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机械工程学院毕业论文(设计) 题 目: 基于PLC控制的自动售货机 专 业: 机械电子工程 班 级: 14级机械电子140 班 姓 名: 许 亭 学 号: 1673140128 指导教师: 陈 丰 日 期: 2015-12-25 摘要在实际的生活中,PLC经过多年的不断发展已经在我们生活中占据一定的重要地位。本次研究主要是根据自动售货机的功能作出硬件框图,根据I/O分配表选择CPU机型,并画出外部接线图。按照系统功能流程图检验自动售货机的售卖过程是否符合要求。最后通过西门子仿真软件STEP7-200 MicroWIN V4.0进行调试和仿真。最后用MCGS作出组态效果,实现投币,显示,识别等功能。关键词:自动售货机;PLC;梯形图;MCGSAbstractIn real life ,PLC has been developed and occupied a certain important position in our lives after many years. In this research ,It is based on functional hardware block diagram of automatic vending machines, according to CPU I/O allocation table choose models and draw a wiring diagram. According to the system function testing flowchart vending machine specification of the sales process. Finally, a Siemens software debugging and simulation STEP7-200 Micro_WIN V4.0.Effect of using MCGS configuration, realize the coin, showing recognition functions. Key words: vending machines ;PLC ;ladder diagram ;MCGS引言我近期对自动售货机的发展趋势做了观察和分析,它的产生主要是劳动型产业向技术型的转变。人们的消费总额的增加以及消费环境和消费模式的变化迫使社会推出更方便快捷的购物方式,它相对于一些商场、超市等大型购物中心更省劳动资源,更方便,无限制性,所以自动售货机的产生很是受欢迎。自动售货机从广义上看是投入硬币、纸币或者网上支付后就可以购买商品,但是狭义上来说就是自动售货的机械。从大的方面上来讲,它可以减少劳动资源,符合顾客的消费模式,而且营业时的面积小,有吸引顾客好奇心的能力,具有很多优点。以下就是对自动售货机的具体介绍。通过下面的详细介绍来了解自动售货机的结构,原理及工作流程。3 目录摘要1引言1第1章 概述11.1课题研究背景11.2国内外研究现状2第2章 自动售货机的介绍22.1自动售货机基本功能22.2自动售货机的原理32.3自动售货机的方案设计4第3章 可编程控制器的简单介绍63.1 PLC的由来63.2 PLC的定义73.3 PLC的基本结构83.3.1PLC的系统结构83.3.2PLC各部分的作用83.4 PLC的特点103.5 PLC的基本原理103.5.1 PLC的扫描周期103.5.2 PLC的两种工作状态123.6 PLC的编程语言123.7 PLC的应用场合14第4章 自动售货机控制系统特点144.1自动售货机PLC的选择144.2自动售货机软件154.2.1 定时器154.2.2 数学运算指令164.3自动售货机I/O分配表174.4顺序功能图(SFC)174.5梯形图(LAD)184.6外部接线图19第5章 程序设计及仿真195.1 程序设计说明195.2 程序设计205.3 指令表245.4程序的编译和修改275.5系统调试275.6自动售货机仿真27第6章 结论与展望28致谢28参考文献29第一章 概述1.1课题研究背景从世界各地区和国家的调查情况来看,自动售货机在人们日常生活中的应用越来越广泛。销售产品特点是24小时服务,不需要专门人员看守,节省人工及成本,售货范围广泛;除此之外自动售货机还是一种独特新颖的广告宣传媒体。随着移动软件及商务的发展,自动售货机作为一种容易接受、快捷的移动商务工具,开始在地球的各个角落迅速普及和发展。在中国,自动售货机将成为一个潜在的巨大产业,它掀起了第三次零售业革命,所以非常看好其前景。销售的的商品可根据顾客的需要定制,包括零食、冷热饮料、及国外进口的特色商品等。并且,通过这种自动售机的销售和物流信息可以及时、准确地将顾客的需求反馈给管理人员。现在更先进的自动售货机还支持其他支付模式,方便实现较大金额的支付。自动售货机除了更方便售卖货品之外,还是一种传播广告的媒介。它改变了以前卖家与买家面对面交流或支付的方式,现在顾客能更方便,而且能够亲自参与其中,体验它的快捷方便,提高了客户的自主选择。第一,客户更加方便购物,并且延长了服务的时间,使服务无处不在;第二,卖家的经营方式发生改变,使得其经营节省了大量的物力、财力和劳动力,使得信息化、网络化、电子化的商业运作成为可能。第三,它也从经济方面提高了我国的经济增长。从1992年自动售货机进人中国到至今,全国自动售货机加起来不足5万台,相比较于日本每25人就拥有一台,而美国则是每25到60人一台。中国的人口巨大自动售货机的数量远远不够,但是随着现今科技通信技术以及新的管理方式、支付方式的出现,自动售货机将迎来一个辉煌的时代。根据相关专家的评估,在中国自动售货机的市场容量至少达到54万台。但是对于如此巨大的市场容量,国内的管理技术相比较国外的显得很不成熟,科技含量低,这些因素使得我国的自动售货机的发展遇到了挑战。但是科学技术的和计算机技术的发展,特别是PLC的进步,不仅从支付上,甚至从管理方式上为自动售货机带来了革命性的变化。1.2国内外研究现状现在,自动售货机迅速发展成为国际上一个新兴的产业,尤其是在商业和服务领域发展迅速。伴随着自动售货机的普遍运用,它的结构也在发生着变化。经了解,近年来国内自动售货机市场,从九十年代开始,我国从韩国等国家引进旧的自动售货机摆放国内市场以来,到自行生产和研制国产化自动售货机,这都是因为全国各地的商家携手共进,坚持创新,为国内零售业撑起一片天空。据来自国内自动售货机市场行情分析报告表明:目前国内自动售货机市场走势已逐渐明晰,自动售货机逐步从沿海经济发达地区和各大中城市向内陆和次发达地区延伸,逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所向高中档社区普及。自动售货机的普及在某种程度上能反映一个国家的科技发展水平,是一个国家经济实力和文明程度的象征。实践告诉我们,自助服务在中国的横空出世,必将为国内的电信、公用事业、食品、香烟、饮料等诸多行业发展带来新的契机。目前PLC技术发展总的趋势是系列化、通用化和高性能化,主要表现在:(1) 产品更加规范化、标准化(2) 功能不断增强,各种应用模块不断推出(3) 在系统构成规摸上向大、小两个方向发展第2章 自动售货机的介绍2.1自动售货机基本功能 售货机中有多种商品,一种商品价格为0.5元,另一种商品价格为1元。现投入一张个5元纸币,投入的钱币超过商品的价格时,商品的选择按钮显示绿灯,提示可选择购买。当选择商品(按下商品按钮)时,售货机进行减法运算,从投人的货币总值中减去选择商品的价格,显示余额,剩余钱币还可以购买哪些商品,显示找零,同时弹出物品。售货机在弹出物品后,继续进行等待外部命令,如继续交易,方法同上。如果不再购买,则按下退币按钮,售货机就执行退币操作,退回相应的货币,并在程序中清零并显示剩余硬币,提示工作人员是否应该添加钱币,这时整个交易完成完成。通过购物过程,了解到售货机一次交易要完成加法运算、减法运算以及在退币时的清零运算,这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。自动售货系统的工作流程图如图2.1所示。开始状态投入硬币投币状态按下选择按钮工作状态是否有剩余NY退币状态图2.1自动售货机工作流程图2.2自动售货机的原理自动售货机的控制系统共有四部分组成,分别为预设售货价格系统,金额累计、可售指示和退币系统,钱币识别系统,售完指示系。如图2.2所示。自动售货机系统预售货价格系统金额累计、可售指示余额显示退币系统硬币剩余 图2.2自动售货机功能图 下面对各个系统的功能介绍如下。第一模块:预售货价格系统。自动售货机预置价格系统的设置主要是按键和存储器两部分。按键主要功能是选择被设价商品的种类和价格,并将价格写入存储器;存储器具主要功能是失电有保护功能,主要设置靠软件完成。综上所述,这个系统实现的功能是:自动售货机的商品在卖出之前应该把商品设定的价格放置到控制系统内。第二模块:金额累计、可售指示当投入货币后,货币累加信号出现,将金额数送入金额累计存储器进行累计,并通过串行扩展口进行显示,同时与设定值进行比较,如果累计金额大于或者等于预置价格,则经串行口控制的指示灯亮,可购商品的绿色指示灯亮。第三模块:余额显示系统当第一次购物完成后,自动售货机会自动进行金额的计算,主要是减去上次的消费金额,在金额显示窗口就会显示此时所剩余的金额。这个过程是在减法计数器中进行的,它属于自动售货机的软件部分。第四模块:退币系统退币为两种情况:(1)金额累计存储器中的数值与商品的价格相等,则经由并行口的驱动电磁阀驱动弹出商品,对金额进行累计,存储器清零,完成售货。(2)累计金额大于商品价格时,驱动商品时,所剩余的差额由信号驱动货币,实现售货和退币功能。第五模块:系统硬币剩余在自动售货机这个原本的箱体内,我们要放入零钱完成找零的功能,而我放入的是硬币。当我们完成上一步退币时,我们在按下退币按钮后,在硬币剩余显示窗口就会自动减去找给我们的硬币,剩余的则是系统还可以完成找零的所有硬币,这个系统能够让工作人员对于箱体内的零钱数了解更清晰,提高工作效率。2.3自动售货机的方案设计1 方案一 继电器控制它的控制思想是以继电器为核心,采用硬接线并行方式把各种继电器、定时器、接触器及其触点按照一定逻辑关系连接起来组成控制系统,控制相关生产机械工作。例如要通过接触器实现两台电机设备的同步运行,采用继电器控制。2. 方案二 可编程控制器控制它的控制思想是采用可编程的存储器,用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输人和输出,控制各种类型机械的生产过程。PLC是一种工业控制计算机,故它的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上,即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的,这种方案的控制功能接线图如图2.3所示。 SF2 I0.0 I0.1 I0.0 M0.0 220VACSF1 I0.1 M0.0 QA1Q0.0 M0.0 Q0.0 DC24V M0.0 Q0.1 220VACQA2 Q0.1图2.3 用PLC实现控制功能的接线示意图由上图可知CPU是以分时操作方式来处理各项任务的,计算机在每一瞬间只能做一件事,所以程序的执行是按顺序依次完成相应各电器的动作,其控制逻辑关系为内部存储逻辑(软件)方式。下面是从几个方面来比较这两种方案的优缺点:1、控制逻辑继电器控制逻辑采用硬件接线,主要是进行触电的串联和并联及时间继电器等组合成控制逻辑,但是它接线多而复杂、故障率高、功耗大、稳定性差,检查故障困难。并且,继电器触点数目有限,所以灵活性和扩展性很差。而PLC采用逻辑控制,主要是讲控制以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需改变程序即可,故称做“软接线”,因此灵活性和扩展性都很好。2、工作方式接通电源,继电器控制线路中各继电器同时都处于被控状态,即该吸合的都应吸合,不该吸合的受某种条件限制不能吸合,它属于并行工作方式。而PLC的控制逻辑中,各内部器件都处于周期性循环扫描过程中,各种逻辑、数值输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算的出,所以它属于串行工作方式。3、可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点,连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏,并有机械磨损,寿命短,因此可靠性和课维护性差。而PLC采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自检和监督功能,能检查出自身的故障,并随时显示给操作人员;还能动态地监视控制程序的执行情况,为现场调试和维护提供了方便。4、控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制,工作频率低,另外,机械触点还会出现抖动问题;而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制,属于无触点控制,速度极快,一般一条用户指令的执行时间在微妙数量级,且不会出现抖动。5、定时控制继电器控制使用时间继电器进行时间控制。可是时间继电器存在定时精度不高,定时范围窄,受环境温度和湿度的影响,调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器,时基脉冲由晶体振荡器产生,精度相当高,且定时时间不受环境的影响,用户可根据需要在程序中设置定时值,然后由软件来控制定时时间。通过以上的区别和比较,我了解到了可编程控制器的优点,发现可编程控制器最适合这次研究,所以最终选用可编程控制系统。第3章 可编程控制器的简单介绍3.1 PLC的由来在PLC发展以前,继电器室工业控制领域中的主导者。但是继电器控制系统有着十分明显的缺点:功耗大,稳定性差、可靠性低、寿命短、适应性差,并且灵活性差。后来为了改进这些缺点,1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM),为了适应汽车型号不断更新的需求,可以在激烈竞争的汽车工业中占有优势,提出要研究一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置,为此,特制定了了十项公开招标的技术要求,即:1)编程简单方便,可在现场修改程序;2) 硬件维护方便,最好是插件式结构;3)可靠性要高于继电器控制装置;4)体积小与继电器控制装置;5)可将数据直接送人管理计算机;6)成本上可与继电器控制装置竞争;7)输人可以是交流115V;8)输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀;9)扩展时,原有系统只需做很小的改动;10)用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。据招标要求,1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界第一台PLC(PDP-14型),并在通用汽车公司自动装配线上试用,获得成功,从而开创了工业控制新时期。从此,可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来,而且,在工业发达国家发展很快。3.2 PLC的定义PLC又名可编程控制器,它是专为工业环境下应用而设计的一种电子装置而且是数字式的。它主要应用可编程序的存储器来储存指令,同时实现顺序控制、定时、计数、逻辑运算和算术运算功能,并通过数字式和模拟式的输入和输出来对生产过程或者各种机械进行控制。3.3 PLC的基本结构3.3.1PLC的系统结构目前PLC种类繁多,功能和指令系统也都各不相同,但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机,所以其结构和工作原理都大致相同,硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输人输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输.如图3.3所示,PLC控制系统由输入量 、 PLC 、 输出量组成,外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量,它们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器中,经PLC内部逻辑运算或其他各种运算,处理后送到输出端子,作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见,PLC的基本结构由控制部分、输入和输出部分组成。 编程器 存储器 系统 用户 数据程序 程序 中央处理器 (CPU)外部设备接口I/O扩展接口输出接口输入接口 图3.3 PLC硬件结构图 3.3.2PLC各部分的作用1、中央处理器(Central Processing Unit, CPU) CPU是整个PLC的核心,起着指导的作用,是由控制器和运算器组成的。其主要功能: (1)诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 (2)采集由现场输人装置送来的状态或数据,并送人PLC的寄存器中。 (3) 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令,进行编译解释后,按指令规定的任务完成各种运算和操作。 (3) 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。2、存储器 PLC的存储器分为两大部分:程序存储器、用户存储器3、模拟量控制 在工业生产过程中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。而PLC中的微处理器CPU只能处理数字量。所以PLC中配置了A/D和D/A转换模块,把现场输人的模拟量经A/D转换后送CPU处理。而CPU处理的数字量结果,经D/A转换后,转换成模拟量去控制被控设备,已完成对连续量的控制。4、定时控制 PLC具有定时控制的功能,它为用户提供了若干个定时器。定时器的时间可以由用户在编写用户程序时设定,也可以用拨盘开关在外部设定,实现定时或延时的控制。5、计数控制 PLC具有计数控制的功能,它为用户提供了若干个计数器。计数器的时间可以由用户在编写用户程序时设定,也可以用拨盘开关在外部设定,实现计数控制。6、顺序(步进)控制 在工业控制中,选用PLC实现顺序(步进)控制,可以采用IEC规定的用于顺序控制的标准化语言顺序功能图(Sequential Function Chart ,SFC)进行设计。可以用移位寄存器和顺序控制指令编写程序。 7、编程设备 编程设备是人与PLC联系和对话的工具,是PLC重要的外围设备。用户可以利用编程设备来输人、读出、检查、修改和调试用户程序,也可用它监视PLC的工作状态、显示错误代码或修改系统寄存器的设置参数等。8、输人输出I/O扩展接口输人输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件来说,I/O地址分配以后才可进行编程;对控制柜及PLC的外围接线来说,只有I/O地址确定以后。才可以绘制电气接线图、装配图,让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。3.4 PLC的特点PLC专为在工业环境下应用而设计,以用户需要为主,又采用了先进的微型计算机技术,所以具有以下几个显著特点。1.可靠性高PLC由于选用了大规模集成电路和微处理器,使系统器件数大大减少,并且在硬件和软件的设计制造过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施,使它能适应恶劣的工作环境,所以具有很高的可靠性。PLC控制系统平均无故障时间可达2万小时以上。高可靠性是PLC成为通用自动控制设备的首选条件之一。2.编成简单、使用方便PLC的编程采用类似继电控制系统电器原理的梯形图,用串联、并联、定时、计数等人们所熟悉的概念,使计算机语言大众化,只要是比较熟练的电工和熟悉工业知识的人在几天内就能学会,这是PLC得到推广的重要原因之一。3.通用性好,具有在线修改能力PLC的硬件采用模块化结构,以灵活的组态给组成各种系统带来极大的方便。同一台PLC装置用于不同受控对象时,只是输入输出组件、功能模块和应用软件不同。同时,PLC控制系统中的控制电路是由软件编程完成的,只要对应用程序进行修改就可以满足不同的控制要求,功能易于扩展。4.体积小由于采用了微型计算机技术,使PLC达到了小型和超小型化,很容易装入机械设备内部,便于实现机电一体化。由于上述特点,PLC作为通用自动控制设备,可用于单一机电设备的控制也可用于工艺过程的控制,而且控制精度相当高,操作简便,又具有很大的灵活性和可扩展性,使得PLC的应用越来越广泛。3.5 PLC的基本原理 3.5.1 PLC的扫描周期PLC采用循环扫描的工作方式。每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素:一是CPU执行指令的速度;二是执行每条指令占用的时间;三是程序中指令条数的多少。一个循环扫描周期主要可分为3个阶段:(1)输入采样阶段 在输入采样阶段,CPU扫描全部输入端口,读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端采样工作后,将关闭输入端口,转入程序执行阶段。(2)程序执行阶段 在程序执行阶段,根据用户输入的控制程序,从第一条开始逐条执行,并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后,即转入输出刷新阶段。(3)输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后,将输出状态寄存器中的内容,依次送到输出锁存电路,并通过一定输出方式输出,驱动外部相应执行元件工作,这才形成PLC的实际输出。由此可见,输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期,由此环往复,因此称为循环扫描工作方式。PLC的扫描工作过程如图3.5.1所示。写读输入端子输入锁存器输入映像寄存器程序执行输出映像寄存器输出锁存器输 出端子读用户输出设备用 户 输人设备程序执行输出刷新输入刷新 一个扫描周期 图3.5.1 PLC的扫描工作过程3.5.2 PLC的两种工作状态PLC有两种基本的工作状态,即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。运行状态是执行应用程序的状态,停止状态一般用于程序的修改与编制。但是在两个不同的工作状态中,扫描过程所要完成的任务是不尽相同的。图3.5.2给出了运行和停止两种状态PLC不同的扫描过程。内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理停止运行图3.5.2 运行和停止状态时PLC的扫描过程3.6 PLC的编程语言(1)梯形图(LAD)梯形图是使用最广泛的PLC图形编程语言。PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器电气控制。它与继电器控制系统的电路很相似,是在原继电器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将PLC内部的各种编程元件(如继电器的触点、线圈、定时器、计数器等)和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义,并按逻辑要求及连接规律组合和排列,从而构成表示PLC输人、输出之间控制关系的图形。梯形图编程所用符号与继电器符号在一定的对应关系。梯形图(LAD)在PLC中用得非常普遍,各型号PLC都把它作为第一用户语言。 如图3.6.1所示为梯形图编程常用的符号与继电器符号对照表。项目物理继电器 PLC线圈( )常开触点常闭触点图3.6.1 符号对照表(2)指令表(STL)指令表(STL)编程语言类似于计算机中的助记符语言,它是PLC最基础的编程语言。所谓指令表编程,是用一个或者几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能。(3)顺序功能流程图(SFC)顺序功能流程图(SFC)编程是一种图形化的编程方法,亦称功能图,如图3.6.2所示。使用它可以对具有并行、选择等复杂结构的系统进行编程,许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。目前,国际电工委员会(IEC)也正在实施并发展这种语言的编程标准。步1步2步3动作转换1转换2图3.6.2 顺序功能流程图3.7 PLC的应用场合 随着微电子技术的快速发展,PLC的制造成本不断下降,而其功能却大大增强。目前在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备,应用面几乎覆盖了所有工业企业,诸如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保、交通、建筑、食品、娱乐等各行各业。特别是在轻工行业中,因生产门类多,加工方式多变,产品更新换代快,所以PLC广泛应用在组合机床自动线、专用机床、塑料机械、包装机械、灌装机械、电镀自动线、电梯等电气设备中。PLC已跃居现代工业自动化三大支柱(PLC,ROBOT,CAD/CAM)的主导地位可编程控制器所具有的功能,使它既可用于开关量控制,又可用于模拟量控制既可用于单机控制,又可用于组成多级控制系统既可控制简单系统,又可控制复杂系统,甚至实现整个工厂生产的自动化。 它的应用可大致归纳为如下几类:(1)逻辑控制 (2)运动控制 (3)过程控制 (4)数据处理(5)多级控制第4章 自动售货机控制系统特点4.1自动售货机PLC的选择 本次研究主要采用西门子S7-200的PLC,CPU选用CPU224,下面介绍其特点: 1.机械结构特点 (1)体积小(2)重量轻(3)DIN导轨安装和安装孔 2.电器结构特点 (1)免维护性;(2)内配24V、280mA直流;(3)灵活终端输人;(4)便于扩展;(5)模拟电位器外部设定;(7)CPU224还有脉冲输出、实时时钟等功能。S7-200系列PLC大致上由中央处理器(CPU)、存储器、电源、输人/输出单元和通信接口五部分组成,如下图4.1所示。图4.1 S7-200 PLC的组成4.2自动售货机软件 4.2.1 定时器定时器是PLC中重要的编程软件之一,是累计时间增量的内部器件,用以实现时间的控制。在S7-200PLC中的定时器按工作方式可分为接通延时定时器TON、断开延时定时器TOF和保持型接通延时定时器TONR三种类型,定时器的工作过程与继电器控制系统的时间继电器相同,但它 没有瞬动触点。失电时,常闭触点闭合,常开触点断开;定时器得电时,常闭触点断开,常开触点闭合。定时器的当前值、设置值均为10位有符号整数(INT),允许的最大值为32767。定时器指令表见表4.2.1。表4.2.1 定时器指令定时器类型指令指令功能接通延时定时器TONTON T*, PT使能端(IN)输入有效时,定时器开始计时,当前值从0开始递增,大于或等于预置值(PT)时,定时器位置1(输出触点有效)。使能端无效(断开)时,定时器复位(当前值清零,输出状态位置0)断开延时定时器TOFTOF T*, PT 使能端(IN)输入有效时,定时器输出状态位置1,当前值复位为0。使能端断开时,开始计时,当前值从0递增,当前值达到预置值时,定时器状态位复位置0,并停止计时,当前值保持。保持型接通延时定时器TONRTONR T*, PT 使能端(IN)输入有效时,定时器开始计时,当前值递增,当前值大于或等于预置值(PT)时,输出状态位置1。使能端输入无效时,当前值保持,使能端再次接通有效时,在原记忆的基础上递增计时。其采用线圈的复位指令(R)进行复位操作,当复位线圈有效时,定时器当前值清零,输出状态位置0。4.2.2 数学运算指令在梯形图中,加法/减法指令时对两个有符号数进行加减操作,可分为整数加减、双整数加减和市属加减指令;乘/除法指令是对两个有符号数进行相乘/除运算,可分为整数乘/除法指令、双整数乘/除法指令、完全整数乘/除法指令和实数乘/除法指令,并且整数、双整数与实数的加、减、乘、除指令(见表4.2.2)分别执行下列运算:IN1+IN2=OUT,IN1-IN2=OUT,IN1*IN2=OUT,IN1/IN2=OUT。表4.2.2 加减乘除指令四则运算指令乘/除法指令四则运算指令乘/除法指令ADD_I+I INT1,OUT整数加法DIV_DI/D INT2,OUT双整数除法SUB_I-I INT2,OUT整数减法ADD_R+R INT1,OUT实数加法MUL_I*I INT1,OUT整数乘法SUB_R-R INT2,OUT实数减法DIV_I/I INT2,OUT整数除法MUL_R*R INT1,OUT实数乘法ADD_DI+D INT1,OUT双整数加法DIV_R/R INT1,OUT实数除法SUB_DI-D INT2,OUT双整数减法MULMUL INT1,OUT完全整数乘法MUL_DI*D NT1,OUT双整数乘法DIVDIVINT2,OUT完全整数除法 对于STL指令:INT1+OUT=OUT,OUT-INT1=OUT,INT1*OUT=OUT,OUT/INT1=OUT。4.3自动售货机I/O分配表输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块,是PLC与工业生产现场之间的连部件。 PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据,以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据;同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象,以实现控制目的。本次自动售货机选用的CPU的类型为S7-200 CPU224,因为CPU224有14个输入,10个输出。而本次研究有11个输入、10个输出。下面是I/O点的分配如表4.3所示。序号定义点符号功能1I0.0SB1找零按钮2I0.1SB2食品五角按钮3I0.2SB3饮料一元按钮4I0.3SB4日用二元硬币5I0.4SB5投五角硬币6I0.5SB6投一元硬币7I0.6SB7找零五角8I0.7SB8找零一元9I1.0SB9食品五角行程开关10I1.1SB10饮料一元行程开关11I1.2SB11日用二元行程开关12Q0.0食品五角红灯 (物品售完)13Q0.1饮料一元红灯 (物品售完)14Q0.2日用二元红灯 (物品售完)15Q0.3找零16Q0.4出五角食品17Q0.5出一元饮料18Q0.6出二元日用19Q0.7食品五角绿灯(可以购买)20Q1.0饮料一元绿灯(可以购买)21Q1.1日用二元绿灯(可以购买)4.4顺序功能图(SFC)顺序功能图(SFC)有五种基本结构:选择性分支结构、并发性分支结构、顺序结构、循环结构、复合结构。本次自动售货机的SFC图,根据控制要求选用选择性分支结构和并发性分之结构。如下图4.4所示。 图4.4自动售货机顺序功能图4.5梯形图(LAD)梯形图是用的最多的PLC编程语言。因为梯形图相比较传统的继电器很形象,很容易理解。其中的线圈、触点都是从继电器上演变而来的。而且它与电器控制线路图相似,如图4.5所示。由于PLC梯形图结构形象、直观、实用,因此,这种编程语言受到电气技术人员的宠爱,是应用最广泛的PLC的编程语言。 图4.5传统继电器控制线路图和PLC梯形图在梯形图中,有两根竖直的直线是母线,现在大多只留下左边一条,而右边的则省略了。在梯形图中引入了“能流”的概念。左边的母线假设为电源的“正极”,右边的母线假设为电源的“负极”。假设有“能流”从左至右流向线圈,则线圈接通。梯形图遵循程序从左到右,从上到下执行的原则。4.6外部接线图自动售货机的接线图如图4.6所示,SB2、SB4、SB6为物品选择按钮,当投入货币物品绿灯亮(Q2.1、Q2.3、Q2.5),按下其中任意一个物品按钮,对应的KM线圈得电,电机转动出相应的物品(Q0.1、Q0.3、Q0.5),当有物品销售完,其行程开关断开,物品红灯亮并同时向总部发送物品销售完的信息;当售买物品总值低于投入总值时,可按找零按钮SB1选择找一元或者五角(SB10、SB11),KM1得电电机转动找零(Q0.0)。图4.6自动售货机外部接线图第5章 程序设计及仿真5.1 程序设计说明现在我们具体分析一下程序过程:1.初始状态:此时不能购买任何商品。2.投币状态:顾客投币,显示投入总值,即余额数值,当所投币值超过商品价格时,相应价格选择按钮发生变化,绿灯亮,提示可以购买。3.购买状态:按下可以购买的选择按钮,所选的商品出现在出货框中,同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。4.退币按钮:按下找零按钮,显示退币框,同时显示出应退币值。按下找零,则退出货币,恢复初始状态。5.2 程序设计此设计自动售货机主要食品、饮料、日用三大类,价格有五角,两元,五元。自动售货机的梯形图如下:上面梯形图中ADDDI是双整数加法,投入五角时加5,投入一元时加10;SUBDI是双整数减法,当成功购买物品时就减去物品对应的数;所用的定时器为通电延时定时器,按下物品按钮时延时8秒,无操作时T43启动计时20秒,T44和T43 配合组成投币2分钟无操作找零T46T56两辆配合形成闪烁电路。5.3 指令表 5.4程序的编译和修改利用STEP7-Micro/WIN V4.0软件编写程序完成以后,进行程序编译。根据编译结果,对程序中的错误进行改正。(1)网络复杂问题:如果出现两条或两条以上指令在同一个网络中,在编译时就会出现“网络太大,无法编译”的错误。当把他分成几个网络后,就能编译正确。5.5系统调试(1)PLC硬件调试一台西门子公司生产的S7-200实验台,CPU是S7-200系列中的CPU224。还有一台安装S7-Micro/WIN V4.0编程软件的计算机,编程电缆线一根。(2)PLC程序调试程序编写完毕后,借助S7-Micro/WIN V4.0版本自带的虚拟运行功能,下PC机中运行该程序,观察各输人输出继电器、状态继电器、辅助继电器的状态,分析在程序运行下各继电器应该出现的状态,再和观察到的状态相比较。若一致则程序基本无误,可以将程序下载到PLC。5.6自动售货机仿真(1)CPU选择 本次自动售货机的仿真,首先配置CPU型号,此次自动售货机的设计共有11个输人,10个输出,从实用和经济角度考虑,我选用了CPU224。(2)自动售货机仿真模拟进人Application MFC S7_200,选好CPU模块后,将梯形图程序编译后引出,接着导人仿真软件中。把引出的AWL文件引人仿真软件,开启仿真软件就可以仿真了。如图所示,先按下五角投币按钮I0.4,双整数加法指令加五,此时余额大于等于五,五角食品绿Q0.6灯长亮,按下五角食品按钮I0.1,出五角食品,五角食品绿灯闪烁,8秒后停止。如果投人五角后两分钟内无动作,则找零灯Q0.0亮。 以上程序经S7-200仿真软件调试成功。第6章 结论与展望目前,可编程序控制器、机器人、CAD/CAM已经成为工业生产自动化的三大支柱。在以PLC为核心的自动售货机控制系统中,当需要增加可选择的商品数量时,该控制系统的硬件只需要增加相应的输入信号,其硬件的原有接线不需要改变,软件则可以根据不同的控制要求进行修改,具有较强的适应性,因此在自动售货机行业中得到广泛的应用。根据日本、美国等国家的经验,自动售货机将在全球范围内得到更大的普及,其未来的发展趋势主要有如下3点:(1)自动售货机的机体内部结构已经相当完善,影响其普及的关键因素:在现有的各种通信网络平台上如何让自动售货机形成一种销售连锁网,为其提供更方便的营销方式和管理机制,能最大限度地降低生产、运营成本。目前,无论是基于Internet还是基于移动通信网或其他网络平台,其运作的机制都不太成熟,不过这并不影响自动售货机的发展潜力。因此,自动售货机未来的发展趋势是将其纳入到一个更广阔、更便利的移动商务网络平台。(2)社会将会更加需要能够合理利用能源的工业产品,因此自动售货机的发展也会向着这个方向发展,节能、环保型的自动售货机将是未来社会所需要的主流产品。(3)自动售货机的发展目标是为社会和生活带来最大的便利,这就要求不但要具备实现其本身固有的功能,更重要的是要求不会给社会和日常生活带来各种各样的负面影响。在此次毕业设计完成的过程中,本人对货币的币值与真伪识别也进行了认真的研究,但是涉入较浅还没有更深入的了解,还是更待研究,故而未能具体实施。今后待条件具备后继续完成。致谢 首先要衷心感谢我的指导老师陈丰陈老师,感谢他这段时间对我的谆谆教导教导和无私的帮助。在做论文的过程中我深深地体会到大学期间老师传授给我的学习方法和思路都让我终身受益匪浅。陈老师严谨的治学态度、丰富的实践经验、敏锐的洞察力以及渊博的学识都给我留下了深刻的印象,特别是他上课时的提问,也必将对我以后的人生道路产生重大影响。在此谨向陈老师表示深深的谢意。感谢机械电工程学院所有带过我课的教师们以及领导们。要感谢他们在这次论文的前期准备,资料收集,编写提纲的过程中给予我的各种指导。要是没有每位老师的帮助,这次论文的进行将会更加难以完成。感谢我的同学,特别是唐莹、郝兆行、吴静娟、邵晴等同学和好友,他们都给我提供了很大的帮助和支持,有的只是拷给我一个软件,有的教会我使用其他软件,使我的学习生活充满了乐趣。他们给了我一段难忘而有意义的求学时光。 衷心感谢我的父母、家人在我的求学过程中给予我的物质的满足及精神上的鼓励,他们的爱是我不断前进的动力。我在心里常常对自己说今后一定努力工作,把最好的成绩献给我的家人。特别感谢论文答辩委员会的诸位教授能在百忙之中审阅和聆听我的论文和PPT,并出席论文答辩会。最后,在此再次感谢所有关心、支持和帮助我的老师、亲人和朋友们,祝大家新年新气象,一切顺利!参考文献1裴进灵.一种新型自动售货机的研制,科技情报开发与经济 2朱军.自动售货机的结构,信息与电脑 4 周美兰.周封、王岳宇.PLC电气控制与组态设计,北京:科学出版社,20035 王永华.现代电气控制及PLC应用技术,北京航空航天大学出版社,20006 赵全利.西门子S7-200PLC应用教程,机械工业出版社7 吴作明.工程组态软件与PLC应用技术,北京航空航天大学出版社8 廖长初.S7-200PLC基础教程,北京:机械工业出版社,20069 张万忠.刘明芹.电器与PLC技术,北京:化学工业出版社,2003 预售价格系统金额累计可售指示钱币识别系统35附件专业本科毕业论文管理制度与相关文件汇编大学教育科学学院系二零一三年七月目 录专业本科毕业论文写作规范3专业本科毕业论文参考文献写作要求9专业本科毕业论文装订规范与要求20专业本科毕业论文指导教师工作要求22大学本科毕业论文(设计)封皮样式24学位论文独创性声明25大学本科生毕业论文任务书26大学本科生毕业论文评审书27大学教育科学学院本科毕业论文开题报告2013版28大学毕业论文(设计)指导记录32专业本科毕业论文写作规范为了加强对我院专业本科毕业论文工作的规范化管理,现将毕业论文写作过程中需遵循的格式规范做如下要求。一、毕业论文的选题与设计要求专业本科毕业论文的内容选题必须是心理学领域或与心理学相关的交叉领域课题,符合专业培养目标要求,具有一定的学术性。在研究设计与方法上必须采用实证研究范式,即相关设计或因果实验设计,具体收集数据方法

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