基于-PLC自動售貨機(jī)設(shè)計

-一、緒論自動售貨機(jī)是可完成無人自動售貨,集光、機(jī)、電一體化的商業(yè)自動化設(shè)備。自動售貨機(jī)不受任何場地限制,方便快捷,可以每天24h售貨,因此深受上班族的歡送。很多城市的公共場所里面都放置有自動售貨機(jī)。出售的商品五花八門,從飲料、零食、香煙、糖果、牙刷、方便面、自動照相機(jī)。近年來,我國的自動售貨機(jī)行業(yè)突飛猛進(jìn):在汽車總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學(xué)校等地區(qū)都能找到自動售貨機(jī)的蹤跡。這種方便快捷的購物方式越來越受到人們的青睞,同時也是現(xiàn)代化城市配套設(shè)施的需求。傳統(tǒng)的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心,這樣不僅會在輸入輸出接口上做大量的工作,而且系統(tǒng)的抗干擾性也比擬差?？删幊绦蚩刂破?PLC)是綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而開展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置,它具有可靠性高、編程簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點,已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因為自動售貨機(jī)作為社會上完成商品零售和綜合效勞的獨立設(shè)施,要求它的構(gòu)造必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。本論文就詳細(xì)地介紹一種用PLC實現(xiàn)的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計?！惨弧匙詣邮圬洐C(jī)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀自上世紀(jì)70年代以來,自動售貨機(jī)在國際上迅速開展起來而成為一個新興的產(chǎn)業(yè),特別是在效勞和商業(yè)領(lǐng)域日益開展。隨著自動售貨機(jī)的普及,也逐漸被應(yīng)用于其他的領(lǐng)域。隨著中國經(jīng)濟(jì)的開展、行業(yè)運(yùn)作的變革和入世的到來，自動售貨機(jī)在中國的普及和應(yīng)用是必然趨勢?？v觀近年來國自動售貨機(jī)市場，從92年開場從日、等國引進(jìn)舊機(jī)器擺放國市場以來，到自行研制和生產(chǎn)國產(chǎn)化自動售貨機(jī)，各廠家、商家蹣跚起步、困難守業(yè)，已為國零售業(yè)撐起一片蔚藍(lán)的晴空。據(jù)來自國自動售貨機(jī)市場行情分析報告說明：目前國自動售貨機(jī)市場走勢已逐漸明晰，自動售貨機(jī)-逐步從沿海經(jīng)濟(jì)興旺地區(qū)和各大中城市向陸和次興旺地區(qū)延伸，逐步從高級賓館、地鐵、機(jī)場等豪華高檔場所向高中檔社區(qū)普及，大有星火燎原之勢。自動售貨機(jī)的普及在*種程度上能反映一個國家的科技開展水平，是一個國家文明程度的象征。實踐和直覺告訴我們，自助效勞在中國的橫空出世，必將為國的電信、公用事業(yè)、食品、香煙、飲料等諸多行業(yè)開展帶來新的契機(jī)，中國的現(xiàn)代文明又將自助效勞設(shè)備的應(yīng)用和普及開啟一個新的里程碑！〔二〕課題研究背景從西歐、北美、日本和國等地區(qū)和國家的情況來看,自動售貨機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹碓街匾慕巧Ｆ洚a(chǎn)品特點是科技含量高，24小時效勞,售貨便利，無需專人盯守，省人工,省本錢，售貨圍廣泛；此外還是一種新穎獨特的廣告媒體。目前，隨著移動商務(wù)的開展，自動售貨機(jī)作為一種方便、直觀的移動商務(wù)工具，開場在全球各地迅速普及和開展。在中國,自動售貨機(jī)將成為一個潛在的巨大產(chǎn)業(yè),繼百貨商店、超市之后掀起第三次零售業(yè)革命,其前景非常廣闊。售賣的商品可根據(jù)擺放場所的需要量身定制,包括冷熱飲料、零食、卡及國外進(jìn)口的特色商品等。并且,透過這種智能售貨系統(tǒng),存貨、銷售、物流信息可以準(zhǔn)確、及時地反應(yīng)給客戶和管理人員。此外,還支持多種交易支付模式,同時方便實現(xiàn)較大金額的支付和交易結(jié)算。自動售貨機(jī)除了更方便售賣貨品之外,還被視為一種傳播廣泛的廣告媒介。它一改往日客戶與商家(或效勞方)面對面交流或交易的方式，讓客戶更多地參與交易或交流中來，增強(qiáng)了交互性和自主性。一方面它為客戶帶來了極大的便利，延拓了效勞的空間和時間，使效勞具有了無處不在、無時不在的新特征；一方面它也為商家?guī)砹私?jīng)營方式的變革，為他們的商業(yè)經(jīng)營節(jié)省了大量的人力、物力和財力，并提高了操作的準(zhǔn)確性和全天候性，使商業(yè)運(yùn)作的信息化、電子化、網(wǎng)-絡(luò)化成為可能；另一方面，在公眾社會效勞方面，自助式信息查詢，提高了社會公眾效勞的質(zhì)量和形象，有利于社會精神文明建立。在自助效勞中，自動售貨機(jī)成為了必不可少的主體設(shè)備。二、總體方案設(shè)計自動售貨機(jī)設(shè)計中，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)生產(chǎn)機(jī)械工作。例如要通過接觸器實現(xiàn)兩臺電機(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。SF1KF電

SF2

電源母線

KFKF

QA1

源母線KF QA21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的兩個觸點閉合，接觸器QA1、QA2同時得電并產(chǎn)生動作，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)是基于芯片級的系統(tǒng)，設(shè)計開發(fā)一個單片機(jī)系統(tǒng)，需要先設(shè)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(jìn)展硬件調(diào)試，進(jìn)展抗干擾設(shè)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(jìn)展系統(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器，用來在其部存儲邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(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)控制計算機(jī)，故它的工作原理是建立在計算機(jī)工作原理根底之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的，這種方案的控制功能接線圖如圖2。SF2 ~I0.0 I0.1 I0.0 M0.0220VACSF1 I0.1 M0.0QA1Q0.0M0.0 Q0.0~DC24VMM0.0Q0.1220VACQA2Q0.1圖2用PLC實現(xiàn)控制功能的接線示意圖由圖可知CPU是以分時操作方式來處理各項任務(wù)的，計算機(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)各電器的動作，其控制邏輯關(guān)系為由部存儲邏輯〔軟件〕方式。〔二〕方案比擬1．PLC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，使設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點在開閉時易受電弧的損害，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和術(shù)語，同時，信號的輸入/輸出形式及控制功能根本上也是一樣的；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)械觸點的穿了或并聯(lián)，及時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，繼電器觸點數(shù)目有限，每個只有4–8對觸點，因此靈活性和擴(kuò)展性很差。而PLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在存中，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?！?〕工作方式電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器同時都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都因受*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算的出，所以它屬于串行工作方式?！?〕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，連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，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)動作由無觸點的半導(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)視功能，能檢查出自身的故障，并隨時顯示給操作人員；還能動態(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?！?〕控制速度繼電器控制邏輯依靠觸點的機(jī)械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點的開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。另外，機(jī)械觸點還會出現(xiàn)抖動問題；而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微妙數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動?！?〕定時控制繼電器控制邏輯利用時間繼電器進(jìn)展時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精度不高，定時圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時間困難等問題。PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時器，時基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時時間不受環(huán)境的影響，定時圍最小可為0.001S，最長幾乎沒有限制，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時值，然后由軟件來控制定時時間?！?〕設(shè)計和施工使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，其設(shè)計、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)展，周期長，而且修改困難。工程越大，這一點就越突出。而用PLC完成一項控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計可以同時進(jìn)展，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。2．PLC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，是兩個完全不同的-概念?！?〕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，不管是MCS51系列還是MCS96系列單片機(jī)，都必須進(jìn)展大規(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?！?〕開發(fā)本錢單片機(jī)本身售價雖不高，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，都要不少的費用。加上開發(fā)周期中所投入的人力物力，其價錢就遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過用PLC開發(fā)的費用。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)費用不劃算。而用PLC進(jìn)展的設(shè)備開發(fā)和控制費用都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用單片機(jī)的費用，其系統(tǒng)可大可小，小到幾點，大到數(shù)千點，甚至上萬點，很好解決工業(yè)控制過程?！?〕開發(fā)周期從電路設(shè)計、模擬制板、編程、仿真、調(diào)試等經(jīng)歷非常長的周期，設(shè)計中往往要花大局部的時間在硬件設(shè)計和編程調(diào)試處理上，而對最為重要的工藝工程往往沒有更多的時間考慮。而用PLC進(jìn)展設(shè)備控制，不會花太多精力在硬件處理上，采用積木式構(gòu)造很快可以形成系統(tǒng)電路。大局部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)試都可隨時進(jìn)展，縮短了開發(fā)時間?！?〕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〕等都有充足的開展?！踩撤桨高x擇根據(jù)以上比擬可知，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，我們決定選擇方案三，以PLC為控制核心設(shè)計了自動售貨機(jī)裝置PLC控制系統(tǒng)。三、可編程控制器的簡單介紹〔一〕PLC的根本構(gòu)造1．PLC的系統(tǒng)構(gòu)造目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不一樣，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機(jī)，所以其構(gòu)造和工作原理都大致一樣，硬件構(gòu)造與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器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。其部也是采用總線構(gòu)造來進(jìn)展數(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、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸人量，它們經(jīng)PLC外部輸人端子輸人到部存放器中，經(jīng)PLC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的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)展各種控制。由此可見，PLC的根本構(gòu)造由控制局部、輸人和輸出局部組成。圖3PLC硬件構(gòu)造圖2．PLC各局部的作用〔1〕中央處理器(centralprocessingunit,CPU)CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。是整個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：①診斷PLC電源、部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。②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的存放器中。③按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)展編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。④將存于存放器中的處理結(jié)果送至輸出端。⑤響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求?！?〕存儲器PLC的存儲器分為兩大局部:一局部是系統(tǒng)程序存儲器。另一局部是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)?！?〕輸入輸出接口電路PLC通過輸人輸出(I/O)接口電路實現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接?！?〕電源PLC提供CPU、存儲器、輸人輸出接口等部電路工作需要的電源?！?〕編程設(shè)備編程設(shè)備是人與PLC聯(lián)系和對話的工具，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)、顯示錯誤代碼或修改系統(tǒng)存放器的設(shè)置參數(shù)等。〔6〕輸入輸出I/O擴(kuò)展接口輸入輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)展PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的根底。對軟件來說，I/O地址分配以后才可進(jìn)展編程；對控制柜及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?！捕砅LC的根本工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素:一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行海條指令占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個循環(huán)掃描周期主要可分為3個階段。〔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)存放器。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?！?〕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，從第一條開場逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存人對應(yīng)的部輔助存放器和輸出狀態(tài)存放器。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?！?〕輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)存放器中的容，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。由此可見，輸人采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構(gòu)成PLC一個工作周期，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4PLC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，在使用中應(yīng)引起特別的注意?！踩砅LC的應(yīng)用場合隨著微電子技術(shù)的快速開展,PLC的制造本錢不斷下降，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、電鍍自動線、電梯等電氣設(shè)備中。PLC已躍居現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱(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)，甚至實現(xiàn)整個工廠生產(chǎn)的自動化。它的應(yīng)用可大致歸納為如下幾類:(1)邏輯控制-(2)運(yùn)動控制(3)過程控制(4)數(shù)據(jù)處理(5)多級控制〔四〕可編程控制器的開展趨勢目前PLC技術(shù)開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、小兩個方向開展(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)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闊電氣技術(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?！?〕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)的繼電器梯形圖根底上演變而來的一種圖形語言。它將PLC部的各種編程元件(如繼電器的觸點、線圈、定時器、計數(shù)器等)和各種具有特定功能的命令用專用圖形符號、標(biāo)號定義，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根底上加進(jìn)了許多功能強(qiáng)大、使用靈活的指令，并將計算機(jī)的特點結(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，所以很受用戶歡送。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算機(jī)匯編語言，它用一些簡潔易記的文字符號表達(dá)PLC的各種指令。對于同一廠家的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，經(jīng)常使用手持編程器。而梯形圖語言則多用于計算機(jī)編程環(huán)境中?！擦承〗Y(jié)通過本章對PLC的根本概念、根本構(gòu)造、工作原理、功能及特點的分析，對自動售貨機(jī)采用PLC控制的方案有了更明確的認(rèn)識和目標(biāo)，同時確立了方案實施的具體措施。四、自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理在本控制系統(tǒng)中,自動售貨機(jī)只售2種商品，即可樂和汽水。自動售貨機(jī)可識別1元、5角、1角硬幣；自動售貨機(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)錢幣識別器后將信號送給PLC。由用戶編寫的PLC程序運(yùn)行可以識別出錢幣的真?zhèn)我约皫胖?并顯示投入錢幣的數(shù)值,同時與商品的價格比擬。當(dāng)投入的錢幣滿足*商品的購置價格后,則可以購置該商品的指示燈亮。PLC通過計算還可以顯示出余額數(shù)值,商品驅(qū)動機(jī)構(gòu)收到控制信號后即出貨電磁閥動作,送出商品,假設(shè)有余額,則退幣電動機(jī)動作,可以退出余額數(shù)值的相應(yīng)幣值,同時完成部清零過程。這樣就完成一次商品提貨過程。該自動售貨機(jī)還具有售貨囗故障處理和商品低液位報警等功能。整個過程由1臺PLC控制。自動售貨機(jī)控制原理示意圖見圖5。-商品選擇開關(guān)

響鈴報警各種指示燈PLC退幣電動機(jī)錢幣識別器出貨電磁閥圖5自動售貨機(jī)控制原理示意圖五、系統(tǒng)設(shè)計局部〔一〕系統(tǒng)的硬件設(shè)計1．操作面板設(shè)計如圖6所示：211汗圖6控制面板圖圖中：1——數(shù)碼管顯示2——響鈴〔報警鈴〕213——汽水指示燈4——可樂指示燈5——補(bǔ)余款燈6——投幣口63457——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891011——汽水出口12——可樂出口2．機(jī)型選擇71112本系統(tǒng)是一個小型集中控制系統(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點數(shù)在34個,輸入點為14點,輸出點為20點。并且考慮到為以后的I/O擴(kuò)展,我們-選擇了性能價格比擬高的西門子點數(shù)之和為24點的主機(jī)CPU224,其中輸入點為14點,輸出點為10點；可以有7個擴(kuò)展模塊，有置時鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計數(shù)的處理功能。I/O擴(kuò)展模塊選擇兩個輸出擴(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)

模塊

1

模塊

2EM222

EM222CPU224

DO8

DO8DC24V

DC24V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/OQ2.0 Q3.0Q2.1 Q3.1Q2.2 Q3.2Q2.3 Q3.3Q2.4 Q3.4Q2.5 Q3.5I0.6 Q0.6 Q2.6 Q3.6Q2.7 Q3.7I1.2-I1.3I1.4I1.5圖8各模塊編址3．I/O點配置在選擇好PLC的機(jī)型后,就可以進(jìn)展該控制系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計,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 輸出信號名稱代碼地址編號名稱代碼地址編號人工復(fù)位SF1I0.0響鈴PB選汽水按鈕SF2Q0.0I0.1汽水燈PG1Q0.1選可樂按鈕SF3可樂燈PG2I0.2 Q0.2汽水低位 BS1 補(bǔ)余款燈 PG3I0.3 Q0.3可樂低位 BS2 汽水出口 QA1I0.4 Q0.4汽水口故障KF1I0.5可樂出口QA2可樂口故障KF2I0.6Q0.5-消鈴按鈕SFI0.7找錢口QA3投0.1元KF3Q0.6I1.0找錢器QA4投0.5元KF4Q0.7I1.1小數(shù)點PG3投1元KF5Q1.0I1.2aAQ2.0結(jié)帳按鈕SF4I1.3bBQ2.1投假幣KF6I1.4cCQ2.2總價顯清按鈕SF6dDQ2.3I1.5eEQ2.4fFQ2.5gGQ2.6數(shù)碼管的個位PG4Q3.0數(shù)碼管的十位PG5Q3.1數(shù)碼管的百位PG6Q3.2數(shù)碼管的千位PG7Q3.34.PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖圖9自動售貨機(jī)系統(tǒng)PLC及擴(kuò)展模塊接線圖〔二〕程序的設(shè)計1．軟件構(gòu)造根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理及硬件設(shè)計,該系統(tǒng)的軟件采用模塊化的設(shè)計方法,-其主要由初始化、投幣過程、價格比擬過程、商品選擇、顯示、退幣和報警等模塊組成,其中一些主要模塊的功能如下:〔1〕初始化模塊①硬件初始化。對系統(tǒng)中各硬件資源設(shè)定明確的初始化狀態(tài),包括對可編程器件初始化,各I/O口初始狀態(tài)設(shè)定等。②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)錢幣識別器把信號傳遞給PLC，該模塊將完成區(qū)分硬幣的真?zhèn)魏团卸ň唧w的，幣值,可以進(jìn)展錢幣的累加,并顯示出相應(yīng)的幣值,余額也增加同樣的幣值?！?〕價格比擬模塊投幣完成后,系統(tǒng)會將在總額中錢幣數(shù)據(jù)和可以購置的商品價格進(jìn)展區(qū)間比擬：假設(shè)大于或等于商品1的價格,則可以購置商品1，指示燈1亮；假設(shè)大于或等于商品2的價格,則指示燈2亮,以此類推?！?〕商品選擇系統(tǒng)此模塊可以實現(xiàn)用戶對商品的選擇購置?！?〕退幣模塊系統(tǒng)可在顧客購置完商品后退回余幣。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)存放器,根據(jù)結(jié)果起動退幣電動機(jī)工作,輸出相應(yīng)的錢幣,退幣完畢時還要給程序中使用到的*些存放器重新賦零。〔6〕報警模塊當(dāng)貨物低位或投入硬幣是偽幣時,系統(tǒng)就報警。-〔7〕顯示模塊可以實現(xiàn)幣值顯示、余額顯示和累計金額顯示等。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 電人工復(fù)位 初始化1投 幣是否是真幣. N 假幣處理Y計算顯示投幣總值幣值可購貨品指示燈亮選汽水 選可樂汽水指示燈閃爍 可樂指示燈閃爍YY故障故障售出口有售出口有處理處理故障.故障.NN開汽水售出口開可樂售出口2 3補(bǔ)余款處理

-2 3N N8S時間. 8S時間.Y Y計算余款 計算余款YY補(bǔ)余款有余款.有余款.處理N N售出汽水計數(shù) 售出可樂計數(shù)N顯示售出貨總價嗎.Y計算并顯示售出貨總款YY液體低汽水低可樂低液體低位處理液位.液位.位處理NN返回1圖10程序總的流程圖-3．主程序的設(shè)計根據(jù)西門子公司提供的STEP7—Micro/WINV4.0編程軟件,在一臺PC機(jī)上編寫了上述模塊的程序。這個主程序主要完成系統(tǒng)復(fù)位、幣值識別、幣值累加、累加值比擬、商品的選擇、售貨口故障判斷、余款計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)計該程序一共有四個子程序，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?！?〕售貨口故障處理程序：假設(shè)*種液體對應(yīng)的售貨口出現(xiàn)故障時，此時就會報警響鈴并且對應(yīng)液體指示燈亮，最后消鈴?！?〕余款處理程序：當(dāng)購置完成后假設(shè)有余款，則找錢燈閃爍，余款額顯示在數(shù)碼管上同時補(bǔ)余款口翻開。補(bǔ)余款后，燈滅，數(shù)碼管顯示0.0?！?〕液體低位處理程序：當(dāng)*種液體出現(xiàn)低位時，就會報警即響鈴，對應(yīng)液體的指示燈就會閃爍，數(shù)碼管顯示77。由工作人員參加液體后，消鈴及燈滅?！踩吵绦蚓幾g修改利用STEP7—Micro/WINV4.0軟件編寫程序完成以后，進(jìn)展了程序編譯。根據(jù)編譯結(jié)果，對程序中的錯誤進(jìn)展了改正。其修改容是：〔1〕個別功能指令的數(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，在編寫程序時我用的是"MOV-R〞；在進(jìn)展編譯是出現(xiàn)錯誤：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。像這樣類似的錯誤，還有幾個。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網(wǎng)絡(luò)中，在編譯時就會出現(xiàn)"網(wǎng)絡(luò)太大，無法編譯〞的錯誤。當(dāng)把它分開成幾個網(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)試一臺西門子公司生產(chǎn)的S7-200LC實驗臺，CPU是S7-200系列中的CPU224。還有一臺安裝有STEP7—Micro/WINV4.0編程軟件的計算機(jī)，編程電纜線一根?！捕砅LC程序調(diào)試程序編寫完畢后，借助STEP7—Micro/WINV4.0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)相比擬，假設(shè)一致則程序根本無誤，可以將程序下載到PLC中?！踩陈?lián)機(jī)調(diào)試首先在PLC試驗臺上連接好本試驗中要用到的輸入/輸出接口，然后連接計算機(jī)與PLC設(shè)備之間的通訊線，連接好之后各自都接通電源。接著在計算機(jī)中翻開STEP7—Micro/WINV4.0編程軟件，輸入該自動售貨機(jī)的相關(guān)梯形圖，然后進(jìn)展保存、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)展硬件調(diào)試，在PLC的操作臺上進(jìn)展，一邊調(diào)試一邊觀察試驗臺，看是否可以按我們事先預(yù)計的效果運(yùn)行。此次自動售貨機(jī)的聯(lián)機(jī)調(diào)試中，出現(xiàn)了三個主要問題是：（1）投幣邏輯失控的問題：調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，正在進(jìn)展假幣處理時，如再投入真-幣將會出現(xiàn)計算顯示投幣值的現(xiàn)象，造成投幣邏輯失控。（2）對應(yīng)液指示燈控制的時候，指示燈閃爍的時間不好控制。（3）數(shù)碼管顯示不亮的問題。在調(diào)試中對以上出現(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)一個假幣取反信號進(jìn)展封鎖，則投幣邏輯正常。（2）針對對應(yīng)液體指示燈閃爍時間不好控制，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來控制，從而到達(dá)所要求的閃爍控制時間。（3）對于數(shù)碼管顯示不亮，主要原因是因為實驗臺上的LED數(shù)碼管為共陰極接法，顯示時要求公共端應(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)自動化的三大支柱。在以PLC為核心的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)中,當(dāng)需要增加可選擇的商品數(shù)量時,該控制系統(tǒng)的硬件只需要增加相應(yīng)的輸入信號,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)展修改,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,因此在自動售貨機(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)歷,自動售貨機(jī)將在全球圍得到更大的普及,其未來的開展趨勢主要有如下3點:〔1〕自動售貨機(jī)的機(jī)體部構(gòu)造已經(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)平臺上如何讓自動售貨機(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)營本錢。目前,無論是基于-Internet還是基于移動通信網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)平臺,其運(yùn)作的機(jī)制都不太成熟,不過這并不影響自動售貨機(jī)的開展?jié)摿?。因?自動售貨機(jī)未來的開展趨勢是將其納入到一個更廣闊、更便利的移動商務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺?！?〕社會將會更加需要能夠