機電一體化畢業(yè)設(shè)計（論文）自動售貨機的PLC系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書課題名稱: 自動售貨機的plc系統(tǒng)設(shè)計 學生姓名 專 業(yè) 機電一體化 班 級 時 間 2011.102012.4 指導(dǎo)教師 電子與電氣工程系目 錄 摘要3第1章 緒論41.2 plc的定義41.2 plc的發(fā)展及其應(yīng)用41.3 plc的特點51.4 plc的主要功能6第2章自動售貨機72.1 自動售貨機的發(fā)展及應(yīng)用72.2 自動售貨機的基本功能8第3章plc 的自動售貨機硬件設(shè)計113.1 plc的選擇113.2 設(shè)計目的133.3 控制要求133.4 各電機主電路113.5 plc的i/o分配153.6 plc的外部接線17第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計184.1 軟件介紹184.2 p

2、lc編程語言介紹184.3 程序的分析與設(shè)計194.4 plc控制程序梯形圖204.3 調(diào)試結(jié)果、調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法244.4 設(shè)計心得體會24結(jié)束語25參考文獻26摘 要可編程邏輯控制器，簡稱plc，是一種工業(yè)控制微型計算機。它的編程方便、操作簡單尤其是高通用性等優(yōu)點，使它在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。其中的一個應(yīng)用便是自動售貨機的控制，主要用到的便是他的邏輯控制功能。自動售貨機是能根據(jù)投入的錢幣自動付貨的機器。它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。從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供給的條件看，自動售

3、貨機可以充分補充人力資源的不足，適應(yīng)消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。自動售貨機產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式，通過電話線路將自動售貨機內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)約1015

4、的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。關(guān)鍵詞：plc；自動控制；自動售貨機；第1章 緒論1.1 plc的定義 美國國際電工委員會（iec）在1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？杀槌绦蚩刂破鳂O其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。定義強調(diào)了plc應(yīng)直接應(yīng)用與工

5、業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。定義還強調(diào)了plc是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴充”。1.2 plc的發(fā)展及其應(yīng)用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)展隨著

6、微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使plc結(jié)構(gòu)更為湊，相當與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。plc的功能不斷增加，將原來大、中型plc才有的功能部分地移植到小型plc上。（2）向大容量、高速度方向發(fā)展 大型plc采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時進行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。（3）智能型i/o模塊的發(fā)展 智能型i/o模塊是以微處理器和存儲器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的cpu與plc的主cpu并行工作，占用主cpu的時間很少，有利于提高plc的掃描速度。（4）基于pc的編程軟件取代編程器 隨著計

7、算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機上的編程軟件。編程軟件可以對plc控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。（5）plc編程語言的標準化 與個人計算機相比，plc的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的cpu模塊和i/o模塊互不通用。plc的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，iec制定了可遍程序控制器標準。標準中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。（6）

8、plc通信的易用化plc的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個人計算機和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中控制。（7）組態(tài)軟件與plc的軟件化 個人計算機（pc）的價格便宜，有很強的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。（8）plc與現(xiàn)場總線相結(jié)合現(xiàn)場總線i/o與plc可以組成功能強大的、廉價的dcs系統(tǒng)。（9）開發(fā)新型特殊功能模塊 i/o組件可以提高plc的智能化、高密集度和增大處理能力。(10) cpu的處理速度進一步加快目前，plc的處理速度與計算機相比還比較慢，其高的cpu也不過80486，將來會全面使用64位的risc芯片，采用多cpu進行處理、分時處理

9、或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使plc的處理速度達到納秒級。 1.3 plc的特點（1）抗干擾能力強，可靠性好plc在電子線路、機械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。i/o系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面：1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。plc的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于plc的影響，同時防止外部高

10、電壓串入，從而減少故障和誤操作。 2）濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在plc的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進行有效的抑制。3）對內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾，保護供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。5）利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護和恢復(fù)措施。6）對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點，以保障高可靠性。

11、而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強plc及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。（3）編程方便，易于使用plc是面向用戶的設(shè)備，plc的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習慣，plc程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內(nèi)學會。（4）功能完善plc的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在plc內(nèi)部具有許多控制功能，

12、諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強制i/o等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。（5）設(shè)計、施工、調(diào)試、的周期短用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用plc控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在plc到貨前進行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和

13、施工可同時進行。（6）體積小，維護操作方便plc體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。plc的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。（7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化plc可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（8）可實現(xiàn)三電一體化plc將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。 1.4 plc的主要功能（1） 條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用plc的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進行開關(guān)控制。（2） 定時/記數(shù)

14、控制功能定時/記數(shù)控制功能指用plc提供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。（3） 數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指plc能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。（4） 步進控制功能 步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進控制器。（5） a/d與d/a 轉(zhuǎn)換功能 a/d與d/a 轉(zhuǎn)換功能是指通過a/d、d/a模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。（6） 運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸

15、或多軸運動控制。（7） 過程控制功能 過程控制功能是指通過plc的pid控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。（8） 擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即i/o擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高plc的控制功能。（9） 遠程i/o功能 遠程i/o功能是指通過i/o單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設(shè)備與plc主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。（10） 通信聯(lián)網(wǎng)功能通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過plc之間的聯(lián)網(wǎng)、plc與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠程i/o控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。第二章

16、自動售貨機2.1 自動售貨機的發(fā)展及應(yīng)用由于大量生產(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。在自動售貨機歷史的長河中，日本開發(fā)出實用型的自動售貨機，那是在進入本世紀后的事。日本第一臺自動售貨機是1904年問世的“郵票明信片自動出售機”，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機器。以及50年代的，“噴水型果汁自動售貨機”等。 現(xiàn)在，自動售貨機產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式，通過電話線路

17、將自動售貨機內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)約1015的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。2.2 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），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

18、應(yīng)的反應(yīng)。售貨機中有2種商品，汽水價格12元，咖啡的價格為15元。現(xiàn)投入硬幣，當投入的貨幣超過汽水的價格時，汽水指示燈亮，提示可以購買，當投入的貨幣超過咖啡的價格時，咖啡指示燈亮。當按下買汽水按鈕時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去汽水的價格同時啟動相應(yīng)的電機，提取汽水到出貨口。汽水流出7秒，在此期間不能進行買汽水或咖啡操作。但可找錢。買咖啡操作同理。操作完成后，如需繼續(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，自動售貨機進行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

19、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?？赏ㄟ^操作屬性把把自動售貨機分為四個過程：（1）.投幣過程 （2）價格比較過程 （3）選擇商品過程 (4)退幣過程可把自動售貨機工作過程分為4個狀態(tài)： （1）初始狀態(tài)（2）投幣狀態(tài)（3）購買狀態(tài)(4) 退幣狀態(tài) 初始狀態(tài)，自動售貨機內(nèi)部各元件都處于復(fù)位狀態(tài)，內(nèi)部電機停止運轉(zhuǎn)，等待投幣操作。投幣狀態(tài)。按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值顯示屏顯示投入、消費、余額數(shù)值，當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，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。取走

20、商品后出貨框消失。退幣按鈕。按下退幣按鈕，顯示退幣框，同時顯示出應(yīng)退幣值及數(shù)量。按下確認鈕，則恢復(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。自動售貨機的工作流程圖如圖1所示： 圖1 自動售貨機的工作流程圖第3章plc 的自動售貨機硬件設(shè)計3.1 plc的選擇主機由cpu（微處理器）、存儲器、輸入輸出單元、電源等部分組成。cpu是plc的核心，其作用類似于人的大腦。它能夠識別用戶按特定格式輸入的指令，并按照指令完成預(yù)定的控制任務(wù)。另外，它還能識別用戶所輸入的指令序列的格式和語法錯誤，還具有系統(tǒng)測試與診斷功能。plc的存儲器有兩種：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器主要用于

21、存放系統(tǒng)正常工作所必須的程序，如系統(tǒng)診斷程序、鍵盤輸入處理程序、指令解釋程序、監(jiān)控程序等。這些程序與用戶無直接關(guān)系，已由廠家直接固化進eprom中，不能由用戶直接存取、修改。用戶程序存儲器主要存放用戶程序（用戶利用plc的編程語言按不同控制要求所編制的控制程序或數(shù)據(jù)，這相當于設(shè)計繼電器控制系統(tǒng)硬接線的控制電路圖），可通過編程器進行修改。輸入輸出（io）單元是plc與輸入控制信號和被控制設(shè)備連接起來的部件，輸入單元接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成cpu能接收和處理的數(shù)字信號。輸出單元接收經(jīng)過cpu處理過的輸出數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所

22、能接收的電壓或電流信號，以驅(qū)動接觸器、電磁閥和指示器件等。電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的裝置，它向plc提供所需要的直流電源。電源組件具有很高的抗干擾能力，適合工業(yè)現(xiàn)場使用，供電穩(wěn)定、安全可靠。電源組件內(nèi)還裝有備用鋰電池，以保證在斷電時保存必要的信息。plc還有各種接口，plc通過這些接口可與監(jiān)視器、打印機、其它的plc或計算機等相連。每種plc都有與主機相配的擴展模塊，用來擴展輸入、輸出點數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。plc擴展模塊內(nèi)不設(shè)cpu，僅對i/o通道進行擴展，不能脫離主機獨立實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。外部設(shè)備包括編程器、盒式磁帶機、打印機、eprom寫入器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等。其中編程

23、器是plc必不可少的重要外圍設(shè)備，由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關(guān)和外存儲器接插口等部件組成，主要用于對用戶程序進行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來監(jiān)視plc的工作狀態(tài)。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型編程器只能聯(lián)機編程，且需將梯形圖轉(zhuǎn)化為助記符后才能送入。智能型編程器又稱圖形編程器，它既可聯(lián)機編程，又可脫機編程，具有圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過屏幕對話，但價格較貴。現(xiàn)在也可在個人計算機上填加適當?shù)挠布涌?，利用生產(chǎn)廠家提供的編程軟件包就可將計算機作為編程器使用，而且還可以在計算機上實現(xiàn)模擬調(diào)試。plc與打印機相連可將過程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。當與監(jiān)視器相連時可將控制過程圖象顯示出

24、來。當plc與plc相連時，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)模控制。當plc與計算機相連時，可組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。plc的工作酷似一個繼電器系統(tǒng)，其等效電路可分為三部分：輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分。 輸入部分這部分的作用是收集被控設(shè)備的信息或操作命令。輸入端子外接行程開關(guān)、按鈕等的觸頭，內(nèi)連輸入繼電器線圈。輸入繼電器由外部信號通過輸入端子驅(qū)動，可提供無限多對常開、常閉的軟觸點供內(nèi)部使用。 內(nèi)部控制電路由用戶根據(jù)控制要求編制的程序所組成，其作用是按用戶程序的控制要求對輸入信號進行運算處理，判斷哪些信號需要輸出，并將得到的結(jié)果輸出給負載。plc內(nèi)部有許多類型

25、的器件，如定時器（t）、計數(shù)器（c）、輔助繼電器（m）等，它們都有許多對用軟件實現(xiàn)的常開、常閉觸點。編寫的梯形圖是將這些軟器件進行內(nèi)部接線，完成被控設(shè)備的控制要求。 輸出部分這部分的作用是驅(qū)動外部負載，所以輸出端子是plc向外部負載輸出信號的端子，其內(nèi)連輸出繼電器（y）的一對常開觸點。輸出繼電器除提供一對常開觸點驅(qū)動負載以外，還可以提供無數(shù)對常開、常閉觸點供內(nèi)部使用。plc是通過一種周期工作方式來完成控制的，每個周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。輸入采樣階段plc以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说臓顟B(tài)讀入到輸入映像寄存器中存儲，這一過程稱為采樣。在本工作周期內(nèi)采樣結(jié)果不會改變，而且將在

26、plc執(zhí)行程序時被使用。程序執(zhí)行階段plc按順序?qū)Τ绦蜻M行掃描，即從上到下、從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入元件映像寄存器中保存。但這個結(jié)果在全部程序未執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端口上。輸出刷新階段在所有用戶程序執(zhí)行完畢后，plc將元件映像寄存器中的內(nèi)容送入輸出鎖存器中，通過一定的方式輸出，驅(qū)動外部負載。plc重復(fù)執(zhí)行輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，每重復(fù)一次的時間稱為一個掃描周期。plc的一個掃描周期一般為40100ms之間。選擇plc型號時，需要估算輸入輸出的點數(shù)，并據(jù)此估算出程序的存儲容量，是系統(tǒng)設(shè)計

27、的重要環(huán)節(jié)。功能不同，plc可分低檔、中檔、高檔機三類。低檔機具有邏輯運算、計時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能。還可能增設(shè)少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、遠程io、通信等功能。中檔機除具有低檔機的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程io、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。還可以增設(shè)中斷控制、pid控制等功能。高檔機除具有中檔機的功能外，還有符號算術(shù)運算（32位雙精度加、減、乘、除和比較）、矩陣運算、位邏輯運算（置位、清除、右移、左移）、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、表格功能及表格傳送等。高檔機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制

28、，構(gòu)成全plc的分布式控制系統(tǒng)，或整個工廠的自動化網(wǎng)絡(luò)。按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和模塊式。整體式plc是將電源、cpu、io部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點，一般小型plc采用這種結(jié)構(gòu)。模塊式plc是將plc各部分分成若干個單獨的模塊，如cpu模塊、io模塊、電源模塊（有的包含在cpu模塊中）以及各種功能模塊。模塊插在框架的插座上，有的plc沒有框架，各種模塊安裝在底板上。這種結(jié)構(gòu)的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同模塊組成一個系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。一般大、中型plc采用模塊式結(jié)構(gòu)。 io總點數(shù)可分為小型、中型和大型三類。小型plc的io點數(shù)為256點以

29、下，其中小于64點為超小型或微型plc。中型plc的io點數(shù)為256點到2048點以下。大型plc的io點數(shù)為2048點以上，其中io點數(shù)超過8192點為超大型plc。3.2 設(shè)計目的通過對自動售貨機pcplc控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計、編程、及上機調(diào)試工作的實踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計的方法。3.3 控制要求1、此售貨機可投入1元、2元、或5元硬幣。2、當投入的硬幣總值超過12元時，汽水按鈕指示燈亮；又當投入的硬幣總值超過15元時，汽水及咖啡按鈕指示燈都亮。3、當汽水按鈕燈亮時，按汽水按鈕，則汽水排出7秒后自動停止，這段時間內(nèi)，汽水指示燈閃動

30、。4、當咖啡按鈕燈亮時，按咖啡按鈕，則咖啡排出7秒后自動停止，這段時間內(nèi)，咖啡指示燈閃動。5、若投入硬幣總值超過按鈕所需的錢數(shù)（汽水12元，咖啡15元）時，找錢指示燈亮，表示找錢動作，并退出多余的錢。6、假設(shè)汽水排出、咖啡排出、找錢動作均由電機進行控制。3.4 各電機主電路電機主電路由五臺電機組成，分別為控制汽水出口的電機，控制咖啡出口的電機，控制五元出口的電機，控制二元出口的電機，控制一元出口的電機。汽水指示燈，和咖啡指示燈連接在單相電路中。通過控制電路的控制作用，在不同的時刻不同的電機運轉(zhuǎn)，已達到控制的目的。圖2 自動售貨機原理圖3.5 plc的i/o分配自動售貨機plc i/o分配如下表

31、所示：輸入輸出說明說明x0001元硬幣識別器y000汽水指示燈x0012元硬幣識別器y001汽水出口x0025元硬幣識別器y002咖啡指示燈x003汽水按鈕y003咖啡出口x004咖啡按鈕y0041元硬幣退幣口x005找錢按鈕y0052元硬幣退幣口y0065元硬幣退幣口d000余額指示圖3 自動售貨機i/o分配表3.6 plc的外部接線圖4 plc外部接線圖本次知道售貨機的外部接線圖如下圖所示，投入硬幣x000.x001.x002為一元，二元，五元。x003.x004為物品選擇按鈕，當投入貨幣物品y000或y002燈亮，按下x003.x004其中一個，對用的km線圈得電電機轉(zhuǎn)動出相應(yīng)的物品y0

32、01.y003，當收買物品總值低于投入總值時，可按找零按鈕x005選擇找一元.二元或五元。后有，y004，y005,y006得電電機轉(zhuǎn)動找零。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件介紹plc軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故障。系統(tǒng)軟件由plc廠家提供并已固化在eprom中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用plc的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實現(xiàn)各種控制。step7是用于simatic可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用step

33、7來進行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。 plc與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開關(guān)量輸入（di），開關(guān)量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等模塊。 常用的i/o分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20ma,0-20ma）、電壓型（0-10v,0-5v,-

34、10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等4.2 plc編程語言介紹在可編程控制器中有多種程序設(shè)計語言,它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設(shè)計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數(shù)器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。功能表圖語言和語句描述語言是高級的程序設(shè)計語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報表的報印和其他基本程序設(shè)計語言無法完成的功能。功能模塊

35、圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程序控制器中得到了廣泛的應(yīng)用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡單、易于掌握等特點，為廣大工程設(shè)計和應(yīng)用人員所喜愛。梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計語言。采用梯形圖程序設(shè)計語言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。功能表圖程序設(shè)計語言是用功能表圖來描述程序的一種程序設(shè)計語言。它是近年來發(fā)展起來的一種程序設(shè)計語言。采用功能

36、表圖的描述，控制系統(tǒng)被分為若干個子系統(tǒng)，從功能入手，使系統(tǒng)的操作具有明確的含義，便于設(shè)計人員和操作人員設(shè)計思想的溝通，便于程序的分工設(shè)計和檢查調(diào)試。布爾助記符程序設(shè)計語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設(shè)計語言。布爾助記符程序設(shè)計語言與計算機中的匯編語言非常相似，采用布爾助記符來表示操作功能。 功能模塊圖程序設(shè)計語言是采用功能模塊來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。它有若干個輸入端和輸出端，通過軟連接的方式，分別連接到所需的其它端子，完成所需的控制運算或控制功能。功能模塊可以分為不同的類型，在同一種類型中，也可能因功能參數(shù)的不同而使功能或應(yīng)用范圍有所差別，例如，輸入端的數(shù)量、

37、輸入信號的類型等的不同使它的使用范圍不同。由于采用軟連接的方式進行功能模塊之間及功能模塊與外部端子的連接，因此控制方案的更改、信號連接的替換等操作可以很方便實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計語言是用結(jié)構(gòu)化的描述語句來描述程序的一種程序設(shè)計語言。它是一種類似于高級語言的程序設(shè)計語言。在大中型的可編程序控制器系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計語言來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關(guān)系。它也被用于集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)。 結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計語言采用計算機的描述語句來描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數(shù)制造廠商采用的語句描述程序設(shè)計語言與basic語言、pascal語言或c語言

38、等高級語言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語句的表達方法及語句的種類等方面都進行了簡化。4.3 程序的分析與設(shè)計plc的基本技術(shù)是掃描技術(shù) 。當 plc投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 1、輸入采樣階段 在輸入采樣階段， plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因

39、此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其