基于PLC的自動(dòng)販賣機(jī)機(jī)電一體化畢業(yè)論文

1、機(jī)械與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) Graduation Design 設(shè)計(jì)項(xiàng)目：基于 PLC 的自動(dòng)販賣機(jī) 姓姓 名：名： 專專 業(yè)：業(yè)： 機(jī)械制造與自動(dòng)化機(jī)械制造與自動(dòng)化 班班 級(jí)：級(jí)： 1111 機(jī)械制造與自動(dòng)化一班機(jī)械制造與自動(dòng)化一班 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 職職 稱：稱： 完成時(shí)間：完成時(shí)間：20132013 年年 6 6 月月 20142014 年年 6 6 月月 年年 月月 日日 晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院 JINCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 畢業(yè)設(shè)計(jì)（創(chuàng)作）作品簡(jiǎn)介畢業(yè)設(shè)計(jì)（創(chuàng)作）作品簡(jiǎn)介 姓 名：性 別： 出生日期：政治面貌： 民 族：籍 貫： 手 機(jī)

2、：E-mail： QQ:實(shí)習(xí)單位及崗位： 晉煤集團(tuán)宏圣公司晉煤集團(tuán)宏圣公司 作者基本信息作者基本信息 班級(jí)：11 機(jī)械制造與自動(dòng)化一班機(jī)械制造與自動(dòng)化一班同組人 【自動(dòng)販賣機(jī)】 作作 品品 圖圖 片片 指導(dǎo)教師行業(yè)指導(dǎo)教師 作作 品品 介介 紹紹 本文介紹了自動(dòng)販賣機(jī)的以工作流程及基本原理，然后以一次交易過(guò)程為例子，把 交易過(guò)程分為幾個(gè)程序塊，然后分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。具體說(shuō)明了可編程序控制器在 自動(dòng)販賣機(jī)中的作用。程序涉及到了自動(dòng)販賣機(jī)工作的絕大部分過(guò)程。利用 PLC 控制的 自動(dòng)販賣機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)販賣機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 機(jī)械與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告書(shū)機(jī)械與電子工程系畢

3、業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告書(shū) 機(jī)械制造與自動(dòng)化 專業(yè)專業(yè) 學(xué)生姓名學(xué)生姓名班級(jí)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)項(xiàng)目基于 PLC 的自動(dòng)販賣機(jī) 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 準(zhǔn)備準(zhǔn)備 情況情況 在這段時(shí)間里，我復(fù)習(xí)了可編程控制器教材，然后查找關(guān)于自動(dòng)販賣 機(jī)控制設(shè)計(jì)的相關(guān)文獻(xiàn)，通過(guò)閱讀文獻(xiàn)對(duì)所涉及的內(nèi)容有了理解，通過(guò)以 上學(xué)習(xí)使畢業(yè)設(shè)計(jì)有了思路。 思路思路 和和 方法方法 本設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)方便、快捷的自動(dòng)販賣機(jī)，該販賣機(jī)具有自 動(dòng)辨別三種飲料，并對(duì)投幣幣值進(jìn)行累計(jì)，根據(jù)幣值選擇商品。該設(shè)計(jì)主 要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包括：1.控制要求分析。2.PLC 的選擇。./口的分配。.數(shù)碼管顯示。.錢幣識(shí)別系統(tǒng)。軟件包 括

4、：./口的分配。.自動(dòng)販賣機(jī)控制流程圖設(shè)計(jì)。.程序梯形圖 設(shè)計(jì)等。 擬重?cái)M重 點(diǎn)解點(diǎn)解 決的決的 問(wèn)題問(wèn)題 ./點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)以及分配。 .自動(dòng)販賣機(jī)的流程圖設(shè)計(jì)。 .程序梯形圖的編寫(xiě)。 計(jì)劃計(jì)劃 進(jìn)度進(jìn)度 七月五號(hào) 為論文做準(zhǔn)備 七月十五號(hào) 定題目 七月二十號(hào) 進(jìn)行檢查 七月二十三號(hào) 初稿基本完成 七月二十七號(hào) 修改 八月二號(hào) 最終完成 參考參考 文獻(xiàn)文獻(xiàn) 1 王兆義，可編程序控制器教程北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 2 賈德勝，PLC 應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)用子程序M.北京：人民郵電出版社. 2002 3 程周，可編程序控制器原理與應(yīng)用，北京：高等教育出版社， 2003 年 4 張萬(wàn)忠，劉明芹電器與 PLC

5、 控制技術(shù)北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2003 5 廖常初，S7-200 PLC 基礎(chǔ)教程北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 畢業(yè)設(shè)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）修文）修 改說(shuō)明改說(shuō)明 1.修改了畢業(yè)設(shè)計(jì)的字體、行距，正文項(xiàng)目編號(hào)不統(tǒng)一，段前段后 間距混亂，對(duì)其不規(guī)范 2.修改了英文摘要 3. 畢業(yè)設(shè)計(jì)的格式和版面樣式，也經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師多次細(xì)心的修改 與指正，不斷的進(jìn)行完善，對(duì)字體段落等細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行不斷的調(diào)整， 才使得畢業(yè)設(shè)計(jì)最后定稿。 指導(dǎo)指導(dǎo) 教師教師 意見(jiàn)意見(jiàn) 行業(yè)指導(dǎo)教師： 單位： 職稱： 聯(lián)系電話： 年 月 日 校內(nèi)指導(dǎo)教師： 職稱： 年 月 日 目 錄 摘 要 .1 ABSTRACT .2 第一

6、章 緒論 .3 第二章 自動(dòng)販賣機(jī)和 PLC 的介紹 .4 2.1 自動(dòng)販賣機(jī)功能分析.4 2.1.1 自動(dòng)販賣機(jī)的基本功能.4 2.2 PLC 的選型原則.4 2.3 PLC 的概論.5 2.3.1 PLC 的產(chǎn)生.5 2.3.2 PLC 的定義.6 2.3.3 PLC 的發(fā)展趨勢(shì).6 2.3.4 PLC 的特點(diǎn).7 2.3.5 PLC 的基本功能.7 2.4 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和原理.7 2.4.1 PLC 各部分的作用.8 第三章 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì).11 3.1 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則.11 3.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則.11 3.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容.11 3.1.3

7、 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟.12 3.1.4 編寫(xiě)梯形圖的注意事項(xiàng).12 第四章 自動(dòng)販賣機(jī) PLC 程序設(shè)計(jì) .15 4.1 仿真實(shí)驗(yàn)中販賣機(jī)的分析.15 圖 4.1 自動(dòng)販賣機(jī)工作流程圖 .16 4.2 設(shè)計(jì)任務(wù)的確定.16 4.3 程序設(shè)計(jì)部分.16 4.3.1 程序設(shè)計(jì)說(shuō)明.18 4.3.2 定義 I/O 設(shè)備.18 4.3.3 設(shè)計(jì).19 4.3.4 運(yùn)行.20 總 結(jié) .21 參考文獻(xiàn) .22 致 謝 .23 個(gè)人簡(jiǎn)況及聯(lián)系方式 .24 摘摘 要要 本文介紹了自動(dòng)販賣機(jī)的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過(guò)程為例， 把交易過(guò)程分為幾個(gè)程序塊，然后分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。具體說(shuō)明了可編

8、程序控 制器在自動(dòng)販賣機(jī)中的作用。程序涉及到了自動(dòng)販賣機(jī)工作的絕大部分過(guò)程。利用 PLC 控制的自動(dòng)販賣機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)販賣機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 可編程控制器（Programmable Logic Controller ）簡(jiǎn)稱 PLC, 是一種以微處 理器為核心的用于工程自動(dòng)控制的工業(yè)控制機(jī)，其本質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)。 它的軟、硬件配置與計(jì)算機(jī)極為類似，只不過(guò)它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò) 程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語(yǔ)言。硬件主要由中央處理單元 CPU、存貯器、輸入/輸出單元以及編程器、電源和智能輸入/輸出單元等構(gòu)成.PLC 是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)

9、計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)， 綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來(lái)的一種新型工 業(yè)自動(dòng)控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)設(shè)備之一。 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，自動(dòng)販賣機(jī)在中國(guó)的普及和應(yīng)用也將越來(lái)越多。據(jù) 來(lái)自國(guó)內(nèi)自動(dòng)販賣機(jī)市場(chǎng)行情分析報(bào)告表明：目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)販賣機(jī)市場(chǎng)走勢(shì)已逐漸 明晰，自動(dòng)販賣機(jī)逐步從沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和各大中城市向內(nèi)陸和次發(fā)達(dá)地區(qū)延伸， 逐步從高級(jí)賓館、地鐵、機(jī)場(chǎng)等豪華高檔場(chǎng)所向高中檔社區(qū)普及，可以說(shuō)是市場(chǎng)潛 力無(wú)限。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：PLC; 可編程控制器;應(yīng)用; Abstract This paper introduces the

10、 basic principle of vending machines and work processes, and then to a transaction process as an example, the transaction process is divided into several blocks, then block programming. A detailed description of the programmable controller in the vending machine function. The procedure involved the

11、vending machine work most of the process. To improve the system stability using the PLC control vending machine, ensure the vending machine can have a long-term stable operation. Programmable controller (Programmable Logic Controller) referred to as PLC, is a microprocessor as the core of the indust

12、rial control computer automatic control for, its essence is an industrial control computer. The soft, hardware configuration and the computer it is very similar, but it is more than the general computer connect with industrial process interface and more direct for the control requirements of the pro

13、gramming language. The hardware mainly consists of a central processing unit CPU, memory, input / output unit and a programmer, power and intelligent input / output unit.PLC is a digital electronic computing systems for environmental applications in the industrial design, which is based on microproc

14、essor, integrates a model of industrial computer technology, automatic control technology and communication technology, modern science and technology and the development of automatic control device, it is the industry developed countries the standard equipment of automatic control. With the rapid de

15、velopment of China economy, popularization and application of vending machines in China was the inevitable trend. According to reports from China vending machine market analysis report shows that: at present domestic vending machine market trend has gradually clear, vending hotel, subway, airport an

16、d other high-end luxury establishments to high profile community, a spreading, can be said to be unlimited market potential. Keywords: PLC; Programmable controller; Application 第一章第一章 緒論緒論 隨著科技的不斷發(fā)展，我們的生活也在不斷的發(fā)生變化、為了跟上社會(huì)的發(fā)展 步伐，人們的生活節(jié)奏也隨之加快，對(duì)人們來(lái)說(shuō)時(shí)間就是金錢，根據(jù)這種社會(huì)現(xiàn)象， 出現(xiàn)了越來(lái)越多的自動(dòng)化產(chǎn)品：自助交費(fèi)機(jī)、自動(dòng)販賣機(jī)這些產(chǎn)品的出現(xiàn)不但 給人們

17、帶來(lái)了方便，還節(jié)約了人們的時(shí)間。就以自動(dòng)機(jī)販賣機(jī)為例子，它的種類還 有很多種類:比如冰淇淋販賣機(jī)、飲料販賣機(jī)這種產(chǎn)品的出現(xiàn)，形成了一種全 新的零售形式，在 20 世紀(jì) 70 年代自日本和歐美發(fā)展起來(lái)。它的出現(xiàn)是勞動(dòng)密集型 的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變化，要求新的 流通渠道，相對(duì)于超市、百貨購(gòu)物中心等流通渠道而言，場(chǎng)地的局限性以及購(gòu)物的 便利性等這些因素的制約，無(wú)人自動(dòng)販賣機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。 自動(dòng)販賣機(jī)的販賣領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國(guó)家商品零售的一種主要方式。隨著 我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，自動(dòng)販賣機(jī)也越來(lái)越多的出現(xiàn)在消費(fèi)者身邊，為大家?guī)?lái)方 便。采用可編程

18、控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)販賣機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅編程方便，而且增強(qiáng)了系 統(tǒng)的抗干擾能力。 第二章第二章 自動(dòng)販賣機(jī)和自動(dòng)販賣機(jī)和 PLCPLC 的介紹的介紹 2.1 自動(dòng)販賣機(jī)功能分析 1.自動(dòng)販賣機(jī)有 3 個(gè)投幣孔，分別為 1 元、5 元和 10 元。 2.售貨共有 3 種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。 3.如投幣總額超過(guò)銷售價(jià)格，將可由退幣鈕找回余額。 4.投幣總額或當(dāng)前值顯示在 7 段數(shù)碼管上。 5.投幣值等于或大于 12 元時(shí)，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水。 6.投幣值等于或大于 15 元時(shí)，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和 花茶。 7.投幣值等于或大于 20 元時(shí)，汽水、花茶和咖啡

19、指示燈亮，表示 3 種均可 選擇。 8.按下要飲用的飲料按鈕，則相對(duì)應(yīng)的指示燈開(kāi)始閃爍，3s 后自動(dòng)停止， 表示飲料已經(jīng)掉出。 9.動(dòng)作停止后按退幣鈕，可以退回余額，退回金額如果大于 10 元，則先退 10 元再退 1 元，如果小于 10 元?jiǎng)t直接退 1 元的。 2.1.1 自動(dòng)販賣機(jī)的基本功能 1. 設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等； 2. 系統(tǒng)有啟動(dòng)、停止功能； 3. 運(yùn)用功能指令進(jìn)行 PLC 控制程序設(shè)計(jì)，并有主程序、子程序和中斷程序； 4. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)； 5. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求。 2.2 PLC 的選型原則 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PL

20、C 來(lái)完成后，選擇 PLC 就成為最重要的事情。一方 面要選擇多大容量的 PLC ,另一方面是選擇什么公司的 PLC 及外設(shè)。 首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量 I/O 和模擬量 I/O 以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類 型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥，又有 24V 的指示燈， 則最后選用的 PLC 的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè) 一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們是 交流 220V 的負(fù)載負(fù)載使用。則直流 24V 的負(fù)載只能使用其

21、他的輸出端了。這樣有 可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如 使用交流 220V 的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的 PLC 使用最多，但對(duì)于要求 高速輸出的情況，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出的 PLC 了。 在選型方法上，應(yīng)該考慮以下因素： （1）功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求，就要 知道所選用的 PLC 是否有能力控制任務(wù)。如對(duì) PLC 與 PLC、PLC 與智能儀表及上位 機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)?PLC 的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求； 或?qū)?PLC 的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的 PLC

22、 品種有一個(gè) 詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 （2）價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相 當(dāng)、I/O 點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價(jià)格能相差 40%以上。 2.3 PLC 的概論 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它采 用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì) 數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類 型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC 具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性好等特點(diǎn)， 2.3.1 PLC 的產(chǎn)生 20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器，定時(shí)器，接觸器及其觸

23、點(diǎn)按一定的 邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳 統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易掌握，價(jià)格便宜，在一定的范 圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。 但是機(jī)電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢， 功能少，難與現(xiàn)實(shí)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)， 接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤(pán)就要更換，所以通 用性和靈活性較差。 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào) 不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開(kāi)展系統(tǒng)重

24、新配置， 1968 年美國(guó)通用汽車公司公開(kāi)向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提 出具體要求，歸納起來(lái)是： 1、編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序 2、維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) 3、可靠性高于繼電器控制盤(pán) 4、體積小于繼電器控制盤(pán) 5、數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) 6、成本可與繼電器控制盤(pán)競(jìng)爭(zhēng) 7、輸入可以是交流 150V 以上 8、輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等 9、擴(kuò)展時(shí)源系統(tǒng)改變最小 10 用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)展到 4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過(guò)程的需要） 2.3.2 PLC 的定義 美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）在 1987 年對(duì)可編程序控制器作出以下定義： 可編程序

25、控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它 采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì) 數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入活輸出， 控制各種類型的機(jī)械或產(chǎn)生過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓P(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按 照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展的原則而設(shè)計(jì)。 定義還強(qiáng)調(diào)了 PLC 是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) ” ，他也是一種計(jì)算機(jī)， 它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 ”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用 “面向用戶的指令 ” ，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì) 數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有 “數(shù)字量和模擬量

26、輸入和輸出 ”的能力。并 且非常容易與 “工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體 ” ，易于“擴(kuò)充” 。 2.3.3 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) PLC 總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能 方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 （1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 （2）向大容量、高速度方向發(fā)展 （3）智能型 I/O 模塊的發(fā)展 （4）基于 PC 的編程軟件取代編程器 （5）PLC 編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化 （6）PLC 通信的易用化 （7）組態(tài)軟件與 PLC 的軟件化 （8）PLC 與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合 （9）開(kāi)發(fā)新型特殊功能模塊 (10) CPU 的處理速度進(jìn)一步加快 2.3.4 PLC 的特點(diǎn)

27、（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 （2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) （3）編程方便，易于使用 （4）功能完善 （6）體積小，維護(hù)操作方便 （7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 （8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化 2.3.5 PLC 的基本功能 1、條件控制功能 2、定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能 3、數(shù)據(jù)處理功能 4、A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換功能 5、運(yùn)動(dòng)控制功能 6、過(guò)程控制功能 7、擴(kuò)展功能 2.4 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和原理 PLC 的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的，可以簡(jiǎn)單地表述為在系統(tǒng) 程序的管理下，通過(guò)運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。（見(jiàn)圖 2.1） 讀取輸入 執(zhí)行用戶程序 處理通信要求 自診斷檢查 改寫(xiě)輸出 RUN 狀態(tài)

28、讀取輸入 處理通信要求 自診斷檢查 改寫(xiě)輸出 STOP 狀態(tài) 圖 2.1、各階段處理任務(wù) 2.4.1 PLC 各部分的作用 （1）中央處理器 CPU 是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是 進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊的 工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取出指令和執(zhí)行性指令。它的重要功能如下： 圖 2.2 PLC 硬件結(jié)構(gòu)圖 （2）存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 而大部分使用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 （3）輸入輸出接口電路 PLC

29、 通過(guò)輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過(guò) PLC 的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 所能 接受和處理的數(shù)字信號(hào)。 （4）電源 PLC 的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換 成滿足 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源 電路或電源模塊。 （5）輸入輸出 I/O 擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的 I/O 點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過(guò)此接口用扁 平電纜線將 I/O 擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。 （6）PLC 的基本工作原理 PLC 采用的是循環(huán)掃描工作方式。對(duì)每個(gè)程序,COU 從第一條指

30、令開(kāi)始逐條 順序執(zhí)行用戶程序，知道遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷 循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。PLC 的掃描周期全過(guò)程如圖 2.3 所示。 （一） 輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫(xiě)入輸入狀態(tài)寄 存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （二）程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開(kāi)始逐條執(zhí)行，并 將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （三） 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存 電路，并通過(guò)一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形

31、成 PLC 的實(shí)際輸出。 圖 2.3 PLC 的掃描全過(guò)程 第三章第三章 PLCPLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 3.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控制對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備活生產(chǎn)過(guò)程）的工 藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下 基本原則： （1）最大限度的滿足被控制對(duì)象的控制對(duì)象。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查 研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電 氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。 （2）在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維 修方

32、便。 （3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 （4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 3.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。，因此，PLC 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括： （1）用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備 （繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、 電磁閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書(shū)籍中已有 介紹。 （2）PLC 的選擇。PLC 是 PLC 控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC 對(duì)語(yǔ)保證整 個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)

33、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要的作用。選擇 PLC 應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量 選擇、I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （3）分配 I/O 點(diǎn)，繪制 I/O 連接圖。 （4）涉及控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表（及程序清單）和控制系統(tǒng)流程 圖?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是包子系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。 因此，控制程序設(shè)計(jì)必須是經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，知道滿足要求為止。 （5） 必要時(shí)還需要設(shè)計(jì)控制臺(tái)。 （6） 編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。 3.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 （1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求。 （2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備、據(jù)此確定 OLC 的 I/O 點(diǎn) 數(shù)。

34、 （3）選擇 PLC 系統(tǒng)。 （4）分配 PLC 和 I/O 點(diǎn)，設(shè)計(jì) I/O 連接圖。 （5）進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制態(tài)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。 3.1.4 編寫(xiě)梯形圖的注意事項(xiàng) （1）輸入輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等器件的觸點(diǎn)可以 多次重復(fù)使用，無(wú)需復(fù)雜的程序結(jié)果來(lái)減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)。 （2）梯形圖每一行都是從左母線開(kāi)始，線圈終止于右母線。觸點(diǎn)不能放在線 圈的右邊。除不經(jīng)程序外，任何線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、高級(jí)指令等不能直接與左 母線相連。如果需要任何時(shí)候都被執(zhí)行的程序段，可以通過(guò)特殊內(nèi)部常閉繼電器或 一個(gè)沒(méi)有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點(diǎn)來(lái)連接。 （3）在程序中，不允許

35、同一編號(hào)的線圈兩次輸出。 （4）不允許出現(xiàn)橋式電路。 程序的編寫(xiě)順序應(yīng)是自上而下。從左至右的方式。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)， 程序應(yīng)為“左大右小，上大右小”。 圖 3.1 PLC 外部接線圖 梯形圖是用的最多的 PLC 圖形編程語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中 常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。它與電器控制線路圖 相似，如圖 1-1-4 示。繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式 和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。因此，這種編程語(yǔ)言為廣大電氣 技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的 PLC 的編程語(yǔ)言，是 PLC 的第一編程語(yǔ)言。 圖 3.2 傳統(tǒng)繼電器

36、控制線路圖和 PLC 梯形圖 a 傳統(tǒng)繼電器控制線路圖 b PLC 梯形圖 在梯形圖中，有兩根豎直的直線，被稱為母線，現(xiàn)在很多 PLC 只保留了左邊的 母線，而把右邊的母線略去不寫(xiě)。在梯形圖中引入了“能流”的概念。左邊的母線 就如電源的“正極” ，而右邊的母線就如電源的“負(fù)極” 。如果有“能流”從左至右 流向線圈，則線圈被激勵(lì)。如果沒(méi)有能流，則線圈未被激勵(lì)， “能流”在任何時(shí)刻 都不會(huì)通過(guò)接點(diǎn)自右向左流。 第四章第四章 自動(dòng)販賣機(jī)自動(dòng)販賣機(jī) PLCPLC 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì) 4.1 仿真實(shí)驗(yàn)中販賣機(jī)的分析 由于販賣機(jī)的全部功能是在上位機(jī)上模擬的，所以販賣機(jī)的部分硬件是由計(jì)算 機(jī)軟件來(lái)模擬代替的。

37、如錢幣識(shí)別系統(tǒng)，可以用按某個(gè)“仿真對(duì)象”輸出一個(gè)脈沖 直接給 PLC 發(fā)布命令，而傳動(dòng)系統(tǒng)也是由計(jì)算機(jī)直接模擬的，這些并不會(huì)影響實(shí)際 程序的操作，完全能模擬實(shí)際自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行。 (1)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)假設(shè) a、由于是在計(jì)算機(jī)上模擬運(yùn)行的，實(shí)驗(yàn)中有些區(qū)別于實(shí)際情況的假設(shè)： b、自動(dòng)販賣機(jī)只售出三種商品； c、自動(dòng)販賣機(jī)可以識(shí)別 10 元、5 元、1 元； d、自動(dòng)販賣機(jī)可以退幣 10 元、5 元、1 元； e、自動(dòng)販賣機(jī)有液晶顯示功能； f、試驗(yàn)中販賣機(jī)忽略了各種故障以及缺貨等因素； (2)一次交易過(guò)程分析 為了方便分析，以一次交易過(guò)程為例 a、初始狀態(tài)：有電子標(biāo)簽顯示各商品價(jià)格，顯示屏顯示界面，此時(shí)

38、不能購(gòu)買 任何商品； b、投幣狀態(tài)：按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值，顯示屏顯示投入、 消費(fèi)、余額數(shù)值，當(dāng)所投幣值超過(guò)某商品價(jià)格時(shí)，相應(yīng)商品選擇按鈕發(fā)生變化，提 示可以購(gòu)買。 c、購(gòu)買狀態(tài)：按下可以購(gòu)買的選擇按鈕，所選的出現(xiàn)在出貨框中，同時(shí)顯示 屏上的金額數(shù)字根據(jù)消費(fèi)情況相應(yīng)變化。取走商品則出貨框消失。 d、退幣狀態(tài)：按下退幣按鈕顯示退幣框，同時(shí)顯示相應(yīng)的退幣值和數(shù)量，按 下確認(rèn)按鈕則恢復(fù)初始狀態(tài)。到此為止，自動(dòng)販賣機(jī)的一個(gè)完整工作結(jié)束。這也是 本仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。 4.2 設(shè)計(jì)任務(wù)的確定 根據(jù)控制要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的 理 論知識(shí)，進(jìn)行自動(dòng)販賣機(jī)運(yùn)行原

39、理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)， 提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。主要內(nèi) 容包括： 1. 設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等； 2. 系統(tǒng)有啟動(dòng)、停止功能； 3. 運(yùn)用功能指令進(jìn)行 PLC 控制程序設(shè)計(jì)，并有主程序、子程序和中斷程序； 4. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)； 5. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求。 4.3 程序設(shè)計(jì)部分 仿真程序的編寫(xiě)利用利用組態(tài)軟件 FORCECONTROL2.6，下位機(jī)程序的編制則利 用 PLC 專用編程軟件歐姆龍完成的。 PLC 程序已經(jīng)介紹，現(xiàn)在我們看一下仿真界面設(shè)計(jì)。 (1)販賣機(jī)背景的設(shè)計(jì)

40、 販賣機(jī)背景是一個(gè)不動(dòng)的畫(huà)面，可以利用圖片處理的方法按照制定樣式的功能 畫(huà)出販賣機(jī)的整體。先分幾部分進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，如圖 6-1 所示。 (2)顯示屏部分的設(shè)計(jì) 顯示屏部分的設(shè)計(jì)利用了組態(tài)軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)顯示畫(huà)面，一個(gè)是未交易時(shí)初始狀 態(tài)的歡迎界面如下圖，在交易過(guò)程中的幣值顯示畫(huà)面如下圖所示 ，其中圖中的歡 迎 字 符是可以閃爍變化的， aaaa字符可以顯示系統(tǒng)時(shí)間，圖中的8888用來(lái)顯示 幣值，它們均是可以定義的變量。 （3）標(biāo)簽設(shè)計(jì)電子 標(biāo)簽用來(lái)顯示程序中傳上來(lái)的價(jià)格，所以其中要有可以定義的字符，所以標(biāo)簽 設(shè)計(jì)為，其中“J.03 顯示 03 商品價(jià)格的變量。 （4）按鈕設(shè)計(jì) “選擇”按鈕的設(shè)計(jì)要

41、反映出可以購(gòu)買和不可以購(gòu)買的差異，所以其中也要有 可以變化的字符，設(shè)計(jì)如右圖，其中字符“選擇”在滿足條件下可以閃爍變 色，退幣按鈕設(shè)計(jì)成樣式，按鈕均可以動(dòng)作。 (5）投退幣提示框設(shè)計(jì) 投退幣提示框要有可已投入的硬幣，確認(rèn)按鈕以及框架，其中硬幣、確認(rèn)按鈕 和字符“a”均是可以定義的變量 圖 4.2 投幣提示框 圖 4.3 退幣提示框 （6）出貨框的設(shè)計(jì) 出貨框中要有 01-03 商品的示意圖以及框架，其中商品在滿足條件后可以出現(xiàn)， 鼠標(biāo)點(diǎn)擊后可以消失，因此也是可定義的變量效果如 4.4 所示 圖 4.4 出貨框 4.3.1 程序設(shè)計(jì)說(shuō)明 實(shí)驗(yàn)證明： 該系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)較全面地演示自動(dòng)販賣機(jī)的使用功能

42、； 通過(guò)修改 PLC 控制程序， 可在自動(dòng)販賣機(jī)上實(shí)現(xiàn)多種控制方式、銷售方式、銷售種類。自動(dòng) 售貨機(jī)可以根據(jù)投入的錢幣自動(dòng)付貨。它根據(jù)投入錢幣的多少，提示你可以買什 么東西，再按一下相應(yīng)的按鈕，購(gòu)買的飲料就可以從出口處提出，出口處提示用 戶將物品拿走，不買東西了就按下退幣按鈕，將多余的錢幣取回，經(jīng)過(guò)6 秒后 錢幣沒(méi)有取回則自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警，避免顧客有不必要的損失。在交易的過(guò)程中，幣 值界面會(huì)顯示投入錢幣的金額、消費(fèi)錢幣的金額、余額。 4.3.2 定義 I/O 設(shè)備 輸入/輸出單元通常也稱 I/O 單元或 I/O 模塊，是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的 連接部件。 PLC 通過(guò)輸入接口可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí) PLC 又通過(guò)輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對(duì) 象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。 4.3.3 設(shè)計(jì) 圖 4.5 PLC 梯形圖 4.3.4 運(yùn)行 圖 4.6 運(yùn)行結(jié)果圖 總總 結(jié)結(jié) 現(xiàn)在，隨著人們生活節(jié)奏的增快，自動(dòng)販賣機(jī)產(chǎn)業(yè)在帶給人們方便的同時(shí)， 正在走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過(guò)電話線路將自動(dòng) 販賣機(jī)內(nèi)的庫(kù)存信息及時(shí)地傳送各營(yíng)業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ) 充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動(dòng)販賣機(jī)的開(kāi)發(fā)致力于 能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼