基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì).doc

一、實(shí)訓(xùn)題目: 自動(dòng)售貨機(jī)控制實(shí)訓(xùn)目的及要求:1、掌握歐姆龍PLC的指令，具有獨(dú)立分析和設(shè)計(jì)程序的能力2、掌握PLC梯形圖的基本設(shè)計(jì)方法3、培養(yǎng)分析和解決實(shí)際工程問題的能力4、培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)及調(diào)試的能力5、熟悉傳輸帶控制系統(tǒng)的原理及要求實(shí)訓(xùn)設(shè)備：PLC設(shè)備器二、總體方案設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)中，從控制角度來說可采用繼電器控制、單片機(jī)控制和可編程控制器控制。（一）方案論證1方案一 繼電器控制它的控制思想是以繼電器為核心，采用硬接線方式把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按照一定邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制相關(guān)生產(chǎn)機(jī)械工作。例如要通過接觸器實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)設(shè)備的同步運(yùn)行,采用繼電器控制,其控制系統(tǒng)簡圖如圖1。 SF1 KF 電 SF2 電 源 KF 源 母 KF QA1 母 線 線 KF QA2圖1 繼電器控制系統(tǒng)簡圖由圖可知它的三條支路是并行工作的，當(dāng)按下按鈕SF1，中間繼電器KF得電，KF的兩個(gè)觸點(diǎn)閉合，接觸器QA1、QA2同時(shí)得電并產(chǎn)生動(dòng)作，所以其控制邏輯關(guān)系為由繼電器、接觸器硬接線（硬件）方式。2方案二 單片機(jī)控制它的控制系統(tǒng)是基于芯片級(jí)的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，需要先設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，畫硬件電路圖，制作印刷電路板，購置各種所需的電子元器件，焊接電路板，進(jìn)行硬件調(diào)試，進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)和測試的大量工作；需要使用專門的開發(fā)裝置和低級(jí)編程語言編制控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。3方案三 可編程控制器控制它的控制思想是采用可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，故它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，這種方案的控制功能接線圖如圖2。 SF2 I0.0 I0.1 I0.0 M0.0 220VACSF1 I0.1 M0.0 QA1Q0.0 M0.0 Q0.0 DC24V M M0.0 Q0.1 220VACQA2 Q0.1圖2 用PLC實(shí)現(xiàn)控制功能的接線示意圖由圖可知CPU是以分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，其控制邏輯關(guān)系為由內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯（軟件）方式。（二）方案比較1PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，使設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點(diǎn)在開閉時(shí)易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。PLC的梯形圖與傳統(tǒng)的電氣原理圖非常相似，主要原因是PLC梯形圖大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號(hào)和術(shù)語，同時(shí)，信號(hào)的輸入/輸出形式及控制功能基本上也是相同的；但PLC的控制與繼電器的控制又有根本的不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）控制邏輯繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的穿了或并聯(lián)，及時(shí)間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有4 8對(duì)觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性很差。而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱做“軟接線”，因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。（2）工作方式電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出的結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計(jì)算的出，所以它屬于串行工作方式。（3）可靠性和可維護(hù)性繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和課維護(hù)性差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。PLC還配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員；還能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。（4）控制速度繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般在幾十毫秒數(shù)量級(jí)。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題；而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，屬于無觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微妙數(shù)量級(jí)，且不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。（5）定時(shí)控制繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間控制。一般來說，時(shí)間繼電器存在定時(shí)精度不高，定時(shí)范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問題。PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，定時(shí)范圍最小可為0.001S，最長幾乎沒有限制，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時(shí)值，然后由軟件來控制定時(shí)時(shí)間。（6）設(shè)計(jì)和施工 使用繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長，而且修改困難。工程越大，這一點(diǎn)就越突出。而用PLC完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。2PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別PLC控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)在很多方面有較大區(qū)別，是兩個(gè)完全不同的概念。（1）可靠性單片機(jī)控制抗干擾能力較低，從理論所要求的I/O總數(shù)來看，不論是MCS51系列還是MCS96系列單片機(jī)，都必須進(jìn)行大規(guī)模的擴(kuò)展，這樣系統(tǒng)電路更加復(fù)雜，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的可靠性。而PLC應(yīng)用于工業(yè)理論控制，PLC的可靠性得到了工控業(yè)界的認(rèn)可。（2）開發(fā)成本單片機(jī)本身售價(jià)雖不高，但要購入單片機(jī)開發(fā)裝置（如仿真器、燒錄器、電源）和還要模擬制板等，都要不少的費(fèi)用。加上開發(fā)周期中所投入的人力物力，其價(jià)錢就遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過用PLC開發(fā)的費(fèi)用。另外，由于設(shè)備是專用特殊設(shè)備，其控制系統(tǒng)專用性強(qiáng)，通用性較差，為其投入過多的開發(fā)費(fèi)用不劃算。而用PLC進(jìn)行的設(shè)備開發(fā)和控制費(fèi)用都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用單片機(jī)的費(fèi)用，其系統(tǒng)可大可小，小到幾點(diǎn)，大到數(shù)千點(diǎn)，甚至上萬點(diǎn)，很好解決工業(yè)控制過程。（3）開發(fā)周期從電路設(shè)計(jì)、模擬制板、編程、仿真、調(diào)試等經(jīng)歷非常長的周期，設(shè)計(jì)中往往要花大部分的時(shí)間在硬件設(shè)計(jì)和編程調(diào)試處理上，而對(duì)最為重要的工藝工程往往沒有更多的時(shí)間考慮。而用PLC進(jìn)行設(shè)備控制，不會(huì)花太多精力在硬件處理上，采用積木式結(jié)構(gòu)很快可以形成系統(tǒng)電路。大部分精力集中在工藝的了解和程序編寫上，有利于設(shè)備的快速開發(fā)，程序的編輯修改、調(diào)試都可隨時(shí)進(jìn)行，縮短了開發(fā)時(shí)間。（4）修改和維護(hù)利用單片機(jī)開發(fā)的設(shè)備往往是專用的特殊設(shè)備，在市場往往不能找到替代的配件，所以不便于維護(hù)。而隨微電子控制技術(shù)，PLC的處理能力也越來越強(qiáng)，其通信能力，運(yùn)算處理、容量（I/O容量和程序容量）等都有充足的發(fā)展。（三）方案選擇根據(jù)以上比較可知，PLC在性能上比繼電器控制和單片機(jī)控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，我們決定選擇方案三，以PLC為控制核心設(shè)計(jì)了自動(dòng)售貨機(jī)裝置PLC控制系統(tǒng)。三、可編程控制器的簡單介紹（一）PLC的基本結(jié)構(gòu)1PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器RAM和ROM,輸人輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸.如圖3所示,PLC控制系統(tǒng)由輸人量 PLC 輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測的各種信號(hào)均作為PLC的輸人量，它們經(jīng)PLC外部輸人端子輸人到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算，處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)由控制部分、輸人和輸出部分組成。圖3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2PLC各部分的作用（1）中央處理器(central processing unit, CPU) CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。是整個(gè)PLC的核心，起著總指揮的作用，是PLC的運(yùn)算和控制中心。其主要功能： 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。 采集由現(xiàn)場輸人裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 按用戶程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。（2）存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分: 一部分是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。另一部分是用戶存儲(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通過輸人輸出(I/O)接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。（4）電源為PLC提供CPU、存儲(chǔ)器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的電源。 （5）編程設(shè)備 編程設(shè)備是人與PLC聯(lián)系和對(duì)話的工具，是PLC重要的外圍設(shè)備。用戶可以利用編程設(shè)備來輸入、讀出、檢查、修改和調(diào)試用戶程序，也可用它監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)、顯示錯(cuò)誤代碼或修改系統(tǒng)寄存器的設(shè)置參數(shù)等。（6）輸入輸出I/O擴(kuò)展接口輸入輸出信號(hào)在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)軟件來說，I/O地址分配以后才可進(jìn)行編程；對(duì)控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后。才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。（二）PLC的基本工作原理 PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個(gè)因素:一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行海條指令占用的時(shí)間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個(gè)循環(huán)掃描周期主要可分為3個(gè)階段。（1）輸入采樣階段在輸人采樣階段，CPU掃描全部輸人端口，讀取其狀態(tài)并寫人輸人狀態(tài)寄存器。完成輸人端采樣工作后，將關(guān)閉輸人端口，轉(zhuǎn)人程序執(zhí)行階段。（2）程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸人的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存人對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)人輸出刷新階段。（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(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。由此可見，輸人采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段構(gòu)成PLC一個(gè)工作周期，由此環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。PLC的掃描工作過程如圖4所示。圖4 PLC的掃描工作過程采用循環(huán)掃描的工作方式是PLC區(qū)別干微機(jī)和其他控制設(shè)備的最大特點(diǎn)，在使用中應(yīng)引起特別的注意。（三）PLC的應(yīng)用場合隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展,PLC的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強(qiáng)。目前在先進(jìn)工業(yè)國家中PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，諸如鋼鐵、冶金、采礦、水泥、石油、化工、輕工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、交通、建筑、食品、娛樂等各行各業(yè)。特別是在輕工行業(yè)中，因生產(chǎn)門類多，加工方式多變，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，所以PLC廣泛應(yīng)用在組合機(jī)床自動(dòng)線、專用機(jī)床、塑料機(jī)械、包裝機(jī)械、灌裝機(jī)械、電鍍自動(dòng)線、電梯等電氣設(shè)備中。PLC已躍居現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱(PLC,ROBOT,CAD/CAM)的主導(dǎo)地位可編程控制器所具有的功能，使它既可用于開關(guān)量控制，又可用于模擬量控制既可用于單機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)，甚至實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠生產(chǎn)的自動(dòng)化。 它的應(yīng)用可大致歸納為如下幾類:(1)邏輯控制 (2)運(yùn)動(dòng)控制 (3)過程控制 (4)數(shù)據(jù)處理(5)多級(jí)控制（四）可編程控制器的發(fā)展趨勢 目前PLC技術(shù)發(fā)展總的趨勢是系列化、通用化和高性能化，主要表現(xiàn)在: (1)在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)摸上向大、小兩個(gè)方向發(fā)展 (2)功能不斷增強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出(3)產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化（五）PLC的編程語言PLC作為專為工業(yè)控制而開發(fā)的自控裝置，其主要使用者為工廠的廣大電氣技術(shù)人員，考慮到他們的傳統(tǒng)習(xí)慣以利于使用推廣普及，通常采用梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖語言、布爾代數(shù)語言等。在這些語言中，尤以梯形圖、指令助記符語言最為常用。（1）梯形圖語言 PLC的梯形圖在形式上沿襲了傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制圖，是在原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言。它將PLC內(nèi)部的各種編程元件(如繼電器的觸點(diǎn)、線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等)和各種具有特定功能的命令用專用圖形符號(hào)、標(biāo)號(hào)定義，并按邏輯要求及連接規(guī)律組合和排列，從而構(gòu)成了表示PLC輸人、輸出之間控制關(guān)系的圖形。由于它在繼電接觸器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能強(qiáng)大、使用靈活的指令，并將計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)結(jié)合進(jìn)去，使邏輯關(guān)系清晰直觀、編程容易、可讀性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功能大大超過傳統(tǒng)的繼電接觸控制電路，所以很受用戶歡迎。它是目前用得最多的PLC編程語言。（2）指令助記符語言助記符語言類似于計(jì)算機(jī)匯編語言，它用一些簡潔易記的文字符號(hào)表達(dá)PLC的各種指令。對(duì)于同一廠家的PLC產(chǎn)品，其助記符語言與梯形圖語言是相互對(duì)應(yīng)的，可互相轉(zhuǎn)換。助記符語言常用于手持編程器中，因其顯示屏幕小不便輸入和顯示梯形圖。特別是在生產(chǎn)現(xiàn)場編制、調(diào)試程序時(shí)，經(jīng)常使用手持編程器。而梯形圖語言則多用于計(jì)算機(jī)編程環(huán)境中。（六）小結(jié) 通過本章對(duì)PLC的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、功能及特點(diǎn)的分析，對(duì) 自動(dòng)售貨機(jī)采用PLC控制的方案有了更明確的認(rèn)識(shí)和目標(biāo)，同時(shí)確立了方案實(shí)施的具體措施。 四、自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理在本控制系統(tǒng)中,自動(dòng)售貨機(jī)只售2種商品，即可樂和汽水。自動(dòng)售貨機(jī)可識(shí)別1元、5角、1角硬幣；自動(dòng)售貨機(jī)可退幣1角硬幣。其控制原理是：首先由顧客投入錢幣,然后顧客按下商品選擇開關(guān),經(jīng)錢幣識(shí)別器后將信號(hào)送給 PLC。由用戶編寫的 PLC程序運(yùn)行可以識(shí)別出錢幣的真?zhèn)我约皫胖?并顯示投入錢幣的數(shù)值,同時(shí)與商品的價(jià)格比較。當(dāng)投入的錢幣滿足某商品的購買價(jià)格后,則可以購買該商品的指示燈亮。PLC通過計(jì)算還可以顯示出余額數(shù)值,商品驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)收到控制信號(hào)后即出貨電磁閥動(dòng)作,送出商品,若有余額,則退幣電動(dòng)機(jī)動(dòng)作,可以退出余額數(shù)值的相應(yīng)幣值,同時(shí)完成內(nèi)部清零過程。這樣就完成一次商品提貨過程。該自動(dòng)售貨機(jī)還具有售貨囗故障處理和商品低液位報(bào)警等功能。整個(gè)過程由1臺(tái)PLC控制。自動(dòng)售貨機(jī)控制原理示意圖見圖5。商品選擇開關(guān)錢幣識(shí)別器PLC各種指示燈退幣電動(dòng)機(jī)出貨電磁閥響鈴報(bào)警圖5 自動(dòng)售貨機(jī)控制原理示意圖五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分（一）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1操作面板設(shè)計(jì)如圖6所示： 1 2 6 3 4 5 8 9 10 7 11 12 211汗圖6 控制面板圖圖中：1 數(shù)碼管顯示 2 響鈴（報(bào)警鈴） 3 汽水指示燈 4 可樂指示燈 5 補(bǔ)余款燈 6 投幣口 7 補(bǔ)余款出口 8 汽水選擇按鈕9 可樂選擇按鈕 10 復(fù)位及消鈴按鈕11 汽水出口 12 可樂出口2機(jī)型選擇本系統(tǒng)是一個(gè)小型集中控制系統(tǒng) , PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關(guān)信號(hào)的數(shù)量、用戶程序的長短及相關(guān)的功能。根據(jù)此控制系統(tǒng)的要求,I/O點(diǎn)數(shù)在34個(gè),輸入點(diǎn)為14點(diǎn),輸出點(diǎn)為20點(diǎn)。并且考慮到為以后的I/O擴(kuò)展,我們選擇了性能價(jià)格比較高的西門子點(diǎn)數(shù)之和為24點(diǎn)的主機(jī)CPU224 ,其中輸入點(diǎn)為14點(diǎn),輸出點(diǎn)為10點(diǎn)；可以有7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理功能。I/O擴(kuò)展模塊選擇兩個(gè)輸出擴(kuò)展模塊EM222。各模塊在I/O鏈中的位置排列方式如圖7所示：主 機(jī)CPU224模 塊1EM222DO8DC24V模 塊2EM222DO8DC24V圖7 模塊連接方式各模塊的編址情況如圖8所示：主機(jī)I/O模塊1I/O模塊2I/OI0.0Q0.0I0.1Q0.1I0.2Q0.2I0.3Q0.3I0.4Q0.4I0.5Q0.5I0.6 Q0.6I0.7Q0.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q2.7Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3Q3.4Q3.5Q3.6Q3.7圖8 各模塊編址3I/O點(diǎn)配置在選擇好PLC的機(jī)型后,就可以進(jìn)行該控制系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計(jì),考慮到編程簡單、檢查方便和接線容易等因素,我們編制了控制系統(tǒng)的輸入輸出I/O地址分配表,如表1所示：表1 輸入輸出地址分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱 代碼 地址編號(hào)名稱 代碼 地址編號(hào)人工復(fù)位 SF1 I0.0選汽水按鈕 SF2 I0.1選可樂按鈕 SF3 I0.2汽水低位 BS1 I0.3可樂低位 BS2 I0.4汽水口故障 KF1 I0.5可樂口故障 KF2 I0.6消鈴按鈕 SF I0.7投0.1元 KF3 I1.0投0.5元 KF4 I1.1投1元 KF5 I1.2結(jié)帳按鈕 SF4 I1.3投假幣 KF6 I1.4總價(jià)顯清按鈕 SF6 I1.5響鈴 PB Q0.0汽水燈 PG1 Q0.1可樂燈 PG2 Q0.2補(bǔ)余款燈 PG3 Q0.3汽水出口 QA1 Q0.4可樂出口 QA2 Q0.5找錢口 QA3 Q0.6找錢器 QA4 Q0.7小數(shù)點(diǎn) PG3 Q1.0a A Q2.0b B Q2.1c C Q2.2d D Q2.3e E Q2.4f F Q2.5g G Q2.6數(shù)碼管的個(gè)位 PG4 Q3.0數(shù)碼管的十位 PG5 Q3.1數(shù)碼管的百位 PG6 Q3.2數(shù)碼管的千位 PG7 Q3.34.PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖圖9 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)PLC及擴(kuò)展模塊接線圖（二）程序的設(shè)計(jì)1軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理及硬件設(shè)計(jì),該系統(tǒng)的軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)方法,其主要由初始化、投幣過程、價(jià)格比較過程、商品選擇、顯示、退幣和報(bào)警等模塊組成,其中一些主要模塊的功能如下:（1）初始化模塊 硬件初始化。對(duì)系統(tǒng)中各硬件資源設(shè)定明確的初始化狀態(tài),包括對(duì)可編程器件初始化,各I/O口初始狀態(tài)設(shè)定等。 軟件初始化。包括堆棧初始化、狀態(tài)變量初始化、各軟件標(biāo)志初始化、各變量存儲(chǔ)單元初始化、系統(tǒng)參數(shù)初始化。（2）投幣模塊在投幣過程中,每投下一枚硬幣,經(jīng)錢幣識(shí)別器把信號(hào)傳遞給PLC，該模塊將完成辨別硬幣的真?zhèn)魏团卸ň唧w的幣值,可以進(jìn)行錢幣的累加,并顯示出相應(yīng)的幣值,余額也增加同樣的幣值。（3）價(jià)格比較模塊投幣完成后,系統(tǒng)會(huì)將在總額中錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的商品價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較：若大于或等于商品1的價(jià)格,則可以購買商品1，指示燈1亮；若大于或等于商品2的價(jià)格,則指示燈2亮,以此類推。（4）商品選擇系統(tǒng)此模塊可以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)商品的選擇購買。（5）退幣模塊系統(tǒng)可在顧客購買完商品后退回余幣。在退幣過程中 ,最主要的是要完成退幣的運(yùn)算過程,運(yùn)算結(jié)果放在數(shù)據(jù)寄存器,根據(jù)結(jié)果起動(dòng)退幣電動(dòng)機(jī)工作,輸出相應(yīng)的錢幣,退幣結(jié)束時(shí)還要給程序中使用到的某些寄存器重新賦零。（6）報(bào)警模塊當(dāng)貨物低位或投入硬幣是偽幣時(shí),系統(tǒng)就報(bào)警。（7）顯示模塊可以實(shí)現(xiàn)幣值顯示、余額顯示和累計(jì)金額顯示等。2程序總框圖根據(jù)系統(tǒng)控制要求,編寫了控制系統(tǒng)的程序總框圖,如圖10所示：上 電初 始 化投 幣假幣處理計(jì)算顯示投幣總值是否是真幣？幣值可購貨品指示燈亮人工復(fù)位1選汽水選可樂汽水指示燈閃爍可樂指示燈閃爍售出口有故障？故障處理售出口有故障？故障處理開汽水售出口開可樂售出口23NNYNYY238S時(shí)間？8S時(shí)間？計(jì)算余款計(jì)算余款有余款？有余款？補(bǔ)余款處理補(bǔ)余款處理售出汽水計(jì)數(shù)售出可樂計(jì)數(shù)顯示售出貨總價(jià)嗎？計(jì)算并顯示售出貨總款汽水低液位？可樂低液位？液體低位處理液體低位處理返 回1NYYNNNYYYNYYNN圖10 程序總的流程圖3主程序的設(shè)計(jì)根據(jù)西門子公司提供的STEP7Micro/WIN V4.0編程軟件,在一臺(tái)PC機(jī)上編寫了上述模塊的程序。這個(gè)主程序主要完成系統(tǒng)復(fù)位、幣值識(shí)別、幣值累加、累加值比較、商品的選擇、售貨口故障判斷、余款計(jì)算以及低液位判斷等功能。利用上面的系統(tǒng)程序總的流程圖編寫出主程序的梯形圖（見附錄：程序清單）。4子程序的設(shè)計(jì) 該程序一共有四個(gè)子程序，分別是顯示程序、售貨口故障處理程序、余款處理程序、液體低位處理程序（所有程序見附錄：程序清單），下面對(duì)各子程序做一簡單的介紹：（1）顯示程序：用于顯示投入的總的幣值、退幣的數(shù)量和每天售出的總金額。（2）售貨口故障處理程序：若某種液體對(duì)應(yīng)的售貨口出現(xiàn)故障時(shí)，此時(shí)就會(huì)報(bào)警響鈴并且對(duì)應(yīng)液體指示燈亮，最后消鈴。（3）余款處理程序：當(dāng)購買完成后若有余款，則找錢燈閃爍，余款額顯示在數(shù)碼管上同時(shí)補(bǔ)余款口打開。補(bǔ)余款后，燈滅，數(shù)碼管顯示0.0 。（4）液體低位處理程序：當(dāng)某種液體出現(xiàn)低位時(shí)，就會(huì)報(bào)警即響鈴，對(duì)應(yīng)液體的指示燈就會(huì)閃爍，數(shù)碼管顯示7 7。由工作人員加入液體后，消鈴及燈滅。（三） 程序編譯修改利用STEP 7 Micro/WIN V4.0軟件編寫程序完成以后，進(jìn)行了程序編譯。根據(jù)編譯結(jié)果，對(duì)程序中的錯(cuò)誤進(jìn)行了改正。其修改內(nèi)容是：（1）個(gè)別功能指令的數(shù)據(jù)類型表達(dá)不正確；如：主程序中的網(wǎng)絡(luò)1中的第三行第六列的傳送指令，在編寫程序時(shí)我用的是“MOV-R”；在進(jìn)行編譯是出現(xiàn)錯(cuò)誤：指令操作數(shù)的數(shù)據(jù)長度或類型無效。我把它修改成“MOV-W”之后就正確了。像這樣類似的錯(cuò)誤，還有幾個(gè)。進(jìn)過修改都正確了。（2）網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的問題；如果出現(xiàn)兩條或兩條以上指令在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，在編譯時(shí)就會(huì)出現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)太大，無法編譯”的錯(cuò)誤。當(dāng)把它分開成幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)后，就能編譯正確了。經(jīng)過修改，程序編譯獲得成功。六、系統(tǒng)調(diào)試（一）PLC硬件調(diào)試 一臺(tái)西門子公司生產(chǎn)的S7-200LC實(shí)驗(yàn)臺(tái)，CPU是S7-200系列中的CPU224。還有一臺(tái)安裝有STEP 7 Micro/WIN V4.0編程軟件的計(jì)算機(jī)，編程電纜線一根。（二）PLC程序調(diào)試程序編寫完畢后，借助STEP 7 Micro/WIN V4.0版本自帶的虛擬運(yùn)行功能，在PC機(jī)中運(yùn)行該程序，觀察各輸入輸出繼電器、狀態(tài)繼電器、輔助繼電器的狀態(tài)，分析在程序運(yùn)行下各繼電器應(yīng)該出現(xiàn)的狀態(tài)，再和觀察到的狀態(tài)相比較，若一致則程序基本無誤，可以將程序下載到PLC中。（三）聯(lián)機(jī)調(diào)試 首先在PLC試驗(yàn)臺(tái)上連接好本試驗(yàn)中要用到的輸入/輸出接口，然后連接計(jì)算機(jī)與PLC 設(shè)備之間的通訊線，連接好之后各自都接通電源。接著在計(jì)算機(jī)中打開STEP 7 Micro/WIN V4.0編程軟件，輸入該自動(dòng)售貨機(jī)的相關(guān)梯形圖，然后進(jìn)行保存、綜合、編譯、調(diào)試、修改等過程確定無誤后，下載至PLC中，最后進(jìn)行硬件調(diào)試，在PLC的操作臺(tái)上進(jìn)行，一邊調(diào)試一邊觀察試驗(yàn)臺(tái)，看是否可以按我們事先預(yù)計(jì)的效果運(yùn)行。此次自動(dòng)售貨機(jī)的聯(lián)機(jī)調(diào)試中，出現(xiàn)了三個(gè)主要問題是：（1） 投幣邏輯失控的問題：調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，正在進(jìn)行假幣處理時(shí)，如再投入真幣將會(huì)出現(xiàn)計(jì)算顯示投幣值的現(xiàn)象，造成投幣邏輯失控。（2） 對(duì)應(yīng)液指示燈控制的時(shí)候，指示燈閃爍的時(shí)間不好控制。（3） 數(shù)碼管顯示不亮的問題。在調(diào)試中對(duì)以上出現(xiàn)的問題的解決如下：（1） 投幣邏輯失控的問題的解決：在各幣值處理的網(wǎng)絡(luò)中分別串聯(lián)一個(gè)假幣取反信號(hào)進(jìn)行封鎖，則投幣邏輯正常。（2） 針對(duì)對(duì)應(yīng)液體指示燈閃爍時(shí)間不好控制，我在程序中加了特殊繼電器SM0.5，通過SM0.5產(chǎn)生的周期性的脈沖信號(hào)來控制，從而達(dá)到所要求的閃爍控制時(shí)間。（3） 對(duì)于數(shù)碼管顯示不亮，主要原因是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)臺(tái)上的LED數(shù)碼管為共陰極接法，顯示時(shí)要求公共端應(yīng)接低電位。將各位譯碼公共端輸出線圈的控制信號(hào)由邏輯取指令改為取反指令后，數(shù)碼管則按要求顯示。七、結(jié)論與展望目前,可編程序控制器、機(jī)器人、CAD/CAM已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。在以PLC為核心的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)中,當(dāng)需要增加可選擇的商品數(shù)量時(shí),該控制系統(tǒng)的硬件只需要增加相應(yīng)的輸入信號(hào),其硬件的原有接線不需要改變,軟件則可以根據(jù)不同的控制要求進(jìn)行修改,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,因此在自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)日本、美國等國家的經(jīng)驗(yàn),自動(dòng)售貨機(jī)將在全球范圍內(nèi)得到更大的普及,其未來的發(fā)展趨勢主要有如下3點(diǎn):（1）自動(dòng)售貨機(jī)的機(jī)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)相當(dāng)完善,影響其普及的關(guān)鍵因素:在現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上如何讓自動(dòng)售貨機(jī)形成一種銷售連鎖網(wǎng),為其提供更方便的營銷方式和管理機(jī)制,能最大限度地降低生產(chǎn)、運(yùn)營成本。目前,無論是基于Internet還是基于移