PLC自動售貨機系統(tǒng)設(shè)計方案

I封 面II作者：PanHongliang僅供個人學(xué)習(xí)基于PLC的自動售貨機系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師：劉桂林2008級電氣自動化專業(yè) 學(xué)號200812713姓名袁微摘要本論文基于西門子 S7-200系列PLC進行自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計，闡述了自動售貨機系統(tǒng)設(shè)計的基本原理及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個程序塊，分別對程序塊進行編程。在 PLC梯形圖的編寫時，文中采用的是西門子 PLC梯形圖專用編譯軟件 STEP7來進行編寫，并完成了 PLC外部接線圖。利用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(guān)鍵詞 ：PLC；自動售貨機；控制系統(tǒng)1、格式存在錯誤，如段前段后間距、字體大小等等2、整個文章太簡單，基本上沒什么內(nèi)容，可以適當填充3、總結(jié)有錯4、參考文獻有錯TheSystemDesignforAutomaticVendingMachineBasedonPLCTutor:GuilinliuAbstractProfessionalElectricalautomation2008No.200812713 Name：weiyuanThedesignofthispaperisbasedonSiemensS7-200seriesautomaticvendingmachinePLCcontrolsystem,explainsthevendingsystemdesignprincipleandworkflow,andthentoacourseofdealing,forexample,thetransactionprocessisdividedintoseveralblocksonblocks,respectively.InthepreparationofthePLCII/20IIIladderdiagram,thetextisaSiemensPLCladderdiagramprivatecompilesoftwaretowritetheSTEP7,andcompletedaPLCexternalwiringdiagram.UseofPLCcontrolvendingmachineimprovesthestabilityofthesystem,ensurethelong-termstabilityofthevendingmachinetorun.Keywords：PLC；vendingsystem；（格式有錯）目錄第1章引言................................................................31.1.......................................................31.2.......................................3第2章可編程控制器PLC.................................................42.1PLC.............................................................42.2PLC6第3章自動售貨機PLC程序設(shè)計........................................83.1.........................................83.2I/O...................................................93.3................................................103.4..............................................113.513.........14致謝........................................................................15參考文獻...................................................................16附錄........................................................................17III/2011/20IIII/20IIII/203第1章引言1.1自動售貨機的發(fā)展自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它的出現(xiàn)是勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求新的流通渠道，相對于超市、百貨購物中心等流通渠道而言，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(yīng)運而生了。自動售貨機的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機逐漸被越來越多的消費者所接受。采用可編程控制器實現(xiàn)自動售貨機的系統(tǒng)設(shè)計，不僅編程方便，而且增強了系統(tǒng)的抗干擾能力。（把摘要和這里對應(yīng)起來）1.2 自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容此自動售貨機可以投入五角、一元的硬幣；如果顧客投入硬幣在限定的時間內(nèi)（2分鐘）不按任何按鍵，自動售貨機將退還所投硬幣；當投入硬幣的總值等于或超過物品價值時，對應(yīng)的物品指示燈亮綠燈；當物品對應(yīng)的指示燈亮綠燈時，按下相應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，同時指示燈綠燈閃爍；如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價值時，自動售貨機會自動將余款退還顧客；當顧客成功購買完一件物品后20秒無操作，自動售貨機會自動將余款退還顧客；如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下退款按鍵，自動售貨機會自動將余款退還顧客；找零時顧客可選擇退一元的還是五角的；3/204第2章可編程控制器 PLC2.1 可編程控制器PLC的發(fā)展前景2.1.1 可編程控制器PLCPLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性好等特點，2.1.2PLC的發(fā)展前景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(xiàn)在以下幾個方面。（1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展（2）向大容量、高速度方向發(fā)展（3）智能型I/O模塊的發(fā)展（4）基于PC的編程軟件取代編程器（5）PLC編程語言的標準化（6）PLC通信的易用化（7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化（8）PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合（9）開發(fā)新型特殊功能模塊CPU的處理速度進一步加快2.1.3PLC的工作原理PLC的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。 PLC通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖 2-1）。4/204讀取輸入讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信要求處理通信要求自診斷檢查自診斷檢查改寫輸出改寫輸出RUN狀態(tài) STOP狀態(tài)圖2-1各階段處理任務(wù)2.1.4PLC的循環(huán)掃描工作對每個程序，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(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖2-2所示。（1）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。（2）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(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。（3）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(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。4/205圖2-2PLC的掃描全過程2.1.5PLC的硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、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)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2-3。圖2-3PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.1.6PLC的編程語言PLC為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下 5種：梯形圖（LAD）、語句表（STL）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)文本（ST）。2.1.7PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性好（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強（3）編程方便，易于使用（4）功能完善（6）體積小，維護操作方便（7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化（8）可實現(xiàn)三電一體化2.2PLC的選型原則及選型方法2.2.1PLC的選型原則當某一個控制任務(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)。首先要對控制任務(wù)進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關(guān)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?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(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的輸出點數(shù)有可能大于實際電數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，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5/206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(wù)。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?qū)LC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC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(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當、I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。6/20個人收集整理 勿做商業(yè)用途第3章自動售貨機的系統(tǒng)設(shè)計3.1自動售貨機的控制要求3.1.1自動售貨機的控制要求自動售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算， 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)。例如：售貨機中有 2種商品，A商品價格為0.5元，B商品為1元。現(xiàn)投入1個1元硬幣，當投入的貨幣超過A商品的價格時，A商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購買， B商品也提示。當按下選擇A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A商品的價格同時啟動相應(yīng)的電機，提取A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(yīng)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(nèi)部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。3.1.2 自動售貨機的相關(guān)說明當投入五角時加5投入1元是加10，SUB_DI是雙整數(shù)減法當成功購買物品時就減去物品對應(yīng)的數(shù)；T37—T56表示通電延時定時器,按下物品按鈕時T37—T42延時8秒，無操作時T43啟動計時20秒，T44與T43配合組成投幣2分鐘無操作找零，T46—T56兩兩配合形成閃爍電路。圖3-1自動售貨機模擬操作面板本設(shè)計統(tǒng)一采用按鈕開關(guān)模擬物品選擇，按鈕內(nèi)有綠燈和紅燈分別表示可購買物品和物品銷售完；指示燈模擬物品輸出及找零如圖3-1示。3.1.3定時器定時器是PLC中重要的編程元件，是累計時間增量的內(nèi)部器件。定時器的工作過程與繼電器控制系統(tǒng)的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸點，失電時，常閉觸點閉合，常開觸點打開；定時器得電時，常閉觸點打開，常開7/20個人收集整理 勿做商業(yè)用途觸點閉合。定時器的當前值、設(shè)定值均為10位有符號整數(shù)（INT），允許的最大值為32767。定時器指令表見表3-1。表3-1定時器指令語句描述TONTxxx，PT接通延時定時器TOFTxxx，PT斷開延時定時器TONRTxxx，PT保持型接通延時定時器BITIMOUT起動間隔定時器CITIMIN,OUT計算間隔定時器3.1.4數(shù)學(xué)運算指令在梯形圖中，整數(shù)、雙整數(shù)與浮點數(shù)的加、減、乘、除指令（見表 3-2）分別執(zhí)行下列運算：IN1+IN2=OUT，IN1—IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。表3-2加減乘除指令梯形圖語句表描述梯形圖語句表描述ADD_I+I整數(shù)加DIV_DI/D雙整數(shù)INT1,OUT法INT1,OUT除法SUB_I-I整數(shù)減ADD_R+R實數(shù)加INT1,OUT法INT1,OUT法MUL_I*I整數(shù)乘SUB_R-R實數(shù)減INT1,OUT法INT1,OUT法DIV_I/I整數(shù)除MUL_R*R實數(shù)乘INT1,OUT法INT1,OUT法ADD_DI+D雙整數(shù)DIV_R/R實數(shù)除INT1,OUT加法INT1,OUT法SUB_DI-D雙整數(shù)MULMUL整數(shù)乘INT1,OUT減法INT1,OUT法產(chǎn)生雙整數(shù)MUL_DI*D雙整數(shù)DIVDIV帶余數(shù)INT1,OUT乘法INT1,OUT的整數(shù)除法在語句表中，整數(shù)、雙整數(shù)與浮點數(shù)的加、減、乘、除指令分別執(zhí)行下列運算：IN1+OUT=OUT，OUT—IN1=OUT，IN1*OUT=OUT，OUT/IN2=OUT。3.2 自動售貨機I/O點的分配輸入/輸出單元通常也稱 I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 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)8/20個人收集整理 勿做商業(yè)用途據(jù)作為PLC對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)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。 I/O點分配表如表3-3示。表3-3I/O點的分配表序號定義點符號功能1I0.0SB1找零按鈕2I0.1SB2食品五角按鈕3I0.2SB3食品一元按鈕4I0.3SB4飲料一元按鈕5I0.4SB5飲料二元按鈕6I0.5SB6日用二元按鈕7I0.6SB7日用三元按鈕8I2.0SB8投五角硬幣9I2.1SB9投一元硬幣10I2.5SB10找零五角11I2.6SB11找零一元12I3.1SB12食品五角行程開關(guān)13I3.2SB13食品一元行程開關(guān)14I3.3SB14飲料一元行程開關(guān)15I3.4SB15飲料二元行程開關(guān)16I3.5SB16日用二元行程開關(guān)17I3.6SB17日用三元行程開關(guān)18Q3.1食品五角紅燈(物品售完)19Q3.2食品一元紅燈(物品售完)20Q3.3飲料一元紅燈(物品售完)21Q3.4飲料二元紅燈(物品售完)22Q3.5日用二元紅燈(物品售完)23Q3.6日用三元紅燈(物品售完)24Q0.0找零25Q0.1出食品五角26Q0.2出食品一元27Q0.3出飲料一元28Q0.4出飲料二元29Q0.5出日用二元30Q0.6出日用三元31Q2.1食品五角綠燈（可以購買）32Q2.2食品一元綠燈（可以購買）33Q2.3飲料一元綠燈（可以購買）34Q2.4飲料二元綠燈（可以購買）35Q2.5日用二元綠燈（可以購買）36Q2.6日用三元綠燈（可以購買）9/20個人收集整理 勿做商業(yè)用途3.3 自動售貨機順序功能圖的編寫由于順序功能圖（SFC）有五種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇性分支結(jié)構(gòu)、并發(fā)性分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)。本次自動售貨機的SFC圖，根據(jù)控制要求選用——選擇性分支結(jié)構(gòu)和并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)。因為選擇性分支結(jié)構(gòu)是一個控制流可以轉(zhuǎn)入多個可能的控制流中的某一個且不允許多路分支同時執(zhí)行。具體進入哪個分支，取決于控制流前面的轉(zhuǎn)移條件哪一個為真。而并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)是一個工作步執(zhí)行完后，需要同時開啟若干條分之，并采用雙水平線相連且要有一個公共轉(zhuǎn)移條件，這兩種順序功能圖結(jié)構(gòu)符合本次自動售貨機的控制要求，所以選擇這兩種結(jié)構(gòu)。本次自動售貨機的 SFC圖如下圖3-2示：圖3-2自動售貨機順序功能圖3.4 自動售貨機梯形圖的編寫3.4.1梯形圖梯形圖是用的最多的PLC圖形編程語言。梯形圖語言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電器控制線路圖相似，如圖3-3示。繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實用的特點。因此，這種編程語言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。在梯形圖中，有兩根圖豎3直-3的傳直統(tǒng)線繼，電器被控稱制為線母路圖線和，現(xiàn)PLC在很梯多形圖PLC只保留了左邊的母線，而把右邊的母線略去不寫。在梯形圖中引入了“能流”的概念。左邊的母線就如電源的“正極”，而右邊的母線就如電源的“負極”。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵。如果沒有能流，則線圈未被激勵，“能流”在任何時刻都不會通過接點自右向左流。3.4.2 自動售貨機設(shè)計的梯形圖本此設(shè)計自動售貨機主要銷售食品、飲料、日用三大類，而食品有五角和一元，飲料有一元和二元，日用有二元和三元。（見附錄）10/20個人收集整理 勿做商業(yè)用途3.5 自動售貨機的外部接線圖自動售貨機的外部接線圖如圖 3-4示，SB2—SB7為物品選擇按鈕，當投入貨幣物品綠燈亮（Q2.1—Q2.6），按下SB2—SB7其中一個，對用的 KM線圈得電電機轉(zhuǎn)動出相應(yīng)的物品（Q0.1—Q0.6），當有物品銷售完其行程開關(guān)斷開，物品紅燈亮并同時向總部發(fā)送物品銷售完的信息；當收買物品總值低于投入總值時，可按找零按鈕SB1選擇找一元還是五角（SB10、SB11）后KM1得電電機轉(zhuǎn)動找零(Q0.0)。圖3-4售貨機的外部接線圖總結(jié)畢業(yè)設(shè)計對我來說是對大學(xué)三年的學(xué)習(xí)成果的總結(jié)和考核，通過對本課題的設(shè)計，使自己學(xué)會調(diào)研和查閱文獻資料，達到對所學(xué)知識的綜合運用。提高了分析問題的能力，解決問題和獨立工作的能力，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。我認真的撰寫了畢業(yè)設(shè)計，針對老師提出的問題進行了調(diào)整和補充，完成了自動售貨機系統(tǒng)設(shè)計，并畫出自動售貨機的外部接線圖。致謝首先感謝學(xué)院為本人提供學(xué)習(xí)機會和條件， 以及對本人的悉心教育。本文的工作是在導(dǎo)師劉桂林的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題，及研究工作的深入，最后到論文的撰寫和修改都凝聚著老師的心血。每當我遇到不懂、不會的地方，劉老師都會給我講解。她嚴謹?shù)慕虒W(xué)作風(fēng)、淵博的知識、誨人不倦的精神，讓我們深深敬佩，也正是在老師的幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計才得以順利完成。在此，我對劉老師和所有幫助過我的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參與答辯的各位老師。參考文獻11/20個人收集整理 勿做商業(yè)用途[1]程周·可編程序控制器原理與應(yīng)用[M]·北京：高等教育出版社，2003年[2]王永華·現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).·北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000周美蘭，周封，忘岳宇·PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計·北京：科學(xué)出版社，2003[4]吳建強，姜三勇·可編程控制器原理及應(yīng)用·哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000[5]吳中俊，黃永紅·可編程序控制器原理及應(yīng)用·北京：機械工業(yè)出版社，2003張萬忠，劉明芹·電器與PLC控制技術(shù)·北京：化學(xué)工業(yè)出版社。2003王兆義·可編程序控制器教程·北京：機械工業(yè)出版社，2001[8] 廖常初·S7-200PLC 基礎(chǔ)教程·北京：機械工業(yè)出版社， 2006（格式有錯）附錄自動售貨機的梯形圖12/20個人收集整理 勿做商業(yè)用途13/20個人收集整理 勿做商業(yè)用途版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個人所有Thisarticle includes someparts, including text, pictures,anddesign.CopyrightisPanHongliang'spersonalownership.用戶可將本文的內(nèi)容或服務(wù)用于個人學(xué)習(xí)、 研究或欣賞，以及其他非商業(yè)性或非盈利