基于s7-200PLC自動售貨機

1PLC的概述1.1PLC的定義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，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那么而設(shè)計。1.2PLC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、電源等幾局部組成。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1-1。圖1-1PLC硬件結(jié)構(gòu)圖1.3PLC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〕。1.4PLC的特點〔1〕抗干擾能力強，可靠性好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?！?〕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)?！?〕編程方便，易于使用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。〔4〕功能完善在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位存放器、中間存放器等?！?〕設(shè)計、施工、調(diào)試、的周期短PLC采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進行?！?〕體積小，維護操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝?！?〕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。2自動售貨機的相關(guān)說明2.1現(xiàn)有自動售貨機分析自動售貨機最早出現(xiàn)在二十世紀五、六十年代的西歐，英國是較早實行自動售貨機售貨的國家之一。1942年，在食品銷售中首先推廣了自動售貨的銷售方式。1950年，英國食品雜貨行有500家采用自動售貨機售貨。1969年，采用自動售貨機售貨的商家增加到23000家，銷售的商品擴展到文化用品、唱片、香煙、食品等多個方面。進入70年代后，約有40多萬家香煙、飲料店采用自動售貨機。1980年英國有50余萬臺自動售貨機，年銷售額達8.81億英鎊。70年代后，日本、歐美等興旺國家和地區(qū)自動售貨機迅猛開展，短短30年，興旺國家自動售貨機產(chǎn)業(yè)已開展到相當(dāng)大規(guī)模。自動售貨機被廣泛地放于車站、油站、機場、賓館、寫字樓、娛樂場所及大街小巷和公路旁，人們通過自動售貨機可以買到食品、香煙、飲料、報紙、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。自動售貨機實現(xiàn)了商品需求化、性能多樣化的開展，有由原來的只能出售有限商品品種，轉(zhuǎn)變?yōu)槔^百貨公司、超級市場、便民店之后，以消費者與收獲機“一對一〞自動售貨的無店鋪銷售狀態(tài)。目前自動售貨機是集聲、光、機電一體化的高新智能化產(chǎn)品，在我過也開始得到應(yīng)用。在中國人們可以看到現(xiàn)代化的自動售貨機擺放在一些大商場門口、繁華街道兩旁、公園入口處以及其他熱鬧的場所。自動售貨機的新奇、文明、高檔、晝夜效勞、占地小、靈活方便深受許多地區(qū)市民的青睞，甚至出現(xiàn)許多排隊購置的現(xiàn)象。專家測算，中國的自動售貨機在市場容量最保守算應(yīng)該有四十七萬臺，一年的銷售額可到達三百五十億元，假設(shè)按人均臺數(shù)計算全年可達五百億，自動售貨機在日本到達平均每二三十人一臺，在美國到達每四十人一臺，在歐洲每六十人一臺，由于中國經(jīng)濟與上述國家還有一定差距，按每五百人一臺計算。因此，自動售貨機在中國有著廣闊的開展前景。從自動售貨機的開展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量銷售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。從廣義來講自動售貨機就是在投入硬幣、紙幣、信用卡等后變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。從供應(yīng)的條件看，自動售貨機可以充分補充人力資源缺乏，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，有吸引人們購置好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。2.2自動售貨機設(shè)計的主要內(nèi)容〔1〕此自動售貨機可以投入五角、一元的硬幣；〔2〕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；〔3〕當(dāng)投入硬幣的總值等于或才超過物品價值時，對應(yīng)的物品指示燈亮綠燈；〔4〕當(dāng)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；〔5〕如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價值時，自動售貨時機自動將余款退還顧客；〔6〕當(dāng)顧客成功購置完一件物品后20秒無操作，自動售貨時機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，按下退款按鍵，自動售貨時機自動將余款退還顧客；〔8〕當(dāng)物品缺乏時，對應(yīng)的物品指示燈亮綠燈不亮，顧客按下相應(yīng)的按鍵無反響〔不出物品，不減余額〕，并向總部發(fā)送所缺物品。2.3自動售貨機設(shè)計的根本思路本次設(shè)計的題目是PLC控制自動售貨機，主要是用西門子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)容和控制要求畫出梯形圖，再根據(jù)PLC的相關(guān)只是設(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。3PLC控制自動售貨機的主要硬件及選型3.1PLC的選擇隨著PLC技術(shù)的開展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從德國、日本、美國等引進的PLC產(chǎn)品和國內(nèi)廠家組裝自行開發(fā)的產(chǎn)品，已有幾十個、上百種型號。PLC的種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等各有不同，，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理的選擇PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。選擇plc時應(yīng)考慮的因素包括PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊等。3.1機型選擇的根本原那么是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最正確的性能價格比。合理的結(jié)構(gòu)型式；安裝方式的選擇；相當(dāng)?shù)墓δ芤?；響?yīng)速度的要求；系統(tǒng)可靠性的要求；急性統(tǒng)一。3.1PLC的容量包括I/O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。I/O點數(shù)通常I/O點數(shù)是根據(jù)被控制對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10%——15%的備用量來確定。用戶存儲容量用戶存儲量是指PLC用于存儲用戶程序的存儲器容量。需要的用戶存儲容量的大小由用戶程序的長短的決定。一般可只按下式估算，再按實際需要留適當(dāng)?shù)挠嗔俊?0%——30%〕來選擇。存儲容量=開關(guān)量I/O點數(shù)*10+模擬量通道數(shù)*100絕大局部PLC均能滿足上式要求。應(yīng)當(dāng)注意的是：當(dāng)控制系統(tǒng)較復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量較大時，可能會出現(xiàn)存儲量不夠的問題，這時候應(yīng)特殊對待。3.1一般I/O模塊的價格占PLC價格的一半以上。不同的I/O模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應(yīng)用范圍和價格。下面僅介紹有關(guān)量I/O模塊的選擇。開關(guān)量輸入模塊的選擇PLC的輸入模塊是用來檢測接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的信號，并將輸入的信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接受的低電壓信號。輸入信號的類型及電壓等級的選擇常用的開關(guān)量模塊的信號類型有三種：直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入。選擇時一般根據(jù)現(xiàn)場輸入信號及周圍環(huán)境來決定。接輸入信號的電壓大小分類有：直流5V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。選擇是應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來決定。輸入接線方式選擇接輸入電路接線方式的不同，開關(guān)量輸入模塊可分為匯點式輸入和分組式輸入兩種。同時接通的輸入電數(shù)量對于選用高密度的輸入模塊，應(yīng)考慮模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60%。開關(guān)量輸出模塊的選擇輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換為外部輸出設(shè)備所需的驅(qū)動信號。選擇時主要應(yīng)考慮負載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對延時時間的要求、負載狀態(tài)變化是否頻繁等。輸出方式的選擇開關(guān)量輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。輸出接線方式的選擇接PLC的輸出接線方式的不同，一般有分組時輸出和分隔式輸出兩種。輸出電流的選擇輸出模塊的輸出電流必須大于負載的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實際負載電流的大小選擇模塊的輸出電流。同時接通的輸出點數(shù)量選擇輸出模塊時，還應(yīng)考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值。輸出的最大負載電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素的關(guān)系。根據(jù)本設(shè)計的復(fù)雜程度、所需完成的功能和輸入輸出點數(shù)，最終選擇的PLC是S7-200系列中的cpu226cn。3.2自動售貨機PLC硬件控制電路設(shè)計3.自動售貨機是機電一體化的自動化裝置，在接收到貨幣已輸入的前提下，靠觸摸控制按鈕輸入信號使控制器啟動相關(guān)位置的機械裝備來完成規(guī)定動作，將貨物輸出?！?〕用戶將貨幣投入投幣口，貨幣識別器對所投貨幣進行識別；〔2〕控制器根據(jù)金額將商品可售賣信息通過選貨按鍵指示燈提供應(yīng)用戶自主選擇欲購置的商品；〔3〕按下用戶選擇商品所對應(yīng)的按鍵，控制器接收到按鍵所傳遞過來的信息，驅(qū)動相應(yīng)部件，售出用戶選擇的商品到達出貨口；〔4〕如果還有足夠的金額，那么可繼續(xù)購置。在20秒之內(nèi)，自動售貨機將自動找出零幣或用戶退幣按鈕，退出零幣；〔5〕從退幣口取出零幣完成交易。3.2.2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對被控對象進行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理的結(jié)果送給被控對象，以實現(xiàn)控制目的。本次自動售貨機I/O點的分配表如表3-1所示。表3-1自動售貨機PLC控制I/O地址分配表輸入信號PLC地址輸出信號PLC地址找零按鈕I0.0找零Q0.0五角食品按鈕I0.1五角食品出口Q0.1一元食品按鈕I0.2一元食品出口Q0.2一元飲料按鈕I0.3一元飲料出口Q0.3二元飲料按鈕I0.4二元飲料出口Q0.4二元日用按鈕I0.5二元日用出口Q0.5三元日用按鈕I0.6三元日用出口Q0.6投幣按鈕I2.0五角食品綠燈〔可購置〕Q1.0五角食品行程開關(guān)I3.1一元食品綠燈〔可購置〕Q1.1一元食品行程開關(guān)I3.2一元飲料綠燈〔可購置〕Q1.2一元飲料行程開關(guān)I3.3二元飲料綠燈〔可購置〕Q1.3二元飲料行程開關(guān)I3.4二元日用綠燈〔可購置〕Q1.4二元日用行程開關(guān)I3.5三元日用綠燈〔可購置〕Q1.5三元日用行程開關(guān)I3.63.2.3自動售貨機的I/O接口圖此次自動售貨機的I/O接口如圖3-1所示，SB2-SB7是物品選擇按鈕，當(dāng)投入貨幣物品綠燈亮〔Q1.0-Q1.5〕。按下SB2-SB7其中一個，對應(yīng)的KM線圈得電，電機轉(zhuǎn)動出相應(yīng)的物品〔〕；當(dāng)有物品售完，其行程開關(guān)斷開，物品綠燈不亮并同時向總部發(fā)送物品銷售完的信息；當(dāng)購置物品總值低于投入總值時，可按找零按鈕SB1后KM1得電，電機轉(zhuǎn)動找零〔Q0.0〕。圖3-1自動售貨機PLC控制I/O接口圖3.3自動售貨過程的控制子系統(tǒng)簡述控制子系統(tǒng)有以下四個局部組成〔1〕預(yù)設(shè)售貨價格系統(tǒng)自動售貨機售出的同類商品可分假設(shè)干品牌，其售前設(shè)定價格須預(yù)先儲存在控制系統(tǒng)內(nèi)。自動售貨機的價格設(shè)置系統(tǒng)由按鍵和存儲器組成。通過按鍵選擇被設(shè)價商品的種類及價格，并將價格寫入存儲器，該存儲器本身具有斷電保護功能，屬于軟件設(shè)置方式。此外，在簡易型售貨機中，由于出售商品種類少，價格變化小，使用幣單一，也可用硬件設(shè)置價格，采用撥碼開關(guān)對應(yīng)方式，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。(2)金額累計、可售指示和退幣系統(tǒng)控制系統(tǒng)的核心CPU對識幣、退幣、無貨檢測及購貨信號進行巡回檢查，當(dāng)有識幣信號后，將金額數(shù)值送入金額累計存儲器中進行累計，并通過串行擴展口進行顯示，同時將金額累計存儲器中的數(shù)值與預(yù)設(shè)價格存儲器中的數(shù)值進行比擬，如金額累計數(shù)值等于或大于預(yù)設(shè)價格數(shù)值，那么通過串行接口時可售指示燈亮，提示購貨。此時可按下購貨按鈕，又CPU檢測到購貨信號后，如金額累計存儲器中數(shù)值與預(yù)計價格相等，那么通過并行擴展接口驅(qū)動電磁閥或微電機驅(qū)動出商品，并獎金額累計存儲器消零，完成一次售貨過程；如累計金額大于預(yù)設(shè)價格是，驅(qū)動商品后，相減差額由信號驅(qū)動退幣，實現(xiàn)售貨和退幣找零功能?！?〕售完檢測系統(tǒng)在自動售貨機商品貯存道下方安裝有接觸行程開關(guān)，當(dāng)貯存道內(nèi)有商品時，壓下行程開關(guān)，售貨機正常工作，當(dāng)商品出售完畢時，行程開關(guān)被釋放，向CPU發(fā)出無貨信號，經(jīng)檢測通過串行擴展接口向相應(yīng)的售完指示燈發(fā)出信號，使機身外部‘售完’指示燈亮，此種商品自動停售，即使投幣累計金額到達該道商品預(yù)設(shè)價格數(shù)值，可售按鈕仍然無啟動信號，金額累計存儲器也不清零?！?〕售出累計及自測功能系統(tǒng)該機CPU在每次售出商品后，向售出累計存儲器中累計售出數(shù)據(jù)，通過售貨機內(nèi)部的按鍵可在金額顯示窗中讀到累計結(jié)果。此外，在按下自動功能健后，出現(xiàn)自測功能信號，由外部按鍵操作，可檢測各商品存儲道的驅(qū)動商品功能。4自動售貨機的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計4.1自動售貨機的軟件設(shè)計4.1.1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系統(tǒng)的時間繼電器根本相同，但它沒有瞬動觸電，失點時，常閉觸點閉合，常開觸電翻開，定時器得電時，常閉觸點翻開，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，允許最大值為32767。定時器指令表見表4-1。4.1.2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4-2〕分別執(zhí)行以下運算：IN1+IN2=OUT，IN1-IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。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)行以下運算：IN1+OUT=OUT，OUT-IN1=OUT，IN1*OUT=OUT，OUT/IN2=OUT。表4-1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計算間隔定時器表4-2加減乘除指令梯形圖語句表描述梯形圖語句表描述ADD_I+IINT1,OUT整數(shù)加法DIV_DI/DINT1,OUT雙整數(shù)除法SUB_I-IINT1,OUT整數(shù)減法ADD_R+RINT1,OUT實數(shù)加法MUL_I*IINT1,OUT整數(shù)乘法SUB_R-RINT1,OUT實數(shù)減法DIV_I/IINT1,OUT整數(shù)除法MUL_R*RINT1,OUT實數(shù)乘法ADD_DI+DINT1,OUT雙整數(shù)加法DIV_R/RINT1,OUT實數(shù)除法SUB_DI-DINT1,OUT雙整數(shù)減法MULMULINT1,OUT整數(shù)乘法產(chǎn)生雙整數(shù)MUL_DI*DINT1,OUT雙整數(shù)乘法DIVDIVINT1,OUT帶余數(shù)的整數(shù)除法4.2自動售貨機的根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4-1〕，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、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機的根本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購置某種商品，并作出相應(yīng)的反響。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(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，提示可以購置，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，那么同上，如果此時不再購置而按下退幣按鈕，售貨機那么要進行退幣操作，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。NNNNNN開始開始系統(tǒng)初始化自檢投入錢幣并累加顧客選擇商品按鈕滿足商品價格?是否有余額?找零退幣送出商品NNNNYYYYYNNYNYYNNYNYY圖4-1自動售貨機流程圖4.3自動售貨機PLC控制程序設(shè)計本次設(shè)計的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，日用品有二元和三元共六種。本次自動售貨機PLC控制梯形圖，如圖4-2所示：圖4-2自動售貨機PLC控制梯形圖結(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)合的時機，通過這次比擬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)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)根底