电动机的转速进行控制，可实现对三相步进电动机的正、反转控制和对三相步进电动机的步数进行控制，结合设计方案，选择三菱系列可编程控制器 FX2-48MR，输入点数 16，输出点数 16，输入输出总点数 32，继电器输出，通信功能较强，基本指令执行时间/。
项 目
FX2-48MR
输入输出控制方式
批处理方式（在执行 END 指令时）但有
入输出刷新指令
输入输出控制方式
0．08us/指令
应用指令
数 1.52~数百 us/指令
程序语言
继电器符号语言+步进方式
程序语言
存储程序，反复运算方式
定时器
100ms
200 点 T0~T199
10ms
46 点 T200~T245
1ms
4 点 T246~T249

序号
名称
型号
数量
1
PLC
FX2N-48MR
1
2
电动机
Y250M-4
5
3
传感器
WBC01
5
4
传送带
DV60
1
5
电磁阀
34EF30-E10B
1
6
启动按钮
LA25
1
7
电源
SITOP
1
8
灯泡

2
9
熔断器
RL6-25
3
10
低压隔离器
HD-11
3
11
时间继电器
JR0
3
12
按钮
LA25
2
13
压力继电器
JT4-22A
3
14
热继电器
JR16-20/3
3

第五节 软件设计
PLC 的 I/O 资源配置
输入
SD
S1
A
B
C
D
复位

X000
X001
X002
X003
X004
X005
X006

输出
L1
L2
M5
M1
M2
M3
M4
5
Y000
Y001
Y002
Y003
Y004
Y005
Y006
Y007
设计思想（程序框图）
启动
检测邮件
读取编码信息

判断可是编码信息
红灯亮，绿灯灭
入箱
红灯灭，绿灯亮
红灯闪，M5停止动作
重启
启动后绿灯L1亮表示可以进邮件，S1为NO表示检测到了邮件，这时从拨码器输入邮政编码1、2、3、4、5，模拟已由邮编识别传感器识别出，若此数是5个数中得一个，则红灯L2亮，表示可以进邮件，同时M5运行，带动皮带运输机运送邮件，同时高速计数器开始记录脉冲的个数，也就是皮带运送邮件走得距离，当记录的脉冲个数为1的分拣箱位置时，若此邮件又恰为北京的，分拣机M1动作，将该邮件推入1号邮箱，完成后M5动作，L1灭，L2亮，表示可以继续分拣邮件。若不是北京邮件，则继续记录高速脉冲，直到记录的脉冲个数与邮件相符，则红灯L2闪烁表示出错，重新启动后，能重新运行。开机绿灯亮，M5运行，当检测到邮件的编码不是1、2、3、4、5中的任一个时，则红灯L2闪烁，M5停止，重新启动。
PLC外部接线图及程序

六小结
三菱系列FX2N PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。PLC还具有功能强，适应面广的特点。今天的PLC已经开始用于闭环控制，不仅如此，随着其扩展能力和通信能力的发展，不仅在交通灯中控制自如，它也越来越多地应用到了复杂的分布式控制系统中。由PLC控制十字路口的指示灯,维护方便,可按需要随意修改指示灯亮的时间,更是体现了城市管理工作的现代化。
PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式“信号灯进行精确控制，特别对于多岔路口的控制可方便地实现。目前大多数品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能，所以将同一条路上的信号灯组成一局域网功进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。城市交通灯控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。用PLC控制十字路口的指示灯，维护方便，可按需要随意修改指示灯亮的时间，更体现了城市管理工作的现代话。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
通过这次课程设计我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
参考文献
【1】 史国生．电气控制与可编程控制器技术．北京：化学工业出版社，2005
【2】 陈静.PLC应用开发技术与工程实践.北京:人民邮电出版社,2005
【3】 汪晓平. PLC可编程控制器系统开发实例导航. 北京: 人民邮政出版社. 2004
【4】
【5】 王永华.现代电气及可编程控制技术.北京航空航天大学出版社，2002
【6】 史国生. 电气控制与可编程控制器技术.化学工业出版社，2010
【7】 王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术.机械工业出版社，2001
【8】 张万忠.可编程控制器应用技术.化学工业出版社，2002
【9】 张凤珊.电气控制及可编程程序控制器.中国轻工业出版社，2001
【10】 熊葵容.电气逻辑控制技术.科学出版社，2002
【11】 徐世许.可编程序控制器原理应用网络.中国科学技术出版社，2001
【12】 吕景泉．可编程序控制器及其应用．机械工业出版社，2005
【13】 赵家礼．图解维修电工操作技能．机械工业出版社，2006
【14】 孙振强．可编程控制器原理及应用教程．清华大学出版社，2005
【15】 方承远．工厂电气控制技术．机械工业出版社，2000
【16】 李建厚．PLC原理与应用设计．化学工业出版社，2005
【17】 闫坤．电器与可编程序控制器应用技术．清华大学出版社，2007
【18】 钟肇新．可编程序控制器原理及应用．华南理工大学出版社，1997
【19】 郁汉琪，郭键．可编程序控制器原理及应用．中国电力出版社，2004
附录
主电路控制图

PLC外部接线图