基于力控组态软件与PLC的冷热咖啡自动售货机模拟设计

1、常熟理工学院学报（自然科学）Journal of Changshu Institute Technology （Natural Sciences ）第24卷第8Vol. 24No. 82010年8月Aug. , 2010基于力控组态软件与PLC 的冷热咖啡自动售货机模拟设计黄涛(北京经济管理职业学院电子工程系，北京100102摘要：利用力控组态软件和西门子S7-200CPU224XP PLC 搭建了冷热咖啡自动售货机系统模型，并对其工作过程进行模拟，提取系统最优控制参数，为冷热咖啡自动售货机系统的设计提供支持，可有效降低开发成本，缩短开发周期. 关键词：自动售货机；组态软件；PLC ；软件模拟

2、中图分类号：TP15文献标识码：A文章编号：1008-2794（2010）08-0075-03收稿日期：2010-06-15作者简介：黄涛（1966），男，江西石城人，北京经济管理职业学院电子工程系高级工程师，硕士，研究方向：系统与自动化控制.利用组态软件和PLC 控制器开发工业级别的控制系统，进行实践教学和科研开发，可以节省大量经费1. 例如文献2利用组态软件和PLC 实现全自动洗衣机的模拟动画，达到过程控制的演示作用.随着市场需求的不断提高，新产品开发周期越来越短，开发成本的控制也越来越严格.用软件来协助产品的开发可以大大节约时间和资金，同时，使得产品的真实面貌得以虚拟体现.本文应用力控组

3、态软件PCAUTO6，采用西门子PLC 作为控制部件，开发了咖啡自动售货机模型.在实际生产硬件产品前用软件模拟出所要生产的产品并进行调试，为实际产品的开发提取设计参数.之所以选择组态软件构造产品软件模型，是由于组态软件具有两个特点：第一，组态软件有很强的构造画面的能力；第二，组态软件可以轻松地驱动PLC 等工业设备.图1是系统结构图.用PLC 连接步进电机驱动机械装置运动，完成特定的工作3,4. 在本设计中，步进电机不连设备.1设计思路应用组态软件实现咖啡自动售货机的自动售货功能，其设计过程分成三步.第一步，应用组态软件搭建售货机模型.共设计三个窗口：“售货机567”窗口是用来实现咖啡自动售出

4、的动画窗口；“登录”窗口用来输入操作人员的用户名和密码；“维护”窗口包含一些曲线和参数.在“登录”窗口时，只有操作人员输入正确的用户名和密码后才可进入到“维护”窗口；一旦输入有错误，界面回到“售货机567”窗口.第二步，采用PLC 构建控制系统.PLC 控制咖啡的冷热温度和步进电机的运动，达到现实的步进电机的运动与组态软件模拟的售货机动画相一致的效果.第三步，模拟售货机工作状态.在微机上运行程序，对系统仿真、提取参数、验证设计.图1系统结构示意图常熟理工学院学报（自然科学）2010年2应用组态软件搭建售货机模型在力控组态软件工程管理器中新建“自动售货机”工程.进入“开发”界面，分别进行系统配置

5、和工程项目组态5. 在“用户配置”中选择“用户管理”，定义用户名、定义口令、登录超时时间等.设置初始启动窗口为“售货机567”. 在工程项目组态中分别进行IO 设备组态、变量定义、绘制窗口.2.1IO 设备组态配置S7-200时，根据PC 连接PLC 的情况，选择串口0、8位数据位、1位停止位、偶校验、9600波特率、设备地址为10. 2.2变量定义定义的中间变量及作用如表1所示.定义的数据库变量与PLC 中的编程元件（见表2）相对应.在数据连接时，将数据库变量分别与PLC 的对应量相关，例如，将“maichongshu”变量与S7200PLC 中的M10.0位进行数据连接.力控组态软件中的变

6、量有数据库变量、中间变量、间接变量、窗口中间变量四种.数据库变量对应IO 设备的一个通道的某个参数值，会被IO 线程不断更新.中间变量是组态软件内部使用的全局变量.间接变量是指针变量，指向另外一个变量的地址.窗口中间变量类似局部变量，只在某一个窗口内定义并有效.一个应用系统一般由多个窗口组成.2.3绘制窗口新建三个窗口，分别为：售货机567、登录窗口、维护窗口.2.3.1售货机567窗口构建售货机567的模型如图2所示.用冷热两个指示灯和两个增强型按钮表示咖啡的两种选择，指示灯用于指示选中了哪种咖啡，增强型按钮用于选择冷热咖啡.维护按钮由操作人员进行维护时使用，两个出水管道，两个出水阀门，用来

7、描述出水的过程.售货机下部装有一个可移动的底板，用来运送杯子.咖啡杯子采用的是透明杯，以便更好的看到咖啡充满杯子的过程.2.3.2登录窗口本设计采用的是输入用户名和密码来限制普通人对售货机配置的访问，只有当维护人员正确输入用户名和密码后，才能登陆售货机的控制界面.2.3.3维护窗口维护界面的实时曲线用来显示冷热咖啡的温度.设置的参数有热咖啡的设置温度、杯筒与杯子移动的距离和PID 参数等.图2售货机模型图1中间变量参数名称diban lengdeng redeng beizi kafei lengfamen refamen beitong beizichuizhijuli beizireshu

8、ipingjuli beizilengshuipingjuli yonghuming yonghukouling rekafeishezhiwendulengkafeishezhiwendu ptiaojiecanshu itiaojiecanshu dtiaojiecanshu类型整型整型整型整型整型整型整型整型整型整型整型字符型字符型实型实型实型实型实型意义底板需要移动的距离冷咖啡指示灯状态热咖啡指示灯状态杯子咖啡冷咖啡阀门状态热咖啡阀门状态杯筒杯子移动的垂直距离杯子移动到热咖啡处的水平距离杯子移动到冷咖啡处的水平距离用户名用户口令热咖啡设置温度冷咖啡设置温度P 调节参数I 调节参数D 调

9、节参数作用自动将杯子送到出水口选中冷咖啡，灯亮选中热咖啡，灯亮杯子咖啡控制冷咖啡阀门开闭控制热咖啡阀门开闭控制杯筒的升降控制杯子垂直移动位置杯子水平移动到热料口杯子水平移动到冷料口操作人员的用户名称操作人员设定的密码设置热咖啡温度设置冷咖啡温度设置调节参数设置调节参数设置调节参数76第8黄涛：基于力控组态软件与PLC 的冷热咖啡自动售货机模拟设计2.4PLC 程序设计PLC 对步进电机、加热器进行控制，还驱动数码管显示.PLC 程序中用到的编程元件如表2所示.PLC 程序由一个主程序，一个子程序和一个中断服务程序组成.2.5动画演示组态软件中的动画是由脚本程序驱动的.在“售货机567”窗口中编

10、制脚本程序，使得杯子、杯筒、底板的移动与PLC 控制的步进电机转动脉冲数一致，使得阀门开闭、指示灯亮灭与PLC 的控制一致.在“维护窗口”通过改变P、I、D 值，观看采集曲线来确定PLC 控制加热器的效果，最后用扩充响应曲线法确定PID 参数6.3结束语通过组态软件建立虚拟的冷热咖啡售货机，一方面提供冷热咖啡售货机产品外形、结构、行为、性能等的设想与设计，为该产品开发决策提供可见的原型，有利于决策过程中统一焦点、无歧义地讨论与分析；另一方面，可使得概念产品朝实质化开发的过程发展.因为冷热咖啡售货机的控制过程由PLC 完成，在PLC 上完成对步进电机的控制、对加热、制冷过程的控制、对纸杯出杯过程

11、的控制等，与实际产品的过程控制一致，其中的控制算法可以移植到真实产品的实现中.通过组态软件模拟出实际产品的各种工况，充分分析产品的可行性、可靠性、性能品质与改进等等，缩短了样机与实际产品的间隔，提高了产品开发的效率与效益.参考文献:1魏祥祯.基于组态软件的PLC 虚拟控制装置开发J.闽西职业技术学院学报，2006，(01. 2杨洁霞.运用MCGS 组态构建全自动洗衣机PLC 仿真实验教学的研究J.知识经济，2010，(10.3李文辉，李国强.基于PLC 的步进电机控制系统设计J.仪表技术，2008，(09.4王赟，刘伟.基于PLC 的步进电动机控制系统的设计J.科技信息，2009，(05. 5

12、三维力控科技有限公司.力控组态软件用户手册Z.2004.6廖常初.S7-200PLC 基础教程M.北京：机械工业出版社，2007：171-173.表2PLC 程序中的变量及其作用PLC 中的编程元件VW10VW14VW20VW30VW40M0.0M0.1Q0.0Q0.3Q0.4Q0.7Q1.0Q1.1AQW0AIW0AIW1VB100开始作用脉冲数累加器（从0累加到值等于VW10停止）冷咖啡脉冲数热咖啡脉冲数出咖啡时间（单位计时）要输入的位控制位驱动步进电机驱动数码管控制冷咖啡开关（定时5s，咖啡装满）控制热咖啡开关（定时5s，咖啡装满）加热器温度控制输出电压加热器温度反馈输入冷咖啡常温温度采

13、集输入PID 控制参数表A Simulation Design of the Coffee Vending MachineBased on PLC and ForceControl(RConfiguration SoftwareHUANG Tao(Departmentof Electronic Engineering ，Beijing Institute of Economic Management ，Beijing 100102, ChinaAbstract ：ForceControl (Rconfiguration software is a soft platform with stro

14、ng function and friendly interface and Siemens S7200PLC is often used as a controller in industry. This paper constructs a system model of a cold and hot coffee vending machine and simulates its working process. System parameters can be withdrawn by modifying system parameters and looking at its operation results. The simulation process enables the explo