基于西门子PLC的自动饮料售货机的控制系统的设计-毕业论文

I 基于西门子基于西门子 S7-200S7-200 PLCPLC 自动饮料售货机控制系统自动饮料售货机控制系统 Beverage Vending Machines PLC Control System based on Siemens S7-200 Series 总计毕业设计_39_页 表格_3_个 插图_10_幅 摘要 II 摘 要 本论文是基于西门子 S7-200 系列 PLC 进行自动饮料售货机控制系统的设计的。本文 介绍了 PLC 的硬件基本组成，特点以及工作原理。阐述了自动饮料售货机的来源，发展及 系统设计的基本原理及工作流程。在 PLC 梯形图的编写时，文中采用的是西门子 PLC 梯形 图专用编译软件 4.0 版本的 STEP7 来进行编写，并完成了 PLC 外部接线图。利用 PLC 控制 的自动饮料售货机提高了系统的稳定性，且逻辑上保证无或者尽量减少漏洞，使自动售货 机能够长期稳定运行，不需要经常有人维护。 关键词关键词 ：自动饮料售货机PLC梯形图西门子 III ABSTRACT The design of Automatic Beverage Vending Machine PLC Control System is based on Siemens S7-200 series. The paper introduces the basic structure of PLC, characteristics and work principle. In the PLC trapezoidal chart compilation, this paper adopts the Siemens PLC ladder special compiler software version 4 of the STEP7 to write, and completed the PLC external wiring diagram. To improve the stability of the system by using automatic beverage vending machine PLC control logic, and ensure no or little loopholes, the vending machine can have a long-term stable operation, not often need someone maintenance Keywords:automatic beverage vending machine；PLC； ladder diagram ；Siemens IV 目录 摘摘要要I ABSTRACTABSTRACTII 前前言言1 第第 1 1 章章 可编程控制器可编程控制器 PLCPLC3 1.1 可编程控制器的产生和发展.3 1.1.1 可编程控制器的概述.3 1.1.2 PLC 的产生原因.3 1.1.3 PLC 的发展前景.4 1.2 可编程控制器的结构和工作原理.4 1.2.1 PLC 的工作原理.4 1.2.2 PLC 的循环扫描.5 1.2.3 PLC 的硬件组成.6 1.2.4 PLC 的编程语言.7 1.2.5 PLC 的特点.7 1.2.6 PLC 的主要功能.8 1.3 PLC 的选型原则及选型方法.9 第第 2 2 章章 自动饮料售货机的系统设计自动饮料售货机的系统设计.12 2.1 自动饮料售货机的控制要求12 2.1.1 自动饮料售货机的控制要求12 2.1.2 自动饮料售货机的相关说明13 2.1.3 定时器14 2.1.4 数学运算指令 .15 2.2 自动饮料售货机 I/O 点的分配.16 2.3 自动饮料售货机的外部接线图.17 2.4 自动饮料售货机梯形图的编写.17 2.4.1 梯形图17 2.4.2 自动饮料售货机设计的梯形图.18 V 结结语语.19 参考文献参考文献.21 程程 序序 图图.22 附附 录录 一一30 致致谢谢35 南昌工程学院本科毕业设计 1 前言 自动饮料售货机是集成物理光学,电气技术，机械技术等一体化的无人商业自动化设 备。从自动售货机的发展原因来看，它的出现是由于随着科学技术的发展社会产业机构开 始出现调整，工业由劳动密集型向技术密集型转变。这一时期人口膨胀带来的巨量消费、 巨量产出，快节奏工作、生活以及消费方式的简单和拥挤的城市环境，要求出现新的贸易 流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等传统的流通渠道，由于人工费用不断上升，场 地的无法普及的局限性以及购物的便利性等因素的制约，无人自动饮料售货机作为一种方 便人们生活简单，顺应了习惯变化的售货机器便应运而生了。 自动饮料售货机可以充分减少人力资源的浪费，使人从一些技术含量低的工作中解脱 出来，以便在其他方面创造出更多的价值。自动饮料售货机的系统可以 24 小时不间断的 运营，且运营时需要的资本少、面积小，且相对新颖具有吸引人们购买好奇心的自身性能， 可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。 现在，伴随着信息化产业的发展，自动饮料售货机产业也正在走向信息化。例如通过 互联网实行联机方式，通过网络将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑 中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且伴随着环保成为当代消 费考虑的重要因素之一，为防止地球变暖，自动化设备厂商也致力于节能型清凉饮料自动 售货机的生产开发。在日常白天电力消费高峰时，某些节能型的自动售货机即使在关掉制 冷机的状况下也能保持低温， 与以往的自动饮料售货机相比， 它能够节约 12左右的电力。 进入 21 世纪时，自动饮料售货机也将进一步向节能型以及多功能，人性化的方向发展。 自动饮料售货机是一种全新的商业零售形式 20 世纪 70 年代自日本和欧美发展起来。 自 09 年金融危机之后，世界经济缓慢发复苏，伴随着中国改革开放三十年，国民生活得 到显著提高，人们对就业以及工作所提供的福利包括工作场所提供茶点饮料等福利事业更 为关注。自动饮料售货机作为无人看护的机器不仅保障了惬意的工休时间，也是最廉价、 提高职工工作效率最有效的手段。特别是在 24 小时无休工作状态中的办公场所，使用迷 你型饮料冲饮机，解决了不间断提供汽水，果汁等饮品服务的问题，这种服务加速了自动 售货机融入人们日常生活。 本论文采用的是 PLC 为控制中心的自动饮料售货的设计，传统的电气设备往往采用继电器 控制系统控制，但继电器控制系统体积会很大，且控制稳定性又很差，需要大量人员维护， 除此之外还无法经行数学运算。除了继电器控制系统之外，还有以单片机为控制中心的控 2 制系统，传统的自动饮料售货机往往采用单片机作为控制核心，但这样在输入输出接口上 消耗很大，并且其不稳定性和抗干扰性差等因素也会让机器经常需要人员维护。而以单片 机为核心的 PLC 则能避免很多干扰因素，其不但可实现类似控制功能，还具有调试方便、 可靠性高、能耗低、编程简单、功能强等优点。 南昌工程学院本科毕业设计 3 第 1 章 可编程控制器 PLC 1.11.1 可编程控制器的产生和发展可编程控制器的产生和发展 1.1.1 可编程控制器 PLC 的概述 PLC 全名可编程逻辑控制器， 它是一种在传统继电器控制系统基础上与 3C 技术相结合 而不断发展完善起来的新型自动控制器件。是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字 运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。PLC 具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特 点。 1.1.2 PLC 的产生原因 上个世纪 60 年代，伴随着半可控和可控电子元件的发展，电子技术得到飞跃式的提 升， 控制电路电子化便成为趋势。 60 年代中后期， 在过程控制领域随着小型计算机的应用， 控制系统的性能得到大大的提升。 后来随着西方世界出现了经济大萧条，作为工业标志的汽车工业收到沉重打击。美国 通用电气公司为了在激烈的市场竞争中战胜对手，拜托困境，制定了推出小批量、多品种 的车型来吸引顾客的战略。但是那时期作为控制系统的是由继电器和接触器等组成，灵活 性差，不能满足工业不断更新的需要。GM 为了改造传统控制汽车生产设备方式，提出了以 下 10 条招标的技术指标。 （1） 采用插件式结构，硬件维护方便。 （2） 至少可扩展到 4KB 的用户程序存储器的容量. （3） 输入可以是直流 AC115V。 （4） 输出在 2A，直流 AC115V 以上，能直接驱动电磁阀和继电器等。 （5） 可在现场修改程序，编程简单方便。 （6） 体积小于继电器控制系统。 （7） 要有高于继电器控制系统的可靠性。 （8） 可将数据直接送入管理计算机。 （9） 扩展时，只需改动很小的原程序。 （10）成本可与继电器控制系统竞争。 第 1 章可编程控制器 4 至今 PLC 已经发展了三代，其性能由第一代早期的作为替代继电器控制系统，主要功 能只是执行原先由继电器完成的顺序控制和定时、计数控制等任务发展到因微处 理器的出现而发生重大变化的第二代 PLC。其功能大大增强，并且在软件方面增加了通信、 算术运算、自诊断、数据的处理和传输等功能。进入 20 世纪 80 年代以后，伴随着超大规 模的集成电路技术的发展，微处理器的价格大幅下降，各种 PLC 采用的微处理器的性能普 遍提高，PLC 的软件和硬件再一次放生巨大变化，成本更低，I/O 模块更丰富，指令功能 更强，处理速度更快，体积更小。 目前全球生产 PLC 的厂家有六十多家，其中最为有名的有日本的三菱、欧姆龙、富士、 东芝；美国的通用、ABB、施耐德；德国的西门子；以及中国的台达，信捷等；这些厂商 无不是工控业的代表。其中尤以德国西门子被视为工控业的方向标。 1.1.3 PLC 的发展前景 PLC 总的发展趋势是向大容量、高速度、高集成度、小体积、高性能易使用、易使用 方向发展。具体表现在以下几个方面。 （1）基于 PC 的编程软件取代编程器 （2）向大容量、高运行速度方向发展 （3）智能型 I/O 模块的发展 （4）PLC 编程语言的标准化 （5）向微小型化、专业化、低成本方向发展 （6）PLC 通信的易用化 （7）开发新型特殊功能模块 （8）组态软件与 PLC 的软件化 （9）PLC 与现场总线相结合 (10) CPU 的处理速度进一步加快 1.21.2 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理 1.2.1 PLC 的工作原理 PLC 的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的 管理下，通过运行应用程序完成用户任务。PLC 通电后，首先对硬件和软件作一些初始化 操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图 1-1） 。 南昌工程学院本科毕业设计 5 读取输入 执行用户程序 处理通信要求 自诊断检查 改写输出 RUN 状态 读取输入 处理通信要求 自诊断检查 改写输出 STOP 状态 图 1-1 各阶段处理任务 1.2.2 PLC 的循环扫描工作 对于 PLC 每个程序 CPU 从第一条指令开始顺序执行，按指令的序号做周期性的程序循 环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符 后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环执行程序，每一个循环称为一个扫描周期。 故而 PLC 工作时采用的是循环扫描的工作方式，其的扫描全过程如图 1-2 所示。 （1） 输入刷新阶段 PLC 工作的第一个阶段叫做采样阶段也叫做输入刷新阶段，CPU 扫描全部输入端口将 所有的输入端信号状态读入缓冲区即输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执 行阶段。 （2） 扫描用户程序 在程序执行阶段，CPU 扫描用户程序，根据用户输入的控制程序，从用户第一条程序 开始逐条扫描执行，并将相应的扫描的程序运算结果存入对应的内部输出寄存器和中间寄 存器。 （3） 输出刷新阶段 当所有指令执行结束后，依次将输出状态寄存器中的内容送到外部锁存电路，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。 第 1 章可编程控制器 PLC 6 图 1-2PLC 的扫描全过程 1.2.3 PLC 的硬件组成 PLC 的硬件主要由存储器、通信接口、CPU、输出/输入单元、扩展接口等几部分组成。 其中，CPU 为 PLC 的控制中心通常有三类：1) 单片微处理器（如 8031、8096 等） 、2) 通 用微处理器（如 Z80、8086、80286 等） 、3) 位片式微处理器(如 AMD29W 等)；输入单元 /输出单元则是 CPU 与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口的主要用途是连接上 位计算机、编程器等外部设备，其硬件构成图如图 1-3。 南昌工程学院本科毕业设计 7 图 1-3 PLC 硬件结构图 1.2.4 PLC 的编程语言 PLC 为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常 有以下 5 种：语句表（STL） 、梯形图（LAD） 、功能块图（FBD） 、结构文本（ST）和顺序功 能图（SFC） 、 。 1.2.5 PLC 的特点 （1）抗干扰能力强，可靠性好 工业现场的环境往往十分恶劣，高温，冲击，粉尘，潮湿，振动和强电磁干扰等，单 片机作为控制中心时，为了能够抵御以上恶劣环境，需要建设大量外部电路，即便如此， 往往也无法达到控制要求，PLC 作为专门为工业控制设计的，其内部已设计建设了大量抗 干扰的电路这样使 PLC 接收，输出的信号控制变得更加稳定，能够很容易的适应工业现场 的恶劣环境。 （2）功能性强 PLC 是由微电子技术、通信技术和计算机技术综合而成，除了具有逻辑、定时、计数 等顺序控制功能之外，还具有经行各种算数运算、PID 调节、过程监视、网络通信、远程 I/O 和高速数据处理能力，因此可以满足工业控制中的各种复杂的功能要求 （3）编程方便，易于使用 第 1 章可编程控制器 PLC 8 PLC 的程序设计大多采用的类似于继电器控制线路的梯形图语言。梯形图主要是人们 熟悉的常开/常闭触点，线圈、定时器、计数器符号等组成。对于使用者来说，只要具备 电气控制方面的相关基础知识，很容易为一般的工程控制技术人员所理解掌握。 （4）安装简单，维修方便 PLC 可以在各种工业环境下直接调试，安装，运行，使用时只需根据控制要求编写程 序，将各种现场的 I/O 设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，系统便可以使用。同时由于 PLC 比较稳定，且有自诊断功能，故而损坏维修变得很方便。 （5）采用模块化结构 为了适应各种工业控制的需要，除了单元式的小型 PLC 之外，绝大多数 PLC 采用的是 模块化结构，PLC 中的 CPU、直流电源、I/O 模块等都采用模块化设计，由机架导轨，电缆 连接起来。 （6）接口模块丰富 PLC 除了具有 CPU 和存储器之外，还有很多的 I/O 接口模块。对于工业现场的不同信 号（直交流，开关量和模块量、电压和电流、脉冲或电位，强电或弱电等） （7）系统设计与调试周期短 用 PLC 经行系统设计时，用程序代替继电器硬件继电器硬线接线，控制柜的设计安装 接线工作量大为减少，设计和施工可同时经行，缩短了施工周期。 1.2.6 PLC 的主要功能 （1）计数控制 PLC 具有计数功能，可为用户提供数十个到数千个定时器。 （2）逻辑开关控制 这是 PLC 最基本的功能，也是最广泛的应用。 （3）步进控制 PLC 具有步进（顺序）控制功能。 （4）定时控制 PLC 具有定时功能，可为用户提供数十个到数千个定时器。 （5）数据处理 PLC 具有数据处理能力，可进行数据比较、数据传送、算术运算、逻辑运算、数据转 换，数据位移、数据显示等功能 南昌工程学院本科毕业设计 9 （6）模拟量处理与 PID 控制 PLC 具有 A/D 和 D/A 转换模块，转换的位数和精度可以根据用户要求选择，因此能警醒模 拟量处理与 PID 控制。 （7）通信和互联网功能 现在的 PLC 具有 RS-232、RS-422、RS-485 或现场总线等通信接口，可经行远程 I/O 控制，可实现多台 PLC 联网和通信。 1.31.3 PLCPLC 的选型原则及选型方法的选型原则及选型方法 在 PLC 系统设计时，首先应将控制系统的控制方案确定下来，这之后的下一步工作 就是确定 PLC 的工程设计选型，确定选型前应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确 控制任务和范围确定所需的操作和动作。确定 PLC 的功能、所需存储器容量、估算输入输 出点数、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 一、确定控制方案 PLC 系统设计中的第一步，就是要明确整套设备的相关信息，包括是否需要做闭环控 制，大机的机型特点，所有电机的类型，所有保护性元器件（包括低压设备、仪器仪表及 限位等）的类型，种类，数量及其与系统的连接方式。然后结合技术规格书等的要求，确 定 PLC 系统的品牌、系列和网络图概况，并对 PLC 系统所需要用到的通讯方式和特殊模块 有一个大概的考虑。 二、输入输出（I/O）点数的估算 通常根据统计的输入输出点数，I/O 点数估算时还应考虑适当的余量，所以要再增加 10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。另外实际订货时，还需根据制造 厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 三、存储器容量的估算 程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，存储器容量是 PLC 本身能 提供的硬件存储单元大小，因此存储器容量大于程序容量。设计阶段，由于用户应用程序 还未编制，因此，设计阶段工程师是不知道程序容量的，只要等到程序设计完成，在程序 调试之后工程师才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，一般情况下估算存储 器容量替代程序容量。 存储器内存容量的估算不定，许多文献资料中给出的公式也不尽相同，大体上都是按 数字量 I/O 点数的 12 倍左右，加上模拟 I/O 点数的 100 倍左右，以此数为内存的总字数 第 1 章可编程控制器 PLC 10 （16 位为一个字） ，另外再按估算的这个数的四分之一考虑余量。 四、CPU 的选型 选择 CPU 首先要考虑所需的存储器容量，必须确保 CPU 存储器容量大于所需。其次， 对于一些大型设备，在软件的设计上需要 CPU 有足够的运算速度和处理能力，比如做防摇 系统，这时需要考虑采用双 CPU 冗余系统。然后，有些 CPU 在通讯接口及支持的通讯方式 上有所不同，本着系统经济性和可用性的考虑，选择已集成本系统需要用到的通讯方式， 并且能支持需扩展的通讯方式的 CPU。最后，还需考虑到整机 PLC 系统的网络布置，确保 主站和各个分站能可靠对接。 五、输入输出模块的选择 在某个项目启动前，IO 模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应 考虑高低电平信号、传输信号的距离、隔离信号之间的影响等应用要求。对输出模块，应 考虑选用的输出模块类型，比如具有寿命短、使用电压范围广、响应时间较长、价格低、 等特点的继电器输出模块； 适用于开关频繁， 电感性低功率因数负荷场合可控硅输出模块， 过载能力较差，但价格较贵也是其缺电。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出 等，与应用要求应一致。 可根据应用要求， 合理选用智能型输入输出模块， 以便提高控制水平和降低应用成本。 同时还要考虑扩展机架或远程 I/O 机架的布置等。 六、特殊模块的选择 常用的特殊模块包括通讯模块，高速计数器模块和模拟量模块等。 对于通讯模块，需要考虑以下几点： 1、整套系统主站与分站间的通讯方式 2、PLC 系统与变频器间的通讯方式 一般不同品牌的 PLC 在以上两点都有其常用的通讯方式，比如，在使用西门子 S7-300 系列 PLC 时，以上两点一般采用 Profibus 网络连接，而对于 AB 的 PLC 和变频器，以上两 点一般采用 Control-Net 网络连接。 3、PLC 系统与仪器仪表的通讯方式 现在很多设备都要求检测仪表具有通讯功能，而常用的检测仪表一般是串口通讯，所 以需要考虑串口设备接入整套系统的方式方法。 4、PLC 系统与上位机等的通讯方式 南昌工程学院本科毕业设计 11 现在，很多设备，特别是大型设备，要求具有无线接收功能，常用的一般是无线以太 网，同时，很多设备在机上有 CMS 系统，在此情况下，PLC 系统需具备以太网通讯功能。 在某些大型设备中， 需要将增量编码器信号直接进入 PLC 系统进行处理， 在此情况下， 需要高速计数器模块。 在带抓斗的机型中，还要用到模拟量模块。有部分称重设备和风速仪的信号，也有可 能需要用模拟量模块接入 PLC 系统。 七、PLC 电源的选择 一般而言，现在常用的 PLC 系统，其模块，包括机架，都是需要电源以驱动的。对于 一些分站接口模块其本身是具有供电能力的，而对于主站或配置不带供电能力的分站接口 模块的分站，均需要使用电源。PLC 电源一般有 AC220V 和 DC24V 两种类型，可根据要求选 择。另外，所有电源模块或具有供电能力的分站接口模块都是有容量限制的，在设计时， 需计算电源模块或具有供电能力的分站接口模块，所驱动的模块所需电源容量之和，确保 供电容量充足。在计算容量时需注意，有些电源模块会提供不同电压等级的负载容量，而 PLC、输入输出模块等亦对不同电压等级均有负载容量的要求，在计算时，不仅应确保不 同电压等级的负载容量分别满足要求，还要确保电源模块的总容量能满足要求。另外，对 于 AB PLC，对于电源模块和其所驱动模块的位置也有要求，而对于某些 PLC，电源模块和 CPU 模块间需要单独连接。 八、电池或存储卡的选择 为确保在断电情况下，程序不至于丢失，在选择 PLC 系统时，需配备电池或存储卡。 电池一般分为插入 CPU 内和外置型两种，对于外置型，一般需要将电池和 PLC 电源连接。 九、机架的选择 我司常用的 PLC 系统一般都是模块化配置，配置在一处的 PLC 模块，有些是采用模块 依次对接的方式来连接起来，有些则需要用到 PLC 机架。在选择 PLC 机架时，要考虑机架 上所能布置的模块数和机架的类型。某些 PLC，用于主站，本地扩展分站和远程扩展分站 的机架都是不一样的，在选择时应注意。另外，不同的扩展方式，也会导致机架的不同， 比如考虑到经济性，所扩展分站与主站不属于同一系列。 十、经济性的考虑 选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操 作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产 第 2 章自动饮料售货机的系统设计 12 输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出模块就需增加一定的费用。当 点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的 增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在选用和估算时应充分考 虑整个控制系统使其具有较合理的性能价格比。 （1）功能方面所有 PLC 一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所 选用的 PLC 是否有能力控制任务。如对 PLC 与 PLC、PLC 与智能仪表及上位机之间有灵活 方便的通信要求；或对 PLC 的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对 PLC 的位置控 制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的 PLC 品种有一个详细的了解，以便做出正 确的选择。 （2）价格方面不同厂家的 PLC 产品价格相差很大，其中有些功能相似、质量差不多、 I/O 点数相当的 PLC 德国西门子的价格可能是日本同类产品的 1.5 倍以上是中国同类产品 的 2 倍以上。 第 2 章 自动饮料售货机的系统设计 2.12.1 自动饮料售货机的控制要求自动饮料售货机的控制要求 2.1.1 自动饮料售货机的控制要求 （1）自动饮料售饮料机可投入 1 角、5 角、1 元的硬币。 （2）所售饮料标价：汽水2 元，橙汁3 元。 （3）当投入的硬币总值超过所购饮料的标价时，所有可购买饮料的指示灯均亮，作可 购买提示。 （如：当投入的硬币总值超过 2 元，汽水指示灯亮；当投入的硬币总值超过 3 元时，汽水、橙汁指示灯均亮） 。 （4）当汽水指示灯亮时，按选择汽水按钮，则排出汽水，8s 后自动停止。在这段时间 内，汽水指示灯闪烁。 （5）当橙汁指示灯亮时，按选择橙汁按钮，则排出橙汁，8s 后自动停止。在这段时间 内，橙汁指示灯闪烁。 （6）购买饮料后，系统自动计算剩余币值，并根据剩余币值提示可购买的饮料（指示 灯亮） 。 （7）若投入的硬币总值超过所需的钱数（汽水 2 元，橙汁 3 元） ，则找钱指示灯亮,当 南昌工程学院本科毕业设计 13 按退币控制按钮时，退出找回的钱。用流程图表示大致如图 2-1 所示。 2.1.2 自动饮料售货机的相关说明 本设计统一采用按钮开关模拟物品选择，另外针对找零返回用步进电机方便控制钱币 的突出，但因本论文中对售货机内部没有要求故而以一秒一个脉冲，每个脉冲表示退出一 第 2 章自动饮料售货机的系统设计 14 个钱币。指示灯模拟物品输出及找零如图 2-2 示。 图 2-2 自动饮料售货机模拟操作面板 2.1.3 定时器 定时器是 PLC 中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。定时器的工作过程与继 电器控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点，失电时，常闭触点闭合，常开 触点打开；定时器得电时，常闭触点打开，常开触点闭合。定时器的当前值、设定值均为 10 位有符号整数（INT） ，允许的最大值为 32767。定时器指令表见表 2-1。 表 2-1 定时器指令 语句描述 TONTON TN，PT接通延时定时器 TOFTOF TN，PT断开延时定时器 TONRTONR TN，PT保持型接通延时定时器 南昌工程学院本科毕业设计 15 2.1.4 数学运算指令 在梯形图中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令（见表 2-2）的执行方法 和指令表的具体执行过程有点区别，具体区别是分别执行下列运算： 梯形图指令表 IN1+IN2=OUT，IN1+OUT=OUT IN1IN2=OUT，OUT-IN1=OUT IN1*IN2=OUT，IN1*OUT=OUT IN1/IN2=OUT。OUT/IN1=OUT 表 2-2 加减乘除指令 梯形图语句表描述梯形图语句表描述 ADD_I+I NT1,OUT 整数加法DIV_DI/D INT1,OUT 双整数除法 SUB_I-I NT1,OUT 整数减法ADD_R+R INT1,OUT 实数加法 MUL_I*I NT1,OUT 整数乘法SUB_R-R INT1,OUT 实数减法 DIV_I/I NT1,OUT 整数除法MUL_R*R NT1,OUT 实数乘法 ADD_DI+D NT1,OUT 双整数加法DIV_R/R NT1,OUT 实数除法 SUB_DI-D NT1,OUT 双整数减法MULMUL NT1,OUT 整数乘法产 生双整数 MUL_DI*D INT1,OUT 双整数乘法DIVDIV INT1,OUT 带余数的 整数除法 2.22.2 自动售货机自动售货机 I/OI/O 点的分配点的分配 第 2 章自动饮料售货机的系统设计 16 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接部 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。 I/O 点分配表如表 2-3 示。 表 2-3 I/O 点的分配表 序号定义点符号功能 1I0.0ST0机器启动按钮 2I0.1ST1一角投币识别光电开关 3I0.2ST2五角投币识别光电开关 4I0.3ST3一元投币识别光电开关 5I0.4SB5汽水按钮 6I0.5SB6橙汁按钮 7I0.6ST4找钱开关 8I0.7ST5机器停止开关 9Q0.0HL1汽水指示灯 10Q0.1HL2橙汁指示灯 11Q0.2YV1汽水电磁阀 12Q0.3YV2橙汁电磁阀 13Q0.4YA找钱执行机构 14Q0.5HL3找钱指示灯 15Q0.6控制步进电机找钱一元（无数据 南昌工程学院本科毕业设计 17 不用脉冲指令控制） 16Q0.7 控制步进电机找钱五角（无数 据不用脉冲指令控制 17Q1.0 控制步进电机找钱一角（无数 据不用脉冲指令控制 2.32.3 自动售货机的外部接线图自动售货机的外部接线图 自动售货机的外部接线图如图 2-4 示连接， 图 2-4 售货机的 PLC 硬件接线图 2.42.4 自动售货机梯形图的编写自动售货机梯形图的编写 2.4.1 梯形图 梯形图是用的最多的 PLC 图形编程语言。梯形图类似于传统继电气控制系统中常用的 电气图形表达符号，比如接触器、继电器等。PLC 常用编程语言与电器控制线路图相似， 如图 2-3 示。 继承了传统电器控制逻辑中使用的逻辑运算方式、 输入输出和框架结构形式， 具有直观、形象、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是 PLC 第 2 章自动饮料售货机的系统设计 18 应用最广泛的编程语言，是编程人员选择的第一编程语言。 图 2-3 传统继电器控制线路图和 PLC 梯形图 a 传统继电器控制线路图b PLC 梯形图 在梯形图中，有两根竖直的直线，被称为母线，现在很多 PLC 只保留了左边的母线， 而把右边的母线略去不写。 在梯形图中引入了“能流”的概念。左边的母线就如电源的 “正 极” ，而右边的母线就如电源的“负极” 。如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激 励。如果没有能流，则线圈未被激励， “能流”在任何时刻都不会通过接点自右向左流。 2.4.2 自动售货机设计的梯形图 本论文设计自动售饮料货机主要销售汽水和橙汁两种饮料，辅以想象日常生活中购买饮料 的流程，设计出本梯形图。 （见程序图） 南昌工程学院本科毕业设计 19 结语 经过一段时间的设计，考虑各种情况的调试，体会了系统设计的不易，其中要在明 确其基本功能的基础上预防各种有意或无意的设计漏洞 ，此时需要严密地思考和设计， 通过种种特定条件的考验查找其中的漏洞，这样才会对所设计的对象有更加深刻的认识， 是理论设计联系系统具体工作实际的一次很好的锻炼，它同时使我们在不断思考与尝试中 发散了思维，在一遍遍苦苦调试不断改进与进步之余也体验到了其中的乐趣。 比如按照设计要求实现了当投入的硬币总值超过 2 元时，汽水按钮指示灯亮；又当投入的 硬币总值超过 3 元时，汽水及果汁按钮指示灯都亮。当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则 汽水排出 8 秒后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪动（闪 0.5s,灭 0.5s） 。当橙汁 按钮灯亮时，按橙汁按钮，则橙汁排出 8 秒后自动停止，这段时间内，橙汁指示灯闪动 （闪 0.5s,灭 0.5s） 。 若投入硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水 2 元，橙汁 3 元）时， 找钱指示灯亮，购货完毕后，按下找钱按钮，找钱动作，并退出多余的钱。找钱完毕后， 找钱指示灯灭。找钱由三个出币电机带动（一角、五角元、一元） ，找钱应按照最快捷的 方式进行，如找 2.7 元=一元2+五角1+一角2,用对应出币电机闪 0.5s,灭 0.5s 来 表示出币。 同时实现了在有购买力的情况下，一次交易可任由顾客选择可以买多次 不同的饮料，在排出汽水的过程中可以买橙汁，反之也行，且在这期间可以取出余额。但 在售货机出币过程中不能再次购买，因为售货机找钱动作一启动就按其计算好的对应面值 货币个数出币，在这一过程中饮料指示灯可能有一段时间亮着，一旦再有购买请求信号售 货机仍会接受请求并相应的，这样很可能出现误动作，故应在找钱动作时切断购买请求通 路，使得再次按下相应买饮料按钮无效；应该把出饮料信号作为扣除顾客消费额的启动信 号，以防买多瓶直到余额不足时出现最后一瓶扣钱不出饮料此时先扣钱，发现余额不 足就不再出饮料了，与此同时相应饮料指示灯也熄灭了，提醒顾客不能购买了，这样相当 于多扣了一瓶饮料的钱，不过这很容易发