自动售货机的PLC控制

自动售货机的PLC控制PAGEPAGE7配料车控制系统程序设计目录1、绪论 11.1设计自动售货机的意义 11.2自动售货机的概述 22、系统工作原理 23、自动售货机的硬件配置 33.1PLC简介 33.2CPU处理模块 43.3自动售货机的I/O分配 43.4自动售货机的外部接线 54、自动售货机软件设计 64.1编程软件介绍 64.2自动售货机程序设计及分析 64.2.1程序的设计 64.2.2程序分析 75、自动售货机监控界面的设计 75.1组态软件的概述 75.2定义数据词典 85.3用户界面的制作 95.4命令语言的编写 106、程序调试 147、实验体会 14参考文献 15附录程序梯形图 16 自动售货机的PLC控制摘要：随着社会的发展，越来越多方便人们的东西出现在了这个世界上，自动售货机就是其中之一。自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便深受广大市民青睐。自动售货机是可完成无人自动售货的商业自动化设备，它不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h售货，在我国也越来越普及。传统的自动售货机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。PLC不但可实现类似控制功能，还具有可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。本款售货机是基于汽水和咖啡饮料的自动售货设计的。为此，本文设计了一个自动售货机的控制系统，有以下一些功能：自动售货机只出售1元、2元、3元、4元的四种饮料。机器能计算投币总额，看是否超过、正好或少于饮料的价格，并发出饮料、找零和欠资信号等。关键词：自动售货机；PLC；管理。1、绪论1.1设计自动售货机的意义在中国，售货机从1999年开始进入中国市场。如今，在机场、地铁、商场、公园等客流量较大的场所也不难发现自动售货机的身影。从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不短上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，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。自动售货机解放了人力，方便了生活，创造了效益，方便广大的市民。实践和直觉告诉我们，自动售货机在中国的横空出世，必将为国内的食品、香烟、饮料等诸多行业带来新的契机，中国的现代文明又将以自动售货机的应用和普及开创一个新的时代。所以设计自动售货机是非常必要的。1.2自动售货机的概述目前自动售货机是集声、光、机电一体化的高新智能化产品，在我国也开始得到应用。在中国人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所。自动售货机的新奇、文明、高档、昼夜服务、占地小、灵活方便深受许多地区市民的青睐，甚至出现许多排队购买的现象。专家测算，中国的自动售货机在市场容量最保守算应该有四十七万台，一年的销售额可达三百五十亿元若按人均台数计算全年可达五百亿，自动售货机在日本达到平均每二三十人一台，在美国达到每四十人一台，在欧洲每六十人一台，由于中国经济与上述国家还有一定差距，按每五百人一台计算。因此，自动售货机在中国有着广阔的发展前景。从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。2、系统工作原理每一件货的下面都有一个按钮，而我们看到的货，其实都是样品，而我们买到的不是这些样品，而是放在自动售货机的里面的仓库里面，当我们按动按钮时，这时与这件货相对应的仓库门就会打开了，这时，我们就会受到我们想要的货了!自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按扭输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。①用户将货币投入投币口，货币识别器对所投货币进行识别；②控制器根据金额将商品可售卖信息通过选货按键指示灯提供给用户，由用户自主选择欲购买的商品；③按下用户选择商品所对应的按键，控制器接收到按键所传递过来的信息，驱动相应部件，售出用户选择的商品到达取物口；④如果还有足够的余额，则可继续购买。在15秒之内，自动售货机将自动找出零币或用户旋转退币旋钮，退出零币。⑤从退币口取出零币完成此次交易。3、自动售货机的硬件配置3.1PLC简介PLC是以CPU为核心，综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，是现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。目前，世界上生产PLC的主要厂家有65个，其中最有名气的厂家在日本、美国和德国。日本的几个厂家为三菱、富士。日立、东芝、横河、立石、光洋、夏普等公司。美国的几个厂家为德州食品公司、通用电器公司、歌德公司、数字设备公司等。还有德国的西门子，荷兰的飞利浦，香港的鹰达等公司也是很有名气的。日本三菱电机公司（MITSUBISHI）于1971年开始研制PLC，目前主要有F1,F2,FX,K,A等十几个系列几十种产品，在我国（主要是华东和华南地区）的工业控制领域具有一定的市场占有率。PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。可程序逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController），乃是一种固态电子装置，主要利用输入／输出装置的回授信号及储存程序，控制机械或程序的操作。在工厂自动化（FA）系统中，PLC因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为自动化业界所采用。近几年来，各PLC制造厂家无不致力于新机种的研发，所以在CPU处理速度、扩展模块及通讯的功能上，相较于早期PLC控制器，已有长足的进展。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController(PC)。个人计算机(简称PC)发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController(PLC)。上世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。3.2CPU处理模块中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。CPU224模块输入、输出单元的接线图如图2所示。图2CPU224模块输入、输出单元的接线图3.3自动售货机的I/O分配本系统需要9个输入点和9个输出点。输入单元PLC地址输出单元PLC地址投币1元I0.01元货物显示Q1.0投币2元I0.12元货物显示Q1.1投币3元I0.23元货物显示Q2.0投币5元I0.34元货物显示Q2.1送货（1元货物）I0.4找零钱数(四)Q2.2~Q2.5送货（2元货物）I0.5送货（3元货物）I0.6送货（4元货物）I0.7找零I1.0数码个位显示Q0.0~Q0.7表1元件地址I/O分配3.4自动售货机的外部接线图3PLC外部接线图4、自动售货机软件设计4.1编程软件介绍西门子plc编程软件支持新款CP243-1(6GK7243-1-1EX01-0XE0)。通过下列改进实现新的互联网向导：支持BootP和DHCP，支持用于电子邮件服务器的登录名和密码。西门子plc编程软件可进行远程编程、诊断或数据传输。控制器功能中已集成了ProfibusDPMaster/Slave,ProfibusFMS和LONWorks。利用webserver进行监控。储存HTML网页、图片、PDF文件等到控制器里供通用浏览器查看扩展操作系统功能。目前有4类:1.STEP7Microwin是西门子S7-200编程软件[1]2.STEP7-Micro/WINSMART：是专门为S7-200SMART开发的编程软件，能在WindowsXPSP3/Windows7上运行，支持LAD、FBD、STL语言。安装文件小于100MB[2]3.STEP7V5.5是西门子S7-300,S7-400,ET200编程软件[3]4.STEP7V11—TIAPortal是西门子最新的编程软件，支持的plc有S7-300,S7-400,S7-1500,S7-1200[4]支持操作系统:上述软件支持WindowsXPSP3和Windows7软件授权方式MicroWin和MicroWinSmart不需要授权STEP7V5.5和V11都需要授权，但是西门子提供14天免费使用版。4.2自动售货机程序设计及分析4.2.1程序的设计整个系统的整体工作流程如图二所示;图二整体工作流程图4.2.2程序分析投币，并用数码管显示钱数（1元、2元、3元、5元），再次投币继续累加。售货机共有4种货物（1元、2元、3元、4元），当投入的货币大于其售价时，4种货物对应的指示灯亮，表示可以购买。当可以购买时，按相应的货物按钮，进行送货。购买以后，数码管显示当前余额，并根据剩余金额继续提示可购买饮料，也可按退币按钮，退出多余的钱，找零后，数码显示自动清零。5、自动售货机监控界面的设计5.1组态软件的概述组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。“组态（Configure）”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。“监控（SupervisoryControl）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如：DCS(集散控制系统）组态、PLC（可编程控制器）梯形图组态；人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。5.2定义数据词典在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。本系统实时数据的定义如表2所示。表2数据词典的定义数据对象类型投币一元内存离散投币两元内存离散投币五元内存离散购买一元内存离散购买两元内存离散购买五元内存离散退币内存离散一元灯内存离散两元灯内存离散五元灯内存离散数码管内存离散实时钱数内存整形5.3用户界面的制作自动售货机的欢迎界面如4所示，售货画面如5所示。图4自动售货机的欢迎界面图5售货画面5.4命令语言的编写用户界面制作完成后要与界面编制程序，程序是用户界面的后台支持。一方面程序使得用户界面与下位机PLC实现通讯，使用户界面可以控制系统的运行。另一方面程序建立了画面中动画和系统状态的联系，使用户画面中可以实时的反应系统的运行情况。本系统编写的命令语言如下：if(\\本站点\投币1元==1)\\本站点\实时钱数=\\本站点\实时钱数+1;if(\\本站点\购买货物1元==1)\\本站点\实时钱数=\\本站点\实时钱数-1;if(\\本站点\投币2元==1)\\本站点\实时钱数=\\本站点\实时钱数+2;if(\\本站点\购买货物2元==1)\\本站点\实时钱数=\\本站点\实时钱数-2;if(\\本站点\投币5元==1)\\本站点\实时钱数=\\本站点\实时钱数+5;if(\\本站点\购买货物5元==1)\\本站点\实时钱数=\\本站点\实时钱数-5;if(\\本站点\实时钱数==0){\\本站点\数码管0=1;\\本站点\一元灯=0;\\本站点\二元灯=0;\\本站点\五元灯=0;\\本站点\数码管1=0;\\本站点\数码管2=0;\\本站点\数码管3=0;\\本站点\数码管4=0;\\本站点\数码管5=0;}if(\\本站点\实时钱数==1){\\本站点\一元灯=1;\\本站点\数码管0=0;\\本站点\数码管1=1;\\本站点\数码管2=0;\\本站点\数码管3=0;\\本站点\数码管4=0;\\本站点\数码管5=0;\\本站点\二元灯=0;\\本站点\五元灯=0;}if(\\本站点\实时钱数==2||\\本站点\实时钱数==3||\\本站点\实时钱数==4||\\本站点\实时钱数==5){\\本站点\一元灯=1;\\本站点\二元灯=1;}if(\\本站点\实时钱数==5){\\本站点\五元灯=1;\\本站点\数码管0=0;\\本站点\数码管1=0;\\本站点\数码管2=0;\\本站点\数码管3=0;\\本站点\数码管4=0;\\本站点\数码管5=1;\\本站点\一元灯=1;\\本站点\二元灯=1;}if(\\本站点\退币==1){\\本站点\投币1元=0;\\本站点\投币2元=0;\\本站点\投币5元=0;\\本站点\购买货物1元=0;\\本站点\购买货物2元=0;\\本站点\购买货物5元=0;\\本站点\实时钱数=0;\\本站点\一元灯=0;\\本站点\二元灯=0;\\本站点\五元灯=0;\\本站点\退币=0;\\本站点\数码管0=1;\\本站点\数码管1=0;\\本站点\数码管2=0;\\本站点\数码管3=0;\\本站点\数码管4=0;\\本站点\数码管5=0;}if(\\本站点\实时钱数==3){\\本站点\数码管0=0;\\本站点\数码管1=0;\\本站点\数码管2=0;\\本站点\数码管3=1;\\本站点\数码管4=0;\\本站点\数码管5=0;\\本站点\一元灯=1;\\本站点\二元灯=1;}if(\\本站点\实时钱数==4){\\本站点\数码管0=0;\\本站点\数码管1=0;\\本站点\数码管2=0;\\本站点\数码管3=0;\\本站点\数码管4=1;\\本站点\数码管5=0;\\本站点\一元灯=1;\\本站点\二元灯=1;}if(\\本站点\实时钱数==2){\\本站点\数码管0=0;\\本站点\数码管1=0;\\本站点\数码管2=1;\\本站点\数码管3=0;\\本站点\数码管4=0;\\本站点\数码管5=0;\\本站点\一元灯=1;\\本站点\二元灯=1;}6、程序调试PLC程序上机调试程序编好后上机调试，当投入的金额大于等于物品的价格时，物品对应的灯就会亮，按下你所需要物品的按钮，即可取下物品，比如你投入五元的纸币，则两元，三元，四元的物品的绿灯就会亮，然后你按下两元的按钮，则两元在取灯闪烁，然后按下找零按钮则找零灯亮，每亮一个代表找一元硬币一枚。如果买完物品在三十秒之内没有做任何动作的话，售货机自动找零。如果投入金额在三十秒之内仍没有选择物品时，售货机在三十秒后会自动退款，但退出的只能是硬币。另外忽视了物品售完的情况，如果你投了5元,而3元的物品售完了，当你按下取三元物品按钮，仍然会执行金额的减法运算，这样顾客就白白的付了钱却得不到三元的物品，为避免此类问题，增加了物品行程