畢業(yè)論文基于PLC和組態(tài)王的自動售貨機控制系統(tǒng)的設計

1、基于PLC和組態(tài)王的自動售貨機控制系統(tǒng)的設計專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器學生姓名：*學 號：*指導教師：*摘 要隨著科技的發(fā)展及購物理念的不斷更新，自動售貨機的出現(xiàn)給我們提供了很多的方便，取代了一些傳統(tǒng)的營銷，讓營銷方式變得多樣化，同時也適應了社會發(fā)展的需求。為人們提供便利的同時，又能讓人們體驗新的購物方式。本文主要介紹了簡易自動售貨機的基本控制原理及工作流程，采用三菱PLC編程軟件對售貨機的售貨過程進行了程序編寫，并在組態(tài)王6.55上進行模擬交易的仿真。設計中主要實現(xiàn)了普通售貨機的基本功能，其包括投幣累加、錢幣不足提示、退幣提示、選擇購買商品以及自動結(jié)算等功能。設計系統(tǒng)中，一次只能購買一種商品，為

2、了不發(fā)生程序錯誤，在其中設計了較多了互鎖。其整個功能的實現(xiàn)均可在組態(tài)王上進行模擬交易。關(guān)鍵字：自動售貨機；控制系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)；調(diào)試；仿真AbstractConstantly updated with the development of science and technology and the concept of shopping, vending machine provides us with a lot of convenience, replacing the traditional marketing, let marketing become diversified way,

3、 but also to adapt to the needs of social development. To facilitate the people, but also allows people to experience a new way of shopping.Are introduced in this paper simple vending machine's basic control principle and working process, uses the Mitsubishi PLC programming software of the vendi

4、ng machine sales process of programming, and simulated trading simulation on Kingview 6.55. The design mainly realizes the basic function of ordinary vending machine, which comprises a coin accumulation, coin shortage prompted, coin tips, choose to buy goods and automatic billing and other functions

5、. In the design system, only one kind of commodity can be purchased, in order not to have the procedure mistake, in which the design has been more interlocking. The whole function can simulate the transaction in kingview.Keywords: vending machine ;control system;monitoring system;debugging; simulati

6、on目 錄摘要Abstract第1章 緒論11.1課題的研究目的和意義11.2 自動售貨機控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀21.3論文的結(jié)構(gòu)2第2章 自動售貨機的控制方案論證及選擇42.1 自動售貨機簡介42.2 自動售貨機的控制要求52.3 自動售貨機的控制方案論證及選擇62.3.1 控制方案論證及比較62.3.2 方案選擇82.4 本章小結(jié)9第3章 控制系統(tǒng)的硬件設計及選型103.1 自動售貨機控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成103.2 PLC的選型103.3 工控機的選型123.4 本章小結(jié)13第4章 自動售貨機PLC控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)144.1 PLC的基本工作原理144.2 PLC I/O地址分配144.3自動

7、售貨機PLC控制程序的設計154.3.1整體程序設計16 4.3.2 投幣累加部分19 4.3.3 比較幣值部分20 4.3.4 選擇及飲料供應部分21 4.3.5 退幣及復位部分224.4 自動售貨機PLC控制程序的仿真調(diào)試234.5本章小結(jié)27第5章 自動售貨機上位監(jiān)控系統(tǒng)的設計及聯(lián)機調(diào)試285.1 上位監(jiān)控組態(tài)畫面285.1.1 組態(tài)王軟件介紹285.1.2 自動售貨機靜態(tài)畫面的設計295.2 定義I/O設備315.3 自動售貨機主畫面動態(tài)設計335.4 自動售貨機上下位聯(lián)機調(diào)試405.4.1 程序的下裝40 三菱FX2N PLC與組態(tài)王6.55的通信425.4.3 上下位聯(lián)機調(diào)試425

8、.4.4 聯(lián)機調(diào)試結(jié)果475.5 本章小結(jié)48結(jié)論49總結(jié)與體會50致謝51參考文獻52 第1章 緒論自動售貨機作為一種先進的商業(yè)零售方式，已在全世界近50個經(jīng)濟較為發(fā)達的國家得到了迅速的發(fā)展，實現(xiàn)了商品需求化、性能多樣化的發(fā)展，又原來只能有限商品品種，轉(zhuǎn)變?yōu)槔^百貨公司、超級市場、便民店之后，以消費者與售貨機“一對一”自動售貨的無店鋪銷售業(yè)態(tài)。據(jù)有關(guān)資料介紹，在美國，自動售貨機的商業(yè)零售額每年高達293億美元，而且每年都以較大的幅度在增長。在日本和歐洲，自動售貨機的發(fā)展勢頭同樣非常迅猛，其獲得的業(yè)績同樣零人矚目。但自動售貨機在我國的起步比較晚，直至1993年才在廣東、上海開始出現(xiàn)，機器分別從日

9、本、韓國進口?，F(xiàn)在，自動售貨機的在我國的發(fā)展已達1000多臺，主要分布在北京、上海、廣州及沿海商品經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)。由于自動售貨機的便捷靈活和晝夜服務，受到當?shù)厝嗣竦臍g迎。但起初的自動售貨機，在國內(nèi)的發(fā)展有一定的局限性，因為國內(nèi)大部分人群都使用紙幣，而當時的自動售貨機只能識別金屬硬幣，而不能辨別紙幣的真?zhèn)?，特別是小額度的紙幣。鑒于自動售貨機的發(fā)展前景，很多專家開始攻克這一難題，最終實現(xiàn)了自動售貨機只能識別金屬硬幣的缺陷，同時也在國內(nèi)得到了很好的發(fā)展。目前的自動售貨機功能更加強大，售貨過程也各有不同?，F(xiàn)今自動售貨機集聲、光、機電為一體，能更高效、快捷、準確、安全的為消費者服務。自動售貨機的新奇

10、、文明、高檔、晝夜服務、占地小、靈活方便越來越受到各地區(qū)市民的喜愛，對于中國這個人口大國，這一種無需店鋪和人員看管的銷售模式，無非是一個創(chuàng)造高利潤最直接的通道。本文就詳細地介紹一種用三菱FX2N系列的PLC和組態(tài)王6.55實現(xiàn)的自動售貨機控制系統(tǒng)的軟件設計和仿真界面的設計1-2。1.1 課題的研究目的和意義對于當前這樣一個快速發(fā)展與進步的社會，人們追求的不再是陳舊老套的銷售模式，而對新事物的產(chǎn)生與發(fā)展反而更具有好奇心與接受能力，在這種情況下，人們習慣了能更加快捷的去購買到自己需要的商品，同時也在享受那樣一個購物的方式。就在人們需求的改變和科技不斷更新發(fā)展的情況下，誕生出了一種新的科技產(chǎn)物，來滿

11、足人們對購物的一種體驗，這就是自動售貨機從誕生到至今都一直很受到消費者歡迎的重要原因。它給人們提供了一種快捷，方便且24小時無間斷的營業(yè)方式，適應各類人群對商品的購買需求。它的小巧、方便既能作為城市的一道風景裝飾又能為消費者人群解決對商品的需求。久而久之，這樣一個銷售方式得到人們的認同，在許多熱鬧的街道，辦公樓下，甚至住宅小區(qū)都可隨處可見。1.2 自動售貨機控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀在中國，自動售貨機具有廣泛的發(fā)展前途。隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展、行業(yè)運作的變革和入世的到來，自動售貨機在中國的普及和應用是必然趨勢。縱觀近年來國內(nèi)自動售貨機市場，從92年開始從日、韓等國引進舊機器擺放國內(nèi)市場以來，到自行研制和生

12、產(chǎn)國產(chǎn)化自動售貨機，各廠家、商家蹣跚起步、艱難守業(yè)，已為國內(nèi)零售業(yè)撐起一片蔚藍的晴空。由于我國目前的經(jīng)濟與美國、日本和歐洲發(fā)達國家相比還有很大距離，我國現(xiàn)有城市人口約4億多人，如果按平均500人擁有一臺自動售貨機的話，那么，中國的自動售貨機潛在市場需要量就要80萬臺。據(jù)有關(guān)資料介紹，在天津，一臺自動售貨機每天銷售額平均為200元，在大連平均為280元。如以每臺自動售貨機每天銷售額為200元計，全年通過自動售貨機的銷售額就可達到600億元。自動售貨機的高（高技術(shù)）、新（新銷售方式）、大（市場潛力巨大）、真（商品貨真價實）等優(yōu)點，決定了其具有廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)有關(guān)專家測算，在中國，自動售貨機的市

13、場容量最保守的估計也可達47萬臺之巨。所以自動售貨機，在中國會越來越受到廣大消費者的熱捧，在這么如此巨大的一個數(shù)字面前，我們?nèi)绻哟髮ψ詣邮圬洐C的研究，并通過自己的技術(shù)，制造和維護自動售貨機，這將是一項很可觀的利潤獲取。也能體現(xiàn)我國的經(jīng)濟能力和快速發(fā)展的科學技術(shù)3。1.3 論文的結(jié)構(gòu)本文主要分章節(jié)對自動售貨機進行介紹及設計，第1章主要介紹了自動售貨機的研究現(xiàn)狀及研究意義；第2章則是對自動售貨機的方案選擇的及所選方案的論證；第3章就是控制系統(tǒng)的硬件設計及選擇，通過分小節(jié)介紹硬件的構(gòu)成、選擇、上位機的選擇與設計以及對PLC的選型；第4章是說明下位控制系統(tǒng)的的實現(xiàn)，其中包括I/O地址的分配、PLC控

14、制程序的設計、PLC控制程序的仿真調(diào)試；最后一章，也就是第五章的自動售貨機上位監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，在組態(tài)王6.55上設計仿真界面，將上下位系統(tǒng)聯(lián)機調(diào)試，實現(xiàn)預期設計所能達到的實驗目的。第2章 自動售貨機的控制方案論證及選擇2.1自動售貨機簡介圖2.1 自動售貨機的售貨流程本設計采用三菱PLC編程軟件編寫了自動售貨機的售貨過程的控制程序，實現(xiàn)邏輯的運算及選擇可行性，不涉及自動售貨機硬件的選型和連接。然后再通過與組態(tài)王6.55進行上下位聯(lián)機仿真，實現(xiàn)整個仿真過程中模擬交易的動態(tài)顯示。自動售貨機的售貨過程如圖2.1所示。1.啟動和停止的程序編寫是通過主控指令（MC/MCR）來實現(xiàn)啟/?？刂频?；2.

15、通過選擇錢幣的按鈕，通過加法運算上升沿有效指令(ADDP)來實現(xiàn)錢幣累加；3.錢幣存放在寄存器D2中，通過比較指令（CMP）進行投幣數(shù)與商品價格的對比；4.在比較過程中，符合購買要求后則可以選擇購買對應的商品，而通過減法指令上升沿有效（SUBP），系統(tǒng)會自動減去所購買商品的價格，然后回到3步驟重新比較，或者選擇退幣；5.系統(tǒng)中設計了復位按鈕，通過指令（ZRST）對數(shù)據(jù)進行清零；6.系統(tǒng)實現(xiàn)了60秒無任何操作自動退幣的功能。 2.2自動售貨機的控制要求本次設計是主要應用三菱FX2N型PLC來編寫控制程序的，并根據(jù)設計內(nèi)容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù)PLC與組態(tài)王6.55的相關(guān)知識設計

16、自動售貨機的仿真界面，其中通過PLC將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇M態(tài)王上，在組態(tài)界面上完成模擬的購物過程。對于本次設計而言，設計出準確無誤的梯形圖是最主要的，所以我們在設計完梯形圖之后，要在三菱FX-2N型PLC上進行仿真，有錯則要修改，在確保程序無誤的情況下，才能下載到PLC內(nèi)與組態(tài)聯(lián)機調(diào)試。本設計自動售貨機所要滿足的要求如下：（1）自動售貨機能出售2元、3.5元、6.5元、12元的4種商品；  （2）顧客可投入的面值最大不超過20元的紙幣；（3）投幣結(jié)束后，系統(tǒng)自動將錢幣數(shù)據(jù)與可以購買的價格進行比較，比較后大于或等于其中任意商品價值后，可以選擇購買或退幣，當比較后小于其中最低商品價值時

17、，可以選擇繼續(xù)投幣或者退幣；（4）當顧客購買商品后，售貨機自動結(jié)算所剩余額（送出的貨物用相應的圖片來顯示模擬），這時可以選擇繼續(xù)購買或者按退幣按鈕選擇退幣； （5）顧客一次只能購買一種商品的一個，若需要更多商品，需要重復操作；（6）當顧客投入金額大于等于最低價商品，小于等于最高價商品時，其指示燈對應亮起，可以選擇指示燈對應按鈕，購買該價值區(qū)間內(nèi)的任意一件商品。 2.3 自動售貨機的控制方案論證及選擇 自動售貨機的設計中，必須考慮到自動售貨機開發(fā)成本、可靠性、可維護性、執(zhí)行速率及程序的易修改性方面進行售貨機的最終方案的選擇。而從控制方式來說，可采用繼電器控制、單片機控制和可編程控制器控

18、制對售貨機實現(xiàn)自動控制，而以下就是對各方案的優(yōu)缺點比較，并最終確定所選方案。 控制方案論證及比較1.基于繼電器的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、定時器、接觸器及其觸點按照一定邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制相關(guān)機械工作。在控制系統(tǒng)過程中，繼電器只能作為一個執(zhí)行機構(gòu)，是一個控制器件。圖2.2 繼電器分布接線圖由圖2.2所示，繼電器控制，所需要復雜的接線和數(shù)量相當龐大的繼電器。相對于繼電器控制系統(tǒng)而言，雖然對外界的抗干擾能力比較強，但是在設計中使用的機械觸點比較多，從而連線較為復雜，并且這些機械觸點在開關(guān)閉合或斷開時，會產(chǎn)生電弧，電弧對元件損害很大，會嚴重影響元器件

19、的使用壽命，從而降低了系統(tǒng)的可靠性；并且它的控制方式是并行控制，吸合和不吸合都要受到某種限制才能完成，再加上每個繼電器只有4-8個觸點，在完成售貨機設計的過程中，我使用的輸入/輸出點較多，從而也需要用到許多的觸點，如果選擇繼電器控制，則需要大量的繼電器，就會加大實際投入，反而降低了設計中性價比較高的要求。總體而言，繼電器控制不適合運用到多觸點的設計中，連接線路也很復雜，增加了施工的難度而且施工完成，卻很難再做修整，針對這些可以說明其穩(wěn)定性、可靠性及程序執(zhí)行速率都遠遠不足。不能滿足售貨機設計中所要滿足性能要求。 2.基于單片機的控制單片機控制系統(tǒng)是基于芯片級的系統(tǒng)，設計開發(fā)一個單片機系統(tǒng)，需要先

20、設計硬件系統(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，進行硬件調(diào)試，進行抗干擾設計和測試的大量工作；需要使用專門的開發(fā)裝置和低級編程語言編制控制程序，進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。單片機控制自動售貨機的基本實現(xiàn)連接，如圖2.3所示。圖2.3 單片機控制系統(tǒng)基于單片機控制，雖然它本身價格不貴，但需要購入單片機開發(fā)裝置（如仿真器、燒錄器、電源）和模擬制板等等，都需要不少的費用，再加上開發(fā)過程中所投入的人力物力，其開發(fā)成本會相當大，而且單片機的控制抗干擾能力較差；對于每塊單片機而言，所持有的I/O總數(shù)也嚴重性不足，在自動售貨機的設計中，同樣需要大規(guī)模的擴展，這樣也是系統(tǒng)電路更加的復雜，從

21、而降低了系統(tǒng)的可靠性；從開發(fā)周期上講，單片機控制從電路設計、模擬制板、編程、仿真、調(diào)試等都要經(jīng)歷非常長的周期，在設計的過程中需要花費很長的時間在硬件設計和編程調(diào)試上，對于自動售貨機設計而言，應該把大量時間花在工藝過程的分析上，但單片機控制卻對最為重要的工藝過程沒有太多的時間考慮，且單片機控制對程序修改或者維修都相對復雜，因為它的開發(fā)基本上是專用的特殊設備，在市場很難找到替代的配件。從整體設計可行而言，單片機控制雖然控制速度達到了要求，但是其可靠性，抗干擾能力相對較差，而且設計所需費用較高，修改和維護起來都比較復雜。3.可編程控制器控制它的控制思想是采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運算、

22、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。相對可編程控制器控制，有硬件的可靠性高、接線簡單、通用性好、可連接為控制網(wǎng)絡系統(tǒng)、編程簡單、使用方便、易于安裝和便于維護等諸多優(yōu)勢，基本滿足了售貨機設計過程中所需要達到的要求4-5。 方案選擇根據(jù)PLC與繼電器控制和單片機控制的比較可知，PLC在性能上比繼電器控制和單片機控制邏輯都有一定的優(yōu)勢，特別是可靠性高、通用性強、設計施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護方便等優(yōu)點，我們決定選擇PLC作為控制核心來設計自動售貨機的工作運行程序。2.4 本章小結(jié)本章主要對自動售貨機的工

23、藝進行了簡單的介紹，了解其能實現(xiàn)的各個功能，并對自動售貨機的設計做出了方案的論證，最終通過對比論證，選擇了可編程控制作為自動售貨機的程序設計；簡單的闡述了所設計的自動售貨機所要實現(xiàn)的基本控制要求。第3章 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及選型3.1 自動售貨機控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 其系統(tǒng)硬件組成如圖3.1所示。圖3.1 硬件電路組成框圖當售貨機有錢投入時，會經(jīng)過紙幣識別器，通過識別，確定是真幣和面值大小的情況下，會將該信號傳輸給PLC，PLC就會做出相應的控制，確定輸入信號是觸動PLC控制程序內(nèi)的哪個投幣按鈕閉合，表示投入了相應的錢幣并在顯示屏上顯示出所投金額。當所投錢幣滿足購物要求時，對應購物提示燈會亮起，

24、這時可選擇對應按鈕購物或者選擇退幣。3.2 PLC的選型現(xiàn)在世界上PLC的生產(chǎn)廠家有200多家，提供 400 多個品種的PLC供用戶 選擇，目前我國市場上主要的 PLC 產(chǎn)品有：西門子公司的 S7-400/300/200 系列， 施奈德公司的 momentum 等，還有就是日本的歐姆龍、三菱、松下等公司的產(chǎn)品。西門子公司生產(chǎn)的 PLC 可靠性高，特別適用于大的工業(yè)控制系統(tǒng)，造價比較高，對于小型的自動售貨機的控制系統(tǒng)來說成本過高。相反，目前我國市場上主流的小型的三菱 PLC 就比較合適，三菱公司生產(chǎn)的小型 PLC 的代表為 FX2N 系列的 PLC，它具有豐富的內(nèi)部資源：程序存儲器具有 16K

25、步的最大存儲容量，128 種應用指令，還具有 184 點 8 進制編號的輸入點數(shù)，184 點 8 進制編號的輸出點數(shù)，普通型，掉電保持性和賦予特殊用途型三種內(nèi)部繼電器，以及狀態(tài)寄存器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、常數(shù)與指針等功能與資源?？煽啃愿咴靸r低，對于自動售貨機的控制中心就特別的合適。因此，本次設計采用的PLC為三菱公司生產(chǎn)的 FX2N 系列可編程控制器。1. 輸入/輸出點數(shù)在本次設計中，總共選用了13個輸入點，10個輸出點，具體如表3.1和表3.2所示。表3.1 系統(tǒng)輸入點數(shù)輸入點名稱輸入點數(shù)總點數(shù)啟動1輸入總點數(shù)：13停止1投幣選擇5選擇商品4復位1退幣1表3.2 系統(tǒng)輸出點數(shù)輸出點名

26、稱輸出點數(shù)總點數(shù)商品可選擇4輸出總點數(shù)：10售出商品4錢幣不足提示1退幣提示1從輸入/輸出點數(shù)上看，我們選擇FX2N-32MR系列的PLC所帶的輸入/輸出點數(shù)各有16個，滿足有5%10%的輸入/輸出點裕量。 2.電源的要求一般三菱PLC的所需的供電電源一般都是220VAC電源，與我國國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致，不需要對其做電源修改的工作，在我國的諸多地區(qū)可以得到廣泛的使用。所以采用三菱FX2N的PLC作為自動售貨機的控制系統(tǒng)，能滿足我國電源220VAC的要求。3.經(jīng)濟性的考慮選擇自動售貨機的控制系統(tǒng)，必須考慮性價比，如果選擇一些比較高端的控制設備，不但使自動售貨機的生產(chǎn)價格提高，而且維護成本也會隨之增加

27、，因為越高端的控制設備，其零件售價也是相當昂貴的。對于自動售貨機而言，控制器所需要完成的控制不是很復雜，而三菱的控制器也有128種應用指令，完全滿足自動售貨機設計中所需要的指令要求。4.處理速度 在自動售貨機中，其要求對控制的處理速度有一定的要求，畢竟自動售貨機是能給人們提供快捷的購物方式，才得到人們的親睞。而三菱PLC采用的是循環(huán)掃描的工作方式，從實時性看，它的處理速度比較快，而且隨著科技的不斷發(fā)展，PLC的處理和運行速度越來越快。 5.儲存空間 三菱PLC的程序存儲器最大存儲容量有16K步，而我設計的自動售貨機程序總的只有208步，遠遠大于我所用到的步數(shù)，而且如果要修改程序，也足夠操作員的

28、使用。綜上幾點說明，選擇三菱FX2N的PLC，作為自動售貨機的主控器設備，完全可以實現(xiàn)自動售貨機的控制功能，也提高了自動售貨機性價比。3.3 工控機的選型上位機即工業(yè)控制計算機簡稱工控機，工程機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場設計的計算機。而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁力干擾等特點，而一般工廠均是連續(xù)作業(yè)，一年中一般沒有休息時間。因此，工控機與普通計算機相比有以下特點：（1）機箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。（2）機箱內(nèi)有專用底板，底板上有IPC和ISA插槽。（3）機箱內(nèi)有專門電源，電源有較強的抗干擾能力。（4）要求具有長時間工作能力。對于工控機作為自動售貨

29、機控制系統(tǒng)，能很好的提高自動售貨機的持續(xù)工作和適應各種復雜的環(huán)境，自動售貨機的穩(wěn)定性得到很好的提高，也就能為顧客提供更安全可靠的服務。而且研華生產(chǎn)的原裝機IPC-610H除了有以上的幾種特性之外，還是4U上架式機箱，支持LED指示和聲音警報通知，能在售貨過程中出現(xiàn)問題時，及時發(fā)出警報，告知工作人員，及時處理。其IPC-610H原裝機如圖3.2所示。圖3.2 IPC-610H原裝機3.4 本章小結(jié)本章首先是對自動售貨機所需要的硬件及各組成部分做了簡單的介紹；其次是對設計過程中所使用到的輸入/輸出點數(shù)、性價比、存儲量等方面對PLC的選型做了對比說明，實現(xiàn)相同功能的同時，選擇三菱FX2N的PLC，既

30、能提高售貨機的性價比，也同時能支持自動售貨機的各項服務，況且三菱PLC系列中的FX2N具有豐富的內(nèi)部資源，且能擴展無窮多個點，方便工程人員維護。 第4章 自動售貨機PLC控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)4.1 PLC的基本工作原理在對用PLC進行程序設計前，我們先來了解一下PLC的基本工作原理。PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。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，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。 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)

31、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，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結(jié)果存入對應的內(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)動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。 4.2 PLC I/O地址的分配設計一個PLC程序，首先就是要對輸入/輸出單元進行地址分配，而所謂的輸入/輸出單元通常也稱之為I/O單元，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)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

32、被控制對象進行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給本控制對象，已實現(xiàn)控制目的。本設計的PLC I/O分配表如表4.1所示。表4.1 I/O地址分配表序號定義點符號功能1X000SB1啟動按鈕2X001SB2停止按鈕續(xù)表4.1序號定義點符號功能3X002SB3投幣5角按鈕4X003SB4投幣1元按鈕5X004SB5投幣5元按鈕6X005SB6投幣10元按鈕7X006SB7投幣20元按鈕8X007SB8復位按鈕9X011SB9選擇礦泉水按鈕10X012SB10選擇汽水按鈕11X013SB11選擇果汁按鈕12X014SB12選擇咖啡按鈕13X015SB13退幣選擇按鈕14Y000XB1

33、礦泉水選擇燈15Y001XB2汽水選擇燈16Y002XB3果汁選擇燈17Y003XB4咖啡選擇燈18Y004YH1 售出礦泉水19Y005YH2售出汽水20Y006YH3售出果汁21Y007YH4售出咖啡22Y010 XB6出幣提示燈23Y011XB7錢幣不足顯示燈4.3自動售貨機PLC控制程序的設計本設計自動售貨機主要銷售四種不同的飲料，有2元礦泉水，3.5元汽水，6.5元果汁，12元咖啡。只有當顧客投入的錢幣大于或等于最下商品的價格時，對應的指示燈才會亮起，才能購買對應的商品。投幣完成后，也可以不購買，直接選擇退幣或無操作等待60秒可自動退幣。4.3.1整體程序設計 整個自動售貨機程序分為

34、幾個小的模塊，有啟動停止的設計、有投幣累加的設計、有比較幣值的設計、有選擇及飲料供應的設計、有退幣及復位的設計；本設計基本上實現(xiàn)了售貨機在售貨過程中的自動控制要求 6-8。如程序流程圖4.1所示。圖4.1 程序設計流程圖本設計的程序如圖4.2所示。 接上圖圖4.2 自動售貨機控制程序 投幣累加部分在顧客購買商品時，首先要投入對應的錢幣，才能購買相應的商品，這就需要有對顧客所投錢幣進行疊加計算的系統(tǒng)程序。由于本次設計，不涉及對硬件的設計，所以顧客所投錢幣用按鈕來簡易實現(xiàn)，不包含對假幣的識別。其對錢幣累加的控制梯形圖如圖4.3所示。 圖4.3 錢幣累加控制梯形圖由圖4.3所示我是把投進的不同貨幣，

35、進行不同的記錄，并把總數(shù)目都寄存到寄存器D2中。為了避免小數(shù)點的影響，我是把貨幣的數(shù)據(jù)化成整數(shù)進行處理的，這樣可以減少自己在編程時會出現(xiàn)的差錯。X002X006為設置為開關(guān)按鈕輸入，而加法指令我用ADDP保證了X002X006每給一個高電平累加一次，保證了輸入有效性。一方面避免了掃描漏了有投幣的有效反應；另一方面也可以避免了給一次高電平就重復記數(shù)的不良影響。4.3.3 比較幣值部分 投幣完成后，系統(tǒng)會自動將D2內(nèi)的幣值和四種飲料的價格進行比較，當所投幣不足最低商品的價格時，錢幣不足的提示燈一直會亮著，直到所投錢幣大于等于最低商品的價格，它才會熄滅；當2元投幣<3.5元時，礦泉水選擇燈亮起

36、，此時可以選擇繼續(xù)投幣或者選擇礦泉水，還可以直接選擇退幣；當3.5元投幣<6.5元時，汽水和礦泉選擇燈都亮起，此時可以選擇繼續(xù)投幣或者選擇汽水、礦泉水，還可以直接選擇退幣；當6.5元投幣<12元時，果汁、汽水和礦泉水選擇燈都亮起，此時可以選擇繼續(xù)投幣或者選擇果汁、汽水、礦泉，還可以直接選擇退幣；當投幣12元時，咖啡、果汁、汽水和礦泉水選擇都燈亮起，此時可以選擇繼續(xù)投幣或者選擇咖啡、果汁、汽水、礦泉，也可以直接選擇退幣9-10；其比較幣值部分的梯形圖如圖4.4所示。 圖4.4 比較幣值梯形圖在梯形圖4.4中，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時比較，用了一個特殊內(nèi)部繼電器M8000,在程序執(zhí)行過程中，

37、M8000始終保持閉合，F(xiàn)NC10 CMP是16位數(shù)據(jù)比較指令，用它來比較余額和商品的價格。當余額小心最低商品的價格時，M3得點使錢幣不足指示燈Y011長亮；當余額大于等于某種商品價格時，程序使相應的指示燈亮起來表示可以購買該種商品。為了優(yōu)化程序，我都設計了比較的價格是比商品的價格少1角的。因為余額都是五的倍數(shù)，少一就可以達到等于或大于商品價格的目的了，還可以用上中間繼電器來輔助顯示可選商品的燈亮起來。4.3.4 選擇及飲料供應部分比較完成后，對應指示燈亮起的飲料都可以選擇，假如四種飲料的指示燈都亮起，則可以選擇四種飲料的其中一個按鈕按下，則可完成購買對應飲料，但一次只能選擇一種商品，一次也只

38、能購買一樣；在組態(tài)畫面上會出現(xiàn)一個隱含的擋片和飲料圖片，滿足條件，則會對應顯現(xiàn)，實現(xiàn)一個動態(tài)的購買效果。購買完成后，系統(tǒng)會將所投錢幣減去所購買商品的價格，然后再進行比較，回到比較幣值部分。其選擇購買飲料的梯形圖如圖4.5所示。 圖4.5 選擇購買商品 在梯形圖4.5中，一是要使商品出現(xiàn)在出貨框中，二是要實現(xiàn)內(nèi)部貨幣的運算。以第二步為例，按下選擇汽水相應鍵，X012施加一個脈沖的信號（只能接受一次的脈沖信號），X011，X013，X014的常閉可以保證了汽水的選購時，就不能同時執(zhí)行其他商品的選購運作。當X012接收到一個脈沖信號時，在這個工作周期內(nèi)，系統(tǒng)就會只對汽水進行出貨的操作，同時也會對余額

39、進行扣除汽水價格的處理。這樣就完成了一次購買的執(zhí)行，系統(tǒng)又跑回了比較的過程中去了。 退幣及復位部分本設計可以在投幣后直接選擇退幣，也可以在購買商品后有余額再選擇退幣。上面已經(jīng)提到系統(tǒng)會將顧客所投錢幣累加存放在D2中，然后通過繼電器M8000接通電源，再通過一個比較指令進行對比，由于所投錢幣都是5的倍數(shù)，所以為了顯現(xiàn)所投錢幣大于等于5角，選擇讓D2中存放的錢幣與4進行比較，當比較結(jié)果為D2大于等于5時，會是M13接通，在無選擇購買商品的情況下，退幣指示燈會長亮，提示可以選擇退幣。這時按下退幣按鈕X015，系統(tǒng)就會開始計算然后退幣，為了顧客的方便，我還在其中設置了60秒無任何操作，自動退幣的功能。

40、在設計中，復位按鈕只針對于管理員，是為了將寄存器中的數(shù)據(jù)做清理而設置的。具體程序如梯形圖4.6所示。圖4.6 退幣及復位選擇4.4 自動售貨機PLC控制程序的仿真調(diào)試在設計自動售貨機程序的過程中，難免會投遺漏或者錯誤產(chǎn)生，所以在設計完程序后，我們需要在仿真PLC上進行程序的仿真，查看是否能達到預期的效果11-12。而對所設計的程序進行仿真可按如下步驟進行。圖4.7 仿真步驟（1）如仿真步驟（1）圖所示，首先我們要打開自己所設計的梯形圖，然后在“工具欄”菜單下選擇“梯形圖邏輯測試啟動”單擊即可進入仿真。圖4.8 仿真步驟（2）如仿真步驟（2）圖所示，單擊“梯形圖邏輯測試啟動”后，程序開始進入寫入

41、狀態(tài)，這時要耐心等待PLC寫入，如果中途停止就等于退出了仿真。圖4.9 仿真步驟（3）如仿真步驟（3）圖所示，PLC寫入完畢后，選擇“在線”“調(diào)試” 軟元件測試；把要求按下的按鈕改成強制“ON”,需要關(guān)閉就選擇強制“OFF”。如此操作可以更改軟元件的高低電平，達到在線測試的效果。圖4.10 仿真步驟（4）如仿真步驟（4）圖所示，選擇X000后，點擊強制“ON”就可以給程序通電。只有程序接通了電源，才能開始投幣，選擇商品之類的操作。按照此方式可以選擇投幣按鈕，進行不斷投幣，所投錢幣會通過加法指令，累加存放在寄存器D2中，方便下一環(huán)節(jié)的幣值比較。測試時可以查找自己程序設計時的錯誤和不足，當測試完畢

42、后，再選擇工具欄中的梯形圖邏輯測試啟動，就可以結(jié)束仿真。圖4.11 仿真步驟（5）如仿真步驟（5）圖所示，程序已經(jīng)退出了仿真模式。圖4.12 仿真步驟（6）如仿真步驟（6）圖所示，仿真結(jié)束之后，程序默認為讀出模式，需要在編輯欄中選擇寫入模式后，才能對程序的不足進行修改。圖4.13 仿真步驟（7）如仿真步驟（7）圖所示，修改完程序后，需要在變換菜單欄下選擇“變換編輯中的全部程序”，然后單擊，之后才能保存之前的修改。在程序的仿真調(diào)試中，不免會有許多的不足，我們需要細心的查找，便進一步優(yōu)化自己的程序，這同時也需要自己對三菱PLC有一定的編程基礎。我在仿真調(diào)試中也遇到了許多的問題，程序不會按要求運行，

43、就不得不反復查找、修改；這里就以我在錢幣累加部分出現(xiàn)過錯誤為例，說明仿真調(diào)試的重要性和作用。我起初編寫的程序是：但發(fā)現(xiàn)給一個高電平信號，累加器重復累加好幾次，存到D2中。經(jīng)過獨立思考與修改，是自己指令使用不當，在給一個高電平，只讓加法器動作一次，必須給一個上升沿動作，所以修改后就得到下面的指令：仿真調(diào)試能幫助我查找程序的錯誤，也便于我們及時的修改，避免我們在聯(lián)機仿真的過程中出現(xiàn)錯誤，卻難以修改。4.5 本章小結(jié) 本章簡單的介紹了PLC的工作原理，首先是對所設計的梯形圖進行了I/O地址的分配，其次就是針對所設計的梯形圖進行了各功能的分析，最后對所設計的梯形圖做了仿真調(diào)試的介紹，并對設計過程中遇到

44、的一個錯誤做了舉例，說明仿真在程序設計的過程中起到很大的作用。第5章 自動售貨機上位監(jiān)控系統(tǒng)的設計及聯(lián)機調(diào)試5.1 上位監(jiān)控組態(tài)畫面制作自動售貨機的監(jiān)控畫面是為了更逼真的對所設計的程序進行仿真，利用組態(tài)王和三菱聯(lián)機調(diào)試簡單的優(yōu)點，在組態(tài)王上制作一個畫面，然后對組態(tài)畫面進行定義，為了能在與PLC聯(lián)機調(diào)試的情況下實現(xiàn)動態(tài)的效果。也不用看復雜的PLC梯形圖，在組態(tài)監(jiān)控畫面上仿真模擬，如果能按要求實現(xiàn)動態(tài)效果，就說明梯形圖設計無誤，如此而來，通過上下位連接實現(xiàn)仿真。最終確定系統(tǒng)的可行性和準確性。5.1.1 組態(tài)王軟件介紹 組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融過程控制設計、現(xiàn)場操作以及工廠資源管理于

45、一體，將一個企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應用以及信息交流匯集在一起，實現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系統(tǒng)，用戶可以在企業(yè)網(wǎng)絡的所有層次的各個位置上都可以及時獲得系統(tǒng)的實時信息。采用組態(tài)王軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強用戶生產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設備的生產(chǎn)運營管理和故障診斷，到網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管 理系統(tǒng)的開發(fā)13。 1.組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。 （1）工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、 添

46、加、備份、恢復以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導入和導出等功能。 （2）工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設備及相關(guān)變量、動畫鏈接、命令語言以及設定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 （3）運行系統(tǒng)：工程運行界面，從采集設備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設備的交互操作。 2.組態(tài)王與I/O 設備 組態(tài)王軟件作為一個開放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國內(nèi)外常見的 PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等（如：西門子 PLC、莫迪康 PLC、歐姆龍 PLC、三菱 PLC、研華模塊等等）通過常規(guī)通訊接口（如串口方式、USB 接口方式、以

47、太網(wǎng)、總線、GPRS 等）進行數(shù)據(jù)通訊。組態(tài)王軟件與I/O 設備進行通訊一般是通過調(diào)用*.dll 動態(tài)庫來實現(xiàn)的，不同的設備、協(xié)議對應不同的動態(tài)庫。工程開發(fā)人員無須關(guān)心復雜的動態(tài)庫代碼及設備通訊協(xié)議，只須使用組態(tài)王提供的設備定義向?qū)?，即可定義工程中使用的I/O 設備，并通過變量的定義實現(xiàn)與I/O設備的關(guān)聯(lián)，既簡單又方便。本論文選用組態(tài)王6.55軟件設計簡易售貨機組態(tài)畫面。5.1.2 自動售貨機靜態(tài)畫面的設計 新建工程，工程名稱為“畢業(yè)設計”。新建畫面，畫面名稱“自動售貨機監(jiān)控畫面”。 自動售貨機主畫面如圖5.1所示，售貨機表面由按鈕、指示燈、文字、多邊形圖形、點位圖等組成。畫面是經(jīng)過各種圖形的

48、堆疊，組合而成，具體如下圖5.25.5所示。圖5.1 自動售貨機主畫面 圖5.2 投幣口的拆分與組合圖5.3 出貨口的拆分與組合 圖5.4 退閉口的拆分與組合 圖5.5 飲料擺放窗口的組合與拆分在畫面中，選擇對象后，單擊右鍵，在彈出的選項中選擇“圖素位置圖素前移（圖素后移）”，可以設置各單元圖的層次。利用工具箱中的“顯示畫刷類型過渡色類型”可以設置不同的視覺效果。利用工具箱中的調(diào)色板，可設置單元圖顏色（部分不可調(diào)色除外）。在工具菜單下，單擊“點位圖”選項，然后在畫面空白地方隨意畫出一小方塊區(qū)域，右鍵單擊這小方塊，在彈出選項中選擇“從文件中加載”，然后就可以從電腦中插入你想要的圖片。售貨機畫面中

49、的咖啡、果汁、汽水、礦泉水圖標等都是用這種方式插入的圖片。5.2 定義I/O設備程序在實際運行中是通過 I/O 設備和下位機交換數(shù)據(jù)的，當程序在調(diào)試時， 可以使用仿真 I/O 設備模擬下位機向畫面程序提供數(shù)據(jù)，為畫面程序的調(diào)試提方便。組態(tài)王提供一個仿真 PLC 設備，用來模擬實際設備向程序提供數(shù)據(jù)，供用戶調(diào)試。本論文選用仿真PLC（串口類設備）作為組態(tài)畫面連接I/O設備。本設計所定義的數(shù)據(jù)詞典如圖5.6所示：圖5.6 數(shù)據(jù)詞典5.3 自動售貨機主畫面動態(tài)設計1.指示燈：分別雙擊礦泉水、汽水、果汁、咖啡選擇燈和錢幣不足提示燈、退幣顯示燈，在彈出的“指示燈向?qū)А睂υ捒蛑校?“變量名（離散量）：”欄

50、分別輸入“本站點礦泉水選擇燈”、“ 本站點汽水選擇燈”、本站點果汁選擇燈、“本站點咖啡選擇燈”、“本站點錢幣不足”、“本站點出幣提示燈”。2. 錢幣：分別雙擊五個錢幣按鈕，在彈出的“動畫連接”對話框鉤選“按下時”選項，在彈出的“命令語言”框中分別輸入命令語言：5角： 本站點投幣5角=1;1元： 本站點投幣1元=1;5元： 本站點投幣5元=1;10元： 本站點投幣10元=1;20元： 本站點投幣20元=1;3. 顯示：雙擊“￥”右邊的“#”， 在彈出的“動畫連接”對話框鉤選“模擬值輸出”選項，在彈出的“模擬值輸出連接”的“表達式”欄中輸入：本站點實時錢數(shù)14. 按鈕：分別雙擊礦泉水、汽水、果汁、

51、咖啡、退幣、復位、啟動、停止八個按鈕，在彈出的“動畫連接”對話框鉤選“按下時”選項，在彈出的“命令語言”框中分別輸入命令語言：礦泉水：本站點選擇礦泉水=1;汽水：本站點選擇汽水=1;果汁：本站點選擇果汁=1;咖啡：本站點選擇咖啡=1;退幣：本站點退幣選擇=1;復位：本站點復位=1;啟動：本站點啟動=1;停止：本站點停止按鈕=1;5. 投幣口：分別雙擊三個長方圖形（在分解圖中標有5角、1元、5元、10元、20元的五個長方圖形），在彈出的“動畫連接”對話框鉤選 “隱含”選項，在彈出的“隱含連接”對話框設置分別為：5角：條件表達式：本站點投幣5角=1表達式為真時：顯示1元：條件表達式：本站點投幣1元

52、=1表達式為真時：顯示5元：條件表達式：本站點投幣5元=1表達式為真時：顯示10元：條件表達式：本站點投幣10元=1表達式為真時：顯示20元：條件表達式：本站點投幣20元=1表達式為真時：顯示6.售貨口：在售貨口放置礦泉水、汽水、果汁、咖啡4張圖片，分別雙擊這4張圖片，在彈出的“動畫連接”對話框鉤選“隱含”選項，在彈出的“隱含連接”對話框設置分別為：礦泉水：條件表達式：本站點礦泉水出貨=1表達式為真時：顯示汽水：條件表達式：本站點汽水出貨=1表達式為真時：顯示果汁：條件表達式：本站點果汁出貨=1表達式為真時：顯示咖啡：條件表達式：本站點咖啡出貨=1表達式為真時：顯示7. 擋片1、擋片2、擋片3、擋片4是分別用來遮擋一瓶礦泉水、汽水、果汁、咖啡的，分別雙擊這4個擋片，在彈出的“動畫連接”對話框鉤選“隱含”選項，在彈出的“隱含連接”對話框設置分別為：擋片1：條件表達式：本站點定時10秒=1表達式為真時：顯示擋片2