基于西门子S7300PLC的邮件分拣系统设计
基于西门子S7300PLC的邮件分拣系统设计[20200419155454]
摘要
近几年来，招工荒的问题越来越凸显，国内低廉的劳动力已不再是取之不尽、用之不竭的资源。邮件实现自动分拣，对优化作业流程、降低员工的劳动强度、合理利用设备资源等有着深远的积极作用。PLC作为现代工业中最常用的控制方法之一，它不仅功能强大、可靠性高、能耗低、体积小、重量轻，而且能够在环境恶劣的条件下工作。高效率、高品质、低成本成了现代企业今后发展的方向，针对这样的大趋势，本次设计基于PLC实现邮件在物流系统中的自动化分拣具有非常现实的意义。
本次设计主要研究邮件在进入邮件分拣中心后，按照“信号采集—邮件输送—邮件分拣—入库”这个过程进行邮件的集中分拣，并根据各自的要求发往目的地。其中运用拨码器和光电传感器来判定信号，通过PLC的控制来实现邮件的自动分拣，这样不仅减少人工成本，还可以提高分拣的效率。该设计主要包括整个PLC程序的编写以及WinCC组态界面的制作，最终实现PLC与WinCC的通讯连接以及整个系统的仿真。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC自动分拣Wincc
目录
1绪论 1
1.1 邮件自动化分拣的重要意义 1
1.2 总体方案 1
2控制系统硬件设计 2
2.1 系统硬件设计结构 2
2.2 拨码器选择 2
2.3 I/O分配表 3
2.4电机的选型 5
2.5 PLC的选型 6
2.6 PLC外部接线图 7
2.7 电气接线图 8
3控制系统的软件设计 9
3.1 编程软件 9
3.2 程序流程图 10
3.3 PLC软件设计 11
3.4 Wincc组态的概念 15
3.5 Wincc与PLC的通讯 15
3.6 Wincc与PLC的通讯的具体步骤 16
3.7 Wincc组态画面制作 16
4. 实验调试与分析 21
4.1联机调试的注意点 21
4.2调试结果及应用分析 21
4.3 PLC实验仿真结果与传统实物仿真结果对比 23
全文总结 24
参考文献 25
附录 26
致谢 39
1绪论
1.1 邮件自动化分拣的重要意义
随着我国经济的快速增长，国民的邮件使用量在逐年增加，原本高强度、低效率的人工分拣已经不能满足现代邮件分拣的要求，邮件分拣行业是否高效的运转，将影响到整个现代物流行业的发展进程。我们耳边时常能听到“爆仓”、“暴力分拣”等新闻字眼，这就折射出了我国物流分拣行业的一个不足-----邮件分拣效率低、自动化程度不高。在这种背景下，一个高效可靠的邮件自动化分拣系统就显得尤为重要。
邮件自动化分拣不但能够提高工作效率，还能够由机械的自动化替代当前的人工操作，PLC在工控领域的这几年有着很大提升，其功能变得越来越强大，使用的领域也越来越广泛。
1.2 总体方案
本次的毕业设计中，将分为硬件设计和软件设计两个框架。其中，在硬件设计中，我们选取PLC电源模块、CPU模块（CPU 314C-2 PN/DP）、I/O模块、三相异步电动机、拨码器、传送带、电气柜、光电传感器等。
在邮件分拣的软件控制系统中，我选取了西门子公司新推出的“博途（TIA）”编程软件，它的特色在于集成了PLC编程功能与组态画面，能够直观、高效的进行自动化系统的开发与控制。
本次设计中，总共有11个输入点，8个输出点，除此之外，我还为今后系统的升级留有了一部分I/0点数，在硬件选择方面，尽量选取西门子的电气元件，例如：西门子三相异步电动机、西门子开关电源等等，这样做的好处在于使得整套邮件分拣系统运行起来兼容性更好，系统更加的稳定。
在设备终端调试的时候，应当尽可能的做到设备安装的可靠，符合设计当中的要求，PLC程序编写时要逻辑清楚明了，组态画面清晰美观，PLC与WinCC通讯可靠，干扰少。
2控制系统硬件设计
2.1 系统硬件设计结构
系统的硬件设计结构如图2-1所示：
图2-1 邮件分拣系统硬件设计结构
2.2 拨码器选择
由于实验室实验条件的实际情况，这里选取拨码器来代替系统中的信号采集器。编码器的概念就是它采用圆盘体来作为它的底座，两条弧形的表面将覆盖它的两侧面，在其两个侧面的中间，有一个开口正对底座中心位置的缺口，拨码器的顶面是球形状，并且留有相对应的卡槽，在这些卡槽的周围设立了相对应的卡键，方便使用。拨码器中的两侧都安装有导片，其中一侧为成型好数个触脚，还有一侧是与底座凸面想对应好的插孔，这样能方便。开关帽是已经成型好的凸型圆帽，其圆帽的直径与底座的凸台的尺寸一致，当整个拨码器用卡槽相连接，这样使得真个拨码器的使用变得简单安全可靠，又降低了生产的成本，赢得了用户的喜爱。其中集成电路S2560是整个拨码器的核心部件。
图2-2 拨码器
BCD拨码器有四个输出口，分别为x2、x3、x4、x5，在拨码器读邮码时，当出现“1、0、0、0”的拨码效果时，为邮件“上海”；当出现“0、1、0、0”的拨码效果时时，为邮件“西藏”；当出现“1、1、0、0”的拨码效果时,为邮件“成都”；当出现“0、0、1、0”的拨码效果时，为邮件“广州”；当出现“1、0、1、0”的拨码效果时时，为邮件“再次分拣”。
2.3 I/O分配表
由上面的流程图可以看出以下控制要求，复位按钮SB1、启动按钮SB0、邮件检测输入S1、BCD拨码器的四个输入口1~4；需要的输出有故障指示灯L2、进邮件指示灯L1、电动机M、分拣臂M1、分拣臂M2、分拣臂M3、分拣臂M4、分拣臂M5。输入输出分配I/O口如表2-1所示。
表2-1 系统装置的I/O分配表
输入 输出
启动SB0 IO.O 绿灯L1 Q0.0
光电检测S1 I0.1 红灯L2 Q0.1
拨码器第一位 I0.2 主电动机M Q0.2
拨码器第二位 I0.3 送”上海”货仓 Q0.3
拨码器第三位 I0.4 送”西藏”货仓 Q0.4
拨码器第四位 I0.5 送”成都”货仓 Q0.5
复位按钮SB1 I0.6 送”广州”货仓 Q0.6
光电检测S2 I0.7 送”再分拣”货仓 Q0.7
光电检测S3 I1.0
光电检测S4 I1.1
光电检测S5 I1.2
2.4电机的选型
(1)由于电机在运行过程中会升温，所以要考虑电机的升温限制，加上电机在实际运用的场合中，不断的启动或者改变电机的转速，所以要充分考虑到电机的合适功率，力求能选到符合实际运用场合的最佳电机。
(2)根据电机实际的适用场合以及电机在运行所要执行的具体加工工艺，再合理选择电机的类型。
(4)由于不同的电机之间有着很大的价格差，所以在选择电机时，要充分选择到性价比最高的电机，技能满足生产需要，又要能保持采购成本的预算。
(5)电动机的电压等级有很多种，根据生产使用中所需要的最高转速和对电力传动调速系统的要求，选择最合适的电机电压等级。
(6)考虑用户的电网电压标准以及对功率因数的要求，确定电动机的电压等级。
(7)尽量选择安装容易、设备维护简单、运行安全可靠的电机。
2.5 PLC的选型
(1)不同的功能要求
如果控制要求中只需要开关量的控制，那么一般选用一般低端PLC，如西门子200系列。如果控制要求中既有开关量，又有一些模拟量控制要求，那么一般选用一般中端PLC，如西门子300系列。如果控制要求中控制条件较复杂，有闭环控制，现场通讯，I/O点数很多等等要求，那么一般选用一般中高端PLC，如西门子400系。
(2)不同的响应速度
在绝大部分情况下，PLC的响应速度都没有问题，是个可以忽略的问题。只是在一些特定场合和一些特定要求会考虑到响应速度的情况。当选着一些扫描速度高的PLC时，就能解决这个问题，除此之外，选择高速为了减少PLC的I／O响应的延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC功能指令或者中断输入模块等等方法就能解决问题。
摘要
近几年来，招工荒的问题越来越凸显，国内低廉的劳动力已不再是取之不尽、用之不竭的资源。邮件实现自动分拣，对优化作业流程、降低员工的劳动强度、合理利用设备资源等有着深远的积极作用。PLC作为现代工业中最常用的控制方法之一，它不仅功能强大、可靠性高、能耗低、体积小、重量轻，而且能够在环境恶劣的条件下工作。高效率、高品质、低成本成了现代企业今后发展的方向，针对这样的大趋势，本次设计基于PLC实现邮件在物流系统中的自动化分拣具有非常现实的意义。
本次设计主要研究邮件在进入邮件分拣中心后，按照“信号采集—邮件输送—邮件分拣—入库”这个过程进行邮件的集中分拣，并根据各自的要求发往目的地。其中运用拨码器和光电传感器来判定信号，通过PLC的控制来实现邮件的自动分拣，这样不仅减少人工成本，还可以提高分拣的效率。该设计主要包括整个PLC程序的编写以及WinCC组态界面的制作，最终实现PLC与WinCC的通讯连接以及整个系统的仿真。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC自动分拣Wincc
目录
1绪论 1
1.1 邮件自动化分拣的重要意义 1
1.2 总体方案 1
2控制系统硬件设计 2
2.1 系统硬件设计结构 2
2.2 拨码器选择 2
2.3 I/O分配表 3
2.4电机的选型 5
2.5 PLC的选型 6
2.6 PLC外部接线图 7
2.7 电气接线图 8
3控制系统的软件设计 9
3.1 编程软件 9
3.2 程序流程图 10
3.3 PLC软件设计 11
3.4 Wincc组态的概念 15
3.5 Wincc与PLC的通讯 15
3.6 Wincc与PLC的通讯的具体步骤 16
3.7 Wincc组态画面制作 16
4. 实验调试与分析 21
4.1联机调试的注意点 21
4.2调试结果及应用分析 21
4.3 PLC实验仿真结果与传统实物仿真结果对比 23
全文总结 24
参考文献 25
附录 26
致谢 39
1绪论
1.1 邮件自动化分拣的重要意义
随着我国经济的快速增长，国民的邮件使用量在逐年增加，原本高强度、低效率的人工分拣已经不能满足现代邮件分拣的要求，邮件分拣行业是否高效的运转，将影响到整个现代物流行业的发展进程。我们耳边时常能听到“爆仓”、“暴力分拣”等新闻字眼，这就折射出了我国物流分拣行业的一个不足-----邮件分拣效率低、自动化程度不高。在这种背景下，一个高效可靠的邮件自动化分拣系统就显得尤为重要。
邮件自动化分拣不但能够提高工作效率，还能够由机械的自动化替代当前的人工操作，PLC在工控领域的这几年有着很大提升，其功能变得越来越强大，使用的领域也越来越广泛。
1.2 总体方案
本次的毕业设计中，将分为硬件设计和软件设计两个框架。其中，在硬件设计中，我们选取PLC电源模块、CPU模块（CPU 314C-2 PN/DP）、I/O模块、三相异步电动机、拨码器、传送带、电气柜、光电传感器等。
在邮件分拣的软件控制系统中，我选取了西门子公司新推出的“博途（TIA）”编程软件，它的特色在于集成了PLC编程功能与组态画面，能够直观、高效的进行自动化系统的开发与控制。
本次设计中，总共有11个输入点，8个输出点，除此之外，我还为今后系统的升级留有了一部分I/0点数，在硬件选择方面，尽量选取西门子的电气元件，例如：西门子三相异步电动机、西门子开关电源等等，这样做的好处在于使得整套邮件分拣系统运行起来兼容性更好，系统更加的稳定。
在设备终端调试的时候，应当尽可能的做到设备安装的可靠，符合设计当中的要求，PLC程序编写时要逻辑清楚明了，组态画面清晰美观，PLC与WinCC通讯可靠，干扰少。
2控制系统硬件设计
2.1 系统硬件设计结构
系统的硬件设计结构如图2-1所示：
图2-1 邮件分拣系统硬件设计结构
2.2 拨码器选择
由于实验室实验条件的实际情况，这里选取拨码器来代替系统中的信号采集器。编码器的概念就是它采用圆盘体来作为它的底座，两条弧形的表面将覆盖它的两侧面，在其两个侧面的中间，有一个开口正对底座中心位置的缺口，拨码器的顶面是球形状，并且留有相对应的卡槽，在这些卡槽的周围设立了相对应的卡键，方便使用。拨码器中的两侧都安装有导片，其中一侧为成型好数个触脚，还有一侧是与底座凸面想对应好的插孔，这样能方便。开关帽是已经成型好的凸型圆帽，其圆帽的直径与底座的凸台的尺寸一致，当整个拨码器用卡槽相连接，这样使得真个拨码器的使用变得简单安全可靠，又降低了生产的成本，赢得了用户的喜爱。其中集成电路S2560是整个拨码器的核心部件。
图2-2 拨码器
BCD拨码器有四个输出口，分别为x2、x3、x4、x5，在拨码器读邮码时，当出现“1、0、0、0”的拨码效果时，为邮件“上海”；当出现“0、1、0、0”的拨码效果时时，为邮件“西藏”；当出现“1、1、0、0”的拨码效果时,为邮件“成都”；当出现“0、0、1、0”的拨码效果时，为邮件“广州”；当出现“1、0、1、0”的拨码效果时时，为邮件“再次分拣”。
2.3 I/O分配表
由上面的流程图可以看出以下控制要求，复位按钮SB1、启动按钮SB0、邮件检测输入S1、BCD拨码器的四个输入口1~4；需要的输出有故障指示灯L2、进邮件指示灯L1、电动机M、分拣臂M1、分拣臂M2、分拣臂M3、分拣臂M4、分拣臂M5。输入输出分配I/O口如表2-1所示。
表2-1 系统装置的I/O分配表
输入 输出
启动SB0 IO.O 绿灯L1 Q0.0
光电检测S1 I0.1 红灯L2 Q0.1
拨码器第一位 I0.2 主电动机M Q0.2
拨码器第二位 I0.3 送”上海”货仓 Q0.3
拨码器第三位 I0.4 送”西藏”货仓 Q0.4
拨码器第四位 I0.5 送”成都”货仓 Q0.5
复位按钮SB1 I0.6 送”广州”货仓 Q0.6
光电检测S2 I0.7 送”再分拣”货仓 Q0.7
光电检测S3 I1.0
光电检测S4 I1.1
光电检测S5 I1.2
2.4电机的选型
(1)由于电机在运行过程中会升温，所以要考虑电机的升温限制，加上电机在实际运用的场合中，不断的启动或者改变电机的转速，所以要充分考虑到电机的合适功率，力求能选到符合实际运用场合的最佳电机。
(2)根据电机实际的适用场合以及电机在运行所要执行的具体加工工艺，再合理选择电机的类型。
(4)由于不同的电机之间有着很大的价格差，所以在选择电机时，要充分选择到性价比最高的电机，技能满足生产需要，又要能保持采购成本的预算。
(5)电动机的电压等级有很多种，根据生产使用中所需要的最高转速和对电力传动调速系统的要求，选择最合适的电机电压等级。
(6)考虑用户的电网电压标准以及对功率因数的要求，确定电动机的电压等级。
(7)尽量选择安装容易、设备维护简单、运行安全可靠的电机。
2.5 PLC的选型
(1)不同的功能要求
如果控制要求中只需要开关量的控制，那么一般选用一般低端PLC，如西门子200系列。如果控制要求中既有开关量，又有一些模拟量控制要求，那么一般选用一般中端PLC，如西门子300系列。如果控制要求中控制条件较复杂，有闭环控制，现场通讯，I/O点数很多等等要求，那么一般选用一般中高端PLC，如西门子400系。
(2)不同的响应速度
在绝大部分情况下，PLC的响应速度都没有问题，是个可以忽略的问题。只是在一些特定场合和一些特定要求会考虑到响应速度的情况。当选着一些扫描速度高的PLC时，就能解决这个问题，除此之外，选择高速为了减少PLC的I／O响应的延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC功能指令或者中断输入模块等等方法就能解决问题。
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