【文章內(nèi)容簡介】 電壓和很強的控制功能，成為功控領域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。但是，單片機是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O 信號相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O 接口電路，硬件設計、制作和程序設計的工作量相當大。 工業(yè)控制計算機控制工控機采用總線結構，各廠家產(chǎn)品兼容性強，有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實用性強、功能復雜的領域中占優(yōu)勢。但工控機價格較高，將它用于開關量控制有些大材小用。且其外部I/O 接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、座，直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。 可編程序控制器控制可編程控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設計和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬件配制和設計外部接線圖，同時采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點和接線，通過修改程序適應工藝條件的變化。隨著30 多年來微電子技術的不斷發(fā)展，PLC 也通過不斷的升級換代大大增強了其功能?，F(xiàn)在PLC 已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實的多功能控制器。由PLC 為主構成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動化的首選控制裝置。故選擇PLC來實施本次設計。1． 開關量的邏輯控制這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水等。2． 運動控制PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制，世界上各主要PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。3． 閉環(huán)過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。4． 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5． 通信及聯(lián)網(wǎng)PLC 通信含PLC 間的通信及PLC 與其它智能設備間的通信。新近生產(chǎn)的PLC 都具有通信接口，通信非常方便。根據(jù)本控制系統(tǒng)的控制要求應該選擇可編程序控制器控制。第2 章 郵件分揀系統(tǒng)的硬件設計 硬件選型 PLC基本結構 （1）中央處理單元（CPU） 中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務等。 （2）存儲器 存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及運算數(shù)據(jù)的單元?？删幊绦蚩刂破髋溆袃煞N存儲器，即系統(tǒng)存儲器(EPROM)和用戶存儲器(RAM)。 （3）輸入/輸出（I/O）電路 輸入輸出電路是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。 輸入口用來接收生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，輸出口用來送出可編程控制器的運算后得出的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。按照信號的種類歸類有直流信號輸入、輸出，交流信號的輸入、輸出；按照信號的輸人、輸出形式分有數(shù)字量輸入、輸出，開關量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出。 （4）電源 可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開關電源以及為掉電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。 （5）編程器 編程器是PLC的重要外部設備，利用編程器可將用戶程序送入PLC的用戶程序存儲器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。編程器從結構上可分為三種類型，輸出電路系統(tǒng)程序處理器用戶程序處理器輸入電路電源編程器中央處理單元簡易編程器、圖形編程器和通用計算機編程。傳感器是將被檢測對象的各物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。 根據(jù)本設計的要求需要對紅外線掃描裝置、壓力傳感器進行選用。紅外線掃描裝置使不同規(guī)則大小的郵件都能順利進行分揀，壓力傳感器對超過一定重量的郵件進行另一條傳送帶掃描，然后送入郵箱中，這樣如果大件較少的情況下，可以避免浪費電力等資源。開始由壓阻式壓力傳感器來感應壓力的大小，再將其通過模數(shù)轉換單元將模擬信號轉換成數(shù)字碼，再將其通過并行接口芯片8255做輸入接口，最后通過驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示出來，進行分類。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)要求比較低。一般的PLC都能滿足其要求。我們選S7—200PLC。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。I/O模塊的選擇可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系就是通過輸入輸出(I/O)模塊實現(xiàn)的，I/O模塊是可編程控制器與生產(chǎn)現(xiàn)場相聯(lián)系的橋梁。 輸入模塊用來接收和采集輸入信號，輸入信號有兩類：一類是由按鈕開關、行程開關、數(shù)字撥碼開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等提供的開關量輸入信號；另一類是從電位器、熱電、測速電機、各種變送器送來的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。輸入模塊還需要將這些不同的電平信號轉換成CPU能夠接收和處理的數(shù)字信號。輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉換成現(xiàn)場執(zhí)行部件能接收的信號，用來控制接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等，控制的另一類負載是指示燈、數(shù)字顯示器和報警裝置等。為提高抗干擾能力，一般的輸入/輸出單元都有光電隔離裝置。在數(shù)字量I/O模塊中廣泛采用由發(fā)光二極管和光電三極管組成的光電耦合器，在模擬量I/O模塊中通常采用隔離放大器。輸入模塊的選擇輸入模塊的作用是接收現(xiàn)場的輸入信號，并將輸入