毕业论文-基于plc和组态王的自动售货机控制系统的设计

基于PLC和组态王的自动售货机控制系统的设计专业测控技术与仪器学生姓名学号指导教师摘要随着科技的发展及购物理念的不断更新，自动售货机的出现给我们提供了很多的方便，取代了一些传统的营销，让营销方式变得多样化，同时也适应了社会发展的需求。为人们提供便利的同时，又能让人们体验新的购物方式。本文主要介绍了简易自动售货机的基本控制原理及工作流程，采用三菱PLC编程软件对售货机的售货过程进行了程序编写，并在组态王655上进行模拟交易的仿真。设计中主要实现了普通售货机的基本功能，其包括投币累加、钱币不足提示、退币提示、选择购买商品以及自动结算等功能。设计系统中，一次只能购买一种商品，为了不发生程序错误，在其中设计了较多了互锁。其整个功能的实现均可在组态王上进行模拟交易。关键字自动售货机；控制系统；监控系统；调试；仿真ABSTRACTCONSTANTLYUPDATEDWITHTHEDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGYANDTHECONCEPTOFSHOPPING,VENDINGMACHINEPROVIDESUSWITHALOTOFCONVENIENCE,REPLACINGTHETRADITIONALMARKETING,LETMARKETINGBECOMEDIVERSIFIEDWAY,BUTALSOTOADAPTTOTHENEEDSOFSOCIALDEVELOPMENTTOFACILITATETHEPEOPLE,BUTALSOALLOWSPEOPLETOEXPERIENCEANEWWAYOFSHOPPINGAREINTRODUCEDINTHISPAPERSIMPLEVENDINGMACHINESBASICCONTROLPRINCIPLEANDWORKINGPROCESS,USESTHEMITSUBISHIPLCPROGRAMMINGSOFTWAREOFTHEVENDINGMACHINESALESPROCESSOFPROGRAMMING,ANDSIMULATEDTRADINGSIMULATIONONKINGVIEW655THEDESIGNMAINLYREALIZESTHEBASICFUNCTIONOFORDINARYVENDINGMACHINE,WHICHCOMPRISESACOINACCUMULATION,COINSHORTAGEPROMPTED,COINTIPS,CHOOSETOBUYGOODSANDAUTOMATICBILLINGANDOTHERFUNCTIONSINTHEDESIGNSYSTEM,ONLYONEKINDOFCOMMODITYCANBEPURCHASED,INORDERNOTTOHAVETHEPROCEDUREMISTAKE,INWHICHTHEDESIGNHASBEENMOREINTERLOCKINGTHEWHOLEFUNCTIONCANSIMULATETHETRANSACTIONINKINGVIEWKEYWORDSVENDINGMACHINECONTROLSYSTEMMONITORINGSYSTEMDEBUGGINGSIMULATION目录摘要ABSTRACT第1章绪论111课题的研究目的和意义112自动售货机控制系统的研究现状213论文的结构2第2章自动售货机的控制方案论证及选择421自动售货机简介422自动售货机的控制要求523自动售货机的控制方案论证及选择6231控制方案论证及比较6232方案选择824本章小结9第3章控制系统的硬件设计及选型1031自动售货机控制系统的硬件构成1032PLC的选型1033工控机的选型1234本章小结13第4章自动售货机PLC控制系统设计与实现1441PLC的基本工作原理1442PLCI/O地址分配1443自动售货机PLC控制程序的设计15431整体程序设计16432投币累加部分19433比较币值部分20434选择及饮料供应部分21435退币及复位部分2244自动售货机PLC控制程序的仿真调试2345本章小结27第5章自动售货机上位监控系统的设计及联机调试2851上位监控组态画面28511组态王软件介绍28512自动售货机静态画面的设计2952定义I/O设备3153自动售货机主画面动态设计3354自动售货机上下位联机调试40541程序的下装40542三菱FX2NPLC与组态王655的通信42543上下位联机调试42544联机调试结果4755本章小结48结论49总结与体会50致谢51参考文献52第1章绪论自动售货机作为一种先进的商业零售方式，已在全世界近50个经济较为发达的国家得到了迅速的发展，实现了商品需求化、性能多样化的发展，又原来只能有限商品品种，转变为继百货公司、超级市场、便民店之后，以消费者与售货机“一对一”自动售货的无店铺销售业态。据有关资料介绍，在美国，自动售货机的商业零售额每年高达293亿美元，而且每年都以较大的幅度在增长。在日本和欧洲，自动售货机的发展势头同样非常迅猛，其获得的业绩同样零人瞩目。但自动售货机在我国的起步比较晚，直至1993年才在广东、上海开始出现，机器分别从日本、韩国进口。现在，自动售货机的在我国的发展已达1000多台，主要分布在北京、上海、广州及沿海商品经济较为发达的地区。由于自动售货机的便捷灵活和昼夜服务，受到当地人民的欢迎。但起初的自动售货机，在国内的发展有一定的局限性，因为国内大部分人群都使用纸币，而当时的自动售货机只能识别金属硬币，而不能辨别纸币的真伪，特别是小额度的纸币。鉴于自动售货机的发展前景，很多专家开始攻克这一难题，最终实现了自动售货机只能识别金属硬币的缺陷，同时也在国内得到了很好的发展。目前的自动售货机功能更加强大，售货过程也各有不同。现今自动售货机集声、光、机电为一体，能更高效、快捷、准确、安全的为消费者服务。自动售货机的新奇、文明、高档、昼夜服务、占地小、灵活方便越来越受到各地区市民的喜爱，对于中国这个人口大国，这一种无需店铺和人员看管的销售模式，无非是一个创造高利润最直接的通道。本文就详细地介绍一种用三菱FX2N系列的PLC和组态王655实现的自动售货机控制系统的软件设计和仿真界面的设计12。11课题的研究目的和意义对于当前这样一个快速发展与进步的社会，人们追求的不再是陈旧老套的销售模式，而对新事物的产生与发展反而更具有好奇心与接受能力，在这种情况下，人们习惯了能更加快捷的去购买到自己需要的商品，同时也在享受那样一个购物的方式。就在人们需求的改变和科技不断更新发展的情况下，诞生出了一种新的科技产物，来满足人们对购物的一种体验，这就是自动售货机从诞生到至今都一直很受到消费者欢迎的重要原因。它给人们提供了一种快捷，方便且24小时无间断的营业方式，适应各类人群对商品的购买需求。它的小巧、方便既能作为城市的一道风景装饰又能为消费者人群解决对商品的需求。久而久之，这样一个销售方式得到人们的认同，在许多热闹的街道，办公楼下，甚至住宅小区都可随处可见。12自动售货机控制系统的研究现状在中国，自动售货机具有广泛的发展前途。随着中国经济的发展、行业运作的变革和入世的到来，自动售货机在中国的普及和应用是必然趋势。纵观近年来国内自动售货机市场，从92年开始从日、韩等国引进旧机器摆放国内市场以来，到自行研制和生产国产化自动售货机，各厂家、商家蹒跚起步、艰难守业，已为国内零售业撑起一片蔚蓝的晴空。由于我国目前的经济与美国、日本和欧洲发达国家相比还有很大距离，我国现有城市人口约4亿多人，如果按平均500人拥有一台自动售货机的话，那么，中国的自动售货机潜在市场需要量就要80万台。据有关资料介绍，在天津，一台自动售货机每天销售额平均为200元，在大连平均为280元。如以每台自动售货机每天销售额为200元计，全年通过自动售货机的销售额就可达到600亿元。自动售货机的高（高技术）、新（新销售方式）、大（市场潜力巨大）、真（商品货真价实）等优点，决定了其具有广阔的发展前景。根据有关专家测算，在中国，自动售货机的市场容量最保守的估计也可达47万台之巨。所以自动售货机，在中国会越来越受到广大消费者的热捧，在这么如此巨大的一个数字面前，我们如果加大对自动售货机的研究，并通过自己的技术，制造和维护自动售货机，这将是一项很可观的利润获取。也能体现我国的经济能力和快速发展的科学技术3。13论文的结构本文主要分章节对自动售货机进行介绍及设计，第1章主要介绍了自动售货机的研究现状及研究意义；第2章则是对自动售货机的方案选择的及所选方案的论证；第3章就是控制系统的硬件设计及选择，通过分小节介绍硬件的构成、选择、上位机的选择与设计以及对PLC的选型；第4章是说明下位控制系统的的实现，其中包括I/O地址的分配、PLC控制程序的设计、PLC控制程序的仿真调试；最后一章，也就是第五章的自动售货机上位监控系统的设计与实现，在组态王655上设计仿真界面，将上下位系统联机调试，实现预期设计所能达到的实验目的。第2章自动售货机的控制方案论证及选择21自动售货机简介初始状态投币状态购买状态是否满足购买要求是否有剩余钱币退币选择投币是，选择购买否，继续投币否是是不购买，则可选择直接退币图21自动售货机的售货流程本设计采用三菱PLC编程软件编写了自动售货机的售货过程的控制程序，实现逻辑的运算及选择可行性，不涉及自动售货机硬件的选型和连接。然后再通过与组态王655进行上下位联机仿真，实现整个仿真过程中模拟交易的动态显示。自动售货机的售货过程如图21所示。1启动和停止的程序编写是通过主控指令（MC/MCR）来实现启/停控制的；2通过选择钱币的按钮，通过加法运算上升沿有效指令ADDP来实现钱币累加；3钱币存放在寄存器D2中，通过比较指令（CMP）进行投币数与商品价格的对比；4在比较过程中，符合购买要求后则可以选择购买对应的商品，而通过减法指令上升沿有效（SUBP），系统会自动减去所购买商品的价格，然后回到3步骤重新比较，或者选择退币；5系统中设计了复位按钮，通过指令（ZRST）对数据进行清零；6系统实现了60秒无任何操作自动退币的功能。22自动售货机的控制要求本次设计是主要应用三菱FX2N型PLC来编写控制程序的，并根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据PLC与组态王655的相关知识设计自动售货机的仿真界面，其中通过PLC将数据传输到组态王上，在组态界面上完成模拟的购物过程。对于本次设计而言，设计出准确无误的梯形图是最主要的，所以我们在设计完梯形图之后，要在三菱FX2N型PLC上进行仿真，有错则要修改，在确保程序无误的情况下，才能下载到PLC内与组态联机调试。本设计自动售货机所要满足的要求如下（1）自动售货机能出售2元、35元、65元、12元的4种商品；（2）顾客可投入的面值最大不超过20元的纸币；（3）投币结束后，系统自动将钱币数据与可以购买的价格进行比较，比较后大于或等于其中任意商品价值后，可以选择购买或退币，当比较后小于其中最低商品价值时，可以选择继续投币或者退币；（4）当顾客购买商品后，售货机自动结算所剩余额（送出的货物用相应的图片来显示模拟），这时可以选择继续购买或者按退币按钮选择退币；（5）顾客一次只能购买一种商品的一个，若需要更多商品，需要重复操作；（6）当顾客投入金额大于等于最低价商品，小于等于最高价商品时，其指示灯对应亮起，可以选择指示灯对应按钮，购买该价值区间内的任意一件商品。23自动售货机的控制方案论证及选择自动售货机的设计中，必须考虑到自动售货机开发成本、可靠性、可维护性、执行速率及程序的易修改性方面进行售货机的最终方案的选择。而从控制方式来说，可采用继电器控制、单片机控制和可编程控制器控制对售货机实现自动控制，而以下就是对各方案的优缺点比较，并最终确定所选方案。231控制方案论证及比较1基于继电器的控制它的控制思想是以继电器为核心，采用硬接线方式把各种继电器、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，控制相关机械工作。在控制系统过程中，继电器只能作为一个执行机构，是一个控制器件。图22继电器分布接线图由图22所示，继电器控制，所需要复杂的接线和数量相当庞大的继电器。相对于继电器控制系统而言，虽然对外界的抗干扰能力比较强，但是在设计中使用的机械触点比较多，从而连线较为复杂，并且这些机械触点在开关闭合或断开时，会产生电弧，电弧对元件损害很大，会严重影响元器件的使用寿命，从而降低了系统的可靠性；并且它的控制方式是并行控制，吸合和不吸合都要受到某种限制才能完成，再加上每个继电器只有48个触点，在完成售货机设计的过程中，我使用的输入/输出点较多，从而也需要用到许多的触点，如果选择继电器控制，则需要大量的继电器，就会加大实际投入，反而降低了设计中性价比较高的要求。总体而言，继电器控制不适合运用到多触点的设计中，连接线路也很复杂，增加了施工的难度而且施工完成，却很难再做修整，针对这些可以说明其稳定性、可靠性及程序执行速率都远远不足。不能满足售货机设计中所要满足性能要求。2基于单片机的控制单片机控制系统是基于芯片级的系统，设计开发一个单片机系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印刷电路板，购置各种所需的电子元器件，焊接电路板，进行硬件调试，进行抗干扰设计和测试的大量工作；需要使用专门的开发装置和低级编程语言编制控制程序，进行系统联调。单片机控制自动售货机的基本实现连接，如图23所示。AT89CS2单片机最小系统钱币输入选择商品输入选择退币复位商品售出钱币结算钱币不足提示图23单片机控制系统基于单片机控制，虽然它本身价格不贵，但需要购入单片机开发装置（如仿真器、烧录器、电源）和模拟制板等等，都需要不少的费用，再加上开发过程中所投入的人力物力，其开发成本会相当大，而且单片机的控制抗干扰能力较差；对于每块单片机而言，所持有的I/O总数也严重性不足，在自动售货机的设计中，同样需要大规模的扩展，这样也是系统电路更加的复杂，从而降低了系统的可靠性；从开发周期上讲，单片机控制从电路设计、模拟制板、编程、仿真、调试等都要经历非常长的周期，在设计的过程中需要花费很长的时间在硬件设计和编程调试上，对于自动售货机设计而言，应该把大量时间花在工艺过程的分析上，但单片机控制却对最为重要的工艺过程没有太多的时间考虑，且单片机控制对程序修改或者维修都相对复杂，因为它的开发基本上是专用的特殊设备，在市场很难找到替代的配件。从整体设计可行而言，单片机控制虽然控制速度达到了要求，但是其可靠性，抗干扰能力相对较差，而且设计所需费用较高，修改和维护起来都比较复杂。3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入和输出，控制各种类型机械的生产过程。相对可编程控制器控制，有硬件的可靠性高、接线简单、通用性好、可连接为控制网络系统、编程简单、使用方便、易于安装和便于维护等诸多优势，基本满足了售货机设计过程中所需要达到的要求45。232方案选择根据PLC与继电器控制和单片机控制的比较可知，PLC在性能上比继电器控制和单片机控制逻辑都有一定的优势，特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便等优点，我们决定选择PLC作为控制核心来设计自动售货机的工作运行程序。24本章小结本章主要对自动售货机的工艺进行了简单的介绍，了解其能实现的各个功能，并对自动售货机的设计做出了方案的论证，最终通过对比论证，选择了可编程控制作为自动售货机的程序设计；简单的阐述了所设计的自动售货机所要实现的基本控制要求。第3章控制系统的硬件构成及选型31自动售货机控制系统的硬件构成其系统硬件组成如图31所示。投币纸币识别PLC商品选择按钮退币选择按钮复位按钮商品选择指示灯投币显示器各输出继电器各电动阀图31硬件电路组成框图当售货机有钱投入时，会经过纸币识别器，通过识别，确定是真币和面值大小的情况下，会将该信号传输给PLC，PLC就会做出相应的控制，确定输入信号是触动PLC控制程序内的哪个投币按钮闭合，表示投入了相应的钱币并在显示屏上显示出所投金额。当所投钱币满足购物要求时，对应购物提示灯会亮起，这时可选择对应按钮购物或者选择退币。32PLC的选型现在世界上PLC的生产厂家有200多家，提供400多个品种的PLC供用户选择，目前我国市场上主要的PLC产品有西门子公司的S7400/300/200系列，施奈德公司的MOMENTUM等，还有就是日本的欧姆龙、三菱、松下等公司的产品。西门子公司生产的PLC可靠性高，特别适用于大的工业控制系统，造价比较高，对于小型的自动售货机的控制系统来说成本过高。相反，目前我国市场上主流的小型的三菱PLC就比较合适，三菱公司生产的小型PLC的代表为FX2N系列的PLC，它具有丰富的内部资源程序存储器具有16K步的最大存储容量，128种应用指令，还具有184点8进制编号的输入点数，184点8进制编号的输出点数，普通型，掉电保持性和赋予特殊用途型三种内部继电器，以及状态寄存器、定时器、计数器、数据寄存器、常数与指针等功能与资源。可靠性高造价低，对于自动售货机的控制中心就特别的合适。因此，本次设计采用的PLC为三菱公司生产的FX2N系列可编程控制器。1输入/输出点数在本次设计中，总共选用了13个输入点，10个输出点，具体如表31和表32所示。表31系统输入点数输入点名称输入点数总点数启动1停止1投币选择5选择商品4复位1退币1输入总点数13表32系统输出点数输出点名称输出点数总点数商品可选择4售出商品4钱币不足提示1退币提示1输出总点数10从输入/输出点数上看，我们选择FX2N32MR系列的PLC所带的输入/输出点数各有16个，满足有510的输入/输出点裕量。2电源的要求一般三菱PLC的所需的供电电源一般都是220VAC电源，与我国国内电网电压一致，不需要对其做电源修改的工作，在我国的诸多地区可以得到广泛的使用。所以采用三菱FX2N的PLC作为自动售货机的控制系统，能满足我国电源220VAC的要求。3经济性的考虑选择自动售货机的控制系统，必须考虑性价比，如果选择一些比较高端的控制设备，不但使自动售货机的生产价格提高，而且维护成本也会随之增加，因为越高端的控制设备，其零件售价也是相当昂贵的。对于自动售货机而言，控制器所需要完成的控制不是很复杂，而三菱的控制器也有128种应用指令，完全满足自动售货机设计中所需要的指令要求。4处理速度在自动售货机中，其要求对控制的处理速度有一定的要求，毕竟自动售货机是能给人们提供快捷的购物方式，才得到人们的亲睐。而三菱PLC采用的是循环扫描的工作方式，从实时性看，它的处理速度比较快，而且随着科技的不断发展，PLC的处理和运行速度越来越快。5储存空间三菱PLC的程序存储器最大存储容量有16K步，而我设计的自动售货机程序总的只有208步，远远大于我所用到的步数，而且如果要修改程序，也足够操作员的使用。综上几点说明，选择三菱FX2N的PLC，作为自动售货机的主控器设备，完全可以实现自动售货机的控制功能，也提高了自动售货机性价比。33工控机的选型上位机即工业控制计算机简称工控机，工程机通俗的说就是专门为工业现场设计的计算机。而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁力干扰等特点，而一般工厂均是连续作业，一年中一般没有休息时间。因此，工控机与普通计算机相比有以下特点（1）机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。（2）机箱内有专用底板，底板上有IPC和ISA插槽。（3）机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。（4）要求具有长时间工作能力。对于工控机作为自动售货机控制系统，能很好的提高自动售货机的持续工作和适应各种复杂的环境，自动售货机的稳定性得到很好的提高，也就能为顾客提供更安全可靠的服务。而且研华生产的原装机IPC610H除了有以上的几种特性之外，还是4U上架式机箱，支持LED指示和声音警报通知，能在售货过程中出现问题时，及时发出警报，告知工作人员，及时处理。其IPC610H原装机如图32所示。图32IPC610H原装机34本章小结本章首先是对自动售货机所需要的硬件及各组成部分做了简单的介绍；其次是对设计过程中所使用到的输入/输出点数、性价比、存储量等方面对PLC的选型做了对比说明，实现相同功能的同时，选择三菱FX2N的PLC，既能提高售货机的性价比，也同时能支持自动售货机的各项服务，况且三菱PLC系列中的FX2N具有丰富的内部资源，且能扩展无穷多个点，方便工程人员维护。第4章自动售货机PLC控制系统的设计与实现41PLC的基本工作原理在对用PLC进行程序设计前，我们先来了解一下PLC的基本工作原理。PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从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，每一个循环称为一个扫描周期。输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。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。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。42PLCI/O地址的分配设计一个PLC程序，首先就是要对输入/输出单元进行地址分配，而所谓的输入/输出单元通常也称之为I/O单元，是PLC与工业生产之间的连接部件。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本控制对象，已实现控制目的。本设计的PLCI/O分配表如表41所示。表41I/O地址分配表序号定义点符号功能1X000SB1启动按钮2X001SB2停止按钮续表41序号定义点符号功能3X002SB3投币5角按钮4X003SB4投币1元按钮5X004SB5投币5元按钮6X005SB6投币10元按钮7X006SB7投币20元按钮8X007SB8复位按钮9X011SB9选择矿泉水按钮10X012SB10选择汽水按钮11X013SB11选择果汁按钮12X014SB12选择咖啡按钮13X015SB13退币选择按钮14Y000XB1矿泉水选择灯15Y001XB2汽水选择灯16Y002XB3果汁选择灯17Y003XB4咖啡选择灯18Y004YH1售出矿泉水19Y005YH2售出汽水20Y006YH3售出果汁21Y007YH4售出咖啡22Y010XB6出币提示灯23Y011XB7钱币不足显示灯43自动售货机PLC控制程序的设计本设计自动售货机主要销售四种不同的饮料，有2元矿泉水，35元汽水，65元果汁，12元咖啡。只有当顾客投入的钱币大于或等于最下商品的价格时，对应的指示灯才会亮起，才能购买对应的商品。投币完成后，也可以不购买，直接选择退币或无操作等待60秒可自动退币。431整体程序设计整个自动售货机程序分为几个小的模块，有启动停止的设计、有投币累加的设计、有比较币值的设计、有选择及饮料供应的设计、有退币及复位的设计；本设计基本上实现了售货机在售货过程中的自动控制要求68。如程序流程图41所示。启动投币5角投币1元投币10元投币20元投币5元选择投币总投币数投币累加选择矿泉水钱币2元购买退币35元钱币2元65元钱币35元选择汽水12元钱币65元钱币12元选择果汁选择咖啡不购买结束不购买不购买不购买不购买购买购买购买购买图41程序设计流程图本设计的程序如图42所示。接上图图42自动售货机控制程序432投币累加部分在顾客购买商品时，首先要投入对应的钱币，才能购买相应的商品，这就需要有对顾客所投钱币进行叠加计算的系统程序。由于本次设计，不涉及对硬件的设计，所以顾客所投钱币用按钮来简易实现，不包含对假币的识别。其对钱币累加的控制梯形图如图43所示。图43钱币累加控制梯形图由图43所示我是把投进的不同货币，进行不同的记录，并把总数目都寄存到寄存器D2中。为了避免小数点的影响，我是把货币的数据化成整数进行处理的，这样可以减少自己在编程时会出现的差错。X002X006为设置为开关按钮输入，而加法指令我用ADDP保证了X002X006每给一个高电平累加一次，保证了输入有效性。一方面避免了扫描漏了有投币的有效反应；另一方面也可以避免了给一次高电平就重复记数的不良影响。433比较币值部分投币完成后，系统会自动将D2内的币值和四种饮料的价格进行比较，当所投币不足最低商品的价格时，钱币不足的提示灯一直会亮着，直到所投钱币大于等于最低商品的价格，它才会熄灭；当2元投币35元时，矿泉水选择灯亮起，此时可以选择继续投币或者选择矿泉水，还可以直接选择退币；当35元投币65元时，汽水和矿泉选择灯都亮起，此时可以选择继续投币或者选择汽水、矿泉水，还可以直接选择退币；当65元投币12元时，果汁、汽水和矿泉水选择灯都亮起，此时可以选择继续投币或者选择果汁、汽水、矿泉，还可以直接选择退币；当投币12元时，咖啡、果汁、汽水和矿泉水选择都灯亮起，此时可以选择继续投币或者选择咖啡、果汁、汽水、矿泉，也可以直接选择退币910；其比较币值部分的梯形图如图44所示。图44比较币值梯形图在梯形图44中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M8000,在程序执行过程中，M8000始终保持闭合，FNC10CMP是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格。当余额小心最低商品的价格时，M3得点使钱币不足指示灯Y011长亮；当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯亮起来表示可以购买该种商品。为了优化程序，我都设计了比较的价格是比商品的价格少1角的。因为余额都是五的倍数，少一就可以达到等于或大于商品价格的目的了，还可以用上中间继电器来辅助显示可选商品的灯亮起来。434选择及饮料供应部分比较完成后，对应指示灯亮起的饮料都可以选择，假如四种饮料的指示灯都亮起，则可以选择四种饮料的其中一个按钮按下，则可完成购买对应饮料，但一次只能选择一种商品，一次也只能购买一样；在组态画面上会出现一个隐含的挡片和饮料图片，满足条件，则会对应显现，实现一个动态的购买效果。购买完成后，系统会将所投钱币减去所购买商品的价格，然后再进行比较，回到比较币值部分。其选择购买饮料的梯形图如图45所示。图45选择购买商品在梯形图45中，一是要使商品出现在出货框中，二是要实现内部货币的运算。以第二步为例，按下选择汽水相应键，X012施加一个脉冲的信号（只能接受一次的脉冲信号），X011，X013，X014的常闭可以保证了汽水的选购时，就不能同时执行其他商品的选购运作。当X012接收到一个脉冲信号时，在这个工作周期内，系统就会只对汽水进行出货的操作，同时也会对余额进行扣除汽水价格的处理。这样就完成了一次购买的执行，系统又跑回了比较的过程中去了。435退币及复位部分本设计可以在投币后直接选择退币，也可以在购买商品后有余额再选择退币。上面已经提到系统会将顾客所投钱币累加存放在D2中，然后通过继电器M8000接通电源，再通过一个比较指令进行对比，由于所投钱币都是5的倍数，所以为了显现所投钱币大于等于5角，选择让D2中存放的钱币与4进行比较，当比较结果为D2大于等于5时，会是M13接通，在无选择购买商品的情况下，退币指示灯会长亮，提示可以选择退币。这时按下退币按钮X015，系统就会开始计算然后退币，为了顾客的方便，我还在其中设置了60秒无任何操作，自动退币的功能。在设计中，复位按钮只针对于管理员，是为了将寄存器中的数据做清理而设置的。具体程序如梯形图46所示。图46退币及复位选择44自动售货机PLC控制程序的仿真调试在设计自动售货机程序的过程中，难免会投遗漏或者错误产生，所以在设计完程序后，我们需要在仿真PLC上进行程序的仿真，查看是否能达到预期的效果1112。而对所设计的程序进行仿真可按如下步骤进行。图47仿真步骤（1）如仿真步骤（1）图所示，首先我们要打开自己所设计的梯形图，然后在“工具栏”菜单下选择“梯形图逻辑测试启动”单击即可进入仿真。图48仿真步骤（2）如仿真步骤（2）图所示，单击“梯形图逻辑测试启动”后，程序开始进入写入状态，这时要耐心等待PLC写入，如果中途停止就等于退出了仿真。图49仿真步骤（3）如仿真步骤（3）图所示，PLC写入完毕后，选择“在线”“调试”软元件测试；把要求按下的按钮改成强制“ON”,需要关闭就选择强制“OFF”。如此操作可以更改软元件的高低电平，达到在线测试的效果。图410仿真步骤（4）如仿真步骤（4）图所示，选择X000后，点击强制“ON”就可以给程序通电。只有程序接通了电源，才能开始投币，选择商品之类的操作。按照此方式可以选择投币按钮，进行不断投币，所投钱币会通过加法指令，累加存放在寄存器D2中，方便下一环节的币值比较。测试时可以查找自己程序设计时的错误和不足，当测试完毕后，再选择工具栏中的梯形图逻辑测试启动，就可以结束仿真。图411仿真步骤（5）如仿真步骤（5）图所示，程序已经退出了仿真模式。图412仿真步骤（6）如仿真步骤（6）图所示，仿真结束之后，程序默认为读出模式，需要在编辑栏中选择写入模式后，才能对程序的不足进行修改。图413仿真步骤（7）如仿真步骤（7）图所示，修改完程序后，需要在变换菜单栏下选择“变换编辑中的全部程序”，然后单击，之后才能保存之前的修改。在程序的仿真调试中，不免会有许多的不足，我们需要细心的查找，便进一步优化自己的程序，这同时也需要自己对三菱PLC有一定的编程基础。我在仿真调试中也遇到了许多的问题，程序不会按要求运行，就不得不反复查找、修改；这里就以我在钱币累加部分出现过错误为例，说明仿真调试的重要性和作用。我起初编写的程序是但发现给一个高电平信号，累加器重复累加好几次，存到D2中。经过独立思考与修改，是自己指令使用不当，在给一个高电平，只让加法器动作一次，必须给一个上升沿动作，所以修改后就得到下面的指令仿真调试能帮助我查找程序的错误，也便于我们及时的修改，避免我们在联机仿真的过程中出现错误，却难以修改。45本章小结本章简单的介绍了PLC的工作原理，首先是对所设计的梯形图进行了I/O地址的分配，其次就是针对所设计的梯形图进行了各功能的分析，最后对所设计的梯形图做了仿真调试的介绍，并对设计过程中遇到的一个错误做了举例，说明仿真在程序设计的过程中起到很大的作用。第5章自动售货机上位监控系统的设计及联机调试51上位监控组态画面制作自动售货机的监控画面是为了更逼真的对所设计的程序进行仿真，利用组态王和三菱联机调试简单的优点，在组态王上制作一个画面，然后对组态画面进行定义，为了能在与PLC联机调试的情况下实现动态的效果。也不用看复杂的PLC梯形图，在组态监控画面上仿真模拟，如果能按要求实现动态效果，就说明梯形图设计无误，如此而来，通过上下位连接实现仿真。最终确定系统的可行性和准确性。511组态王软件介绍组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于MICROSOFTWINDOWSXP/NT/2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发13。1组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。（1）工程管理器工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。（2）工程浏览器工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。（3）运行系统工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。2组态王与I/O设备组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等（如西门子PLC、莫迪康PLC、欧姆龙PLC、三菱PLC、研华模块等等）通过常规通讯接口（如串口方式、USB接口方式、以太网、总线、GPRS等）进行数据通讯。组态王软件与I/O设备进行通讯一般是通过调用DLL动态库来实现的，不同的设备、协议对应不同的动态库。工程开发人员无须关心复杂的动态库代码及设备通讯协议，只须使用组态王提供的设备定义向导，即可定义工程中使用的I/O设备，并通过变量的定义实现与I/O设备的关联，既简单又方便。本论文选用组态王655软件设计简易售货机组态画面。512自动售货机静态画面的设计新建工程，工程名称为“毕业设计”。新建画面，画面名称“自动售货机监控画面”。自动售货机主画面如图51所示，售货机表面由按钮、指示灯、文字、多边形图形、点位图等组成。画面是经过各种图形的堆叠，组合而成，具体如下图5255所示。图51自动售货机主画面图52投币口的拆分与组合图53出货口的拆分与组合图54退闭口的拆分与组合图55饮料摆放窗口的组合与拆分在画面中，选择对象后，单击右键，在弹出的选项中选择“图素位置图素前移（图素后移）”，可以设置各单元图的层次。利用工具箱中的“显示画刷类型过渡色类型”可以设置不同的视觉效果。利用工具箱中的调色板，可设置单元图颜色（部分不可调色除外）。在工具菜单下，单击“点位图”选项，然后在画面空白地方随意画出一小方块区域，右键单击这小方块，在弹出选项中选择“从文件中加载”，然后就可以从电脑中插入你想要的图片。售货机画面中的咖啡、果汁、汽水、矿泉水图标等都是用这种方式插入的图片。52定义I/O设备程序在实际运行中是通过I/O设备和下位机交换数据的，当程序在调试时，可以使用仿真I/O设备模拟下位机向画面程序提供数据，为画面程序的调试提方便。组态王提供一个仿真PLC设备，用来模拟实际设备向程序提供数据，供用户调试。本论文选用仿真PLC（串口类设备）作为组态画面连接I/O设备。本设计所定义的数据词典如图56所示图56数据词典53自动售货机主画面动态设计1指示灯分别双击矿泉水、汽水、果汁、咖啡选择灯和钱币不足提示灯、退币显示灯，在弹出的“指示灯向导”对话框中，“变量名（离散量）”栏分别输入“本站点矿泉水选择灯”、“本站点汽水选择灯”、本站点果汁选择灯、“本站点咖啡选择灯”、“本站点钱币不足”、“本站点出币提示灯”。2钱币分别双击五个钱币按钮，在弹出的“动画连接”对话框钩选“按下时”选项，在弹出的“命令语言”框中分别输入命令语言5角本站点投币5角11元本站点投币1元15元本站点投币5元110元本站点投币10元120元本站点投币20元13显示双击“”右边的“”，在弹出的“动画连接”对话框钩选“模拟值输出”选项，在弹出的“模拟值输出连接”的“表达式”栏中输入本站点实时钱数14按钮分别双击矿泉水、汽水、果汁、咖啡、退币、复位、启动、停止八个按钮，在弹出的“动画连接”对话框钩选“按下时”选项，在弹出的“命令语言”框中分别输入命令语言矿泉水本站点选择矿泉水1汽水本站点选择汽水1果汁本站点选择果汁1咖啡本站点选择咖啡1退币本站点退币选择1复位本站点复位1启动本站点启动1停止本站点停止按钮15投币口分别双击三个长方图形（在分解图中标有5角、1元、5元、10元、20元的五个长方图形），在弹出的“动画连接”对话框钩选“隐含”选项，在弹出的“隐含连接”对话框设置分别为5角条件表达式本站点投币5角1表达式为真时显示1元条件表达式本站点投币1元1表达式为真时显示5元条件表达式本站点投币5元1表达式为真时显示10元条件表达式本站点投币10元1表达式为真时显示20元条件表达式本站点投币20元1表达式为真时显示6售货口在售货口放置矿泉水、汽水、果汁、咖啡4张图片，分别双击这4张图片，在弹出的“动画连接”对话框钩选“隐含”选项，在弹出的“隐含连接”对话框设置分别为矿泉水条件表达式本站点矿泉水出货1表达式为真时显示汽水条件表达式本站点汽水出货1表达式为真时显示果汁条件表达式本站点果汁出货1表达式为真时显示咖啡条件表达式本站点咖啡出货1表达式为真时显示7挡片1、挡片2、挡片3、挡片4是分别用来遮挡一瓶矿泉水、汽水、果汁、咖啡的，分别双击这4个挡片，在弹出的“动画连接”对话框钩选“隐含”选项，在弹出的“隐含连接”对话框设置分别为挡片1条件表达式本站点定时10秒1表达式为真时显示挡片2条件表达式本站点定时10秒11表达式为真时显示挡片3条件表达式本站点定时10秒21表达式为真时显示挡片4条件表达式本站点定时10秒31表达式为真时显示8退币口退币口中“”钱币由一个矩形和一个“”通过组合图素组成，点击它在弹出的“动画连接”对话框钩选“隐含”选项，在弹出的“隐含连接”对话框设置都为条件表达式本站点退币选择1表达式为真时显示9分别双击售货机主画面左边的“”或“”，在弹出的“动画连接”对话框钩选“模拟值输出”选项，在弹出的“模拟值输出连接”的“表达式”栏中输入的内容与其左边文字有对应关系，具体如表51所示。表51模拟值输出其他各点的定义定义点实时投钱数实时售出历史投钱数历史售出5角本站点投入5角张数本站点投入5角总张数1元本站点投入1元张数本站点投入1元总张数5元本站点投入5元张数本站点投入5元总张数10元本站点投入10元张数本站点投入10元总张数20元本站点投入20元张数本站点投入20元总张数矿泉水本站点单次矿泉水售出量本站点矿泉水总售出量汽水本站点单次汽水售出量本站点汽水总售出量果汁本站点单次果汁售出量本站点果汁总售出量咖啡本站点单次咖啡售出量本站点咖啡总售出量历史投钱总数本站点历史投钱总数实时退钱数本站点单次退钱数历史退钱数本站点历史退钱总数营业额实时本站点单次营业额历史本站点营业总额10应用程序命令语言打开“工程浏览器毕业设计”“命令语言”，双击“应用程序命令语言”，则弹出“应用程序命令语言”对话框，将右上角“每3000毫秒”改为“每55毫秒”，在“运行时”输入框中输入下面命令语言IF本站点启动11IF本站点投币5角1本站点投入5角张数本站点投入5角张数1本站点投入5角总张数本站点投入5角总张数1本站点投币5角0IF本站点投币1元1本站点投入1元张数本站点投入1元张数1本站点投入1元总张数本站点投入1元总张数1本站点投币1元0IF本站点投币5元1本站点投入5元张数本站点投入5元张数1本站点投入5元总张数本站点投入5元总张数1本站点投币5元0IF本站点投币10元1本站点投入10元张数本站点投入10元张数1本站点投入10元总张数本站点投入10元总张数1本站点投币10元0IF本站点投币20元1本站点投入20元张数本站点投入20元张数1本站点投入20元总张数本站点投入20元总张数1本站点投币20元0IF本站点矿泉水选择灯1本站点定时10秒1本站点单次矿泉水售出量本站点单次矿泉水售出量1本站点矿泉水总售出量本站点矿泉水总售出量1本站点选择矿泉水0IF本站点汽水选择灯1本站点定时10秒11本站点单次汽水售出量本站点单次汽水售出量1本站点汽水总售出量本站点汽水总售出量1本站点选择汽水0IF本站点果汁选择灯1IF本站点选择果汁1本站点果汁出货1本站点定时10秒21本站点单次果汁售出量本站点单次果汁售出量1本站点果汁总售出量本站点果汁总售出量1本站点选择果汁0IF本站点咖啡选择灯1IF本站点选择咖啡1本站点咖啡出货1本站点定时10秒31本站点单次咖啡售出量本站点单次咖啡售出量1本站点咖啡总售出量本站点咖啡总售出量1本站点选择咖啡0本站点单次营业额本站点单次矿泉水售出量20本站点单次汽水售出量35本站点单次果汁售出量65本站点单次咖啡售出量120本站点营业总额本站点矿泉水总售出量20本站点汽水总售出量35本站点果汁总售出量65本站点咖啡总售出量120本站点历史投钱总数本站点投入5角总张数5本站点投入1元总张数10本站点投入5元总张数50本站点投入10元总张数100本站点投入20元总张数200本站点单次退钱数本站点实时钱数1本站点历史退钱总数本站点历史投钱总数本站点营业总额54自动售货机上下位联机调试541程序的下装第一步，在上下位联机调试时，要将PLC梯形图下载到三菱FX2N中，这时需要给PLC接通电源，再将PLC通信口与电脑USB口相连。电脑与PLC连接如图57所示。图57PLC与工控机连接第二步，在将梯形图下载到PLC内时，需要对所接端口进行修改，在这里我用的端口是COM3，所以我在选择的时候把默认的COM4端口改成了COM3，只有这样才能将我的程序下载到PLC内。如图58所示。图58选择通信接口第三步，就是选择PLC写入将梯形图下载到PLC中，在下载完成后，关闭三菱PLC编程软件，以免在与组态王联机时发生冲突。PLC写入如图59所示。图59PLC写入542三菱FX2NPLC与组态王655的通信打开组态王，在工程浏览器界面选择设备，重新选择之前已经设定好的COM口，因为我们之前设定的COM端口可能不是我们下载时用的COM口，两者必须保持一致才能正常通信。修改设备COM口如图510所示。图510修改设备COM口543上下位联机调试打开主监控画面，选择文件，再点击切换到VIEW，同时PLC也要从OFF打到RUN这样才能进入仿真1416。如图511就是进入交易界面的初始状态。图511仿真界面的初始状态图512启动后的状态如图512所示，在进入仿真界面后，未点击启动前，钱币不足提示灯是“红色”，点击启动按钮后，变成“黄色”提示钱币不足，无法购买，需要进行投币。如图513所示，此时是按下了投币按钮中的10元按钮，这是投币口就会显示出对应的币值，然后再通过组态中设置的命令语言，实时投币数和历史投币数10元位置各加1，而钱币显示窗口会对应加100，历史投钱总数、实时退钱数和历史退钱数都会加100。图513投币动态显示在未投钱币时，退币显示灯为“红色”，表示没钱币投入或无所剩钱币，无法退币。当开始投币时，退币显示灯变“绿