常熟理工学院毕业设计（论文）
电机M5运行。2秒后光电开关M1亮，则将邮件送入邮箱1内。之后L2灯灭，L1灯亮，表示可以继续进邮件。同样按下邮码B2，邮件检测灯L2亮，主电机M5运行。3秒后光电开关M2亮，则将邮件送入邮箱2内。之后L2灯灭，L1灯亮。表示可以继续进邮件。同样按下邮码B3，邮件检测灯L2亮，主电机M5运行。4秒后光电开关M3亮，则将邮件送入邮箱3内。之后L2灯灭，L1灯亮。表示可以继续进邮件。同样按下邮码B4，邮件检测灯L2亮，主电机M5运行。5秒后光电开关M4亮，则将邮件送入邮箱4内。之后L2灯灭，L1灯亮。若按下邮码B5，则说明被检邮件不是上述要求的4种邮件，则红灯L2闪烁，表示出错，主电机M5停止。重新启动后，才能正常运行。按下停止按钮SP，系统停止运行。具体结构如上图2-1。
2.2 机型的选择及输入输出的确定
2.2.1 内存估计
用户程序所需的内存容量受以下几个因素的影响：开关量输入，输出点数；用户的程序水平。
所需内存字数=开关量(输入+输出)总点数×10； 所需内存字数=模拟量点数×100(只有模拟量输入)；
所需内存字数=模拟量点数×200(模拟量输入／输出同时存)。该系统控制程序比较小，而且输入输出点较少，因此内存容量要求比较低。一般的PLC都能满足其要求。 2.2.2 响应时间
可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠地接受持续时间小于扫描周期的输入信号；但是在本系统中，邮件的输入速度是相对比较慢的，不可能比扫描周期短，所以，系统响应时间没特殊要求，不需要考虑这方面的问题。
邮件分拣是一个比较固定的、环境条件较好的工艺过程，要实现的功能也相对简单，无A/D和D／A转换、加减运算。另外，控制程序也比较固定，不需要在线编程，选用整体式PLC就可以满足工艺的要求了。综合前面的工艺要求与I/0点数可知，在机型上可选用西门子公司生产的CPU型号为224型的微型可编程控制器。
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2.2.3 输入输出的确定
可编程控制器系统I/O点数估算。系统I/O分配见下表2-1：
表2-1系统I/O分配表
输入 端子 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 M1.7 M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 M1.5 M1.6 功能 启动 停止 读码器输出的邮码1 读码器输出的邮码2 读码器输出的邮码3 读码器输出的邮码4 读码器输出的邮码5 启动(WinCC) 停止(WinCC) 读码器输出的邮码1(WinCC) 读码器输出的邮码2(WinCC) 读码器输出的邮码3(WinCC) 读码器输出的邮码4(WinCC) 读码器输出的邮码5(WinCC) 端子 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 输出 功能 指示进邮件L1 邮件检测灯L2 光电开关M1 光电开关M2 光电开关M3 光电开关M4 光电开关M5 通过上面的I/O点的分析，需要7个输入点和7个输出点。西门子的S7-200就已经符合邮件分拣控制要求。S7-200 PLC属于小型整体式的PLC, 本机自带
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RS-485通信接口、内置电源和I/O接口。它的硬件配置灵活，既可用一个单独的S7-200 CPU构成一个简单的数字量控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量I/O模块、模拟量模块或智能接口模块的扩展，构成较复杂的中等规模控制系统。完整的S7-200系列PLC实物如图2-2所示。
图2-2 S7-200系列PLC实物图
S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等类型。此系统选用S7-200 CPU224，通入220V交流电。CPU224有14个输入、10个输出，具有PPI，MPI和自由方式通讯能力，符合控制系统设计要求。 2.2.4 定时器的确定
本课题用定时器来规定邮件分拣各个环节运行的时间。课题中用了6个定时器，它们各自的功能如表2-3所示。
表2-2 定时器的作用
定时器 T37 T38 T39 T40 T41 T42 功能 根据邮码启动定时，2秒后了L1亮 根据邮码启动定时，2秒后邮件送入油箱 根据邮码启动定时，3秒后邮件送入油箱 根据邮码启动定时，4秒后邮件送入油箱 根据邮码启动定时，5秒后邮件送入油箱 设定分拣时长，2秒后提示下一邮件进入 2.2.5 EM231模拟量输入模块
邮件分拣控制系统中，分拣机检测邮件编码信号，把检测的信号由数字量转化为模拟量输入到分拣电机中,驱动电机的运行。在这里，本课题选用了西门子EM233模拟量输出模块。EM235模块提供4个输入点，1个输出点。输出量通过变频器转化为0～20mV的电流信号。EM235实物图见图2-3。
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图2-3 EM235实物图
EM235具体技术指标见表2-3:
表2-3 EM235技术指标
模拟量输入特性 模拟量输入点数 输入范围 4 电压（单极性）0～10V 0～5V 0～1V 0～500mV 0～100mV 0～50mV 电压（双极性）±10V ±5V ±2.5V ±1V ±500mV ±250mV ±100mV ±50mV ±25mV 电流0～20mA 数据字格式 双极性 全量程范围-32000～+32000 单极性 全量程范围0～32000 分辨率 模拟量输出特性 模拟量输出点数 信号范围 1 电压输出 ±10V 电流输出0～20mA 数据字格式 电压-32000～+32000 电流0～32000 分辨率电流 电压12位 电流11位 12位A/D转换器 13
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2.2.6 变频器的选择
变频器对电动机进行控制是根据电动机的特性参数及电动机运转要求，对电动机提供电压、电流、频率进行控制达到负载的要求，因此，变频器的主电路一样，逆变器件也相同，只是控制方式不一样，其控制效果是不一样的，所以，控制方式是很重要的，它代表变频器的水平。目前变频器对电动机的控制方式大体可分为V/F恒定控制，转差频率控制，矢量控制，直接转矩控制。
西门子公司M440是一种集多种功能于一体的变频器。其控制电路由CPU、模拟输入/输出、操作面板等部分组成。该变频器共有20多个控制端子，分为四类：输入信号端子、频率模拟设定输入端子、监视信号输出端子和通信端子。DIN1～DIN6为数字输入端子，一般用于变频器外部控制，其具体功能由相应设置决定。例如出厂时设置DIN1为正向运行、DIN2为反向运行等，根据需要通
图2-4 变频器MM440与PLC控制系统接线原理图
过修改参数可改变其相应的功能。使用输入信号端子可完成对电动机的正反转控制、复位、多级速度设定、自由停车。点动等控制操作。AIN1～AIN2为模拟信号输入端子分别作为频率给定信号和闭环时反馈信号输入。变频器提供了3种频率设定方式：外界电位器设定0～10V电压设定和4～20mA电流设定。当用电压或电流设定时，最大的电压或电流对于变频器输出频率的最大值。变频器
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