基于PLC自動售貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計精

1、I基于 PLC 的自動售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計摘要本論文基于西門子 S7-200 系列 PLC 進(jìn)行自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計,闡述 了自動售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的基本原理及工作流程,然后以一次交易過程為例,把交 易過程分為幾個程序塊,分別對程序塊進(jìn)行編程。在 PLC 梯形圖的編寫時,文中 采用的是西門子 PLC 梯形圖專用編譯軟件 STEP7來進(jìn)行編寫,并完成了 PLC 外部 接線圖。利用 PLC 控制的自動售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,保證自動售貨機(jī)能夠 長期穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞 :PLC ;自動售貨機(jī);控制系統(tǒng)1、格式存在錯誤,如段前段后間距、字體大小等等2、整個文章太簡單,基本上沒什么內(nèi)容,可以適當(dāng)填充3、總結(jié)有

2、錯4、參考文獻(xiàn)有錯The System Design for Automatic Vending Machine Based on PLCTutor: Guilin liuII AbstractProfessional Electrical automation 2008 No.200812713 Name :wei yuan The design of this paper is based on Siemens S7-200 series automatic vending machine PLC control system, explains the vending system de

3、sign principle and workflow, and then to a course of dealing, for example, the transaction process is divided into several blocks on blocks, respectively. In the preparation of the PLC ladder diagram, the text is a Siemens PLC ladder diagram private compile software to write the STEP7, and completed

4、 a PLC external wiring diagram. Use of PLC control vending machine improves the stability of the system, ensure the long-term stability of the vending machine to run.Keywords :PLC ; vending system;(格式有錯 目 錄I第 1章 引言 . 3 1.1自動售貨機(jī)的發(fā)展 . 3 1.2 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容 . . 3 第 2章 可編程控制器 PLC . 4 2.1 PLC的發(fā)展 . 4 2.2

5、 PLC的選型原則及選型方法 6 第 3章 自動售貨機(jī) PLC 程序設(shè)計 . 8 3.1 自動售貨機(jī)的控制要求及相關(guān)說明 . . 8 3.2 自動售貨機(jī) I/O點(diǎn)分配 . . 9 3.3自動售貨機(jī)的順序功能圖 . 10 3.4 自動售貨機(jī)的梯形圖的編寫 . . 11 3.5 自動售貨機(jī)的外部接線圖 13 結(jié)論 . . 14 致謝 . .15 參考文獻(xiàn) . .16 附錄 . .17文字選型,大小,格式有錯,請修改II第 1章 引言1.1自動售貨機(jī)的發(fā)展自動售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式, 20世紀(jì) 70年代自日本和歐美發(fā)展起來。 它的出現(xiàn)是勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。 消費(fèi)模

6、式和銷售環(huán) 境的變化,要求新的流通渠道,相對于超市、百貨購物中心等流通渠道而言,場地的 局限性以及購物的便利性等這些因素的制約, 無人自動售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便 應(yīng)運(yùn)而生了。自動售貨機(jī)的售貨領(lǐng)域非常廣泛,是發(fā)達(dá)國家商品零售的一種主要方式。近幾年, 自動售貨機(jī)逐漸被越來越多的消費(fèi)者所接受。 采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動售貨機(jī)的系統(tǒng) 設(shè)計,不僅編程方便,而且增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。(把摘要和這里對應(yīng)起來 1.2 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容1. 此自動售貨機(jī)可以投入五角、一元的硬幣;2. 如果顧客投入硬幣在限定的時間內(nèi)(2分鐘不按任何按鍵,自動售貨機(jī)將退 還所投硬幣;3. 當(dāng)投入硬幣的總值等于

7、或超過物品價值時,對應(yīng)的物品指示燈亮綠燈;4. 當(dāng)物品對應(yīng)的指示燈亮綠燈時,按下相應(yīng)的按鍵,相應(yīng)的物品排出,同時指示 燈綠燈閃爍;5. 如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價值時, 自動售貨機(jī)會自動將余款退還 顧客;6. 當(dāng)顧客成功購買完一件物品后 20秒無操作,自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧 客;7. 如果顧客投入硬幣后又不想買物品,按下退款按鍵,自動售貨機(jī)會自動將余款 退還顧客;8. 找零時顧客可選擇退一元的還是五角的;第 2章 可編程控制器 PLC2.1 可編程控制器 PLC 的發(fā)展前景2.1.1 可編程控制器 PLCPLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,它采用

8、可 以編制程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù) 運(yùn)算等操作的指令,并能通過數(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)過程。 PLC 具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性好等特點(diǎn),2.1.2 PLC的發(fā)展前景PLC 總的發(fā)展趨勢是向高集成度、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)場總

9、線相結(jié)合(9開發(fā)新型特殊功能模塊(10 CPU的處理速度進(jìn)一步加快2.1.3 PLC的工作原理PLC 的工作原理與計算機(jī)的工作原理基本是一致的,可以簡單地表述為在系統(tǒng)程 序的管理下,通過運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。 PLC 通電后,首先對硬件和軟件作一 些初始化操作,初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)(見圖 2-1。2.1.4 PLC的循環(huán)掃描工作對每個程序, CPU 從第一條指令開始執(zhí)行,按指令步序號做周期性的程序循 環(huán)掃描,如果無跳轉(zhuǎn)指令,則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序,直 至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令,如此周而復(fù)始不斷循環(huán),每一個循環(huán)稱為一 個掃描周期。 PLC 的掃描

10、全過程如圖 2-2所示。(1 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。(2 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,從第一條開始逐條執(zhí)行,并 將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。(3 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,并通過一定輸出方式輸出,驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作,這才形成 PLC 的實(shí)際輸出。 圖 2-2 PLC的掃描全過程2.1.5 PLC的硬件組成PLC 的硬件主要由中央處理器(CPU 、存儲器、輸入單元、輸

11、出單元、通信 接口、擴(kuò)展接口、電源等幾部分組成。其中, CPU 是 PLC 的核心;輸入單元 /輸出 單元是 CPU 與現(xiàn)場輸入 /輸出設(shè)備之間的接口電路; 通信接口用于連接編程器、 上 位計算機(jī)等外部設(shè)備,其硬件構(gòu)成圖如圖 2-3。 圖 2-3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.1.6 PLC的編程語言PLC 為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下 5種:梯形圖(LAD 、語句表(STL 、順序功能圖(SFC 、功 能塊圖(FBD 和結(jié)構(gòu)文本(ST 。2.1.7 PLC的特點(diǎn)(1抗干擾能力強(qiáng),可靠性好(2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,通用性強(qiáng)(3編程方便,易于使用(4功能完善(6

12、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2.2 PLC的選型原則及選型方法2.2.1 PLC的選型原則當(dāng)某一個控制任務(wù)決定由 PLC 來完成后, 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,包括開關(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。 控制系統(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

13、出點(diǎn)一般是幾個 一組共用一個公共端, 這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。 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,但對于要求 高速輸出的情況,就要使用無觸點(diǎn)的晶體管輸出的 PLC 了。對第二個問題,則有以下幾個方面要考慮:(1功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能,但對某些特殊要求,就要 知道所選用的 PLC 是否有能力控制任務(wù)。 如對 PLC 與 PLC 、 PLC 與

14、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。這就要求用戶對市場上流行的 PLC 品種有一個 詳細(xì)的了解,以便做出正確的選擇。(2 價格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價格相差很大, 有些功能類似、 質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價格能相差 40%以上。第 3章 自動售貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計3.1自動售貨機(jī)的控制要求3.1.1自動售貨機(jī)的控制要求自動售貨機(jī)的基本功能就是對投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算,并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是 否能夠購買某種商品,并作出相應(yīng)的反應(yīng)。例如:售貨機(jī)中有 2種商品, A 商品 價格為 0.5元,

15、 B 商品為 1元?，F(xiàn)投入 1個 1元硬幣,當(dāng)投入的貨幣超過 A 商品 的價格時, A 商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化, 提示可以購買, B 商品也提示。 當(dāng)按下 選擇 A 商品的價格時,售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算,從投入的貨幣總值中減去 A 商品的 價格同時啟動相應(yīng)的電機(jī),提取 A 號商品到出貨口。此時售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外 部命令,如繼續(xù)交易,則同上,如果此時不再購買而按下退幣按鈕,售貨機(jī)則要 進(jìn)行退幣操作,退回相應(yīng)的貨幣,并在程序中清零,完成此次交易。由此看來, 售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時的除法運(yùn)算,這是它的 內(nèi)部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。

16、3.1.2 自動售貨機(jī)的相關(guān)說明當(dāng)投入五角時加 5投入 1元是加 10, SUB_DI是雙整數(shù)減法當(dāng)成功購買物品時就 減去物品對應(yīng)的數(shù); T37 T56表示通電延時定時器 , 按下物品按鈕時 T37 T42延時 8秒,無操作時 T43啟動計時 20秒, T44與 T43配合組成投幣 2分鐘無操作找零, T46 T56兩兩配合形成閃爍電路。 圖 3-1自動售貨機(jī)模擬操作面板本設(shè)計統(tǒng)一采用按鈕開關(guān)模擬物品選擇,按鈕內(nèi)有綠燈和紅燈分別表示可購買 物品和物品銷售完;指示燈模擬物品輸出及找零如圖 3-1示。3.1.3定時器定時器是 PLC 中重要的編程元件,是累計時間增量的內(nèi)部器件。定時器 的工作過程與

17、繼電器控制系統(tǒng)的時間繼電器基本相同,但它沒有瞬動觸點(diǎn),失電 時,常閉觸點(diǎn)閉合,常開觸點(diǎn)打開;定時器得電時,常閉觸點(diǎn)打開,常開觸點(diǎn)閉 合。 定時器的當(dāng)前值、 設(shè)定值均為 10位有符號整數(shù) (INT , 允許的最大值為 32767。 定時器指令表見表 3-1。 3.1.4數(shù)學(xué)運(yùn)算指令在梯形圖中,整數(shù)、雙整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除指令(見表 3-2分別 執(zhí)行下列運(yùn)算:IN1+IN2=OUT, IN1 IN2=OUT, IN1*IN2=OUT, IN1/IN2=OUT。 表 3-2 加減乘除指令 算:IN1+ OUT =OUT, OUT IN1=OUT, IN1* OUT =OUT, OUT /IN

18、2=OUT。3.2 自動售貨機(jī) I/O點(diǎn)的分配輸入 /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)場之間的 連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù), 以這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù);同時 PLC 又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制 對象,以實(shí)現(xiàn)控制目的。 I/O點(diǎn)分配表如表 3-3示。 3.3 自動售貨機(jī)順序功能圖的編寫由于順序功能圖(SFC 有五種基本結(jié)構(gòu):順序結(jié)構(gòu)、選擇性分支結(jié)構(gòu)、并發(fā) 性分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)。本次自動售貨機(jī)的 SFC 圖,根據(jù)控制要求選 用選擇性分支結(jié)構(gòu)和并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫x擇性分支結(jié)構(gòu)是一個控制流

19、可 以轉(zhuǎn)入多個可能的控制流中的某一個且不允許多路分支同時執(zhí)行。具體進(jìn)入哪個 分支,取決于控制流前面的轉(zhuǎn)移條件哪一個為真。而并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)是一個工作 步執(zhí)行完后,需要同時開啟若干條分之,并采用雙水平線相連且要有一個公共轉(zhuǎn) 移條件,這兩種順序功能圖結(jié)構(gòu)符合本次自動售貨機(jī)的控制要求,所以選擇這兩 種結(jié)構(gòu)。本次自動售貨機(jī)的 SFC 圖如下圖 3-2示:··················圖 3-2自動售貨機(jī)順序功能圖3.4.

20、1梯形圖梯形圖是用的最多的 PLC 圖形編程語言。梯形圖語言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng) 中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電器控制線 路圖相似,如圖 3-3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 的編程語言,是 PLC 的第一編程語 言。 圖 3-3傳統(tǒng)繼電器控制線路圖和 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。在梯形圖中引

21、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。如果沒有能流,則線圈未被激勵,“能流” 在任何時刻都不會通過接點(diǎn)自右向左流。3.4.2 自動售貨機(jī)設(shè)計的梯形圖本此設(shè)計自動售貨機(jī)主要銷售食品、飲料、日用三大類,而食品有五角和一 元,飲料有一元和二元,日用有二元和三元。(見附錄自動售貨機(jī)的外部接線圖如圖 3-4示, SB2 SB7為物品選擇按鈕,當(dāng)投入貨幣 物品綠燈亮(Q2.1 Q2.6,按下 SB2 SB7其中一個,對用的 KM 線圈得電電機(jī)轉(zhuǎn) 動出相應(yīng)的物品(Q0.1 Q0.6,當(dāng)有物品銷售完其行程開關(guān)斷開,物品紅燈亮并 同時向總部發(fā)送物品銷售完的信息;當(dāng)收買物品總值低于投入總值時,可按找零按 鈕 SB1選擇找一元還是五角(SB10、 SB11后 KM1得電電機(jī)轉(zhuǎn)動找零 (Q0.0。 圖 3-4售貨機(jī)的外部接線圖總結(jié)畢業(yè)設(shè)計對我來說是對大學(xué)三年的學(xué)習(xí)成果的總結(jié)和考核,通過對本課題的設(shè) 計,使自己學(xué)會調(diào)研和查閱文獻(xiàn)資料,達(dá)到對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用。提高了分析問 題的能力,解決問題和獨(dú)立工作的能力,為