用PLC編寫的自動售貨機(jī)

1、目目 錄錄第第 1 章章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).11.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理.11.2 系統(tǒng)變量定義及分配表.11.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì).11.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì).2第第 2 章章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).32.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì).32.2 控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì).42.3 控制程序設(shè)計(jì)思路.42.4 編程系統(tǒng)的調(diào)試.52.5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容.5第第 3 章章 上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).63.1 PLC 與上位監(jiān)控軟件通訊.63.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì).63.3 實(shí)現(xiàn)的效果.10第第 4 章章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析.114.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題.11

2、4.2 結(jié)果分析.11結(jié)結(jié) 束束 語語.12參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn).13附附 錄錄.14第第 1 1 章章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.11.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理系統(tǒng)硬件配置及組成原理有三個(gè)錢幣輸入按鈕，0.01 代表 1 元，0.02 代表 5 元，0.03 代表 10 元，當(dāng)投入的硬幣總值超過 12 元時(shí)，汽水指示燈 1.00 亮，當(dāng)投入的硬幣超過 15 元時(shí)，花茶指示燈 1.01 亮，咖啡指示燈 1.02 亮，如果要汽水則按汽水按鈕0.05，這時(shí)汽水輸出指示燈 1.03 亮，輸出汽水，然后汽水指示燈閃爍，3 s 后停止。如果要花茶則按花茶按鈕 0.06，這時(shí)花茶輸出指示燈

3、1.04 亮，輸出花茶，然后花茶指示燈閃爍，3 s 后停止。如果要咖啡，則按咖啡按鈕 0.07，這時(shí)咖啡輸出指示燈 1.05 亮，輸出咖啡，然后咖啡指示燈閃爍，3s 后也自動停止，當(dāng)要完汽水、花茶或咖啡時(shí)，如有多余的錢，則找錢指示燈 1.06 亮，如果多余錢超過 10 元則找錢口 1.07 自動退出余額，3s 后停止，如果少于十元則找錢口 1.08 自動退出余額，如果當(dāng)顧客投入一定的硬幣后什么都不想要時(shí)，則可考慮復(fù)位按鈕 0.08，則投入的錢會原數(shù)從出錢口退出。1.21.2 系統(tǒng)變量定義及分配表系統(tǒng)變量定義及分配表表 1-1 輸入輸出分配表1.31.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)輸入輸出設(shè)備

4、輸入點(diǎn)設(shè)備輸出點(diǎn)復(fù)位按鈕SB10.00汽水指示燈LED1.001 元SB20.01花茶指示燈LED1.015 元SB30.02咖啡指示燈LED1.0210 元SB40.03汽水輸出LED1.03汽水按鈕SB50.05花茶輸出LED1.04咖啡按鈕SB60.06咖啡輸出LED1.05花茶按鈕SB70.07找錢指示燈LED1.06退幣按鈕SB80.08十元出錢口LED1.07一元出錢口LED1.08圖 1-2 硬件連接圖1.41.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)當(dāng)自動售貨機(jī)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會給出提示并發(fā)出鳴叫聲，顧客看到這種情況可以直接按下退幣按鈕，將投入的錢幣取回，當(dāng)錢幣出來時(shí)，系統(tǒng)會發(fā)出“?！?/p>

5、的聲音提示顧客將錢幣取回。第第 2 2 章章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.12.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)控制程序流程圖設(shè)計(jì)圖 2-1 控制程序流程圖2.22.2 控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì)控制程序時(shí)序圖設(shè)計(jì)圖 2-2 時(shí)序圖2.32.3 控制程序設(shè)計(jì)思路控制程序設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)一臺完整的銷售汽水和咖啡的自動售貨機(jī)，具有硬幣識別、幣值累加，自動售貨、自動找錢功能，此售貨機(jī)可接受的硬幣為 1 元、5 元和 10 元。汽水的售價(jià)為 12 元，花茶的售價(jià)為 15 元，咖啡的售價(jià)為 20 元。自動售貨機(jī)是臺機(jī)電一體化的自動化裝置，在接受到貨幣已輸入的前提下，靠觸摸控制按鈕輸入信號使控制器啟動相關(guān)位置的機(jī)械裝置完成規(guī)定

6、動作，將貨物輸出。用自動控制系統(tǒng)替代現(xiàn)有的人工銷售方式，節(jié)省人力，減少銷售開支，擴(kuò)大銷售覆蓋面，當(dāng)投入的硬幣總值超過 12 元時(shí)，汽水指示燈亮。當(dāng)投入的硬幣總值超過 15 元時(shí)，汽水和花茶的指示燈都亮。當(dāng)投入的硬幣總值超過 20 元時(shí)，汽水、花茶和咖啡的指示燈都亮。當(dāng)汽水指示燈亮?xí)r，按汽水按鈕，則汽水從售貨口自動售出，汽水指示燈閃爍（閃爍頻率為 1s ON,1s OFF）,3 秒后自動停止。當(dāng)花茶指示燈亮?xí)r，按咖啡按鈕，則花茶從售貨口自動售出，花茶指示燈閃爍（閃爍頻率為 1sON,1sOFF）,3 秒后自動停止。當(dāng)咖啡指示燈亮?xí)r，按咖啡按鈕，則咖啡從售貨口自動售出，咖啡指示燈閃爍（閃爍頻率為

7、1sON,1sOFF）,3秒后自動停止。當(dāng)按下汽水按鈕、花茶按鈕或咖啡按鈕后，如果投入的硬幣總值超過所需的錢數(shù)時(shí)，找錢指示燈亮，自動售貨機(jī)自動退出多余的錢，3s 后自動停止。動作停止后按退幣鈕，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 元則直接退 1 元的。2.42.4 編程系統(tǒng)的調(diào)試編程系統(tǒng)的調(diào)試如果顧客所付的金額不足，系統(tǒng)不會有任何一只指示燈亮起來，顧客還需要再投入金額，當(dāng)顧客兩次投入的金額加起來足夠時(shí)，可選擇自己所需要的飲料如果顧客投入的金額大于飲料價(jià)格，進(jìn)入自動找零，無法找零時(shí)，給出提示并退回硬幣，實(shí)現(xiàn)找零時(shí)，進(jìn)行找零操作，提示找零金額和取

8、飲料信息。2.52.5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容當(dāng)顧客交易完畢，點(diǎn)擊退幣按鈕時(shí)，自動售貨機(jī)將剩余的錢幣從錢幣輸出口輸出，或許由于顧客大意忘記從輸出口取出錢幣，這樣將給顧客帶來不必要的損失，針對此種情況，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)自動報(bào)警系統(tǒng)，就是當(dāng)錢從自動售貨機(jī)中輸出超過 6 秒紅外線掃描發(fā)現(xiàn)沒有取出時(shí)，這時(shí)將啟動報(bào)警，及時(shí)提醒顧客，增強(qiáng)了售貨機(jī)的安全性。第第 3 3 章章 上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.13.1 PLCPLC 與上位監(jiān)控軟件通訊與上位監(jiān)控軟件通訊本次課程設(shè)計(jì)涉及到歐姆龍 PLC 與力控組態(tài)軟件的通訊。目前歐姆龍的小型 PLC 組要是 CPM1A 和 CPM2A 系列；PLC 與組

9、態(tài)軟件通過串口 RS232 通信，那么就要了解 PLC 的通信協(xié)議是什么方式的。第一步：通過 PLC 的編程軟件來了解通信協(xié)議，在歐姆龍 PLC 的“PLC 設(shè)定”對話框中“外圍端口”標(biāo)簽中設(shè)置“通信協(xié)議”為“標(biāo)準(zhǔn)” ，模式是“Host Link” ，單元號為“0” ，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置對話框的“驅(qū)動器”標(biāo)簽中，設(shè)置“端口名稱”為“COM3” ， “波特率”為“9600” ， “數(shù)據(jù)位”為“7” ， “校驗(yàn)”為“偶校驗(yàn)”， “停止位”為“2” ，在“設(shè)備類型設(shè)置”的“通用”標(biāo)簽中，設(shè)置“CPU 類型”為“CPU40”在“變更 PLC”對話框中， “設(shè)備類型”為“CPM1（CPM1A） ” ， “網(wǎng)絡(luò)類

10、型”為“SYSMAC WAY” 。第二步：與力控的通訊：在上位機(jī)力控組態(tài)軟件的“設(shè)備配置第一步”的對話框中，設(shè)置“設(shè)備地址”為“0” ， “通訊方式”為“串口（RS232/422/485） ” ，在“設(shè)備配置第二步”的對話框中，設(shè)置“串口”為“COM8”,點(diǎn)擊“設(shè)置”按鈕設(shè)置通信參數(shù)“波特率”為“9600” ， “數(shù)據(jù)位”為“7” ， “校驗(yàn)”為“偶校驗(yàn)” ， “停止位”為“2” 。3.23.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)1、仿真系統(tǒng)組成本仿真系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成。上、下位機(jī)通過串行口進(jìn)行通信交換數(shù)據(jù)。上位機(jī)內(nèi)裝北京組態(tài)軟件 FORCECONTROL2.6 和 CX-P 編程

11、軟件。組態(tài)軟件 FORCECONTROL 用以制作仿真畫面、編寫仿真程序并與下位機(jī)進(jìn)行通信，是專用的自動化軟件，集數(shù)據(jù)采集監(jiān)控功能于一體。CX_P 是可編程控制器與 PC 機(jī)聯(lián)機(jī)的編程支持工具，用戶利用它可以實(shí)現(xiàn)程序輸入、程序注釋、程序修改、程序編譯、狀態(tài)監(jiān)控和測試以及設(shè)計(jì)系統(tǒng)寄存器和 PLC 各種參數(shù)等。CX_P 是 WINDOWS 操作系統(tǒng)下使用的軟件，有多種編程方式，其中主要是梯形圖和助記符編程。需要注意的一點(diǎn)是在進(jìn)行程序的上傳下傳時(shí)一定要把 PLC 的 COM 口連接方式設(shè)置成“計(jì)算機(jī)鏈接”否則PLC 將自鎖，不再與外界通信，只有使用手持編程器才能再次開啟。2、仿真實(shí)驗(yàn)的售貨分析由于售

12、貨機(jī)的全部功能是在上位機(jī)上模擬的，所以售貨機(jī)的部分硬件是由計(jì)算機(jī)軟件來模擬代替的。如錢幣識別系統(tǒng)，可以用按某個(gè)“仿真對象”輸出一個(gè)脈沖直接給 PLC 發(fā)布命令，而傳動系統(tǒng)也是由計(jì)算機(jī)直接模擬的，這些并不會影響實(shí)際程序的操作，完全能模擬實(shí)際自動售貨機(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、自動售貨機(jī)只售出三種商品；c、自動售貨機(jī)可以識別 10 元、5 元、1 元；d、自動售貨機(jī)可以退幣 10 元、5 元、1 元；e、自動售貨機(jī)有液晶顯示功能；f、試驗(yàn)中售貨機(jī)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析，我們以一次交易過程為

13、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)不能購買任何商品；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，提示可以購買。c、購買狀態(tài)：按下可以購買的選擇按鈕，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，自動售貨機(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)思想。3、設(shè)計(jì)任務(wù)的確定在清楚自動售貨機(jī)運(yùn)行工作過程的基礎(chǔ)上，制定出設(shè)計(jì)方案，確定

14、任務(wù)的目標(biāo)，以設(shè)計(jì)出合理的仿真系統(tǒng)。首先，應(yīng)該做上位機(jī)和下位機(jī)的任務(wù)分工：上位機(jī)主要用來完成仿真界面的制作工作，而下位機(jī)則主要完成 PLC 程序的編寫。其次，要分別對上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行資料的查找和收集。例如在進(jìn)行仿真界面的設(shè)計(jì)時(shí)，可以去觀察一下真正售貨機(jī)的外觀，必要時(shí)可以借助于一些宣傳圖片來設(shè)計(jì)自動售貨機(jī)的外形，在進(jìn)行 PLC 程序的編寫時(shí)，需要先分配 PLC 的 I/O 點(diǎn)，確定上下位機(jī)的接口。然后對上下位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。最后進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后，完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。4、程序設(shè)計(jì)部分仿真程序的編寫利用利用組態(tài)軟件 FORCECONTROL2.6，下位機(jī)程序的編制則利

15、用 PLC 專用編程軟件歐姆龍完成的。在詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中，沒有將上位機(jī)的設(shè)計(jì)和下位機(jī)的設(shè)計(jì)整體分開來寫，而是相互交替，盡量清楚地?cái)⑹觥LC 程序已經(jīng)介紹，現(xiàn)在我們看一下仿真界面設(shè)計(jì)。(1)銷售機(jī)背景的設(shè)計(jì)售貨機(jī)背景是一個(gè)不動的畫面，可以利用圖片處理的方法按照制定樣式的功能畫出售貨機(jī)的整體。先分幾部分進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，如圖 3-1 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)顯示畫面，一個(gè)是未交易時(shí)初始狀態(tài)的歡迎界面如圖 3-2，在交易過程中的幣值顯示畫面如圖 3-3 所示 ，其中圖 3-1 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3-2 中的8888用

16、來顯示幣值，它們均是可以定義的變量。圖 3-1 售貨機(jī)背景 圖 3-2 歡迎界面 圖 3-3 幣值界面（3）標(biāo)簽設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽用來顯示程序中傳上來的價(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)要反映出可以購買和不可以購買的差異，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 3-4 投幣提示框 圖 3-5 退幣提示框（6）

17、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圖 3-6 所示圖 3-6 出貨框3.33.3 實(shí)現(xiàn)的效果實(shí)現(xiàn)的效果圖 3-7 運(yùn)行結(jié)果圖第第 4 4 章章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.14.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題一、硬件調(diào)試一、硬件調(diào)試：一、硬件調(diào)試1、斷電時(shí)檢查電源是否接好，地線是否接好，各輸入/輸出點(diǎn)是否接好接牢；2、接通 PLC 電源，確認(rèn)“PWR”指示燈點(diǎn)亮，傳入程序，檢查“RUN”指示燈點(diǎn)亮。二、軟件調(diào)試：1、在梯形圖編輯器中配合使用編譯器查找、修改程序中的語法

18、錯(cuò)誤；2、將編輯好的程序傳入 PLC 運(yùn)行，使用編輯器聯(lián)機(jī)調(diào)試操作，檢查各點(diǎn)工作狀態(tài)，并配合觀察 PLC 各點(diǎn)輸入/輸出指示 LED 或輸入/輸出設(shè)備工作是否符合程序功能要求。配合著上位機(jī)軟件動畫效果來觀察硬件的連接。三、解決的問題：通過軟件的調(diào)試發(fā)現(xiàn)了梯形圖中設(shè)計(jì)時(shí)的一些錯(cuò)誤，比如 7 段數(shù)碼管的清零問題，開始設(shè)計(jì)時(shí)用的是 RESET 指令，后來通過調(diào)試得知此指令只能置位位，考慮到實(shí)質(zhì)是把通道清零，用 MOVE 指令即可。對其他一些平時(shí)實(shí)驗(yàn)用不到的指令及程序設(shè)計(jì)，經(jīng)過梯形圖的設(shè)計(jì)及調(diào)試加深了理解，比如七段譯碼指令的使用。4.24.2 結(jié)果分析結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)證明： 該系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)較全面地演示自動售貨機(jī)的使用功能； 通過修改 PLC 控制程序， 可在自動售貨機(jī)上實(shí)現(xiàn)多種控制方式、銷售方式、銷售種類。自動售貨機(jī)可以根據(jù)投入的錢幣自動付貨。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 6 秒后錢幣沒有取回則自動啟動報(bào)警，避免顧客有不必要的損失。在交易的過程中，幣值界面會顯示投入錢幣的金額、消費(fèi)錢幣的金額、余額。結(jié)結(jié)