毕业设计（论文）-自动饮料贩卖机的控制系统仿真设计（全套图纸）.pdf

本 科 生 毕 业 （ 设 计 ） 论 文本 科 生 毕 业 （ 设 计 ） 论 文 自动饮料贩卖机的控制系统仿真设计自动饮料贩卖机的控制系统仿真设计 系系 别：别： 专专 业：业： 班班 级：级： 学生姓名：学生姓名： 指导老师：指导老师： 完成日期：完成日期： 哈尔滨理工大学学士学位论文 学士学位论文原创性申明学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的设计（设计）是本人在指导老师的指导下独立进 行研究， 所取得的研究成果。 除了文中特别加以标注引用的内容外， 本设计 （设 计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申 明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名（手写） ： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅。本人授权学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 （请在以上相应方框内打“” ） 学位论文作者签名（手写） ： 指导老师签名（手写） ： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 本学位论文属于 保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 哈尔滨理工大学学士学位论文 I 摘 要 随着现代社会科技和经济的飞速发展，人们已经迈进了一个高科技时代，同时人 们也逐渐的学会享受生活，为了满足人们的生活追求，自动售货机开始迅速的普及。 作为自动控制技术发展产物之一的 PLC 无人自动售货机， 在人们的日常生活中已经得 到了广泛的应用，已成为一种全新的商业零售形式。同时经济的快速增长使的人们的 消费水平不断提高，大量的消费品被生产出来，这需要大量的物品流通渠道来消费这 些生产出来的消费品，在以前主要是通过超级市场来销售，但现在自动售货机使人们 多了一种选择。 它的出现使消费模式和销售环境发生了巨大的变化， 相对于超级市场、 百货购物中心等销售模式而言，无人自动售货机没有场地上的局限，而且购物便利。 本文简要介绍了课题研究的意义，自动售货机在国内外的研究动态，主要设计的 是基于西门子 S7-200 系列 PLC 构成的自动售货机控制系统，包括自动售货机控制系 统硬件设计，软件的设计，I/O 分配，系统控制流程图，PLC 梯形图程序的编写和系 统梯形图的调试仿真。 关键词： PLC； 自动售货机控制系统； 梯形图； 调试 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 哈尔滨理工大学学士学位论文 II 哈尔滨理工大学学士学位论文 II ABSTRACT With the development of the modern technology and societys rapid economic, people have entered an era of high technology, but it also gradually learn to enjoy life, to pursue in order to meet peoples lives, vending machines began to spread rapidly. Automatic control technology development as one of the products of the PLC unattended vending machines, in peoples daily life has been widely used, has become a new form of commercial retail. While rapid economic growth has enabled the continuous improvement of peoples consumption level, a large number of consumer goods were produced, which requires a large number of items to consume these distribution channels produced consumer goods, in the past mainly through supermarkets to sell, but now vending freighter make people more of a choice. It appears that consumption patterns and sales environment has undergone tremendous change, as opposed to supermarkets, department stores, shopping centers, sales model, nobody no vending machines on site limitations and shopping convenience. This article briefly describes the significance of the research, the research of the vending machine at home and abroad, the main design is design a vending machines control system consisting of PLC based on Siemens S7- 200 series, including vending machine control system hardware design, software design , I / O assignment, the flow of the system control, write the PLC ladder program and the debug simulation of the system ladder. Keywords: PLC; vending machine control system; ladder; debugging 哈尔滨理工大学学士学位论文 III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 绪论 . 1 1.1 课题研究的意义 . 1 1.2 国内外研究动态 . 1 2 自动售货机控制系统的整体设计方案 . 3 2.1 自动售货机的工作原理 . 3 2.2 自动售货机设计的基本思路 . 3 2.3 自动售货机控制系统设计的基本内容. 3 2.3.1 主要内容 . 3 2.3.2 拟解决的关键性问题 . 3 2.4 自动售货机控制系统设计的步骤 . 4 3 自动售货机控制系统硬件的设计 . 5 3.1 自动售货机的控制要求分析 . 5 3.2 PLC 型号的选择 . 5 3.2.1 PLC 的概念 . 5 3.2.2 PLC 的工作原理 . 9 3.2.3 PLC 的循环扫描 . 10 3.2.4 PLC 的硬件组成 . 10 4 自动售货机控制系统软件的设计 . 11 4.1 PLC 软件系统设计的方法 . 11 4.2 I/O 口的分配 . 11 4. 3 自动售货机控制流程图设计 . 12 4.4 自动售货机控制梯形图程序的设计. 12 4.4.1 计币部分设计 . 12 4.4.2 比较部分设计 . 13 4.4.3 选择部分设计 . 14 4.4.4 余额计算部分设计 . 14 5 自动售货机控制系统的调试 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.1 系统的仿真调试 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.2 系统调试的方法 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.3 系统仿真运行分析 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 哈尔滨理工大学学士学位论文 1 绪论 1.1 课题研究的意义 随着科学技术的发展和社会的进步,商业机械逐渐的变的越来越自动化, 其中被广泛运用的是自动售货机，它是自动化商业机械被广泛用于公共场所的 代表。通过自动售货机人们可以买到很多的商品，像饮料、食品、香烟、报纸 等。自动售货机凭借和消费者 “一对一”的无店铺自动售货销售模式，成为在 现有市场销售模式下消费者的又一种选择，自动售货机让商品的需求化和多样 化得以发展和实现。方便和快捷使越来越多的人喜欢上了这种购物，这既是现 代化城市配套设施中所需求的，也方便了人们的生活。 自动售货机凭借着其别致、文明、高级、灵敏便利等特色受到了很多人的 喜欢。自动售货机可以依据消费者所投入的货币数值进行判断和运算，判别消 费者是不是可以采办某种商品，而且做出相对应的反映。因而，售货机除了可 以辨识售货机里边一切的商品外，还要可以对消费者所投入的货币进行判别和 累计， 并能够根据消费者的选择提供所要购买的商品。售货机能够根据所投入 的币值，通过消费者按下商品的选择按钮, 带动电机工作，将商品传送到出货 口, 以便顾客取出商品, 完成此次交易。它的售货功能是通过识币系统、货物 和货币的传送系统来实现的。 所以本课题来设计解决自动售货机的控制系统，采用可编程控制器, 用来 在其内部存贮实行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字和模拟的输入和输出, 来控制整个系统，并实现完整的售货功能。 1.2 国内外研究动态 在中国，自动售货机将变成一个潜力无穷的产业，从自动售货机的发展趋 势来看，它的出现是由于产业构造的转变而产生的。随着生产和消费的逐渐增 多以及消费模式和销售环境的逐渐变化，新的商品流通渠道需要出现以来适应 市场的要求；相对于现在市场上其它的商品销售模式人工费用的上升，受场地 的限制和购物的不方便等，无人自动售货机作为一种适应市场的机器便应运而 生了。它的其前景十分广阔，相信在不久得将来它会在商品的销售行业又一次 掀起革命。 自动售货机出售的商品可以先根据其摆放的场所然后进行选择，这里面包括饮 料、零食、以及特色商品等。通过这种智能的售货系统，客户和管理人员可以 准确的得到商品的存货和销售等信息。此外，还支持多种交易支付模式，同时 方便实现较大金额的支付和交易结算。 新型的自动售货机不仅更方便货品的销售，而且还是广告使用非常普遍的一种 媒介。自动售货机在国外的发展相对来说比较成熟。在日本的自动售货业已经 有超过 2000 种机型、可以售卖超过 6000 种商品，无处不在，而且 24 小时供应， 因此非常受人们的欢迎。在美国，运营商就超过 10000 家，并且具有与大饮料 商、大食品商的合作经验。 自动售货机在全球一切关联的范畴研讨中，研讨的关键技术主要包含以下 几个方面：1怎么完成系统内部的出售动作；2怎么完成出售信息的计算与 资金结算的办理；3怎么削减功耗。根据相关文献资料，怎么完成系统内部的 哈尔滨理工大学学士学位论文 2 出售动作的研讨现已基本上老练，如今最多的研讨主要是在怎么完成出售信息 的统计与资金结算的办理和怎么削减功耗。 哈尔滨理工大学学士学位论文 3 2 自动售货机控制系统的整体设计方案 2.1 自动售货机的工作原理 自动售货机的工作原理是：1、从投币口送入货币，然后经过传感器采集数 据、识别器判别货币的面值。2、识别器把信息数据传给通信模块。3、通信模 块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值,启动售货机的面板键，显示出 哪个货道有货，哪个货道已售完，并等待顾客按键选择商品。4、顾客选择商品 后，售货机自动把商品送出，等待顾客取走。5、如果余额足够多，顾客可以选 择退币或继续买商品；如果余额不足，顾客可以选择退币或继续投币购买商品。 退币可以分为两种情况：一种是由纸币识别器完成退纸币，另一种是由硬币的 通信模块完成退硬币。6、系统复零，完成售货。 2.2 自动售货机设计的基本思路 本设计的目的是设计一个便利、方便的具有自动区分货品的功用，并且能 对所投的钱币币值进行累计，根据币值选择商品的自动售货机。而且商品交易 完成后会显示余额并可以随时退币；当自动售货机遭受到外界因素破坏时报警 指示灯会闪烁报警。 2.3 自动售货机控制系统设计的基本内容 2.3.1 主要内容 1课题设计要求 1）分析了解自动售货机的工作原理 2）完成对应的硬件和软件设计 3）完成自动售货机的 PLC 控制 2课题内容 1）根据题意设计显示电路，并按图连接 2）画 PLC I/O 接口连线图 3）编制梯形图及指令语句表 4）完成系统调试，实现控制要求 该设计主要包括硬件设计和软件设计。 其中，硬件设计包括：1.控制要求分析；2.PLC 类型的选择；3.I/O 点统计； 4. 感应器的选择；5. 传送机构的选择设计。 系统软件的设计包括： 1. I/O 口的分配；2. 自动售货机控制流程图设计； 3. 梯形图程序设计；4. 对编好的梯形图程序进行调试和仿真运行。 2.3.2 拟解决的关键性问题 1）设计基于 PLC 的控制系统方案； 2）编写 PLC 程序； 3）利用 PLC 实现工作系统的控制。 本次设计的题目是自动售货机， 主要是应用西门子 S7- 200 型 PLC 的梯形图 来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：PLC 的定义、PLC 的编程语言、 PLC 的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根 哈尔滨理工大学学士学位论文 4 据 PLC 的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析说明 该设计的控制原理过程。 本次设计的重要部分是第三部分的设计部分，即自动售货机梯形图的设计。 首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的 顺序功能图准确设计出它的梯形图，再对已经编好的梯形图程序进行仿真调试， 这样才能真正理解本次自动售货机的控制原理。 2.4 自动售货机控制系统设计的步骤 （1）深入了解和分析自动售货机控制系统的要求。 （2）根据自动售货机控制系统的要求确定所需要的输入、输出设备，据此 确定 PLC 的 I/O 点数。 （3）根据 I/O 点数，选择合适的 PLC 类型。 （4）分配 PLC 的 I/O 点，画出 I/O 连接图。 （5）根据自动售货机控制系统的要求，进行自动售货机控制系统的梯形图 程序的设计。 （6） 对编制好的梯形图程序进行调试， 将编制好的程序输入调试软件当中， 查找错误，使设计的梯形图程序更加的完善。 哈尔滨理工大学学士学位论文 5 3 自动售货机控制系统硬件的设计 3.1 自动售货机的控制要求分析 由于对本次自动售货机控制系统设计没有给出特定的要求，所以在设计的 时候给出一些特定的假设。 假设本设计中自动售货机控制过程如下所述： 1. 自动售货机出售一元、二元、三元三种商品。 2. A、B 两种商品价格分别为 1 元、2 元、3 元。 3. 自动售货机可识别 5 角、1 元硬币。 4. 当投入的钱币总值等于或超过相应的商品价值时、 对应的商品指示灯亮。 5. 当顾客投入钱币在 1 分钟内不按任何按钮，自动售货机将会自动按照余 额退还给顾客。 6. 当对应的商品指示灯亮时，按下相应的按钮，相应的商品将会排出。 7. 当顾客选购完商品后，自动售货机会计算余额，按下退钱按钮，自动售 货机将按照余额退还给顾客。 8. 当顾客买完一件商品后 8 秒无操作，自动售货机将会按照余额自动退还 给顾客。 9. 如果顾客投入钱币后又不想买物品，按下退钱按钮，自动售货机将会按 照余额自动退还给顾客。 10.自动售货机在遭受到外力破坏时，自动售货机报警指示灯闪烁。 3.2 PLC 型号的选择 3.2.1 PLC 的概念 1969 世界第一台 PLC 在美国数据设备公司诞生。1975-1976 年,德国、日本、美 国等将微处理器作为控制器的中央处理单元应用到 PLC 中， 并且去掉磁心存储器改用 了集成电路的存储器，结合了微型计算机的技术与电控制器技术，从而实现了可编程 控制器的规模集成化， 使得处理器更能适用工业环境， 更加的可靠， 功能也更加强大， 更加的灵活，成本却大大下降，从而使得 PLC 进入了实用阶段。 随着科技的不断进步，PLC 的性能也飞速增强，其应用和研究现状主要在以下方 面体现: 1.控制规模的扩大，控制大型机的规模越变越大，开关量高的达到了几万。 2.组成模块的增多，现在 PLC 己经新增了很多模块，如 PDI 控制、温度以及运动 模块等等。 3.开放性和互操作性大大发展，在 PLC 的发展过程中，制造商为了垄断和扩大各 自市场，都各自发展自己的标准，开放是发展的一个趋势，各厂商都意识到这一点， 并形成了长时期的妥协与竞争，这一过程还将继续。 4.工作速度的提高可以对系统实现实时控制。 5.联网的能力增强，由于通信、信息及控制技术的大力发展，联网也得到了的发 展，己经可以实现的远程控制。 正是由于这些性能、使得工业系统可以实现远程化、自动化、控制信息化及智能 化。现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量控制及驱动控制上广泛使用，已 经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一。 哈尔滨理工大学学士学位论文 6 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是 在引进设备中大量使用了可编程控制器。 接下来在各种企业的生产设备及产品中不断 扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随 着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。PLC 的特点如下： 1)可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术， 采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 2)配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种 规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算 能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到 了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机 界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3)体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功 耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 的具体应用如下： 1)PLC 开关量的逻辑控制 这是 PLC 开关量的逻辑控制是基本的控制方法。 它可以实现各种逻辑控制工艺， 顺序控制工艺以及其他自动化生产线控制工艺等。 PLC 的开关量逻辑控制基本取代了 接触器- 继电器电路，广泛应用于各行各业，如注塑机、订书机械、机床、仓库生产 线、灌装流水线等。 2)PLC 模拟量控制 由于自然界存在许多连续变化的物理量，比如压力、温度、流量、液位等都是模 拟量。要将模拟量转换为数字量，才能在程序中进行计算和处理，将处理的结果转换 为模拟量。 3)PLC 数据处理 可编程控制器具有各种各样的计算方法，便于完成实际数据处理，数据传送和转 换等，可以对数据进行采集和分析处理，具有很明显优势。 4)PLC 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是模拟量闭环控制系 统中，使用很频繁的调节方法。可编程控制器具有专用的 PID 子程序。 5)PLC 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的 发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷 推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 PLC 由三个基本部分组成：外部输入采样单元、内部逻辑计算处理单元、处理结 果输出执行单元。可编程控制器的 I/O 输入单元包含主令按钮、限位开关、检测器等 外部输入主令接口， 可编程控制器在对外部 I/O 输入单元收集的各种逻辑信号和模拟量采样数据， 以及主 令台的各种命令等信息进行储存和处理。 可编程控制器根据所设计的程序对这些输入 信号进行处理计算，并将结果通过输出单元进行输出。通常下都是输出给继电器，继 电器通过动作来控制外面的执行单元。 可编程控制器可根据外部工程需要建立通讯控 哈尔滨理工大学学士学位论文 7 制，通过通讯可以将某执行机构的具体数据进行采样和监控，并计算和输出。如图 2-2 所示，可编程控制器的原理框图。由图可知，外部输入变量都有开关量，模拟量， 通讯接口传送的变量数据，以及编程执行器等。 编程工具一般就是电脑设计的编程软件， 我门可以根据编程软件对可编程控制器 进行硬件组态设计，输入输出点的分配设计，程序编写设计，可以通过在线连接进行 监控，通过监控可以调试程序，并修改程序。当可编程控制器启动运行后，我们可以 根据外部动作情况来判断程序的错误和需要完善的地方。 这也是现场调试工程师必须 具备的技能。 可编程控制器编程软件都是各自厂家自主研发的， 对这些软件必须学习， 了解指令含义和编程原则，技巧等。我们在编程时，一般要对系统进行总体设计，总 体设计可以保证编程的思路清晰，明朗。总体设计完后进行分布设计，对各种功能实 现进行单独编程，有必要的时候对程序进行模块化设计，节省编程空间和时间。分布 设计完毕后， 就进行系统的调试阶段， 在调试时， 首先必须对系统调试步骤进行了解， 对系统工艺进行了解，以免调试时出现差错。 1简易编程器 简易编程器就是很简单的编程工具，在编程工具上我们可以看到功能输入键， 各种指令输入键，各种指令地址数字输入键，还有显示屏显示当前编程的具体情况。 在编程时首先简易编程器就可以直接接在可编程控制器的端口上， 用专用的通讯电缆 与可编程控制器进行连接，通过设置可以对可编程控制器进行程序设计调试工作。在 编程时，首先对各种按键进行熟悉，在编程过程中必须进行记录，以便后面的调试修 改。 在编程的时候必须对输入输出点的地址分配进行详细说明， 以免编写程序过程中， 思路混乱。在编写程序结束后，就要对系统进行调试，调试的时候，必须判断系统功 能实现是否准确，如果不准确，对相应部分进行修改。使其准确。如果修改完毕，程 序运行正常，就可以将简易编程器拔下，保存。 2图形编程器 常用的图形编程器是液晶显示图形编程器(手持式的)，它有一个大型的点阵式 液晶显示屏。除具有简易型的功能外，还具有可以直接打入和编辑梯形图程序，使用 起来更方便，直观。但它的价格较高，操作也较复杂。也有用 CRT 作显示器的台式图 形编程器，它实质是一台专用计算机，它的功能更强，使用更方便，但价格也十分昂 贵。 3用专用编程软件在个人计算机(PC)上实现编程功能 CPU 开关量 I/O 接口 RAM 、 ROM 模拟量 I/O 接口 EPROM/E2ROM 通迅接口 编程器 电 源 图 3- 1 可编程控制器原理框图 哈尔滨理工大学学士学位论文 8 随着 PC 的日益普及，最新发展趋势是使用专用的编程软件，在通用的 PC 上实现 图形编程器的功能。 这一编程方法的最大特点是： 充分利用 PC 机的软、 硬件资源(如： 硬盘、打印及各种功能软件)，大大降低了编程器的成本，同时也大大增强了编程器 的功能，使用十分方便。一般的 PC 添置一套专用的“编程软件”后就可进行编制、 修改 PLC 的梯形图程序， 存贮、 打印程序文件(清单)， 与 PLC 联机调试及系统仿真等。 并且用户程序可在 PC、PLC 之间互传。具有以上功能后，PLC 的程序(特别是大型程 序)编程、调试就显得十分方便和轻松。 输入输出 数字输入 624 数字输出 416 模拟输入 1632 模拟输出 828 输入输出映像（可扩 展） 128 输入 128 输出 硬件扩展 最多 7 台扩展模块 中断输入 4 脉冲数出 2（20k100k） CPU 特性 8 个 PID 控制器 最多 2 个串行端口 实时时钟 运行中编辑 浮点运算 状态 LED 指示 CPU 处理时间 位处理：0.22us 程序存储器 425k 数据存储器 210k 定时器 256 温度模块 16 位分辨率 网络扩展 串行通讯 AS-interface MPI Profibus-DP 从站 Modbus 主站/从站 通讯速率 PPI/MPI：187.5kbps 自由口：115.2kbps 编程软件 Step7-MicroWIN 安装方式 IEC 导轨 工作电压 DC24V/AC220V 根据本系统控制要求，选用 S7-200CPU226CN 可编程控制器。24 个 DC 输入点， 16 个 DC 晶体管输出点。 订货号： 6ES7 216-2AD23-0XB0。 使用 Step7 Micro/WIN V4.0 软件进行编程。 哈尔滨理工大学学士学位论文 9 图图 4.3 西门子西门子 S7- 200 型型 PLC S7- 200 可编程控制器是小型化的 PLC，对于社会各种行业，各种场合的逻 辑控制，自动检测和运算功能都适用。S7- 200 可编程控制器具有强大的运算功 能和通讯功能，能使用在比较复杂的自动化控制场合。S7- 200 可编程控制器提 供了 4 个不同的型号，8 中 CPU 类型可以选择使用。本次设计选择的是采用 CPU226 类型可编程控制器。CPU226 类型的可编程控制器可以集成 24 输入和 16 输出共计 40 个 I/O 点。可以扩展 7 个模块，最大扩展至 248 路数字量 I/O 或 者 35 路模拟量 I/O 点。26K 字节程序和数据存储空间，6 个独立的 30KHz 高速 计数器，具有 PID 控制器，具有 2 路独立的 20KHz 高速计数器输出。RS485 通 讯编程口共有两个，具有 PPI 和 MPI 通讯协议，I/O 端子很容易地整体拆卸。用 于较高要求的控制系统。共有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快 的运行速度和功能的更强的内部集成特殊功能，可完全适应于一些复杂的中小 型控制系统。 3.2.2 PLC 的工作原理 PLC 与计算机的工作原理基本上是相同的，你可以简单地表示为在系统程 序的管理下，通过运行应用程序来完成用户任务。PLC 通电后，首先对硬件和 软件进行一些初始化操作， 初始化反复不停地分阶段处理各种任务（见图 3- 1） 。 但是 PLC 也有其本身的特点，PLC 在确定了工作任务后，专用程序被加载装入 到一个特殊的机器，它采用循环扫描模式，系统的任务管理和应用的程序执行 都是通过循环扫描模式完成的。 哈尔滨理工大学学士学位论文 10 图 3-1 扫描过程 3.2.3 PLC 的循环扫描 对于每一个程序中，CPU 从所述第一条指令开始执行，按指令步序号做周 期的程序循环扫描，如果没有一个跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执 行用户程序，直到它终止执行用户程序然后返回到第一条指令，如此周而复始， 每个周期被称为一个扫描周期。 3.2.4 PLC 的硬件组成 PLC 的硬件主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、 通信接口、扩展接口、电源和其它部件组成。其中，CPU 是 PLC 的核心部件； 输入单元/输出单元是 CPU 与现场输入/输出设备之间的接口；通信接口用于连 接编程器、主计算机等外部设备的接口。 通过本设计的自动售货机系统的控制要求分析可以知道， 本设计的主要有 2 个钱 币输入，分别是 5 角硬币、1 元硬币投入，4 个按钮开关，分别是 1 元饮料商品选择 按钮、2 元饮料商品选择按钮、3 元饮料商品选择按钮和退币按钮，以及 1 个能够感 应到自动售货机遭到破坏的感应器，6 个指示灯,分别为 1 元饮料正常指示灯、1 元饮 料缺货指示灯、2 元饮料正常指示灯、2 元饮料缺货指示灯、3 元饮料正常指示灯、3 元饮料缺货指示灯，4 个输出分别是 1 元饮料输出、2 元饮料输出和 3 元饮料输出和 余额输出等。本设计采用的是电磁阀来控制商品和钱币的输出，商品的指示灯采用的 电是经过开关电源调制成的 DC24V 电压，安全可靠。由此可知，系统所需的输入点 数为 8 点，输出点数为 6 点。根据上面的分析，至少选用 24 点（14I/10）的 PLC， 现选用西门子公司的 S7- 2OO CPU 226 型号为 6ES7 214- 1AD23- 0XB 的 PLC， 这种 型号的 PLC 不仅能够满足设计的功能需要，还能够减少经济上支出，完全符合设计 需求。 读取输入 执行用户程序 处理通信请求 自诊断检查 改写输出 执行用户程序 处理通信请求 自诊断检查 改写输出 RUN 模式 STOP 模式 哈尔滨理工大学学士学位论文 11 4 自动售货机控制系统软件的设计 4.1 PLC 软件系统设计的方法 PLC 软件系统设计的方法主要有图解法编程、经验法编程、计算机辅助设 计编程。 图解法编程主要是通过画梯形图来对 PLC 程序进行设计。 经验法编程主要是运用自己和别人的设计经验来进行设计。设计前先选择 和自己设计要求相视的程序，然后结合自己的设计要求情况，对梯形图程序进 行适当的修改，使它符合自己的设计要求。 计算机辅助设计编程主要是在计算机上通过 PLC 编程软件进行程序设计和 编程、在线仿真调试等。 在本次设计中，采用的是梯形图法编程。 4.2 I/O 口的分配 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。本次智能抢答器 I/O 点的分配如表 3- 3 所示。 表 3- 3 自动售货机 I/O 点的分配表 序号 定义点 符号 功能 1 I0.0 SB1 找零按钮 2 I0.1 SB2 饮料一元按钮 3 I0.2 SB3 饮料二元按钮 4 I0.3 SB4 饮料三元按钮 5 I0.4 SB5 投五角硬币 6 I0.5 SB6 投一元硬币 7 I0.6 SB7 找零五角 8 I0.7 SB8 找零一元 9 I1.0 SQ1 饮料一元行程开关 10 I1.1 SQ2 饮料二元行程开关 11 I1.2 SQ3 饮料三元行程开关 12 Q0.0 HL1 饮料一元红灯(物品售完) 13 Q0.1 HL2 饮料二元红灯(物品售完) 14 Q0.2 HL3 饮料三元红灯（物品售完） 15 Q0.3 DT1 找零 16 Q0.4 DT2 出饮料一元 17 Q0.5 DT3 出饮料二元 18 Q0.6 DT4 出饮料三元 19 Q0.7 HL4 饮料一元绿灯（可以购买） 20 Q1.0 HL5 饮料二元绿灯（可以购买） 21 Q1.1 HL6 饮料三元绿灯（可以购买） 哈尔滨理工大学学士学位论文 12 4. 3 自动售货机控制流程图设计 图 4- 1 自动贩卖售货机流程图设计 4.4 自动售货机控制梯形图程序的设计 根据自动售货机控制系统流程我