【文章內(nèi)容簡介】 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 郵件分揀系統(tǒng) PLC 控制硬件部分 PLC 控制范圍及要求： (1)自動準確識別郵政編碼。對郵政編碼不符合規(guī)格的郵件進行處理 (剔除 )，并根據(jù)郵政編碼的不同加以分類，實現(xiàn)郵件的準確自動分揀； (2)自動分揀。硬件部分的分揀機是將軟件識別出的郵政編碼的編碼信息隨傳送帶分揀入各個代表唯一地址的郵箱中，如編碼信息代表一號郵件的就揀入第一組的郵箱。 分揀機的動作過程 STL1進郵件L1郵碼電機M5DOSTSPDI郵件檢測L2郵箱3郵箱1M1L2 M2郵箱2M3 M4 M5郵箱4郵箱COM1B5B1郵件B1 B2SPB4M1B3M2B2 B3郵件分揀系統(tǒng)M4M3B4 B5 COM 圖 21郵件分揀結(jié)構(gòu)圖 分揀機工作過程如下：本系統(tǒng)分 4 種郵件的模擬分揀系統(tǒng)，按下啟動按鈕ST， 2 秒后 L1 亮表示可以進郵件。然后按下郵碼 B1，郵件檢測燈 L2 亮，主常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 電機 M5 運行。 2 秒后光電開關(guān) M1 亮， 則將郵件送入郵箱 1 內(nèi)。之后 L2 燈滅，L1 燈亮，表示可以繼續(xù)進郵件。同樣按下郵碼 B2，郵件檢測燈 L2 亮，主電機M5 運行。 3 秒后光電開關(guān) M2 亮，則將郵件送入郵箱 2 內(nèi)。之后 L2 燈滅， L1燈亮。表示可以繼續(xù)進郵件。同樣按下郵碼 B3，郵件檢測燈 L2 亮，主電機M5 運行。 4 秒后光電開關(guān) M3 亮，則將郵件送入郵箱 3 內(nèi)。之后 L2 燈滅， L1燈亮。表示可以繼續(xù)進郵件。同樣按下郵碼 B4，郵件檢測燈 L2 亮，主電機M5 運行。 5 秒后光電開關(guān) M4 亮，則將郵件送入郵箱 4 內(nèi)。之后 L2 燈滅， L1燈亮。若按下郵碼 B5，則說明被檢郵件不是上述要求的 4 種郵件，則紅燈 L2閃爍，表示出錯，主電機 M5 停止。重新啟動后，才能正常運行。按下停止按鈕 SP，系統(tǒng)停止運行。具體結(jié)構(gòu)如上圖 21。 機型的選擇及輸入輸出的確定 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：開關(guān)量輸入，輸出點數(shù)；用戶的程序水平。 所需內(nèi)存字數(shù) =開關(guān)量 (輸入 +輸出 )總點數(shù) 10； 所需內(nèi)存字數(shù) =模擬量點數(shù) 100(只有模擬量輸入 )； 所需內(nèi)存字數(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)存容量要求比較低。一般的 PLC 都能滿足其要求。 響應時間 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。綜合前面的工藝要求與 I/0 點數(shù)可知，在機型上可選用西門子公司生產(chǎn)的 CPU 型號 為 224 型的微型可編程控制器。 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 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 21： 表 21系統(tǒng) I/O分配表 輸入 輸出 端子 功能 端子 功能 啟動 指示進郵件 L1 停止 郵件檢測燈 L2 讀碼器輸出的郵碼 1 光電開關(guān) M1 讀碼器輸出的郵碼 2 光電開關(guān) M2 讀碼器輸出的郵碼 3 光電開關(guān) M3 讀碼器輸出的郵碼 4 光電開關(guān) M4 讀碼器輸出的郵碼 5 光電開關(guān) M5 啟動 (WinCC) 停止 (WinCC) 讀碼器輸出的郵碼 1(WinCC) 讀碼器輸出的郵碼 2(WinCC) 讀碼器輸出的郵碼 3(WinCC) 讀碼器輸出的郵碼 4(WinCC) 讀碼器輸出的郵碼 5(WinCC) 通過上面的 I/O點的分析，需要 7個輸入點和 7個輸出點。西門子的 S7200就已經(jīng)符合郵件分揀控制要求。 S7200 PLC 屬于小型整體式的 PLC, 本機自帶常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 RS485 通信接口、內(nèi)置電源和 I/O 接口。它的硬件配置靈活，既可用一個單獨的 S7200 CPU 構(gòu)成一個簡單的數(shù)字量控制系統(tǒng)，也可通過擴展電纜進行數(shù)字量I/O 模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴展，構(gòu)成較復雜的中等規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。完整的 S7200 系列 PLC 實物如圖 22 所示。 圖 22 S7200系列 PLC實物圖 S7200 系列的 PLC 有 CPU22 CPU22 CPU22 CPU224XP、 CPU226 等類型。此系統(tǒng) 選用 S7200 CPU224，通入 220V 交流電。 CPU224 有 14 個輸入、 10個輸出，具有 PPI， MPI 和自由方式通訊能力，符合控制系統(tǒng)設(shè)計要求。 定時器的 確定 本課題用定時器來規(guī)定郵件分揀各個環(huán)節(jié)運行的時間。課題中用了 6 個定時器，它們各自的功能如表 23 所示。 表 22 定時器的作用 定時器 功能 T37 根據(jù)郵碼啟動定時， 2 秒后了 L1 亮 T38 根據(jù)郵碼啟動定時， 2 秒后郵件送入油箱 T39 根據(jù)郵碼啟動定時， 3 秒后郵件送入油箱 T40 根據(jù)郵碼啟動定時， 4 秒后郵件送入油箱 T41 根據(jù)郵碼啟動定時， 5 秒 后郵件送入油箱 T42 設(shè)定分揀時長， 2 秒后提示下一郵件進入 EM231 模擬量輸入模塊 郵件分揀控制系統(tǒng)中，分揀機檢測郵件編碼信號，把檢測的信號由數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量輸入到分揀電機中 ,驅(qū)動電機的運行。在這里，本課題選用了西門子 EM233 模擬量輸出模塊。 EM235 模塊提供 4 個輸入點， 1 個輸出點。輸出量通過變頻器轉(zhuǎn)化為 0～ 20mV 的電流信號。 EM235 實物圖見圖 23。 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 23 EM235 實物圖 EM235 具體技術(shù)指標見表 23: 表 23 EM235技術(shù)指標 模擬量輸入特性 模擬量輸入點數(shù) 4 輸入范圍 電壓（單極性） 0～ 10V 0～ 5V 0～ 1V 0～ 500mV 0～ 100mV 0～ 50mV 電壓（雙極性）177。 10V 177。 5V 177。 177。 1V 177。 500mV 177。 250mV 177。100mV 177。 50mV 177。 25mV 電流 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 雙極性 全量程范圍 32020～ +32020 單極性 全量程范圍 0～ 32020 分辨率 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 模擬量輸出特性 模擬量輸出點數(shù) 1 信號范圍 電壓輸出 177。10V 電流輸出 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 電壓 32020～ +32020 電流 0～ 32020 分辨率電流 電壓 12 位 電流 11 位 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 變頻器的選擇 變頻器對電動機進行控制是根據(jù)電動機的特性參數(shù)及電動機運轉(zhuǎn)要求，對電動機提供電壓、電流、頻率進行控制達到負載的要求，因此，變頻器的主電路一樣，逆變器件也相同，只是控制方式不一樣，其控制效果是不一樣的，所以，控制方式是很重要的，它代表變頻器的水平。目前變頻器對電動機的控制方式大體可分為 V/F 恒定控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制。 西門子公司 M440 是 一種集多種功能于一體的變頻器。其控制電路由 CPU、模擬輸入 /輸出、操作面板等部分組成。該變頻器共有 20 多個控制端子，分為四類：輸入信號端子、頻率模擬設(shè)定輸入端子、監(jiān)視信號輸出端子和通信端子。DIN1～ DIN6 為數(shù)字輸入端子，一般用于變頻器外部控制，其具體功能由相應設(shè)置決定。例如出廠時設(shè)置 DIN1 為正向運行、 DIN2 為反向運行等，根據(jù)需要通 圖 24 變頻器 MM440與 PLC控制系統(tǒng)接線原理圖 過修改參數(shù)可改變其相應的功能。使用輸入信號端子可完成對電動機的正反轉(zhuǎn)控制、復位、多級速度設(shè)定、自由停車。點動等控 制操作。 AIN1～ AIN2 為模擬信號輸入端子分別作為頻率給定信號和閉環(huán)時反饋信號輸入。變頻器提供了 3種頻率設(shè)定方式：外界電位器設(shè)定 0～ 10V 電壓設(shè)定和 4～ 20mA 電流設(shè)定。當用電壓或電流設(shè)定時，最大的電壓或電流對于變頻器輸出頻率的最大值。變頻器常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 有兩路頻率設(shè)定通道，開環(huán)控制或電流對應的變頻器輸出設(shè)定的最大值。變頻器有兩路頻率設(shè)定通道，開環(huán)控制時只用 AIN1 通道，閉環(huán)控制時使用 AIN2 通道作為反饋輸入。接線原理圖如圖 24: CPU224 硬件連接圖 CPU224 硬件連接圖如圖 25: 圖 25分揀機與 PLC的硬件連接圖 編程軟件 STEP7Micro/WIN 簡介 STEP7Micro/WIN 是西門子公司 S7200 系列 PLC 的編程軟件，它的功能常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 強大，主要用于開發(fā) S7200 系列 PLC 的用戶程序，以及監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)、檢查排除系統(tǒng)故障，管理用戶程序文檔等。以下對如何使用編程軟件進行簡單介紹。操作主界面如圖 41 所示。 STEP7Micro/WIN 簡單介紹 圖 26 編程軟件 STEP7Micro/WIN 主界面 以 STEP7Micro/WIN創(chuàng)建程序， 為接通 STEP 7Micro/WIN，可雙擊 STEP 7Micro/WIN圖標，或選擇 開始（ Start） SIMATIC STEP 7 Micro/WIN 菜單命令。如圖 26所示， STEP 7Micro/WIN項目窗口將提供用于創(chuàng)建控制程序的便利工作空間。工具欄將提供快捷鍵按鈕，用于經(jīng)常使用的菜單命令，可顯示或隱藏工具欄的任何按鈕。瀏覽條給出了多組圖標，用于訪問 STEP 7Micro/WIN的不同編程特性。指令樹將顯示用于創(chuàng)建控制程序的所有項目對象和指令?？蓪蝹€的指令從指令樹拖放到程序中， 或雙擊某個指令，以便將其插入到程序編輯器中光標的當前位置。程序編輯器包括程序邏輯和局部變量表，可在其中分配臨時局部變量的符號名。子程序和中斷程序在程序編輯器窗口的底部均按標簽顯示。單擊標簽可在子程序、中斷程序和主程序之間來回變換。 STEP 7Micro/WIN提供了用于創(chuàng)建程序的三個編輯器：梯形圖（ LAD）、語句表（ STL）和功能塊圖（ FBD）。盡管有某些限制，在這些程序編輯器的任何一個中編寫的程序均可用其它程序編輯器進行瀏覽和編輯。用的比較多的是梯形圖（ LAD）編程語言。下面詳細介紹梯形圖的特點。 梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。梯形常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。 梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計語言。采用梯形圖程序設(shè)計語言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。梯形 圖程序設(shè)計語言是最常用的一種程序設(shè)計語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應用。梯形圖程序設(shè)計語言的特點是： （ 1）與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性； （ 2）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于撐握和學習； （ 3）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同在于梯形圖的能流不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，所以應用時，需于原有的繼電器邏輯控 制技術(shù)的有關(guān)概念相區(qū)別。 （ 4）與布爾助記符程序設(shè)計語言有一一對應關(guān)系。 STEP7Micro/WIN 參數(shù)設(shè)置（通訊設(shè)置） 本項目中 PLC 要與電腦正確通信，安裝完 STEP7Micro/WIN 編程軟件且設(shè)置好硬件后，可以按下列步驟進行通訊設(shè)置。 （ 1）在 STEP7Micro/WIN 運行時單擊通訊圖標，或從“視圖”菜單中選擇選項“通信”，則會出現(xiàn)一個通信對話框（如圖 27 所示）。 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 27 通信參數(shù)設(shè)置 （ 2）在對話框中雙擊 PC/PPI 電纜的圖標，將出現(xiàn) PG/PC