郵件分揀模擬控制設(shè)計

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摘 要 PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動化控制方法，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機(jī)的控制。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,專門為工業(yè)控制而設(shè)計,具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點,因此在工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。本文主要講述PLC在材料分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用可編程控制器( PLC) ,設(shè)計成本低、效率高的自動分揀裝置。以PLC為主控制器,結(jié)合氣動裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù),現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動分揀。系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點,可根據(jù)不同對象,稍加修改本系統(tǒng)即可實現(xiàn)要求。關(guān)鍵詞: 可編程控制器，分揀裝置，控制系統(tǒng)，傳感器目 錄第1章 緒論11.1 課題的研究背景及意義11.2 PLC的概述11.2.1 PLC的產(chǎn)生背景11.2.2 PLC的發(fā)展過程21.2.3 PLC的特點2第2章 PLC的安裝與傳感器種類42.1安裝可靠性技術(shù)要求42.2 傳感器的種類4第3章 郵件分揀系統(tǒng)73.1自動分揀系統(tǒng)概述73.2自動分揀系統(tǒng)的主要特點7第4章 傳感器及PLC的選擇94.1安裝可靠性技術(shù)要求124.2傳感器的種類13第5章 郵件分揀系統(tǒng)PLC控制硬件部分145.1PLC的控制范圍及要求145.2分揀機(jī)的動作過程145.3機(jī)型的選擇及輸入輸出的確定15第6章 總 結(jié)18致 謝19參考文獻(xiàn)20附錄21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(jìn)技術(shù)，提高效率，尤其在需要進(jìn)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)?；a(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(jī)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(kuò)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(qiáng)。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(jìn)一步提高，開始具備自診斷功能。1978-1983年，PLC進(jìn)入成熟階段。這個時期，微型計算機(jī)行業(yè)已出現(xiàn)了16位CPU，MCS-51系列單片機(jī)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(jìn)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(dá)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(jī)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(jī)床控制的數(shù)控語言等。在人機(jī)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(qiáng)，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(qiáng)，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(jìn)行控制，也可對模擬量進(jìn)行控制，既可控制1臺生產(chǎn)機(jī)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(qiáng)，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(jī)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(jī)雖然有很強(qiáng)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(jī)械振動、溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機(jī)不能正常工作。而PLC在電子線路、機(jī)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(hù)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(dá)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(dá)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?。┑冗x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(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計并可在實驗室進(jìn)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(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)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?？刂乒竦脑O(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(qiáng)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 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(qiáng)迫通風(fēng)。 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)。 震動應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動源，防止振動頻率為1055Hz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。 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。 電源PLC供電電源為50Hz、220(110)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IO線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與PLC和IO之間應(yīng)采用雙絞線連接。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、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110。PLC基本單元與擴(kuò)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) IO端的接線 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。 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(hù)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(hù)，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(hù)。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(jì)損失和人身傷亡事故，PLC外部應(yīng)安裝必要的保護(hù)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(jī)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(kuò)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(dá)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(qiáng)、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(qiáng)、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(jī)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(jī)械設(shè)備。計算機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)，應(yīng)用靈活；編程方便，易于使用；功能強(qiáng)大，擴(kuò)展能力強(qiáng)；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(jī)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(dá)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(jìn)步，特別是感測技術(shù)(激光掃描)、電子標(biāo)簽及計算機(jī)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(jī)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(jī)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(qiáng)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(dá)自動分揀作業(yè)線的進(jìn)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(jìn)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(hù)。 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(jī)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(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)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(jī)械化，并且朝著自動化的方向邁進(jìn)。其中，利用機(jī)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(jī)的工作原理。下圖為某郵件分揀機(jī)的工作原理框圖。它主要通過對在傳送帶上通過的郵件進(jìn)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(jī)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(qiáng)度的不同而產(chǎn)生高低不同的電壓，進(jìn)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(qiáng)度而輸出強(qiáng)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12 條,而桌上型大多為激光型，激光光束為120 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(jìn)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(hù)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：ACDC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(jī)體內(nèi)凝集功能，且經(jīng)濟(jì)型 小型放大器內(nèi)置型光電開關(guān),機(jī)體細(xì)長，節(jié)約空間，體積僅為505017.4mm,M.S.R機(jī)能可檢測平滑，有光澤物體,新式光電-IC，增強(qiáng)抗干擾,電源逆接，輸出短路和輸出逆接保護(hù). 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(kuò)展到16K步。FX2N內(nèi)含計時功能，可以進(jìn)行時間控制。FX2N系列是PLC FX家族中最先進(jìn)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(jī)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(kuò)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(qiáng)，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(qiáng)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GXDeveloper或FXPCS-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IO，高數(shù)計數(shù)器等。PLC在提升機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)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)測件傳感器檢測到郵件時，傳送帶2啟動，傳送帶1停止。1秒鐘后又見到達(dá)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(jìn)入下級分揀，當(dāng)氣缸到達(dá)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(jìn)入指定區(qū)域。按下停止按鈕，全部停止。5.2 分揀機(jī)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(jī)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DA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1Y0停止X1傳送帶2Y1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(jī)，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、配套齊全、功能完善，適用性強(qiáng)、系統(tǒng)設(shè)計建造量小、維護(hù)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.控制器是控制系統(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(qiáng)。3.對控制系統(tǒng)工藝流程進(jìn)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(jìn)行調(diào)試，提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性。致 謝本論文是在吳尉尉老師的悉心指導(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，再一次向吳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(xiàn)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，20082 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，20023 PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用廖常初機(jī)械工業(yè)出版社，20034 PLC的發(fā)展寨希林，曲非非微計算機(jī)信息，20025 PLC編程及應(yīng)用廖常初機(jī)械工業(yè)出版社，20026 PLC的選型問題王兆義上海電器技術(shù)，19977 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計張建民北京理工大學(xué)出版社，19968 小型可編程控制器實用技術(shù)王兆義機(jī)械工業(yè)出版社，20039 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，200110 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 26 頁 共 29 頁