自動售貨機與PLC設計畢業(yè)論文1

1、基于plc的自動售貨機的設計第一章 緒論自動售貨機是可完成無人自動售貨,集光、 機、電一體化的商業(yè)自動化設備。自動售貨機不受任何場地限制,方便快捷,可以每天24h售貨,因此深受上班族的歡迎。很多城市的公共場所里面都放置有自動售貨機。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。近年來,我國的自動售貨機行業(yè)突飛猛進:在汽車總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學校等地區(qū)都能找到自動售貨機的蹤跡。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)代化城市配套設施的需求。傳統(tǒng)的自動售貨機控制系統(tǒng)采用單片機作為控制核心,這樣不僅會在輸入輸出接口上做大量的工作,而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差

2、?？删幊绦蚩刂破?plc)是綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)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、維護方便等優(yōu)點,已在工業(yè)控制領域得到廣泛地應用。因為自動售貨機作為社會上完成商品零售和綜合服務的獨立設施,要求它的結構必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。本論文就詳細地介紹一種用plc實現(xiàn)的自動售貨機控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。（一）自動售貨機的應用與研究現(xiàn)狀自上世紀70年代以來,自動售貨機在國際上迅速發(fā)展起來而成為一個新興的產(chǎn)業(yè),特別是在服務和商業(yè)領域日益發(fā)展。隨著自動售貨機的普及,也逐漸被應用于其他的領域。 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

3、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。據(jù)來自國內(nèi)自動售貨機市場行情分析報告表明：目前國內(nèi)自動售貨機市場走勢已逐漸明晰，自動售貨機逐步從沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)和各大中城市向內(nèi)陸和次發(fā)達地區(qū)延伸，逐步從高級賓館、地鐵、機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。自動售貨機的普及在某種程度上能反映一個國家的科技發(fā)展水平，是一個國家文明程度的象征。實踐和直覺告訴我們，自助服務在中國的橫空出世，必將為國內(nèi)的電信、公用事業(yè)、食品、香

4、煙、飲料等諸多行業(yè)發(fā)展帶來新的契機，中國的現(xiàn)代文明又將自助服務設備的應用和普及開啟一個新的里程碑?。ǘ┱n題研究背景從西歐、北美、日本和韓國等地區(qū)和國家的情況來看,自動售貨機在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹碓街匾慕巧?。其產(chǎn)品特點是科技含量高，24小時服務,售貨便利，無需專人盯守，省人工,省成本，售貨范圍廣泛；此外還是一種新穎獨特的廣告媒體。目前，隨著移動商務的發(fā)展，自動售貨機作為一種方便、直觀的移動商務工具，開始在全球各地迅速普及和發(fā)展。在中國,自動售貨機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、電

5、話卡及國外進口的特色商品等。并且,透過這種智能售貨系統(tǒng),存貨、銷售、物流信息可以準確、及時地反饋給客戶和管理人員。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算。自動售貨機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(或服務方)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，延拓了服務的空間和時間，使服務具有了無處不在、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，并提高了操作的準確性和全天候性，使商業(yè)運作的信息化、電子化、網(wǎng)

6、絡化成為可能；另一方面，在公眾社會服務方面，自助式信息查詢，提高了社會公眾服務的質(zhì)量和形象，有利于社會精神文明建設。在自助服務中，自動售貨機成為了必不可少的主體設備。第二章 總體方案設計自動售貨機設計中，從控制角度來說可采用繼電器控制、單片機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系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制相關生產(chǎn)機械工作。例如要通過接觸器實現(xiàn)兩臺電機設備的同步運行,采用繼電器控制,其控制系統(tǒng)簡圖如圖1。 sf1 kf 電 sf2 電 源 kf 源 母 kf qa1 母 線 線 k

7、f qa2圖1 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，所以其控制邏輯關系為由繼電器、接觸器硬接線（硬件）方式。2方案二 單片機控制它的控制系統(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)。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，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計

8、數(shù)和算術運算等操作的指令，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。plc是一種工業(yè)控制計算機，故它的工作原理是建立在計算機工作原理基礎之上，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 m0.0 220vacsf1 i0.1 m0.0 qa1q0.0 m0.0 q0.0 dc24v m m0.0 q0.1 220vacqa2 q0.1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的，計算機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各電器的動作，其控制邏輯

9、關系為由內(nèi)部存儲邏輯（軟件）方式。（二）方案比較1plc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，但使用了大量的機械觸點，使設備連線復雜，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語，同時，信號的輸入/輸出形式及控制功能基本上也是相同的；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，其接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構

10、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內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱做“軟接線”，因此靈活性和擴展性都很好。（2）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)，即該吸合的都應吸合，不該吸合的都因受某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，各內(nèi)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。（3）可靠性和可維護性繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點，連線也多

11、。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機械磨損，壽命短，因此可靠性和課維護性差。而plc采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。plc還配有自檢和監(jiān)督功能，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)試和維護提供了方便。（4）控制速度繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現(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，機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題；而plc是由程序指令控制半導體電路來實現(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。（5）定時控制繼電器控制邏輯利用時間

12、繼電器進行時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精度不高，定時范圍窄，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，精度相當高，且定時時間不受環(huán)境的影響，定時范圍最小可為0.001s，最長幾乎沒有限制，用戶可根據(jù)需要在程序中設置定時值，然后由軟件來控制定時時間。（6）設計和施工 使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，其設計、施工、調(diào)試必須依次進行，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)設計完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設計可以同時進行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。2plc與單片機控制系

13、統(tǒng)的區(qū)別plc控制系統(tǒng)和單片機控制系統(tǒng)在很多方面有較大區(qū)別，是兩個完全不同的概念。（1）可靠性單片機控制抗干擾能力較低，從理論所要求的i/o總數(shù)來看，不論是mcs51系列還是mcs96系列單片機，都必須進行大規(guī)模的擴展，這樣系統(tǒng)電路更加復雜，進一步降低了系統(tǒng)的可靠性。而plc應用于工業(yè)理論控制，plc的可靠性得到了工控業(yè)界的認可。（2）開發(fā)成本單片機本身售價雖不高，但要購入單片機開發(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，其價錢就遠遠地超過用plc開發(fā)的費用。另外，由于設備是專用特殊設備，其控制系統(tǒng)專用性強，通用性較差，為其投入過多的開發(fā)

14、費用不劃算。而用plc進行的設備開發(fā)和控制費用都遠遠低于采用單片機的費用，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。（3）開發(fā)周期從電路設計、模擬制板、編程、仿真、調(diào)試等經(jīng)歷非常長的周期，設計中往往要花大部分的時間在硬件設計和編程調(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進行設備控制，不會花太多精力在硬件處理上，采用積木式結構很快可以形成系統(tǒng)電路。大部分精力集中在工藝的了解和程序編寫上，有利于設備的快速開發(fā)，程序的編輯修改、調(diào)試都可隨時進行，縮短了開發(fā)時間。（4）修改和維護利用單片機開發(fā)的設備往往是專用的特殊設備，在市場往往不能找到替代的

15、配件，所以不便于維護。而隨微電子控制技術，plc的處理能力也越來越強，其通信能力，運算處理、容量（i/o容量和程序容量）等都有充足的發(fā)展。（三）方案選擇根據(jù)以上比較可知，plc在性能上比繼電器控制和單片機控制邏輯優(yōu)異，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，我們決定選擇方案三，以plc為控制核心設計了自動售貨機裝置plc控制系統(tǒng)。第三章 可編程控制器的簡單介紹（一）plc的基本結構1plc的系統(tǒng)結構目前plc種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機

16、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擴展接口、外部設備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結構來進行數(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內(nèi)部寄存器中，經(jīng)plc內(nèi)部邏輯運算或其他各種運算，處理后送到輸出端子，作為plc的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，plc的基本結構由控制部分、輸人和輸出部分組成。圖3 plc硬件結構圖2plc各部分的作用（1）中央處理器(central processing unit, cp

17、u) cpu是由控制器和運算器組成的。是整個plc的核心，起著總指揮的作用，是plc的運算和控制中心。其主要功能： 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誤。 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的寄存器中。 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務完成各種運算和操作。 將存于寄存器中的處理結果送至輸出端。 響應各種外部設備的工作請求。（2）存儲器 plc的存儲器分為兩大部分: 一部分是系統(tǒng)程序存儲器。另一部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。（3）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

18、備的連接。（4）電源為plc提供cpu、存儲器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的電源。 （5）編程設備 編程設備是人與plc聯(lián)系和對話的工具，是plc重要的外圍設備。用戶可以利用編程設備來輸入、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)寄存器的設置參數(shù)等。（6）輸入輸出i/o擴展接口輸入輸出信號在plc接線端子上的地址分配是進行plc控制系統(tǒng)設計的基礎。對軟件來說，i/o地址分配以后才可進行編程；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。（二）plc的基本工作原理 pl

19、c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)寄存器。完成輸人端采樣工作后，將關閉輸人端口，轉人程序執(zhí)行階段。（2）程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸人的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結果存人對應的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉人輸出刷新階段。（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

20、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，驅動外部相應執(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成plc一個工作周期，由此環(huán)往復，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4 plc的掃描工作過程采用循環(huán)掃描的工作方式是plc區(qū)別干微機和其他控制設備的最大特點，在使用中應引起特別的注意。（三）plc的應用場合隨著微電子技術的快速發(fā)展,plc的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強。目前在先進工業(yè)國家中plc已成為工業(yè)控制的標準設備，應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

21、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廣泛應用在組合機床自動線、專用機床、塑料機械、包裝機械、灌裝機械、電鍍自動線、電梯等電氣設備中。plc已躍居現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱(plc,robot,cad/cam)的主導地位可編程控制器所具有的功能，使它既可用于開關量控制，又可用于模擬量控制既可用于單機控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復雜系統(tǒng)，甚至實現(xiàn)整個工廠生產(chǎn)的自動化。 它的應用可大致歸納為如下幾類:(1)邏輯控制 (2)運動控制 (3)過程控制 (4)數(shù)據(jù)處理(5)

22、多級控制（四）可編程控制器的發(fā)展趨勢 目前plc技術發(fā)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)構成規(guī)摸上向大、小兩個方向發(fā)展 (2)功能不斷增強，各種應用模塊不斷推出(3)產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化（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大電氣技術人員，考慮到他們的傳統(tǒng)習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。（1）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)的繼電器梯形圖基礎

23、上演變而來的一種圖形語言。它將plc內(nèi)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、標號定義，并按邏輯要求及連接規(guī)律組合和排列，從而構成了表示plc輸人、輸出之間控制關系的圖形。由于它在繼電接觸器的基礎上加進了許多功能強大、使用靈活的指令，并將計算機的特點結合進去，使邏輯關系清晰直觀、編程容易、可讀性強，所實現(xiàn)的功能大大超過傳統(tǒng)的繼電接觸控制電路，所以很受用戶歡迎。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匯編語言，它用一些簡潔易記的文字符號表達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

24、語言是相互對應的，可互相轉換。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編程環(huán)境中。（六）小結 通過本章對plc的基本概念、基本結構、工作原理、功能及特點的分析，對 自動售貨機采用plc控制的方案有了更明確的認識和目標，同時確立了方案實施的具體措施。 第四章 自動售貨機控制系統(tǒng)的控制原理在本控制系統(tǒng)中,自動售貨機只售2種商品，即可樂和汽水。自動售貨機可識別1元、5角、1角硬幣；自動售貨機可退幣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,經(jīng)錢幣識別器后將信號送給 pl

25、c。由用戶編寫的 plc程序運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較。當投入的錢幣滿足某商品的購買價格后,則可以購買該商品的指示燈亮。plc通過計算還可以顯示出余額數(shù)值,商品驅動機構收到控制信號后即出貨電磁閥動作,送出商品,若有余額,則退幣電動機動作,可以退出余額數(shù)值的相應幣值,同時完成內(nèi)部清零過程。這樣就完成一次商品提貨過程。該自動售貨機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。自動售貨機控制原理示意圖見圖5。商品選擇開關錢幣識別器plc各種指示燈退幣電動機出貨電磁閥響鈴報警圖5 自動售貨機控制原理示意圖第五章 系統(tǒng)設計部分（一

26、）系統(tǒng)的硬件設計1操作面板設計如圖6：圖6幣值計數(shù)電路 出貨電路2機型選擇本系統(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、輸出開關信號的數(shù)量、用戶程序的長短及相關的功能。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擴展,我們選擇了性能價格比較高的西門子點數(shù)之和為24點的主機cpu224 ,其中輸入點為14點,輸出點為10點；可以有7個擴展模塊，有內(nèi)置時鐘，有更強的模擬量和高速計數(shù)的處理功能。i/o擴展模塊選擇兩個輸出擴展模塊em222。各模塊在i/o鏈中的位置排列方式如圖7所示：主 機cpu224模 塊1em222do8

27、dc24v模 塊2em222do8dc24v圖7 模塊連接方式各模塊的編址情況如圖8所示：主機i/o模塊1i/o模塊2i/oi0.0q0.0i0.1q0.1i0.2q0.2i0.3q0.3i0.4q0.4i0.5q0.5i0.6 q0.6i0.7q0.7i1.0q1.0i1.1q1.1i1.2i1.3i1.4i1.5q2.0q2.1q2.2q2.3q2.4q2.5q2.6q2.7q3.0q3.1q3.2q3.3q3.4q3.5q3.6q3.7圖8 各模塊編址3i/o點配置在選擇好plc的機型后,就可以進行該控制系統(tǒng)的硬件接口設計,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

28、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 地址編號人工復位 sf1 i0.0選汽水按鈕 sf2 i0.1選可樂按鈕 sf3 i0.2汽水低位 bs1 i0.3可樂低位 bs2 i0.4汽水口故障 kf1 i0.5可樂口故障 kf2 i0.6消鈴按鈕 sf i0.7投0.1元 kf3 i1.0投0.5元 kf4 i1.1投1元 kf5 i1.2結帳按鈕 sf4 i1.3投假幣 kf6 i1.4總價顯清按鈕 sf6 i1.5響鈴 pb q0.0汽水燈 pg1 q0.1可樂燈 pg2 q0.2補余款燈 pg3 q0.3汽水出口 qa1

29、q0.4可樂出口 qa2 q0.5找錢口 qa3 q0.6找錢器 qa4 q0.7小數(shù)點 pg3 q1.0a a q2.0b b q2.1c c q2.2d d q2.3e e q2.4f f q2.5g g q2.6數(shù)碼管的個位 pg4 q3.0數(shù)碼管的十位 pg5 q3.1數(shù)碼管的百位 pg6 q3.2數(shù)碼管的千位 pg7 q3.34.plc及擴展模塊外圍接線圖圖9 自動售貨機系統(tǒng)plc及擴展模塊接線圖（二）程序的設計1軟件結構根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理及硬件設計,該系統(tǒng)的軟件采用模塊化的設計方法,其主要由初始化、投幣過程、價格比較過程、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

30、功能如下:（1）初始化模塊 硬件初始化。對系統(tǒng)中各硬件資源設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)設定等。 軟件初始化。包括堆棧初始化、狀態(tài)變量初始化、各軟件標志初始化、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，該模塊將完成辨別硬幣的真?zhèn)魏团卸ň唧w的幣值,可以進行錢幣的累加,并顯示出相應的幣值,余額也增加同樣的幣值。（3）價格比較模塊投幣完成后,系統(tǒng)會將在總額中錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的商品價格進行區(qū)間比較：若大于或等于商品1的價格,則可以購買商品1，指示燈1亮；若大于或等于商品2的價格,則指示燈2亮,以

31、此類推。（4）商品選擇系統(tǒng)此模塊可以實現(xiàn)用戶對商品的選擇購買。（5）退幣模塊系統(tǒng)可在顧客購買完商品后退回余幣。在退幣過程中 ,最主要的是要完成退幣的運算過程,運算結果放在數(shù)據(jù)寄存器,根據(jù)結果起動退幣電動機工作,輸出相應的錢幣,退幣結束時還要給程序中使用到的某些寄存器重新賦零。（6）報警模塊當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： 圖10 系統(tǒng)程序總框圖3主程序的設計根據(jù)西門子公司提供的step7micro/win v4.0編程軟件,在一臺pc機上編寫了上述模塊的程

32、序。這個主程序主要完成系統(tǒng)復位、幣值識別、幣值累加、累加值比較、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。（2）售貨口故障處理程序：若某種液體對應的售貨口出現(xiàn)故障時，此時就會報警響鈴并且對應液體指示燈亮，最后消鈴。（3）余款處理程序：當購買完成后若有余款，則找錢燈閃爍，余款額顯

33、示在數(shù)碼管上同時補余款口打開。補余款后，燈滅，數(shù)碼管顯示0.0 。（4）液體低位處理程序：當某種液體出現(xiàn)低位時，就會報警即響鈴，對應液體的指示燈就會閃爍，數(shù)碼管顯示7 7。由工作人員加入液體后，消鈴及燈滅。（三） 程序編譯修改利用step 7 micro/win v4.0軟件編寫程序完成以后，進行了程序編譯。根據(jù)編譯結果，對程序中的錯誤進行了改正。其修改內(nèi)容是：（1）個別功能指令的數(shù)據(jù)類型表達不正確；如：主程序中的網(wǎng)絡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”；在進行編譯是出現(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，

34、還有幾個。進過修改都正確了。（2）網(wǎng)絡復雜的問題；如果出現(xiàn)兩條或兩條以上指令在同一個網(wǎng)絡中，在編譯時就會出現(xiàn)“網(wǎng)絡太大，無法編譯”的錯誤。當把它分開成幾個網(wǎng)絡后，就能編譯正確了。經(jīng)過修改，程序編譯獲得成功。第六章 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step 7 micro/win v4.0編程軟件的計算機，編程電纜線一根。（二）plc程序調(diào)試程序編寫完畢后，借助step 7 micro/win v4.0版本自帶的虛擬運行功能，在pc機中運行該程序，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)，

35、分析在程序運行下各繼電器應該出現(xiàn)的狀態(tài)，再和觀察到的狀態(tài)相比較，若一致則程序基本無誤，可以將程序下載到plc中。（三）聯(lián)機調(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，然后連接計算機與plc 設備之間的通訊線，連接好之后各自都接通電源。接著在計算機中打開step 7 micro/win v4.0編程軟件，輸入該自動售貨機的相關梯形圖，然后進行保存、綜合、編譯、調(diào)試、修改等過程確定無誤后，下載至plc中，最后進行硬件調(diào)試，在plc的操作臺上進行，一邊調(diào)試一邊觀察試驗臺，看是否可以按我們事先預計的效果運行。此次自動售貨機的聯(lián)機調(diào)試中，出現(xiàn)了三個主要問題是：（1） 投幣邏輯失控的問

36、題：調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，正在進行假幣處理時，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)絡中分別串聯(lián)一個假幣取反信號進行封鎖，則投幣邏輯正常。（2） 針對對應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，從而達到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接低電位。將各位譯碼公共端

37、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。第七章 結論與展望目前,可編程序控制器、機器人、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控制系統(tǒng)中,當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)不同的控制要求進行修改,具有較強的適應性,因此在自動售貨機行業(yè)中得到廣泛的應用。根據(jù)日本、美國等國家的經(jīng)驗,自動售貨機將在全球范圍內(nèi)得到更大的普及,其未來的發(fā)展趨勢主要有如下3點:（1）自動售貨機的機體內(nèi)部結構已經(jīng)相當完善,影響其普及的關鍵因素:在現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡平臺上如何讓自動售貨機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制,能最大限度地降低生產(chǎn)、運營成本。目前,無論是基于inte