應用電子技術畢業(yè)論文基于plc的自動售貨機系統(tǒng)設計

1、畢業(yè)設計報告（論文）報告（論文）題目：基于plc的自動售貨機系統(tǒng)設計作者所在系部： 電子與控制工程學院 作者所在專業(yè)： 應用電子技術 作者所在班級： 12211 作 者 姓 名 ：作 者 學 號 ：指導教師姓名：完 成 時 間 ： 2015年6月10日 北華航天工業(yè)學院教務處制北華航天工業(yè)學院電子工程系畢業(yè)設計（論文）任務書姓 名：專 業(yè)：應用電子技術班 級：12211學號：指導教師：職 稱：講師完成時間：2015年6月畢業(yè)設計（論文）題目： 基于plc的自動售貨機系統(tǒng)設計設計目標：（1）從投幣口送入貨幣，然后經過傳感器采集數據、識別器判別人民幣真?zhèn)尾⑴袆e面值。（2）識別器把信息數據傳給通信模

2、塊。（3）主控系統(tǒng)顯示面值，啟動售貨機的面板鍵，顯示出貨道貨物情況，并等待顧客操作。（4）顧客選擇商品后，根據售出的商品包裝類型不同，采用不同的驅動技術把商品送出。（5）顯示余額，如果金額足夠多，顧客可以選擇找?guī)?；否則，售貨機經過延時予以退幣。 （6）系統(tǒng)復零，完成售貨。技術要求：1 接受三種面值的貨幣，0.5元、0.1元、5元。一次最多接受金額在100元以內。2 在設計中只設有3種商品，即奶茶、可樂、雪碧，價格分別為4.5元、3.5元、3元。3 可以顯示金額。投入金額大于某件商品單價則對應的LED指示燈會點亮，選擇該商品時，燈就會閃爍3次，并且數碼管會顯示，按退幣按鈕退幣。所需儀器設備：計算

3、機一臺成果驗收形式：plc梯形圖 參考文獻：可編程序控制器原理與應用時間安排15周-6周立題論證39周-13周仿真調試27周-8周方案設計414周-16周成果驗收指導教師：教研室主任：系主任：摘 要自動售貨機最早出現在二十世紀五、六十年代的西歐，當時在美國的地鐵系統(tǒng)中，人們可以用1美分在自動售貨機上買到一塊口香糖。作為一種全新的零售方式。隨著社會的發(fā)展，自動售貨機也越來越普遍。我國從1999年自動售貨機的進入，由開始的好奇陌生，到現在的習以為常，并成為了生活中不可缺少的一部分。本文介紹了自動售貨機的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個程序塊，然后分別對程序塊進行編程

4、。具體說明了可編程序控制器在自動售貨機中的作用。程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程。利用三菱FX-2N PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行。關鍵詞 自動售貨機 PLC 梯形圖 可編程序控制器 目 錄第1章 緒 論1第2章 自動售貨機介紹22.1 自動售貨機功能分析22.1.1自動售貨機的基本功能22.2 PLC的概述32.2.1 PLC的產生32.2.2 PLC的定義42.2.3 PLC的發(fā)展趨勢42.2.4 PLC的特點62.2.5 PLC的主要功能72.3 PLC的基本結構及原理82.3.1 PLC的系統(tǒng)結構82.4 PLC的選型原則8第3章 P

5、LC系統(tǒng)設計103.1 可編程序控制系統(tǒng)設計原則103.2 可編程序控制系統(tǒng)設計的基本內容103.3 可編程序控制系統(tǒng)設計的一般步驟113.4 程序設計的步驟11第4章 自動售貨機PLC程序設計144.1 仿真實驗系統(tǒng)中售貨機的分析144.2 設計任務的確定144.3 程序設計部分154.3.1 程序設計說明154.3.2 PLC程序設計154.4 仿真界面與PLC的配合定義194.5 數據連接234.5.1定義I/O設備234.5.2 設計24第5章 控制系統(tǒng)分析與特點275.1控制系統(tǒng)的性能分析275.2控制系統(tǒng)的設計特點29結束語30致 謝31參考文獻32基于plc的自動售貨機系統(tǒng)第1章

6、 緒 論從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現是由于勞動密集型的產業(yè)構造向技術密集型社會轉變的產物。大量生產、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供給的條件看，自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性

7、能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點?，F在，自動售貨機產業(yè)正在走向信息化并進一步實現合理化。例如實行聯機方式，通過電話線路將自動售貨機內的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)約1015的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。因經濟復蘇緩慢，社會對擴大就業(yè)與工作場所提供茶點飲料的福利事業(yè)

8、更為關注。自動售貨機不僅保障了愜意的工休時間，也是最廉價、提高職工工作效率最有效的手段。特別是在24小時無休工作狀態(tài)中的辦公場所，使用獨具魅力的迷你型飲料沖飲機，解決了不間斷提供咖啡飲品服務的問題，這種服務加速了自動售貨機與咖啡飲品服務的融合。1999年的全美自動售貨機協(xié)會和全美咖啡服務協(xié)會的合并使人們更直觀地看到了這種融合現象。第2章 自動售貨機介紹2.1 自動售貨機功能分析 這部分闡述了自動售貨機的各種動作功能和控制要求，給出了完整的自動售貨機操作規(guī)程，并介紹了自動售貨機運行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。2.1.1自動售貨機的基本功能在進行上、下位機程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動售貨

9、機本身所具備的功能及在進行某種操作后所具有的狀態(tài)。在實際生活中，我們見到的售貨機可以銷售一些簡單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據貨幣數值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應的反應。舉一個簡單的例子來說明，例如：售貨機中有8中商品，其中01號商品（代表第一種商品）價格為2.60元，02商品為3.50元，其余類推?，F投入1個1元硬幣，當投入的貨幣超過01商品的價格時，01商品的選擇按鈕處應有變化，提示可以購買，其他商品同比。當按下選擇01商品的價格時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價格同時啟動相應的電機，提取01

10、號商品到出貨口。此時售貨機繼續(xù)進行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買而按下退幣按鈕，售貨機則要進行退幣操作，退回相應的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的除法運算，這是它的內部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現完整的售貨、退幣功能。自動售貨機的工作流程圖如圖2-1所示。圖2-1 自動售貨機工作流程圖2.2 PLC的概述2.2.1 PLC的產生20世紀20年代起，人們把各種繼電器。定時器。接觸器及其觸點按一定的邏輯關系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng).由于它結構簡

11、單。容易掌握。價格便宜，在一定范圍內能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領域中一直占主導地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構成的系統(tǒng)，接線復雜，當生產工藝或對象改變時，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差. 20世紀60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出

12、具體要求，歸納起來是：（1） 編程方便，可現場修改程序（2） 維修方便，采用插件式結構（3） 可靠性高于繼電器控制裝置（4） 體積小于繼電器控制盤（5） 數據可直接送入管理計算機（6） 成本可與繼電器控制盤競爭（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，可直接驅動接觸器，電磁閥等（9） 擴展時原系統(tǒng)改變最小（10） 用戶存儲器至少能擴張到4KB（適應當時汽車裝配過程的需要） 十項指標的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實現大規(guī)模生產線的流程控制。2.2.2 PLC的定義美國國際電工委員會（IEC）在1987年對可編程序控制器做出如下

13、定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可遍程序控制器極其相關外部設備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。定義強調了PLC應直接應用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是區(qū)別與一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。定義還強調了PLC是“數字運算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的”工業(yè)計算機。

14、這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數和算術運算等操作，它還具有“數字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一體”，易于“擴充”。2.2.3 PLC的發(fā)展趨勢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。具體表現在以下幾個方面。（1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展隨著微電子技術的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結構更為湊，相當與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。（2）向大容量、高速度方

15、向發(fā)展 大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時進行多任務操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數據處理的功能。另外，存儲容量大大增加。（3）智能型I/O模塊的發(fā)展 智能型I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。（4）基于PC的編程軟件取代編程器 隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設置硬件的結構和參數，例如設置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數、各串行通行接口的參數等。（5）PLC編程語言的

16、標準化 與個人計算機相比，PLC的硬件、軟件的體系結構都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可遍程序控制器標準。標準中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應特殊的工作。（6）PLC通信的易用化PLC的通信聯網功能使它能與個人計算機和其他智能控制設備交換數字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現分散控制和集中控制。（7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化 個人計算機（PC）的價格便宜，有很強的數學運算、數

17、據處理、通信和人機交互的功能。（8）PLC與現場總線相結合現場總線I/O與PLC可以組成功能強大的、廉價的DCS系統(tǒng)。（9）開發(fā)新型特殊功能模塊I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。(10) CPU的處理速度進一步加快目前，PLC的處理速度與計算機相比還比較慢，其高的CPU也不過80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進行處理、分時處理或分任務處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達到納秒級。2.2.4 PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性好PLC在電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸取了生產廠家長期積累的生

18、產控制經驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面：1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內部電路之間避免了電的聯系，可有效的抑制外部干擾源對于PLC的影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。 2）濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進行有效的抑制。3）對內部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干

19、擾，保護供電質量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。4）內部設置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現故障或程序循環(huán)執(zhí)行時間超過了警戒時鐘（WDT）規(guī)定時間（預示程序進入了死循環(huán)），立即報警，以保證CPU可靠運行。5）利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護和恢復措施。6）對用戶程序及動態(tài)工作數據進行電池備份，以保障停電后有關狀態(tài)或信息不丟失。7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結構，以適應工作現場的惡劣環(huán)境。8）以集成電路為基本元件，內部處理過程不依賴于機械觸點，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方

20、式，也提高了抗干擾能力。（2）控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。（3）編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮到現場工程技術人員的技能和習慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內學會。（4）功能完善PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應與任何形式和性質的開關量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電

21、器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現延時、鎖存、比較、跳轉、和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術運算、數制轉換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。（5）設計、施工、調試、的周期短用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結構，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。（6）體積

22、小，維護操作方便PLC體積小，質量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。（7）易于實現網絡化PLC可連成功能很強的網絡系統(tǒng)。（8）可實現三電一體化PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應各種工業(yè)控制的需要。 2.2.5 PLC的主要功能1.條件控制功能條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯、并聯極其他各種邏輯連接，進行開關控制。2.定時/記數控制功能定時/記數控制功能指用P

23、LC提供的定時器、記數器指令實現對某種操作的定時或記數控制，以取代時間繼電器和記數繼電器。3.數據處理功能 數據處理功能是指PLC能進行數據傳送、比較、移位、數制轉換、算術運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。4.步進控制功能 步進控制功能是指用步進指令來實現在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構成的步進控制器。5.A/D與D/A 轉換功能 A/D與D/A 轉換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數字量之間的轉換。6.運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。7.過程控制功能 過程控制功能是

24、指通過PLC的PID控制指令或模塊實現對溫度、壓力、速度、流量等物理參數的閉環(huán)控制。8.擴展功能擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即I/O擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。9.遠程I/O功能遠程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。10.通信聯網功能通信聯網功能是指通過PLC之間的聯網、PLC與上位機的鏈接等，實現遠程I/O控制或數據交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復雜控制。11.監(jiān)控功能監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出

25、現的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調整、修改控制程序中的定時器、記數器等設定值或強制I/O狀態(tài)。2.3 PLC的基本結構及原理2.3.1 PLC的系統(tǒng)結構目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等。其內部也是采用總線結構來進行數據和指令的傳輸。如圖2所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它

26、們經PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，PLC的基本結構有控制部分輸入和輸出組成。2.4 PLC的選型原則當某一個控制任務決定由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。對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量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)輸出點的類型非常關鍵，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的輸出點數有可能大于實際電數。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共

27、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的負載負載使用。則直流24V的負載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，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。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或對PLC的計算速度、用戶程序容量等有

28、特殊要求；或對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品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。（2）價格方面 不同廠家的PLC產品價格相差很大，有些功能類似、質量相當、I/O點數相當的PLC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數。 PLC主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應的配套模塊也就選定了。第3章 PLC系統(tǒng)設計3.1 可編程序控制系統(tǒng)設計原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現被控對象（生產設備或生產過程）的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則： (1) 最大限度地滿足被控對象

29、的控制對象。設計前，應深入現場進行調查研究，收集 資料，并于機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設計中出現的各種問題。 (2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經濟，使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）考慮到生產的發(fā)展和工藝和改進，在選擇PLC容量時，應適當留有裕量。3.2 可編程序控制系統(tǒng)設計的基本內容 PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設備連接而成的，因此，PLC控制系統(tǒng)設計的基本內容應包括：（1）用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等）、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設備驅動的控

30、制對象（電動機、電磁閥等）。這些設備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關書籍中已有介紹。（2）PLC的選擇。 PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術經濟性能指標起到重要的作用。選擇PLC，應包括機型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）分配I/O點，繪制I/O連接圖。（4）設計控制程序。包括設計梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關鍵。因此，控制程序餓設計必須經過反復調試、修改，直到滿足要求為止。（5）必要時還需設計控制臺（6）編制控制系統(tǒng)的技術文件。1.分

31、析控制系統(tǒng)的控制要求熟悉被控對象的工藝要求，確定必須完成的動作及動作完成的順序，歸納出順序功能圖。2.選擇適當類型的PLC根據生產工藝要求，確定I/O點數和I/O點的類型（數字量、模擬量等），并列出I/O點清單。進行內存容量的估計，適當留有余量。根據經驗，對于一般開關量控制系統(tǒng)，用戶程序所需存儲器的容量等于I/O總數乘以8；對于只有模擬量輸入的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要100個存儲器字；對于既有模擬量輸入又有模擬量輸出的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要200個存儲器字。確定機型時，還要結合市場情況，考察PLC生產廠家的產品及其售后服務、技術支持、網絡通信等綜合情況，選定性能價格比好一些的PLC機型。3.

32、硬件設計根據所選用的PLC產品，了解其使用的性能。按隨機提供的資料結合實際需求，同時考慮軟件編程的情況進行外電路的設計，繪制電氣控制系統(tǒng)原理接線圖。4.軟件設計（1）軟件設計的主要任務是根據控制系統(tǒng)要求將順序功能圖轉換為梯形圖，在程序設計的時候最好將使用的軟元件（如內部繼電器、定時器、計數器等）列表，標明用途，以便于程序設計、調試和系統(tǒng)運行維護、檢修時查閱。（2）模擬調試。將設計好的程序下載到PLC主單元中。由外接信號源加入測試信號，可用按鈕或小開關模擬輸入信號，用指示燈模擬負載，通過各種指示燈的亮暗情況了解程序運行的情況，觀察輸入/輸出之間的變化關系及邏輯狀態(tài)是否符合設計要求，并及時修改和調

33、整程序，直到滿足設計要求為止。5.現場調試在模擬調試合格的前提下，將PLC與現場設備連接?，F場調試前要全面檢查整個PLC控制系統(tǒng)，包括電源、接地線、設備連接線、I/O連線等。在保證整個硬件連接正確無誤的情況下才可送電。將PLC的工作方式置為“RUN”。反復調試，消除可能出現的問題。當試運一定時間且系統(tǒng)運行正常后，可將程序固化在具有長久記憶功能的存儲器中，做好備份。3.3 可編程序控制系統(tǒng)設計的一般步驟（1）根據生產的工藝過程分析控制要求。（2）根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備，據此確定PLC的I/O點數。（3）選擇PLC系統(tǒng)。（4）分配PLC餓I/O點，設計I/O連接圖。（5）進行PL

34、C程序設計，同時可進行控制太的設計和現場施工。3.4 程序設計的步驟（1）對于較復雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程土，用以清楚地表明動作的順序條件。（2）設計梯形圖。這程序設計的關鍵一步，也是比較困難的一步。（3）根據梯形圖編制程序清單。（4）用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲器中，并檢查輸入的程序是否正確。（5）對程序進行調試和修改，直到滿足要求為止。（6）待控制臺及現場施工完成后，就可以進行聯機調試。若未滿足要求，再從新修改程序或檢查接線，直到滿足為止。（7）編寫技術文件。（8）交付使用。圖3-1 PLC控制系統(tǒng)設計步驟第4章 自動售貨機PLC程序設計4.1 仿真實驗系統(tǒng)中售貨機的分析由

35、于售貨機的全部功能時在上位機上模擬的 ，所以售貨機的部分硬件是由計算機軟件來模擬替代的。如錢幣識別系統(tǒng)可以用按壓某個“仿真對象”輸出一個脈沖直接給PLC發(fā)布命令，而傳動系統(tǒng)也是由計算機來直接模擬的，這些并不會影響實際程序的操作，完全能模擬現實中自動售貨機的運行。（1） 試驗狀態(tài)假設 由于是在計算機上模擬運行，試驗中有一些區(qū)別于實際情況的假設，本試驗中假設： 自動售貨機只售8種商品。 自動售貨機可識別10元、5元、1元、5角、1角硬幣。 自動售貨機可退幣10元、5元、1元、5角、1角硬幣。 自動售貨機有液晶顯示功能。 實驗中售貨機忽略了各種故障以及缺貨等因素。（2） 一次交易過程分析 為了方便分

36、析，我們以一次交易過程為例。 初始狀態(tài)。由電子標簽顯示各商品價格，顯示屏顯示友好界面，此時不能購買任何商品。 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、余額數值，當所投幣值超過商品價格時，相應價格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購買。 購買狀態(tài)。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品出現在出貨框中，同時顯示屏上的金額數字根據消費情況相應變化。取走商品后出貨框消失。 退幣按鈕。按下退幣按鈕，顯示退幣框，同時顯示出應退幣值及數量。按下確認鈕，則恢復初始狀態(tài)。到此為止，自動售貨機的一個完整工作過程結束。4.2 設計任務的確定在清楚自動售貨機運行工作過程的基礎上，制定出設計方案，確定

37、任務的目標，以設計出合理的仿真系統(tǒng)。 首先，應該做上位機與下位機的任務分工：上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設計自動售貨機的外型；在進行PLC程序的編寫時需要先分配PLC的I/O點，確定上、下位機的接口。然后，分別對上、下位機分別進行設計工作。最后，進行上位機設計結果與下位機設計結果的配合工作，經調試后完成整個系統(tǒng)的設計另外，上位機與下位機的設計工作是密切配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都

38、應該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對象，利用PLC來控制這個仿真的自動售貨機，仿真的自動售貨機接受PLC的控制指令并完成相應的動作；另一方面，仿真界面中的仿真自動售貨機的運行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統(tǒng)內部各大部件之間的內在關系。我主要是對自動售貨機中的下位機，也就是主要是對PLC在其中的程序進行設計。仿真程序只做了解，雖然只做了解，但是也將在下面有所介紹。清楚了仿真實驗的整體設計思路，下面就可以開始著手設計了。4.3 程序設計部分 部分內容是整個系統(tǒng)設計的主體部分。所要完成的任務是仿真系統(tǒng)的上位機與下位機的程序設計，即在上述功能分析的基礎上，有針對性地進行設

39、計。4.3.1 程序設計說明下位機程序的編制則是利用松下PLC專用編程軟件FPWIN-GR完成的。在設計的過程中，就像上面所敘述的那樣，并非孤立地分別進行上位機和下位機的設計工作，而是互相配合的。因此在以下的詳細設計過程中，并沒有將上位機的設計與下位機的設計整體分開來寫，而是相互交替，同時盡量清晰地敘述，在相應的設計部分中注明是上位機的設計還是下位機的設計。4.3.2 PLC程序設計 可以把一次交易過程分為幾個程序塊：運行初期電子標簽價格的內部傳遞；投幣過程；價格比較過程；選擇商品過程；退幣過程。（1） 運行初期電子標簽價格的內部傳遞程序的設計仿真系統(tǒng)運行初期，要由PLC向仿真畫面相應對象傳遞

40、已經存儲好的價格，還要給投入顯示、消費顯示及余額顯示存儲器清零，同時也要給存儲退幣幣值的存儲器清零。程序編制過程中，要用到運行初期閉合繼電器R9013、16位數據傳送指令FO,同時在上位機ForceControl中，必須定義相應的變量，來實現與PLC程序的對接。 （2）投幣過程在投幣的過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應的幣值，余額也增加同 樣幣制。先建立變量表，在編寫程序。變量表如表4-1所示。 表4-1 投幣過程變量表在圖中，當按下投入1角時，相當于讓R200接通，之所以用一個微分指令，就是要只在接通時檢測一次，不能永遠加下去。投入1角要投入顯示、余額顯示都相應增加相同數值，加法是由

41、16位加法指令E20來實現的。（3）價格比較過程價格的比較要貫穿實驗過程的始終，只要余額大于某種商品價格時，就需要輸出一個信號，提示可以購買。這里只要選擇燈來代表此信號。為了實現數據的實時比較，用了一個特殊內部繼電器R9010,在程序執(zhí)行過程中，R9010始終保持閉合，F60是16位數據比較指令，用它來比較余額和商品的價格，R900A是大于價格，R900B是等于標志。當余額大于等于某種商品價格時，程序使相應的指示燈閃爍表示可以購買該種商品。（4）選擇商品過程當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應的“選擇”按紐即可在出貨框中出現該種商品，同時消費顯示欄中顯示出已經消費掉的金額，余額也將扣除已消

42、費的幣值，接著余額繼續(xù)與價格相比較，判斷是否能繼續(xù)購買。出現在出貨口的商品在沒有取走前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標點擊該商品代表已經取走，出貨口中的商品隱藏。對應的梯形圖程序如圖4-3所示。 在梯形圖4-3中，一是要使商品出現在出貨框中，二是要實現內部貨幣的運算。以第一步為例，按下選擇01商品鍵，相當于給R205加一個信號（只接受一次脈沖，所以用DF微分指令），當YO接通(01商品燈亮)時，則系統(tǒng)顯示可以購買01商品。由于取01商品R230是常閉觸點，故Y8輸出，代表在出貨框中出現01商品，購買成功。當按下取01商品按鈕時，R230斷開，不能輸出Y8，代表01商品被取走。內部幣值的計算和是否取走

43、商品無關，只要按下選擇按鈕，并且可以購買此商品就要從余額中扣除相應的金額，顯示消費的幣值。加法由F20指令實現，減法由F25實現。R205 Y0 R230 Y8 DF Y8 R205 Y0 DF 1 1 F25- , WR 4 , WR 3 F20+ , WR 4 , WR 2 R206 Y1 R231 Y9 DF Y9 R206 Y1 DF 1 1 F25- , WR 5 , WR 3 F20+ , WR 5 , WR 2R207 Y2 R232 YA DF YA R207 Y2 DF 1 1 F25- , WR 6 , WR 3 F20+ , WR 6 , WR 2 R208 Y3 R23

44、3 YB DF YB R208 Y3 DF 1 1 F25- , WR 7 , WR 3 F20+ , WR 7 , WR 2R209 Y4 R234 YC DF YC R209 Y4 DF 1 1 F25- , WR 8 , WR 3 F20+ , WR 8 , WR 2 R20A Y5 R235 YD DF YD R20A Y5 DF 1 1 F25- , WR 9 , WR 3 F20+ , WR 9 , WR 2R20B Y6 R236 YE DF YE R20B Y6 DF 1 1 F25- , WR 10 , WR 3 F20+ , WR 10 , WR 2 R20C Y7 R23

45、7 YF DF YF R20C Y7 DF 1 1 F25- , WR 11 , WR 3 F20+ , WR 11 , WR 2圖4-3 選擇商品梯形圖(5)退幣過程 在退幣過程中，最主要的是完成退幣的運算過程，根據結果輸出相應的錢幣，退幣結束時還要使用到的某些寄存器重新賦零。 整個退幣過程在按下按鈕（即R20F接通時）時執(zhí)行，同樣也用到一個微分指令，在接收到信號時產生一次開關脈沖，進而執(zhí)行一次其下面的指令。F32是除法指令，第一次將余額的幣值除以1000，商存儲于SV0中，作為退幣10元的輸出值。余數則存儲于特殊數據寄存器DT9015中，下次將不能被1000（10元）整除的余數除以100（

46、5元），商且存儲于SV1中，余數繼續(xù)下傳，直至被1角除過，由于所投幣值最小是1角，并且商品價格也確定在整角，所以最終能被1角整除。 在程序的初始化時曾給WR13、WR15、WR17、WR19和WR20賦零，WR13、WR15、WR17、WR19和WR20是程序的中間量，為的只是程序在使用過程中能穩(wěn)定執(zhí)行，避免出現退幣錯誤。為什么要除以1000呢？這主要是考慮到PLC的主要特點是執(zhí)行過程穩(wěn)定可靠，但執(zhí)行速度較慢。在計算時盡量將數值作為整數計算，因為是在計算機上模擬，可以把一部分功能交由計算機來實現，這里把1角當作10、5角當作50、1元當作100、5元當作500、10元當作1000，可以避免把這

47、些數據當作有小數點的實數計算，這同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由計算機的任務將在以后敘述。退幣過程結束后，PLC要將寄存器中的數值置回原定的初值0，完成一次交易，防止下一次交易時出錯。梯形圖3-6用來完成對數據的初始化。 程序中分別將投入顯示、消費顯示、余額顯示、10元存儲、5元存儲、1元存儲、5角存儲和1角存儲清零，還將中間量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5個過程，自動售貨機的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售貨機實現各種要求的功能。4.4 仿真界面與PLC的配合定義在這一段中，將仔細分析仿真界面各部分是如何與PLC連接的。分析過程

48、是按照一次交易的實際情況來進行的，即由初始狀態(tài)、投幣狀態(tài)、購買狀態(tài)、退幣狀態(tài)到交易結束。（1）初始狀態(tài) 通過分析得知，當電子標簽顯示各商品的價格、顯示屏顯示友好界面時，不能購買任何商品。因此先讓變量poiwindows=0(系統(tǒng)默認)。電子標簽中的字符J.01(以01商品為例)對應的變量JG01.PV與PLC程序中的地址WR4相匹配，WR4中存儲的數據為250，即讓字符顯示2.50元。對應的梯形圖如圖11所示（2）投幣狀態(tài) 當投幣時，按下“投幣”提示字，出現投幣框。如何定義“投幣”呢？雙擊漢字“投幣”，來到“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”，在“動作描述”框中做如下定義：按下鼠標時，poiwi

49、nJB=1,poiwinJB這個變量是控制投幣框的，當poiwinJB=1時，出現錢幣和提示框；poiwinJB=0時，錢幣和提示框隱藏。R0 F0 MV , K 0 , WR 1 F0 MV , K 0 , WR 2 F0 MV , K 0 , WR 3 F0 MV , K 0 , WR 13 F0 MV , K 0 , WR 15 F0 MV , K 0 , WR 17 F0 MV , K 0 , WR 19 F0 MV , K 0 , WR 20 F0 MV , K 0 , SV 0 F0 MV , K 0 , SV 1 F0 MV , K 0 , SV 2 F0 MV , K 0 ,

50、SV 3 F0 MV , K 0 , SV 4 圖4-4 數據初始化梯形圖 下面分別定義提示框和錢幣以及“確認”按鈕，雙擊提示框，來到“動畫連接”畫面，定義poiwinJB=1時顯示，各硬幣也用同樣的方法定義，“確認”按鈕也同樣定義，這樣就使在按下漢字“投幣”時，變量poiwinJB=1，從而出現投幣框，以及硬幣等。我們只是定義了投幣框的顯示狀態(tài)，用鼠標點擊代替了實際過程中的餓錢幣投入動作，最重要的任務是投幣運算，下面介紹錢幣的定義方法。以10元為例：雙擊10元硬幣，開到“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”中的“左鍵動作”，在動作描述中如下定義：按下鼠標時，poiwinJB=1；TR$100.PV=1;釋放鼠標時，TR$100.PV=0。其