基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)(飲料機(jī))畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、基于plc的自動(dòng)售貨機(jī)（飲料機(jī)）第一章 前言從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動(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。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對(duì)的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)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(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)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(jī)械，從狹義來講就是自動(dòng)銷售商品的機(jī)械。從供給的條件看，自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24小時(shí)無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營時(shí)需要的資本少、

2、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用上升的問題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。據(jù)說自動(dòng)售貨機(jī)最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)五、六十年代的西歐，英國是較早實(shí)行自動(dòng)售貨機(jī)售貨的國家之一。1942年，在食品銷售中首先推廣了自動(dòng)售貨的銷售方式。1950年，英國食品雜貨行有500家采用自動(dòng)售貨機(jī)售貨。1969年，采用自動(dòng)售貨機(jī)的商家增加到23000家，銷售的商品擴(kuò)展到文化用品、唱片、香煙、食品等多個(gè)方面。進(jìn)入70年代后，約有40多萬家香煙、飲料店采用自動(dòng)售貨機(jī)。1980年英國有50余萬臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，年銷售額達(dá)8.81億英鎊。70年代后，日本、美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)自動(dòng)售貨機(jī)迅猛的發(fā)展，短短30年，發(fā)達(dá)國家自動(dòng)售

3、貨機(jī)產(chǎn)業(yè)已發(fā)展到相當(dāng)大的規(guī)模。自動(dòng)售貨機(jī)被廣泛地布放于車站、油站、碼頭、機(jī)場、賓館、寫字樓、娛樂場所及大街小巷和公路旁，人們通過自動(dòng)售貨機(jī)可以買到食品、香煙、飲料、報(bào)紙、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。自動(dòng)售貨機(jī)實(shí)現(xiàn)了商品需求化、性能多樣化的發(fā)展，由原來只能出售有限商品品種，轉(zhuǎn)變?yōu)槔^百貨公司、超級(jí)市場、便民店之后，以消費(fèi)者與售貨機(jī)“一對(duì)一”自動(dòng)售貨的無店鋪銷售業(yè)態(tài)。現(xiàn)在，自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過電話線路將自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的庫存信息及時(shí)地傳送各營業(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)售貨機(jī)的開發(fā)致力于能源的

4、節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動(dòng)售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消耗高峰時(shí)，這種機(jī)型的自動(dòng)售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的情況下也能保持低溫，與以往的自動(dòng)售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約10-15%的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。目前自動(dòng)售貨機(jī)是集聲、光、機(jī)電一體化的高新智能化產(chǎn)品，在我國也開始得到應(yīng)用。在中國人們可以看到現(xiàn)代化的自動(dòng)售貨機(jī)擺放在一些大商場門口、繁華街道兩旁、公園入口處以及其它熱鬧的場所。自動(dòng)售貨機(jī)的新奇、文明、高檔、晝夜服務(wù)、占地小、靈活方面深受許多地區(qū)市民的青睞，甚至出現(xiàn)許多排隊(duì)購買的現(xiàn)象。專輯測算，中國的自動(dòng)售貨機(jī)在市場容量最保守算應(yīng)該有四十七

5、萬臺(tái)，一年的銷售額可達(dá)三百五十億，若按人均臺(tái)數(shù)計(jì)算全年可達(dá)五百億，自動(dòng)售貨機(jī)在日本達(dá)到平均二三十人一臺(tái)，在美國達(dá)到每四十人一臺(tái)，在歐洲每六十人一臺(tái)，由于中國經(jīng)濟(jì)與上述國家還有一定差距，按每臺(tái)五百人計(jì)算。因此，自動(dòng)售貨機(jī)在中國有著廣闊的發(fā)展前景。本文選擇plc作為控制器，來控制售貨機(jī)系統(tǒng)。第二章 自動(dòng)售貨機(jī)的介紹2.1自動(dòng)售貨機(jī)功能介紹這部分闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的各種動(dòng)作功能和控制要求，給出了完整的自動(dòng)售貨機(jī)操作規(guī)程，并介紹了自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。2.1.1自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能在進(jìn)行上、下位機(jī)程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動(dòng)售貨機(jī)本身所具備的功能及在進(jìn)行某種操作后所具有的狀

6、態(tài)。在實(shí)際生活中，我們見到的售貨機(jī)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(jī)的基本功能就是對(duì)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)。舉一個(gè)簡單的例子來說明，例如：售貨機(jī)中有8中商品，其中01號(hào)商品（代表第一種商品）價(jià)格為2.60元，02商品為3.50元，其余類推?，F(xiàn)投入2個(gè)1元硬幣，當(dāng)投入的貨幣超過01商品的價(jià)格時(shí)，01商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購買，其他商品同比。當(dāng)按下選擇01商品的價(jià)格時(shí)，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取01號(hào)商品到出貨口。此時(shí)售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令

7、，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時(shí)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(shí)的除法運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程圖如圖2.1所示：初始狀態(tài)投入硬幣或紙幣投幣狀態(tài)按下選擇按鈕購買狀態(tài)是否有剩余退幣狀態(tài)ny按 下退 幣按 鈕圖2.1 自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖2.1.2自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的基本思路本次設(shè)計(jì)的題目是自動(dòng)售貨機(jī)，主要是應(yīng)用三菱fx2n型的plc的梯形圖來設(shè)計(jì)控制程序，并簡單介紹相關(guān)的知識(shí)，如：plc的定義、plc的匯編

8、語言、plc的硬件組成等。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù)plc的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)出它的外部接線圖，結(jié)合梯形圖和外部接線圖分析說明該設(shè)計(jì)的控制原理過程。本次設(shè)計(jì)的重要部分是第四章的設(shè)計(jì)部分，即自動(dòng)售貨機(jī)梯形圖的設(shè)計(jì)。首先就得根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求準(zhǔn)確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出它的梯形圖。2.2 plc的選型原則當(dāng)某一個(gè)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)。對(duì)第一個(gè)問題，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，包括開關(guān)量i/o和模擬量i/o以及輸

9、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)閜lc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，就要使用無觸點(diǎn)的晶體管輸出的plc了。對(duì)第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮：1規(guī)

10、模要適合輸入、輸出點(diǎn)數(shù)以及軟件對(duì)plc功能及指令的要求是選擇plc機(jī)型規(guī)模大小的重要依據(jù)。首先要確保有足夠的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，并留有一點(diǎn)的余地（要有10%的備用量）。如果只是為了實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化，或機(jī)電一體化產(chǎn)品，可選用小型plc。如果控制系統(tǒng)較大，輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較多，被控設(shè)備較分散，可以選用中型或大型plc。還應(yīng)確定擁護(hù)程序存儲(chǔ)器的容量。一般粗略的估計(jì)方法是：（輸入+輸出）（1012）=指令步數(shù)。特別要注意因控制較復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理量較大，可能出現(xiàn)存儲(chǔ)量不夠的問題。2功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理對(duì)于以開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，應(yīng)選用帶a/

11、d、d/a轉(zhuǎn)換，加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)。對(duì)于控制比較復(fù)雜，控制性能要求較高的系統(tǒng)，例如要求實(shí)現(xiàn)pid運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全plc的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，選用整體式結(jié)構(gòu)plc。其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu)plc。3輸入、輸出功能及負(fù)載能力的選擇選擇哪一種功能的輸入、輸出形式或模塊，取決于控制系統(tǒng)中輸入和輸出信號(hào)的種類、參數(shù)要求和技術(shù)要求，選用具有相應(yīng)功能的模塊。為了提高抗干擾能力，輸入、輸出均應(yīng)選用具有光電隔離的模塊。對(duì)于輸出形式，分為

12、無觸點(diǎn)和有觸點(diǎn)兩種形式。無觸點(diǎn)輸出大多使用大功率三級(jí)管（直流輸出）或雙向可控硅（交流輸出）電路，其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、響應(yīng)速度快、壽命長，缺點(diǎn)是價(jià)格高、過載能力差。有觸點(diǎn)輸出是使用繼電器觸點(diǎn)輸出，其優(yōu)點(diǎn)是使用電壓范圍寬、導(dǎo)通壓降損失小、價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是壽命短、響應(yīng)速度慢。此外，還應(yīng)考慮輸入、輸出的負(fù)載能力，要注意承受的電壓值和電流值。應(yīng)該指出的是，輸出電流和導(dǎo)通負(fù)載電流值是不同概念。輸出電流值是指美意個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力。導(dǎo)通負(fù)載電流值是指整個(gè)輸出模塊驅(qū)動(dòng)負(fù)載是所允許的最大電流值，即整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷能力。 4使用環(huán)境條件在選擇plc時(shí)，要考慮使用現(xiàn)場的環(huán)境條件是否符合他的規(guī)定。一般考慮的環(huán)境條件

13、有：環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、電源允許波動(dòng)范圍和抗干擾等指標(biāo)。2.3 plc的概述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、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(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)簡單、容易掌握、價(jià)格便宜，在一定范圍內(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.但是繼電接觸器控制系統(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，難與實(shí)現(xiàn)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就要更換，所以通用性和靈活性較差.20世

14、紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，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(yīng)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(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：（1）編程方便，可現(xiàn)場修改程序（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裝置（4）體積小于繼電器控制盤（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(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最?。?

15、0）用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4kb（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要） 十項(xiàng)指標(biāo)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。2.3.2 plc的定義plc是一種專門為工業(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)、技術(shù)和算術(shù)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及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。2.3.3 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

16、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)展隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使plc結(jié)構(gòu)更為湊，相當(dāng)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(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲(chǔ)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(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的cpu與plc的主cpu并行工作，占用主cpu的時(shí)

17、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(jì)算機(jī)的日益普及，越來越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對(duì)plc控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。（5）plc編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，plc的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語言，允許編程者在

18、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(yīng)特殊的工作。（6）plc通信的易用化plc的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。（7）組態(tài)軟件與plc的軟件化個(gè)人計(jì)算機(jī)（pc）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。（8）plc與現(xiàn)場總線相結(jié)合現(xiàn)場總線i/o與plc可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)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(jìn)一步加快目前，plc的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其高的cpu也不過80

19、486，將來會(huì)全面使用64位的risc芯片，采用多cpu進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)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(dá)到納秒級(jí)。 2.3.4 plc的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好i/o系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)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。（4）功能完善在plc內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存

20、器、中間寄存器等。（5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短plc采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。（6）體積小，維護(hù)操作方便plc體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。（7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化plc可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化plc將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體。2.4 plc的基本結(jié)構(gòu)及原理2.4.1 plc的硬件組成plc的硬件主要由中央處理器（cpu）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、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

21、的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2.2所示：圖2.2 plc硬件結(jié)構(gòu)圖2.4.2 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。控制器的作用是控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： 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)場輸入裝置送來的狀態(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

22、的處理結(jié)果送至輸出端。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：一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。二大部分是用戶存儲(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plc的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(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)

23、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。2.4.3 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，cpu從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)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(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。plc的掃描全過程如圖2.3所示。 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。 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

24、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(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。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。圖2.3 plc的掃描全過程顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次i/o刷新，即每一個(gè)掃描周期plc只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在i/o刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本

25、次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的i/o刷新期間輸出才會(huì)發(fā)生變化。這對(duì)于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，plc在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對(duì)于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。2.5

26、 三菱可編程控制器的分類三菱plc是一種集成型小型單元式plc，且具有完整的性能和通訊功能等擴(kuò)展性?，F(xiàn)有fx1n系列、fx2n系列、fx3u系列、fx3g系列以及q系列的plc。2.5.1 fx2n系列介紹簡單介紹fx2n系列是fx系列plc家族中最先進(jìn)的系列。由于fx2n系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為各大工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能開發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬i/o，高速計(jì)數(shù)器。定位控制達(dá)到16軸，脈沖串輸出或?yàn)閖

27、和k型熱電偶或pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對(duì)每一個(gè)fx2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)特殊功能模塊。網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡(luò) cc-link，profibus dp和devicenet或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡(luò)解決您的通信需要。其它功能內(nèi)置式24v直流電源 24v、400ma直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器或其它元件。快速斷開端子塊 因?yàn)椴捎昧藘?yōu)良的可維護(hù)性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能 在所有的fx2nplc中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操作。小時(shí)表功能對(duì)過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。持續(xù)掃描功能 為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時(shí)間定義

28、操作周期。輸入濾波器調(diào)節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整輸入信號(hào)（在基本單元中x000到x017）。注解記錄功能 元件注解可以記錄在程序寄存器中。在線程序編輯 在線改變程序不會(huì)損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。run/stop 開關(guān) 面板上運(yùn)行/停止開關(guān)易于操作。遠(yuǎn)程維護(hù) 遠(yuǎn)處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護(hù) 使用一個(gè)八位數(shù)字密碼保護(hù)您的程序。2.6 本章小結(jié)本章詳細(xì)的講解了plc的具體情況，從而初步認(rèn)定了，用plc來控制自動(dòng)售貨機(jī)的自動(dòng)運(yùn)作的方案是可行的。從而根據(jù)自己的情況，我先認(rèn)定用三菱牌子的plc來進(jìn)行下面的設(shè)計(jì)，一方面，自己只接觸過三菱牌子的plc；另一方面，學(xué)

29、校的plc都是三菱牌子，方便檢驗(yàn)。第三章 自動(dòng)售貨機(jī)的硬件設(shè)計(jì)3.1 控制要求本文設(shè)計(jì)的是自動(dòng)售飲料機(jī),它的總體售貨過程是：當(dāng)顧客購買飲料時(shí),投入的貨幣(投入貨幣的面值和剩余值由plc驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示)經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動(dòng)硬幣識(shí)別器識(shí)別硬幣或紙幣識(shí)別器識(shí)別紙幣，如果是假幣則被排出，如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動(dòng)傳送到相應(yīng)的貨幣貯幣腔,并經(jīng)光傳感器感應(yīng)，由光傳感器驅(qū)動(dòng)plc運(yùn)行。然后經(jīng)顧客選擇、plc進(jìn)行控制，使在plc的輸出口上有相應(yīng)的信號(hào)輸出。大體運(yùn)行如圖3.1所示：商品選擇開關(guān)硬幣或紙幣感應(yīng)器plc各種指示燈退幣電機(jī)出貨電機(jī)數(shù)量感應(yīng)圖3.1 售貨總體梯形圖3.2 光電傳感器在本設(shè)

30、計(jì)中，用到光傳感器：當(dāng)貨幣投入開始由光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動(dòng)貨幣識(shí)別器；貨幣經(jīng)識(shí)別后進(jìn)入貯存腔時(shí)，由光傳感器感應(yīng)，給plc一個(gè)信號(hào)，進(jìn)行貨幣的相加運(yùn)算；當(dāng)退幣時(shí)，退出的硬幣經(jīng)光傳感器感應(yīng)，給plc一個(gè)信號(hào)，進(jìn)行退幣的相減運(yùn)算。 光傳感器是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器件，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測，它還可以作為探測元件組成其它傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可，本設(shè)計(jì)是運(yùn)用紅外線傳感器的原理對(duì)投幣進(jìn)行檢測。圖3.2所示是紅外線傳感器的工作原理圖。它是由光源、接收器和plc運(yùn)行電路三部

31、分組成。光源使用普通的白熾燈泡，當(dāng)點(diǎn)亮燈泡時(shí)，由于燈絲的溫度很高，能產(chǎn)生較強(qiáng)的紅外輻射，燈泡發(fā)出的可見光經(jīng)濾光片濾掉，紅外光便可向外發(fā)射。在距光源發(fā)射點(diǎn)一定距離處，設(shè)置有紅外接收器。這樣，在紅外光源和接收器之間就形成一條用肉眼看不見的紅外界線。無硬幣遮擋紅外線時(shí)，紅外線經(jīng)凸透鏡聚光后直接照射在光敏二極管vd1上，光敏二極管的電阻變小，從而使v1導(dǎo)通、v2處于截止?fàn)顟B(tài)，接在v2集電極的繼電器k不工作，輸出為低電平，因此，plc得不到相應(yīng)的信號(hào)。當(dāng)有硬幣通過紅外界線時(shí)，紅外線被硬幣遮擋，光敏二極管因無光照射其內(nèi)阻增大，于是vt1截止，vt2變?yōu)閷?dǎo)通，則輸出為高電平，使plc得到相應(yīng)的信號(hào)。圖3.2

32、 紅外線傳感器的工作原理圖3.3 數(shù)碼管顯示在本設(shè)計(jì)中，顯示部分，以7段顯示指令segd來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于指令segd，將源操作數(shù)指定的元件的低4位中的十六進(jìn)制數(shù)譯碼后送給7段顯示器顯示，譯碼的信號(hào)存于目標(biāo)操作數(shù)指定的元件中，輸出時(shí)要占用7個(gè)輸出點(diǎn)。s指定的元件的低4位中的十六進(jìn)制數(shù)經(jīng)譯碼后驅(qū)動(dòng)7段顯示器，譯碼信號(hào)存于d指定的元件中，d的高8位不變。右圖中7段顯示器的b0b6分別對(duì)應(yīng)于d中的最低位第六位，某段應(yīng)亮?xí)rd中對(duì)應(yīng)的位為1，反之為0。如圖3.3所示：segdd1k2y004sdx0圖3.3 數(shù)碼管顯示3.2 24v直流電機(jī)直流電機(jī)是把直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的電機(jī)，如圖3.4所示： 圖3.4 2

33、4v直流電機(jī)其工作原理是在外加電壓的作用下，在導(dǎo)體中形成電流，載流導(dǎo)體在磁場中將受電磁力的作用，由于換向器的換向作用，導(dǎo)體進(jìn)入異性磁極圖時(shí)，導(dǎo)體中的電流方向也相應(yīng)改變，從而保證了電磁轉(zhuǎn)矩的方向不變，使直流電機(jī)能連續(xù)旋轉(zhuǎn)，把直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出。如圖3.5所示：圖3.5 直流電機(jī)工作原理圖3.3 硬幣的識(shí)別原理硬幣的識(shí)別由特定的硬幣識(shí)別器識(shí)別。一個(gè)硬幣識(shí)別裝置，包括一個(gè)第一光源，用于將光透射到硬幣的一個(gè)表面上；一個(gè)第二光源，用于將光投射到硬幣的另一個(gè)表面上；一個(gè)第一光檢測裝置，用于對(duì)從第一光源發(fā)出的光和被硬幣一個(gè)表面反射的光進(jìn)行光電接受并產(chǎn)生硬幣一個(gè)表面的圖形數(shù)據(jù)；第一圖形數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置，用于

34、儲(chǔ)存由第一光檢裝置產(chǎn)生的硬幣一個(gè)表面的圖形數(shù)據(jù)；一個(gè)第二光檢測裝置，用于對(duì)從第二光源發(fā)出的光和被硬幣另一個(gè)表面反射的光進(jìn)行光電接受并產(chǎn)生硬幣另一個(gè)表面的圖形數(shù)據(jù)；第二個(gè)圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)由第二光檢測裝置產(chǎn)生的硬幣另一個(gè)表面的圖形數(shù)據(jù)；參考數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)各類硬幣的參考數(shù)據(jù)；識(shí)別裝置，用于把存儲(chǔ)在第一圖形數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置內(nèi)的硬幣一面的圖形數(shù)據(jù)與儲(chǔ)存在參考數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置內(nèi)的各類硬幣的參考數(shù)據(jù)作比較，以及把儲(chǔ)存在第二圖形數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置內(nèi)的硬幣另一面的圖形數(shù)據(jù)與儲(chǔ)存在參考數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置內(nèi)的各類硬幣的參數(shù)數(shù)據(jù)作比較，從而識(shí)別硬幣是否合格和硬幣的種類。3.4 紙幣的識(shí)別原理紙幣識(shí)別器由主控部分、傳感器

35、部件、驅(qū)燈組件、a/d轉(zhuǎn)換器、外部存儲(chǔ)、電機(jī)、模式選擇、電源板等組成控制的。鈔票在各傳感器接收到的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)取樣、識(shí)別，并寄存起來，作為檢測的依據(jù)。當(dāng)識(shí)別紙幣時(shí)，把在各通道接口接收到的信號(hào)參數(shù)與原寄存起來的信號(hào)參數(shù)進(jìn)行比較、判斷，若有明顯差異時(shí)、立即送出報(bào)警信號(hào)并截停電機(jī)，同時(shí)送出對(duì)應(yīng)的信號(hào)提示?？梢岳脽晒鈾z測、磁性檢測、紅外穿透檢測、激光檢測等，具體使用哪一種，示當(dāng)時(shí)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)因素等考慮。3.5 i/o地址分配表自動(dòng)售貨機(jī)plc的i/o地址分配表如圖表3-1所示：表3-1 自動(dòng)售貨機(jī)的i/o地址分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)復(fù)位開關(guān)sq1x000可樂指示燈hl1y0

36、041元投幣感應(yīng)器sq2x001果汁指示燈hl2y0055元投幣感應(yīng)器sq3x005咖啡指示燈hl3y006啟動(dòng)按鈕開關(guān)sb1x002排出可樂接觸器km1y000停止按鈕開關(guān)sb2x003排出果汁接觸器km2y001可樂選擇按鈕sb3x011排出咖啡接觸器km3y002果汁選擇按鈕sb4x012找錢電動(dòng)機(jī)km4y003咖啡選擇按鈕sb5x013找錢指示燈hl4y007退幣按鈕sb6x014報(bào)警指示燈hl5y0107段數(shù)碼管hl6hl12y020y0263.6 外部接線圖 自動(dòng)售貨機(jī)外部接線圖如圖3.6所示： 圖3.6 自動(dòng)售貨機(jī)的外部接線圖第四章 自動(dòng)售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)思路（1）自動(dòng)

37、售飲料機(jī)可同時(shí)投入1元的硬幣或是5元紙幣。（2）由7段數(shù)碼管顯示投幣總額或現(xiàn)在值。（3）當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過3元時(shí)，可樂指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過4元時(shí)，可樂和果汁指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過5元時(shí)，可樂、果汁和咖啡指示燈亮。（4）當(dāng)可樂指示燈亮?xí)r，按可樂按鈕，則排出可樂一瓶。（5）當(dāng)果汁指示燈亮?xí)r，按果汁按鈕，則排出果汁一瓶。（6）當(dāng)咖啡指示燈亮?xí)r，按咖啡按鈕，則排出咖啡一瓶。（7）若投入的硬幣總值超過所購商品的價(jià)格（可樂3元，果汁4元，咖啡5元），則找錢指示燈亮，按退幣按鈕，退出所顯示的錢。4.2 狀態(tài)流程圖自動(dòng)售貨機(jī)的狀態(tài)流程圖如圖4.1所示：結(jié)束投幣計(jì)數(shù)比 較幣

38、 價(jià)累加幣價(jià)果汁選擇咖啡選擇d14d15退幣退幣計(jì)數(shù)減去相應(yīng)用幣可樂選擇d13圖4.1 自動(dòng)售貨機(jī)的狀態(tài)流程圖4.3 控制程序介紹 4.3.1 計(jì)幣復(fù)位當(dāng)x000接通,在第一個(gè)脈沖信號(hào)到來時(shí),m0產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的單脈沖,它的常開觸點(diǎn)閉合一個(gè)掃描周期,常閉觸點(diǎn)斷開,實(shí)現(xiàn)了d1的復(fù)位功能。其梯形圖如圖4.2所示：圖4.2 投幣計(jì)數(shù)復(fù)位梯形圖4.3.2 售貨機(jī)啟停輔助繼電器當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕x002時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)開始工作，該輔助繼電器m2得電；當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)停止工作，該輔助繼電器m2失電。其梯形圖如圖4.3所示：圖4.3 售貨機(jī)啟停輔助繼電器梯形圖4.3.3 投入幣值在該程序中,自動(dòng)售貨

39、機(jī)啟動(dòng)之下,當(dāng)投幣口x001,x005由off on變化時(shí),各投幣口計(jì)數(shù)器d1的值自動(dòng)加1，即將投入幣值進(jìn)行累加作為計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。其梯形圖如圖4.4所示：圖4.4 投入幣值梯形圖4.3.4 顯示在7段數(shù)碼管上在自動(dòng)售貨機(jī)啟動(dòng)下,將投入的幣值與5比較,并將d1的值送到y(tǒng)020y026的7段數(shù)碼管顯示,即將投入幣值在數(shù)碼管上顯示出來。若投幣總額小于3元，則報(bào)警燈一直在亮。其梯形圖如圖4.5所示：圖4.5 投入幣值在數(shù)碼管上顯示的梯形圖4.3.5 選擇飲料在程序中，將投幣總額與可樂的價(jià)格3元比較，若確定是大于或等于3，則m3或m4接通，確定排出的是可樂，可樂指示燈亮。將投幣總額與果汁的價(jià)格4元比較

40、，若確定是大于或等于4，則m10或m11接通，確定排出的是果汁，果汁指示燈亮。將投幣總額與咖啡的價(jià)格5元比較，若確定是大于或等于5，則m13或m14接通，確定排出的是咖啡，咖啡指示燈亮。其梯形圖如圖4.6所示：圖4.6 選擇飲料的梯形圖4.3.6 飲料的排出在程序中，按下可樂選擇按鈕且其指示燈亮，未互鎖且定時(shí)器未溢出，則置m16=1，延時(shí)5秒后，可樂指示燈閃爍，排出可樂。按下果汁選擇按鈕且其指示燈亮，未互鎖且定時(shí)器未溢出，則置m=17，延時(shí)5秒后，果汁指示燈閃爍，排出果汁。按下咖啡選擇按鈕且其指示燈亮，未互鎖且定時(shí)器未溢出，則置m18=1，延時(shí)5秒后，咖啡指示燈閃爍，排出咖啡。其梯形圖如圖4.7所示：圖4.7 飲料排出的梯形圖4.3.7 找錢在程序中,自動(dòng)售貨機(jī)處于開狀態(tài),在保證余額不為0的情況下,找錢指示燈亮。按下可樂選擇按鈕，售貨機(jī)將投幣總額扣除可樂的金額；按下果汁選擇按鈕，售貨機(jī)將投幣總額扣除果汁的金額；按下咖啡選擇按鈕，售貨機(jī)將投幣總額扣除咖啡的金額。其梯形圖如圖4.8.1所示：圖4.8.1 找錢梯形圖(1)在程序中，按下退幣按鈕，可以退回余額。退回金額如果大于5元，則先退5元再退1元；如果小于5元?jiǎng)t直接退1元