1、I基于 PLC 的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本論文基于西門子 S7-200 系列 PLC 進(jìn)行自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),闡述 了自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理及工作流程,然后以一次交易過(guò)程為例,把交 易過(guò)程分為幾個(gè)程序塊,分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。在 PLC 梯形圖的編寫(xiě)時(shí),文中 采用的是西門子 PLC 梯形圖專用編譯軟件 STEP7來(lái)進(jìn)行編寫(xiě),并完成了 PLC 外部 接線圖。利用 PLC 控制的自動(dòng)售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠 長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞 :PLC ;自動(dòng)售貨機(jī);控制系統(tǒng)1、格式存在錯(cuò)誤,如段前段后間距、字體大小等等2、整個(gè)文章太簡(jiǎn)單,基本上沒(méi)什么內(nèi)容,可以適當(dāng)填充3、總結(jié)有

2、錯(cuò)4、參考文獻(xiàn)有錯(cuò)The System Design for Automatic Vending Machine Based on PLCTutor: Guilin liuII AbstractProfessional Electrical automation 2008 No.200812713 Name :wei yuan The design of this paper is based on Siemens S7-200 series automatic vending machine PLC control system, explains the vending system de

3、sign principle and workflow, and then to a course of dealing, for example, the transaction process is divided into several blocks on blocks, respectively. In the preparation of the PLC ladder diagram, the text is a Siemens PLC ladder diagram private compile software to write the STEP7, and completed

4、 a PLC external wiring diagram. Use of PLC control vending machine improves the stability of the system, ensure the long-term stability of the vending machine to run.Keywords :PLC ; vending system;(格式有錯(cuò) 目 錄I第 1章 引言 . 3 1.1自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展 . 3 1.2 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 . . 3 第 2章 可編程控制器 PLC . 4 2.1 PLC的發(fā)展 . 4 2.2

5、 PLC的選型原則及選型方法 6 第 3章 自動(dòng)售貨機(jī) PLC 程序設(shè)計(jì) . 8 3.1 自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求及相關(guān)說(shuō)明 . . 8 3.2 自動(dòng)售貨機(jī) I/O點(diǎn)分配 . . 9 3.3自動(dòng)售貨機(jī)的順序功能圖 . 10 3.4 自動(dòng)售貨機(jī)的梯形圖的編寫(xiě) . . 11 3.5 自動(dòng)售貨機(jī)的外部接線圖 13 結(jié)論 . . 14 致謝 . .15 參考文獻(xiàn) . .16 附錄 . .17文字選型,大小,格式有錯(cuò),請(qǐng)修改II第 1章 引言1.1自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展自動(dòng)售貨機(jī)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(lái)。 它的出現(xiàn)是勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。 消費(fèi)模

6、式和銷售環(huán) 境的變化,要求新的流通渠道,相對(duì)于超市、百貨購(gòu)物中心等流通渠道而言,場(chǎng)地的 局限性以及購(gòu)物的便利性等這些因素的制約, 無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便 應(yīng)運(yùn)而生了。自動(dòng)售貨機(jī)的售貨領(lǐng)域非常廣泛,是發(fā)達(dá)國(guó)家商品零售的一種主要方式。近幾年, 自動(dòng)售貨機(jī)逐漸被越來(lái)越多的消費(fèi)者所接受。 采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的系統(tǒng) 設(shè)計(jì),不僅編程方便,而且增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。(把摘要和這里對(duì)應(yīng)起來(lái) 1.2 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1. 此自動(dòng)售貨機(jī)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(shí)間內(nèi)(2分鐘不按任何按鍵,自動(dòng)售貨機(jī)將退 還所投硬幣;3. 當(dāng)投入硬幣的總值等于

7、或超過(guò)物品價(jià)值時(shí),對(duì)應(yīng)的物品指示燈亮綠燈;4. 當(dāng)物品對(duì)應(yīng)的指示燈亮綠燈時(shí),按下相應(yīng)的按鍵,相應(yīng)的物品排出,同時(shí)指示 燈綠燈閃爍;5. 如果顧客投入硬幣總值超過(guò)所選物品的價(jià)值時(shí), 自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)自動(dòng)將余款退還 顧客;6. 當(dāng)顧客成功購(gòu)買完一件物品后 20秒無(wú)操作,自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)自動(dòng)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(dòng)售貨機(jī)會(huì)自動(dòng)將余款 退還顧客;8. 找零時(shí)顧客可選擇退一元的還是五角的;第 2章 可編程控制器 PLC2.1 可編程控制器 PLC 的發(fā)展前景2.1.1 可編程控制器 PLCPLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,它采用

8、可 以編制程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù) 運(yùn)算等操作的指令,并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生 產(chǎn)過(guò)程。 PLC 具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性好等特點(diǎn),2.1.2 PLC的發(fā)展前景PLC 總的發(fā)展趨勢(shì)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(gè)方面。(1向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展(2向大容量、高速度方向發(fā)展(3智能型 I/O模塊的發(fā)展(4基于 PC 的編程軟件取代編程器(5 PLC 編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化(6 PLC 通信的易用化(7組態(tài)軟件與 PLC 的軟件化(8 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)總

9、線相結(jié)合(9開(kāi)發(fā)新型特殊功能模塊(10 CPU的處理速度進(jìn)一步加快2.1.3 PLC的工作原理PLC 的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的,可以簡(jiǎn)單地表述為在系統(tǒng)程 序的管理下,通過(guò)運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。 PLC 通電后,首先對(duì)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)(見(jiàn)圖 2-1。2.1.4 PLC的循環(huán)掃描工作對(duì)每個(gè)程序, CPU 從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行,按指令步序號(hào)做周期性的程序循 環(huán)掃描,如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令,則從則從第一條指令開(kāi)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(gè)循環(huán)稱為一 個(gè)掃描周期。 PLC 的掃描

10、全過(guò)程如圖 2-2所示。(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(xiě)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)用戶輸入的控制程序,從第一條開(kāi)始逐條執(zhí)行,并 將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)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(guò)一定輸出方式輸出,驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作,這才形成 PLC 的實(shí)際輸出。 圖 2-2 PLC的掃描全過(guò)程2.1.5 PLC的硬件組成PLC 的硬件主要由中央處理器(CPU 、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸

11、出單元、通信 接口、擴(kuò)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(chǎng)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(jì)算機(jī)等外部設(shè)備,其硬件構(gòu)成圖如圖 2-3。 圖 2-3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.1.6 PLC的編程語(yǔ)言PLC 為用戶提供了完善的編程語(yǔ)言來(lái)滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語(yǔ)言通常有以下 5種:梯形圖(LAD 、語(yǔ)句表(STL 、順序功能圖(SFC 、功 能塊圖(FBD 和結(jié)構(gòu)文本(ST 。2.1.7 PLC的特點(diǎn)(1抗干擾能力強(qiáng),可靠性好(2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,通用性強(qiáng)(3編程方便,易于使用(4功能完善(6

12、體積小,維護(hù)操作方便(7易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化(8可實(shí)現(xiàn)三電一體化2.2 PLC的選型原則及選型方法2.2.1 PLC的選型原則當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來(lái)完成后, 選擇 PLC 就成為最重要的事情。 一方 面要選擇多大容量的 PLC ,另一方面是選擇什么公司的 PLC 及外設(shè)。首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析,把所有的 I/O點(diǎn)找出來(lái),包括開(kāi)關(guān)量 I/O和模擬量 I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型。 控制系統(tǒng)輸出點(diǎn)的類 型非常關(guān)鍵, 如果他們之中既有交流 220V 的接觸器、 電磁閥, 又有 24V 的指示燈, 則最后選用的 PLC 的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。 因?yàn)?PLC 的輸

13、出點(diǎn)一般是幾個(gè) 一組共用一個(gè)公共端, 這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。 所以一旦它們是 交流 220V 的負(fù)載負(fù)載使用。則直流 24V 的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有 可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi), 增加成本。 所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載, 比如 使用交流 220V 的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的 PLC 使用最多,但對(duì)于要求 高速輸出的情況,就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出的 PLC 了。對(duì)第二個(gè)問(wèn)題,則有以下幾個(gè)方面要考慮:(1功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能,但對(duì)某些特殊要求,就要 知道所選用的 PLC 是否有能力控制任務(wù)。 如對(duì) PLC 與 PLC 、 PLC 與

14、智能儀表及上位機(jī) 之間有靈活方便的通信要求;或?qū)?PLC 的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求; 或?qū)?PLC 的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的 PLC 品種有一個(gè) 詳細(xì)的了解,以便做出正確的選擇。(2 價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大, 有些功能類似、 質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價(jià)格能相差 40%以上。第 3章 自動(dòng)售貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求3.1.1自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能就是對(duì)投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算,并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是 否能夠購(gòu)買某種商品,并作出相應(yīng)的反應(yīng)。例如:售貨機(jī)中有 2種商品, A 商品 價(jià)格為 0.5元,

15、 B 商品為 1元?，F(xiàn)投入 1個(gè) 1元硬幣,當(dāng)投入的貨幣超過(guò) A 商品 的價(jià)格時(shí), A 商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化, 提示可以購(gòu)買, B 商品也提示。 當(dāng)按下 選擇 A 商品的價(jià)格時(shí),售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算,從投入的貨幣總值中減去 A 商品的 價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī),提取 A 號(hào)商品到出貨口。此時(shí)售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外 部命令,如繼續(xù)交易,則同上,如果此時(shí)不再購(gòu)買而按下退幣按鈕,售貨機(jī)則要 進(jìn)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(lái), 售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的除法運(yùn)算,這是它的 內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。

16、3.1.2 自動(dòng)售貨機(jī)的相關(guān)說(shuō)明當(dāng)投入五角時(shí)加 5投入 1元是加 10, SUB_DI是雙整數(shù)減法當(dāng)成功購(gòu)買物品時(shí)就 減去物品對(duì)應(yīng)的數(shù); T37 T56表示通電延時(shí)定時(shí)器 , 按下物品按鈕時(shí) T37 T42延時(shí) 8秒,無(wú)操作時(shí) T43啟動(dòng)計(jì)時(shí) 20秒, T44與 T43配合組成投幣 2分鐘無(wú)操作找零, T46 T56兩兩配合形成閃爍電路。 圖 3-1自動(dòng)售貨機(jī)模擬操作面板本設(shè)計(jì)統(tǒng)一采用按鈕開(kāi)關(guān)模擬物品選擇,按鈕內(nèi)有綠燈和紅燈分別表示可購(gòu)買 物品和物品銷售完;指示燈模擬物品輸出及找零如圖 3-1示。3.1.3定時(shí)器定時(shí)器是 PLC 中重要的編程元件,是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。定時(shí)器 的工作過(guò)程與

17、繼電器控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同,但它沒(méi)有瞬動(dòng)觸點(diǎn),失電 時(shí),常閉觸點(diǎn)閉合,常開(kāi)觸點(diǎn)打開(kāi);定時(shí)器得電時(shí),常閉觸點(diǎn)打開(kāi),常開(kāi)觸點(diǎn)閉 合。 定時(shí)器的當(dāng)前值、 設(shè)定值均為 10位有符號(hào)整數(shù) (INT , 允許的最大值為 32767。 定時(shí)器指令表見(jiàn)表 3-1。 3.1.4數(shù)學(xué)運(yùn)算指令在梯形圖中,整數(shù)、雙整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除指令(見(jiàn)表 3-2分別 執(zhí)行下列運(yùn)算:IN1+IN2=OUT, IN1 IN2=OUT, IN1*IN2=OUT, IN1/IN2=OUT。 表 3-2 加減乘除指令 算:IN1+ OUT =OUT, OUT IN1=OUT, IN1* OUT =OUT, OUT /IN

18、2=OUT。3.2 自動(dòng)售貨機(jī) I/O點(diǎn)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(chǎng)之間的 連接部件。 PLC通過(guò)輸入接口可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù), 以這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù);同時(shí) PLC 又通過(guò)輸出接口將處理結(jié)果送給被控制 對(duì)象,以實(shí)現(xiàn)控制目的。 I/O點(diǎn)分配表如表 3-3示。 3.3 自動(dòng)售貨機(jī)順序功能圖的編寫(xiě)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(dòng)售貨機(jī)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)性分之結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫x擇性分支結(jié)構(gòu)是一個(gè)控制流

19、可 以轉(zhuǎn)入多個(gè)可能的控制流中的某一個(gè)且不允許多路分支同時(shí)執(zhí)行。具體進(jìn)入哪個(gè) 分支,取決于控制流前面的轉(zhuǎn)移條件哪一個(gè)為真。而并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)是一個(gè)工作 步執(zhí)行完后,需要同時(shí)開(kāi)啟若干條分之,并采用雙水平線相連且要有一個(gè)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(dòng)售貨機(jī)的控制要求,所以選擇這兩 種結(jié)構(gòu)。本次自動(dòng)售貨機(jī)的 SFC 圖如下圖 3-2示:··················圖 3-2自動(dòng)售貨機(jī)順序功能圖3.4.

20、1梯形圖梯形圖是用的最多的 PLC 圖形編程語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)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(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。它與電器控制線 路圖相似,如圖 3-3示。繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算 方式和輸入輸出形式,具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。因此,這種編程語(yǔ)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(yǔ)言,是 PLC 的第一編程語(yǔ) 言。 圖 3-3傳統(tǒng)繼電器控制線路圖和 PLC 梯形圖a 傳統(tǒng)繼電器控制線路圖 b 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(xiě)。在梯形圖中引

21、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(fù)極”。如果有“能流” 從左至右流向線圈,則線圈被激勵(lì)。如果沒(méi)有能流,則線圈未被激勵(lì),“能流” 在任何時(shí)刻都不會(huì)通過(guò)接點(diǎn)自右向左流。3.4.2 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的梯形圖本此設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)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,日用有二元和三元。(見(jiàn)附錄自動(dòng)售貨機(jī)的外部接線圖如圖 3-4示, SB2 SB7為物品選擇按鈕,當(dāng)投入貨幣 物品綠燈亮(Q2.1 Q2.6,按下 SB2 SB7其中一個(gè),對(duì)用的 KM 線圈得電電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)出相應(yīng)的物品(Q0.1 Q0.6,當(dāng)有物品銷售完其行程開(kāi)關(guān)斷開(kāi),物品紅燈亮并 同時(shí)向總部發(fā)送物品銷售完的信息;當(dāng)收買物品總值低于投入總值時(shí),可按找零按 鈕 SB1選擇找一元還是五角(SB10、 SB11后 KM1得電電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)找零 (Q0.0。 圖 3-4售貨機(jī)的外部接線圖總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)是對(duì)大學(xué)三年的學(xué)習(xí)成果的總結(jié)和考核,通過(guò)對(duì)本課題的設(shè) 計(jì),使自己學(xué)會(huì)調(diào)研和查閱文獻(xiàn)資料,達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用。提高了分析問(wèn) 題的能力,解決問(wèn)題和獨(dú)立工作的能力,為