自動售貨機的PLC系統(tǒng)設(shè)計本科畢業(yè)論文

1、洛 陽 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(論文)題 目 自動售貨機的plc系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)

2、設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了

3、解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評價：一、撰寫（設(shè)計）過程1、學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格4、研究方

4、法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）指

5、導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小

6、組）及教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計說明書）

7、所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格評定成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內(nèi)畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學(xué)系意見：系主任： （簽名）年 月 日自動售貨機的plc系統(tǒng)設(shè)計摘 要自動售貨機是可完成無人自動售貨的商業(yè)自動化設(shè)備，它不受任何場地限制，方便快捷，可以每天24h售貨，在我國也越來越普及。傳統(tǒng)的自動售貨機采用單片機作為控制核心，但這樣在輸入輸出接口上消耗很大。plc不但可實現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡單、功能強、能耗低、調(diào)試方便等優(yōu)點。本款售貨機是基于汽水和咖啡的自動售貨設(shè)計的。論文以西門子plc設(shè)計自動售貨機的控制系統(tǒng)，簡要介紹

8、plc各硬件選型，軟件的設(shè)計，plc梯形圖的編寫和系統(tǒng)的調(diào)試方法。關(guān)鍵詞：自動售貨機，plc，調(diào)試 the design of a vending machine systembased on plcabstractvending machine is a self-service device that can automatically sell goods to customers. it is not restricted to specific sites, which is convenient and sells 24 hours a day. vending machines

9、also become increasingly popular in china. the traditional vending machines use single chip microcomputer as the core of control, which costs greatly on its input/output interface. plc not only fulfill a similar controlling function, but also has other advantages such as high reliability, easiness t

10、o program, strong function, low energy consumption, convenience to debug and so on. this vending machine is based on the design of self-service selling for soft drinks and coffee .on the basis of siemens plc, this paper gives a brief introduction to the various hardware selection, software design, t

11、he compilation of plc ladder diagram and the debugging method of the system.key words: vending machine，plc，debugging目錄前言1第1章緒論21.1 自動售貨機的理論背景與實際意義21.2 自動售貨機設(shè)計的主要內(nèi)容31.3 自動售貨機設(shè)計的基本思路3第2章 plc的概述42.1 plc的定義42.2 plc的簡介42.3 plc的特點和應(yīng)用52.4 plc的工作原理62.4.1 plc的循環(huán)掃描工作62.4.2 plc的掃描周期及兩種工作狀態(tài)72.5 plc的編程語言82.6 plc

12、的硬件組成8第3章 自動售貨機的設(shè)計93.1 西門子s7-200 plc 特點93.2 自動售貨機設(shè)計軟元件93.2.1 定時器93.2.2 數(shù)學(xué)運算指令103.3 自動售貨機的基本功能113.4 自動售貨機i/o點的分配123.5 順序功能圖(sfc)133.6 梯形圖（lad）153.7 自動售貨機的相關(guān)說明163.8 外部接線17第4章 程序設(shè)計及仿真184.1 程序設(shè)計部分184.1.1 程序設(shè)計說明184.1.2 程序設(shè)計184.1.3 程序調(diào)試214.2 自動售貨機仿真214.2.1 自動售貨機仿真214.2.2 仿真中需要注意的問題22結(jié)論23謝 辭24參考文獻25附錄a26附錄

13、b29外文資料翻譯31前言自動售貨機是能夠根據(jù)投入的錢幣自動付貨的機器，它是商業(yè)自動化的常用設(shè)備，不受時間、地點的限制，能節(jié)省人力、方便交易?，F(xiàn)代的自動售貨機的種類、結(jié)構(gòu)和功能依出售的商品而異。錢幣裝置是售貨機的核心，其主要功能是確認投入錢幣的真?zhèn)?，分選錢幣的種類，計算金額。如果投入的金額達到購買物品的數(shù)值即發(fā)出售貨信號，并找出余錢。自動售貨機自動輸出顧客所要的商品。因此，自動售貨機在商業(yè)，食品行業(yè)越來越普及，更方便消費者購買自己所需的商品。使用方便、可靠、節(jié)省人力的自動售貨機將在社會生活中成為一種趨勢。面對當(dāng)前快速發(fā)展的商品社會，人們的時間觀念越來越重，如何才能更快的購買到顧客自己所需的商品

14、，這都是顧客和商家共同面臨的問題。隨著科技的發(fā)展及人們生活水平的提高，自動售貨機市場的發(fā)展越來越呈現(xiàn)出多元化及個性化的需求。通過自動售貨機進行自助購物正逐漸成為市民的一種新的消費時尚，快捷方便的購物方式滿足了人們在當(dāng)今科技高速發(fā)展的現(xiàn)代社會追求高品質(zhì)生活的需要。自動售貨機在城市商業(yè)區(qū)、寫字樓大廳、風(fēng)景區(qū)、車站、碼頭、繁華街道等公共場所的布設(shè)能夠美化亮化城市環(huán)境，方便群眾生活，已經(jīng)成為城市各角落的一道亮麗風(fēng)景線。自動售貨機已在國內(nèi)普及，并成為城市現(xiàn)代文明程度的一種象征性標(biāo)志?？删幊踢壿嬁刂破鳎╬lc，programmable logic controller），仍是一種固態(tài)電子裝置，主要利用輸入

15、輸出裝置的回收信號及儲存程序，控制機械或程序的操作。在工廠自動化（fa）系統(tǒng)中，plc因為具備價格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應(yīng)性強的特點，故一直為自動化業(yè)界所采用。利用plc設(shè)計自動售貨機系統(tǒng)，方便簡易，同時成本也低。 第1章緒論1.1 自動售貨機的理論背景與實際意義自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。在日本，大部分的罐裝飲料是通過自動售貨機售出的；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機。中國，自動售貨機1999年開始進人中國市場。如今，在機場、地鐵、商場、公園等客流較大的場所，已不難發(fā)現(xiàn)自動售貨機的身

16、影。從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上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。但由于售貨機分布零散、范圍廣闊的特點，自動售貨機在為消費者帶來方便的同時，也為經(jīng)營者在監(jiān)控、管理、維護等方面帶來很大的不便。目前售貨機運行的各種情況都需要由人

17、工判斷，包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機機械故障等，經(jīng)營者普遍采用人工定時巡回視察的管理辦法，既費時費力，又無法及時準(zhǔn)確獲取自動售貨機狀態(tài)報告，給經(jīng)營者增加了管理成本和難度，也有可能給消費者的正常消費造成不便1。 本系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)可以使自動售貨機的經(jīng)營者可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計的銷售狀況進行商品銷售狀況分析，預(yù)測商品的銷售走勢，確定合理的采購和配送策略，以期獲得最高的投資回報率。同時售貨機的一些故障信息和警報信息可以實時的傳送到相應(yīng)運營人員，從而可以在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問題。1.2 自動售貨機設(shè)計的主要內(nèi)容自動售貨機設(shè)計的主要內(nèi)容有以下幾點：（1）此自動售貨機可以投入0.1元、0.5元和1.0元

18、的硬幣；（2）所售飲料標(biāo)價：汽水1.2元，咖啡1.5元；（3）如果顧客投入硬幣在限定的時間內(nèi)（1分鐘）不按任何按鍵，自動售貨機將退還所投硬幣；（4）當(dāng)投入硬幣的總值等于或超過物品價格時，對應(yīng)的物品指示燈才亮綠燈；（5）當(dāng)物品對應(yīng)的指示燈亮綠燈時，按下所買物品對應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，同時指示燈綠燈閃爍；（6）如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價格，且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；（7）如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下找零按鍵，自動售貨機會自動將余款退還顧客；（8）當(dāng)物品售完時，對應(yīng)的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應(yīng)的按鍵無反應(yīng)（不出物品，不減余額）。

19、1.3 自動售貨機設(shè)計的基本思路本次設(shè)計的題目是自動售貨機的plc系統(tǒng)設(shè)計，主要是應(yīng)用西門子s7-200型plc的梯形圖來設(shè)計控制程序，并簡單介紹相關(guān)的知識，如：plc的定義、s7-200型plc的特點、plc的編程語言、plc的硬件組成等。根據(jù)設(shè)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的相關(guān)知識設(shè)計出它的外部接線圖，結(jié)合梯形圖和外部接線圖分析說明該設(shè)計的控制原理過程。本次設(shè)計的重要部分是第三章的設(shè)計部分，即自動售貨機梯形圖的設(shè)計。首先就得根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和控制要求準(zhǔn)確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準(zhǔn)確設(shè)計出它的梯形圖，這樣才能真正理解自動售貨機的控制原理。第2章 plc

20、的概述2.1 plc的定義可編程控制器（programmable controller）簡稱pc，個人計算機（personal computer）也簡稱pc，為了避免混淆，人們將最初用于邏輯控制的可編程控制器叫做plc（programmable logic controller）。本論文也用plc作為可編程控制器的簡稱。為了確定它的性質(zhì)，在1987年頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對plc作了如下定義：“plc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

21、，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計2?！?.2 plc的簡介plc是以cpu為核心，綜合了計算機技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（plc、機器人和cad/cam）之一。目前，許多可編程控制器的生產(chǎn)廠家已聞名于全世界。這其中有美國的rockwell自動化公司所屬的a-b(allen-bradley)公司，ge-fanuc公司，日本的三菱公司和立石公司，德國的西門子（siemens）公司，法國的te(telemecanique)公司等。他們的的產(chǎn)品已風(fēng)行全世界，成為各

22、國工業(yè)控制領(lǐng)域中的著名品牌。從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計算機組網(wǎng)，構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向，目前的計算機集散控制系統(tǒng)（distributed control system）及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中已經(jīng)有大量的可編程控制器應(yīng)用，伴隨著總線技術(shù)及計算機網(wǎng)絡(luò)的進一步發(fā)展，可編程控制器作為自動控制網(wǎng)絡(luò)或國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要的組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用3。 2.3 plc的特點和應(yīng)用plc專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，以用戶需要為主，又采用了先進的微型計算機技術(shù)，所以具有以下幾個顯著特點4。1）可靠性高plc由于選用了大規(guī)模集成電路和微處

23、理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件和軟件的設(shè)計制造過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，所以具有很高的可靠性。plc控制系統(tǒng)平均無故障時間可達2萬小時以上。高可靠性是plc成為通用自動控制設(shè)備的首選條件之一。2）編成簡單、使用方便plc的編程采用類似繼電控制系統(tǒng)電器原理的梯形圖，用串聯(lián)、并聯(lián)、定時、計數(shù)等人們所熟悉的概念，使計算機語言大眾化，只要是比較熟練的電工和熟悉工業(yè)知識的人在幾天內(nèi)就能學(xué)會，這是plc得到推廣的重要原因之一。3）通用性好，具有在線修改能力plc的硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以靈活的組態(tài)以適應(yīng)不同的控制對象、控制規(guī)模和控制功能的要求，給組成各種系統(tǒng)帶來

24、極大的方便。同一臺plc裝置用于不同受控對象時,只是輸入輸出組件、功能模塊和應(yīng)用軟件不同。同時，plc控制系統(tǒng)中的控制電路是由軟件編程完成的，只要對應(yīng)用程序進行修改就可以滿足不同的控制要求，因此plc具有在線修改能力，功能易于擴展，給生產(chǎn)帶來了“柔性”，具有慣犯的工業(yè)通用性。4）設(shè)計、施工、投產(chǎn)試制周期短，維護容易目前plc產(chǎn)品已實現(xiàn)了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，正朝著通用化方向發(fā)展，設(shè)計人員只需要根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，選用相應(yīng)的模塊進行組件設(shè)計。同時，用軟件編程代替了機電控制的硬連線，大大的減輕了繁重的安裝和接線工作，這不僅提高了可靠性，還極大的縮短了施工周期。plc還具有故障檢測及顯示的功能，使故障處理

25、時間可縮短為10分鐘，對維護人員的技術(shù)水平要求也不太高。5）體積小由于采用了微型計算機技術(shù)，使plc達到了小型和超小型化，很容易裝入機械設(shè)備內(nèi)部，便于實現(xiàn)機電一體化。由于上述特點，plc作為通用自動控制設(shè)備，可用于單一機電設(shè)備的控制也可用于工藝過程的控制，而且控制精度相當(dāng)高，操作簡便，又具有很大的靈活性和可擴展性，使得plc的應(yīng)用越來越廣泛。2.4 plc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)。但是plc也有它自己的特點

26、，plc在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的5。2.4.1 plc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2-1所示6。（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

27、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(dāng)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。圖2-1 plc的掃描全過程2.4.2 plc的掃描周期及兩種工作狀態(tài)plc有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（run）狀態(tài)與停止（stop）狀態(tài)。運行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)，停止?fàn)顟B(tài)一般用于程序的修改與編制。但是在兩個不同的工作狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務(wù)是不盡相同的。圖2-2給出了運行和停止兩種狀態(tài)plc不同的掃描過程7。圖2-2

28、運行和停止?fàn)顟B(tài)時plc的掃描過程2.5 plc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）8。2.6 plc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所示：圖2-3 plc硬件結(jié)構(gòu)圖第3章 自動售貨機的設(shè)計3.1 西門子

29、s7-200 plc 特點1、機械結(jié)構(gòu)特點（1）體積小 （2）重量輕 （3）din 導(dǎo)軌安裝和安裝孔2、電器結(jié)構(gòu)特點（1）免維護性；（2）內(nèi)配24v/180ma或280ma 直流；（3）靈活中斷輸入；（4）便于擴展 ；（5）機內(nèi)配有高速計數(shù)器，cpu212為2khz加/減計數(shù)器，cpu214cpu216有兩個獨立7khz高速計數(shù)器；（6）模擬電位器外部設(shè)定；（7）cpu214還有脈沖輸出、實時時鐘等功能。s7-200系列plc大致上由中央處理器（cpu）、存儲器、電源、輸入/輸出單元和通信接口五部分組成，如下圖3-1所示9。圖3-1 s7-200 plc的組成3.2 自動售貨機設(shè)計軟元件3.2

30、.1 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，常開觸點閉合。定時器的當(dāng)前值、設(shè)定值均為10位有符號整數(shù)（int），允許的最大值為3276710。定時器指令表見表3-1。表3-1 定時器指令語句描述ton txxx，pt接通延時定時器tof txxx，pt斷開延時定時器tonr txxx，pt保持型接通延時定時器bitim out起動間隔定時器citim in,out計算間隔定時器3.2.2 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

31、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 int1,out整數(shù)加法div_di/d int1,out雙整數(shù)除法sub_i-i int1,out整數(shù)減法add_r+r int1,out實數(shù)加法mul_i*i int1,out整數(shù)乘法sub_r-r int1,out實數(shù)減法div_i/i int1,out整數(shù)除法mul_r*r int1,out實數(shù)乘法add_di+d int1,out雙整數(shù)加法div_r/r int1,out

32、實數(shù)除法sub_di-d int1,out雙整數(shù)減法mulmul int1,out整數(shù)乘法產(chǎn)生雙整數(shù)mul_di*d nt1,out雙整數(shù)乘法divdivint1,out帶余數(shù)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=out11。3.3 自動售貨機的基本功能自動售貨機的各種動作功能和控制要求，給出了完整的自動售貨機操作規(guī)程（如圖3-2），并介紹了自動售貨機運行系統(tǒng)中所包括的人工操作步驟。在實際生活中，我們見到的售貨機可以銷售一些簡單的日用品，如飲料、香煙和小的生活

33、保健用品等。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1.0元?，F(xiàn)投入1個1.0元硬幣，當(dāng)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(dāng)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

34、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。圖3-2 自控售貨機工作流程圖3.4 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)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。本次自動售貨機選用的cpu的類型為s7-200 cpu224，14個輸入（i0.0i0.7，i1.0i1.5）、10個輸出（q0.0q0.7，q1.0q1.1），i/o點的分配如

35、表3-3所示12。表3-3 自動售貨機i/o點的分配表序號定義點符號功能1i0.0sb1找零按鈕2i0.1sb2汽水1.2元按鈕3i0.2sb3咖啡1.5元按鈕4i0.3sb4投0.1元硬幣5i0.4sb5投0.5元硬幣6i0.5sb6投1.0元硬幣7i0.6sq7汽水1.2元行程開關(guān)8i0.7sq8咖啡1.5元行程開關(guān)9q0.0出1.2元汽水10q0.1出1.5元咖啡11q0.2汽水1.2元綠燈（可以購買）12q0.3咖啡1.5元綠燈（可以購買）13q0.4汽水1.2元紅燈(物品售完)14q0.5咖啡1.5元紅燈(物品售完)15q0.6找零0.1元16q0.7找零0.5元17q1.0找零1.

36、0元3.5 順序功能圖(sfc)1、順序功能圖（sfc）順序功能圖是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，使用它可以對具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進行編程。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中允許和別的語言編程的程序嵌套。順序功能圖由步、轉(zhuǎn)換和動作三種主要元件組成，如圖3-3 所示?？梢杂庙樞蚬δ軋D來描述系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易地設(shè)計出梯形圖程序13。圖3-3 順序功能示意圖2、所選擇的順序功能圖（sfc）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

37、之結(jié)構(gòu)。因為選擇性分支結(jié)構(gòu)是一個控制流，它可以轉(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)14。本次自動售貨機的sfc圖如下圖3-4所示：圖3-4 自動售貨機順序功能圖3.6 梯形圖（lad）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3-5所示。繼

38、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15。圖3-5 傳統(tǒng)繼電器控制線路圖和plc梯形圖在梯形圖中，有兩根豎直的直線，被稱為母線，現(xiàn)在很多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16。3.7 自動售貨機的相關(guān)說明在本設(shè)計中

39、，梯形圖中的add_di雙整數(shù)加法當(dāng)投入0.1元時加1，0.5元時加5,投入1.0元是加10，sub_di是雙整數(shù)減法當(dāng)成功購買物品時就減去物品對應(yīng)的數(shù)；t37t39表示通電延時定時器,按下物品按鈕時t37t38延時20秒，t39計時器形成計時60秒無操作找零。例如：一顧客買1.5元咖啡，投幣2.0元，此時咖啡綠燈長亮，按下想購買的咖啡，余額減1.5元，出貨口出咖啡，同時綠燈閃爍，20秒后若顧客無動作，則售貨機將自動退出剩余金額。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3-6所示。圖3-6自動售貨機模擬操作面板3.8 外

40、部接線本設(shè)計售貨機的外部接線圖如圖3-7所示：sb2和sb3為物品選擇按鈕；當(dāng)投入貨幣物品綠燈亮（q0.3和q0.4），按下sb2和sb3其中一個，對用的km線圈得電電機轉(zhuǎn)動出相應(yīng)的物品（q0.0或q0.1）；當(dāng)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)送該物品銷售完的信息；當(dāng)購買物品總值低于投入總值時，可按找零按鈕sb1，自動售貨機經(jīng)內(nèi)部比較判斷需要退換的硬幣種類和數(shù)目，然后驅(qū)動km1、km2和km3得電使電機轉(zhuǎn)動找零（q0.6、q0.7和q1.0）。圖3-7 自動售貨機plc外部接線圖第4章 程序設(shè)計及仿真4.1 程序設(shè)計部分4.1.1 程序設(shè)計說明現(xiàn)在我們具體分析一下程序過程：

41、為了方便分析，我們以一次交易過程為例。初始狀態(tài)：此時不能購買任何商品。投幣狀態(tài)：顧客投幣，顯示投入總值，即余額數(shù)值，當(dāng)所投幣值超過商品價格時，相應(yīng)價格選擇按鈕發(fā)生變化，綠燈亮，提示可以購買。購買狀態(tài)：按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品出現(xiàn)在出貨框中，同時顯示屏上的金額數(shù)字根據(jù)消費情況相應(yīng)變化。退幣按鈕：按下找零按鈕，顯示退幣框，同時顯示出應(yīng)退幣值。按下找零，則退出貨幣，恢復(fù)初始狀態(tài)。到此為止，自動售貨機的一個完整工作過程結(jié)束。4.1.2 程序設(shè)計此設(shè)計自動售貨機主要銷售汽水和咖啡兩大類，汽水為1.2元，咖啡為1.5元。自動售貨機的梯形圖（lad）如圖4-1所示：可以把一次交易過程分為幾個程序塊

42、：運行初期清零過程；投幣過程；圖4-1 自動售貨機梯形圖4.1.3 程序調(diào)試由于實驗室沒有相應(yīng)的實物控制模型(自動售貨機)，因此，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時，所有的輸入信號均用開關(guān)信號和復(fù)位按鈕來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調(diào)試時，首先按控制系統(tǒng)plc接線圖完成硬件接線，并仔細檢查接線是否有誤，特別要注意接線時不能出現(xiàn)短路、斷路及反接等情況，否則會造成硬件損壞及人身意外。開始程序調(diào)試：首先將plc控制程序?qū)懭氲絧lc機器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使plc處于“run”狀態(tài)，然后逐一按投幣感應(yīng)器（即硬幣識別機構(gòu)用復(fù)位按鈕信號來表示硬幣的輸入），觀察有沒有進行累加幣值；或按選擇按鈕，觀察輸出指示燈是否按

43、預(yù)計效果閃滅（即顯示飲料選擇提示、飲料送出、送出時間和退幣提示），并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運行過程及輸入輸出信號、內(nèi)部描述實際出現(xiàn)的問題及解決方案。要對照設(shè)計控制要求，逐一檢驗設(shè)計功能是否能有效的實現(xiàn)，并對程序進行改進和完善。例如，調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)重復(fù)線圈問題，需將程序進行合并，避免重復(fù)線圈等等?？偠灾?，對程序必須要反復(fù)調(diào)試，不斷改進，以獲得既完全實現(xiàn)功能，而又簡單、嚴(yán)謹性高的plc控制程序17。4.2 自動售貨機仿真4.2.1 自動售貨機仿真程序編寫好后無法驗證程序的正誤，編程能力很難提高，而仿真是解決這一問題的理想方法。本次自動售貨機的仿真，首先配置cpu的型號，為了自動售貨機的仿真方便

44、好看，我們選用cpu224，擴展模塊我們選用14個輸入（i0.0i0.7，i1.0i1.5）、10個輸出（q0.0q0.7，q1.0q1.1）的em223 (14 i / 10 q)，如圖4-2所示18。圖4-2 自動售貨機選用cpu和擴展模塊4.2.2 仿真中需要注意的問題在仿真的過程中需要注意的是cpu的型號一定要相互匹配，在這里我們采用的是cpu224，除此之外還需要兩個擴展模塊，在仿真的過程中程序動作可能會延遲，需要耐心等待。結(jié)論畢業(yè)論文是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的自動售貨機系統(tǒng)設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)

45、基礎(chǔ)知識和解決實際問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣，但我的收獲卻更加豐富。我都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。提高是有限的，但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。在設(shè)計

46、過程中程序的設(shè)計讓我很頭痛，原因是由于系統(tǒng)設(shè)計需要用西門子plc編程，但是我們只學(xué)過三菱的，所以要自己一邊學(xué)一邊用，花了不少的時間和精力在上面。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。比如我的設(shè)計還有很多的不足之處，可這些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動力，只有發(fā)現(xiàn)問題面對問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進的知識，更好的為祖國的四化服務(wù)。謝 辭從接受畢業(yè)設(shè)計課題到現(xiàn)在完成畢業(yè)設(shè)計論文，我感謝我的指導(dǎo)老師張老師和白老師，他們給予了我精心

47、的指導(dǎo)和熱情的幫助。張老師在plc方面具有豐富的實經(jīng)驗，對我的設(shè)計工作給予了很多的指導(dǎo)和幫助，使我能夠?qū)⒗碚撝械慕Y(jié)果與實際相結(jié)合。尤其在課題設(shè)計的前期準(zhǔn)備階段和程序編程階段，張老師提出許多寶貴的設(shè)計意見，在最后的測試修改階段老師在百忙之中抽出時間為我們修改了論文的格式和小的細節(jié)問題，這樣使得我們得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計，老師淵博的知識，敏銳的思路和實事求是的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，這將使得我終身受益，謹此向老師表示由衷的感謝和崇高的敬意。在這里我還要感謝曾經(jīng)給過我?guī)椭耐瑢W(xué)們，你們同樣給我?guī)砹四蟮墓膭?。最后，再次感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師。祝愿各位身體健康、工作順利！參

48、考文獻1徐益清. 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù). 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社. 20092趙紅梅. 自動售貨機plc控制系統(tǒng)的設(shè)計. 工程技術(shù). 20093廖常初. plc基礎(chǔ)及應(yīng)用. 北京: 機械工業(yè)出版社. 20084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. 20035張云剛, 宋小春. 西門子s7-200系列. 北京: 人民郵電出版社. 20006吳建強, 姜三勇. 可編程控制器原理及應(yīng)用. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社. 20007周亞軍, 張衛(wèi). 電氣控制與plc原理及應(yīng)用. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社. 20108張萬忠. 可編程控制器應(yīng)用技

49、術(shù). 北京: 機械工業(yè)出版社. 20089張興國. 可編程序控制器技術(shù)及應(yīng)用. 北京: 中國電力出版社. 200610黃繼昌. 傳感器工作原理及應(yīng)用實例. 北京: 人民由電出版社. 199811朱軍, 王海東. 自動售貨機中紙鈔和硬幣識別原理. 200412胡新顏. 自動售貨機的系統(tǒng)設(shè)計. 電子技術(shù). 200313董淑冷. plc在自動售貨機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用. 上海: 上海師范大學(xué)學(xué)報. 200714黃繼昌等. 傳感器工作原理及應(yīng)用實例. 北京: 人民郵電出版社.1998.15孫余凱等. 傳感器應(yīng)用電路300例. 北京: 電子工業(yè)出版社. 2008.16何希才等. 實用傳感器接口電路實例. 北

50、京: 中國電力出版社. 200717羅宇航. 流行plc實用程序及設(shè)計(西門子s7-200系列). 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社. 200618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. 2009 附錄a 自動售貨機其他硬件說明本文設(shè)計的是售汽水和咖啡這兩種商品的自動售貨機，它的總體售貨過程是：當(dāng)顧客購買商品時,投入的硬幣（投入硬幣的面值和剩余值由plc驅(qū)動數(shù)碼管顯示）經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動硬幣識別器識別硬幣，如果是假幣則被排出，如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應(yīng)的硬幣貯幣腔,并經(jīng)光傳感器感應(yīng)，由光傳感器驅(qū)動plc運行。然后經(jīng)顧客選擇、plc

51、進行控制，使在plc的輸出口上有相應(yīng)的信號輸出并驅(qū)動電機動作，獲得所買的商品。其中用到了光傳感器、數(shù)碼顯示管、硬幣的識別、硬幣的貯存和退幣等原理，以下詳細說明：1. 光傳感器在本設(shè)計中，用到光傳感器：當(dāng)硬幣投入開始由光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動硬幣識別器；硬幣經(jīng)識別后進入貯存腔時，由光傳感器感應(yīng)，給plc一個信號，進行硬幣的相加運算；當(dāng)退幣時，退出的硬幣經(jīng)光傳感器感應(yīng)，給plc一個信號，進行退幣的相減運算。 光傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器件，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其它傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可，本設(shè)計是運用紅外線傳感器的原理對投幣進行檢測。圖1所示是紅外線傳感器的工作原理圖。它是由光源、接收器和plc運行電路三部分組成。光源使用普通的白熾燈泡，當(dāng)點亮燈泡時，由于燈絲的溫度很高，能產(chǎn)生較強的紅外輻射，燈泡發(fā)出的可見光經(jīng)濾光片濾掉，紅外光便可向外發(fā)射。在距光源發(fā)射點一定距離處，設(shè)置有紅外接收器。這樣，在紅外