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基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者姓名： 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)： 指導(dǎo)教師： 基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 本論文設(shè)計(jì)的是基于西門(mén)子S7-200 系列PLC構(gòu)成的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)，本文闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的來(lái)源與發(fā)展，以及它在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的方案進(jìn)行了論證，介紹了PLC的基本組成、特點(diǎn)以及工作原理，對(duì)基于西門(mén)子S7-200 系列PLC構(gòu)成的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行較為細(xì)致的論述。 文中詳盡地介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的各硬件組成，并完成了PLC外部接線圖。在PLC梯形圖的編寫(xiě)時(shí)，文中采用的是西門(mén)子PLC梯形圖專(zhuān)用編譯軟件STEP7來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)。介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過(guò)程為例，把交易過(guò)程分為幾個(gè)程序塊，然后分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。具體說(shuō)明了可編程序控制器在自動(dòng)售貨機(jī)中的作用。程序涉及到了自動(dòng)售貨機(jī)工作的絕大部分過(guò)程。利用PLC控制的自動(dòng)售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 關(guān)鍵詞 ： PLC 順序功能圖 梯形圖 I/O點(diǎn)的分配 - I - 基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) Abstract This paper is based on the design of Siemens s7-200 PLC constitute the vending machine monitoring system, this paper expounds the vending machine, and its source and development in the domestic and foreign development present situation, the scheme of vending machines are discussed, introduces the basic composition, characteristics of PLC based on and working principle, Siemens s7-200 PLC vending machine system composed of overall design process for more detailed discussion. This paper introduced in detail the vending machines, hardware composition, and completed PLC external hookup. Write in PLC ladder diagram, the paper USES is when Siemens PLC ladder-diagram special compiled STEP7 to write software. Introduces the basic principle of vending machines and work process, and then to a transaction process, for example, trade process is divided into several programs pieces and then to block respectively for programming. Specifying the programmable controller in the vending machine in the role. Program involves a vending machine work most of the process. Use of PLC controlled vending machines, improve the stability of the system, ensure the vending machine can have a long-term and stable operation. Keywords: PLC,Order functional diagram, Ladder diagram, I/O point distribution  目錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 前言 - 1 - 1設(shè)計(jì)方案 - 3 - 1.1方案論證 - 3 - 1.1.1方案一 繼電器控制 - 3 - 1.1.2.方案二 單片機(jī)控制 - 3 - 1.1.3.方案三 可編程控制器控制 - 3 - 1.2方案比較 - 4 - 1.2.1PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別 - 4 - 1.2.2PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別 - 5 - 1.3方案選擇 - 6 - 2可編程控制器PLC - 7 - 2.1 PLC的簡(jiǎn)單介紹 - 7 - 2.1.1 PLC的定義 - 9 - 2.1.2 PLC的工作原理 - 10 - 2.1.3 PLC的循環(huán)掃描 - 10 - 2.1.4 PLC的硬件組成 - 12 - 2.1.5 PLC各部分的作用 - 12 - 2.1.6 PLC的編程語(yǔ)言 - 13 - 2.1.7 PLC的特點(diǎn) - 14 - 2.2 小結(jié) - 15 - 3自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程 - 16 - 3.1 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 - 16 - 3.2自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)軟元件 - 16 - 3.2.1 定時(shí)器 - 16 - 3.2.2 數(shù)學(xué)運(yùn)算指令 - 17 - 3.3 自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能 - 18 - 3.4 自動(dòng)售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配 - 19 - 3.5 順序功能圖（SFC） - 21 - 3.6 梯形圖（LAD） - 23 - 3.7 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的梯形圖（LAD） - 24 - 3.8 自動(dòng)售貨機(jī)說(shuō)明書(shū) 32 4自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 33 4.1自動(dòng)售貨機(jī)的外部接線圖 33 總結(jié) 34 致謝 35 參考文獻(xiàn) 36 - IV - 基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 前言 自動(dòng)售貨機(jī)是可完成無(wú)人自動(dòng)售貨,集光、 機(jī)、電一體化的商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。自動(dòng)售貨機(jī)不受任何場(chǎng)地限制,方便快捷,可以每天24h售貨,因此深受上班族的歡迎。很多城市的公共場(chǎng)所里面都放置有自動(dòng)售貨機(jī)。出售的商品五花八門(mén),從飲料、零食、香煙、糖果、牙刷、方便面、自動(dòng)照相機(jī)。近年來(lái),我國(guó)的自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)突飛猛進(jìn):在汽車(chē)總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學(xué)校等地區(qū)都能找到自動(dòng)售貨機(jī)的蹤跡。這種方便快捷的購(gòu)物方式越來(lái)越受到人們的青睞,同時(shí)也是現(xiàn)代化城市配套設(shè)施的需求。傳統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心,這樣不僅會(huì)在輸入輸出接口上做大量的工作,而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差。可編程序控制器(PLC)是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制裝置,它具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因?yàn)樽詣?dòng)售貨機(jī)作為社會(huì)上完成商品零售和綜合服務(wù)的獨(dú)立設(shè)施,要求它的結(jié)構(gòu)必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。本論文就詳細(xì)地介紹一種用PLC實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 1.自動(dòng)售貨機(jī)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀 自上世紀(jì)70年代以來(lái),自動(dòng)售貨機(jī)在國(guó)際上迅速發(fā)展起來(lái)而成為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè),特別是在服務(wù)和商業(yè)領(lǐng)域日益發(fā)展。隨著自動(dòng)售貨機(jī)的普及,也逐漸被應(yīng)用于其他的領(lǐng)域。 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、行業(yè)運(yùn)作的變革和入世的到來(lái)，自動(dòng)售貨機(jī)在中國(guó)的普及和應(yīng)用是必然趨勢(shì)?？v觀近年來(lái)國(guó)內(nèi)自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)，從92年開(kāi)始從日、韓等國(guó)引進(jìn)舊機(jī)器擺放國(guó)內(nèi)市場(chǎng)以來(lái)，到自行研制和生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)化自動(dòng)售貨機(jī)，各廠家、商家蹣跚起步、艱難守業(yè)，已為國(guó)內(nèi)零售業(yè)撐起一片蔚藍(lán)的晴空。據(jù)來(lái)自國(guó)內(nèi)自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)行情分析報(bào)告表明：目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)走勢(shì)已逐漸明晰，自動(dòng)售貨機(jī)逐步從沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和各大中城市向內(nèi)陸和次發(fā)達(dá)地區(qū)延伸，逐步從高級(jí)賓館、地鐵、機(jī)場(chǎng)等豪華高檔場(chǎng)所向高中檔社區(qū)普及，大有星火燎原之勢(shì)。 自動(dòng)售貨機(jī)的普及在某種程度上能反映一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展水平，是一個(gè)國(guó)家文明程度的象征。實(shí)踐和直覺(jué)告訴我們，自助服務(wù)在中國(guó)的橫空出世，必將為國(guó)內(nèi)的電信、公用事業(yè)、食品、香煙、飲料等諸多行業(yè)發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)，中國(guó)的現(xiàn)代文明又將自助服務(wù)設(shè)備的應(yīng)用和普及開(kāi)啟一個(gè)新的里程碑！ 2.課題研究背景 從西歐、北美、日本和韓國(guó)等地區(qū)和國(guó)家的情況來(lái)看,自動(dòng)售貨機(jī)在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹?lái)越重要的角色。其產(chǎn)品特點(diǎn)是科技含量高，24小時(shí)服務(wù),售貨便利，無(wú)需專(zhuān)人盯守，省人工,省成本，售貨范圍廣泛；此外還是一種新穎獨(dú)特的廣告媒體。目前，隨著移動(dòng)商務(wù)的發(fā)展，自動(dòng)售貨機(jī)作為一種方便、直觀的移動(dòng)商務(wù)工具，開(kāi)始在全球各地迅速普及和發(fā)展。 在中國(guó),自動(dòng)售貨機(jī)將成為一個(gè)潛在的巨大產(chǎn)業(yè),繼百貨商店、超市之后掀起第三次零售業(yè)革命,其前景非常廣闊。售賣(mài)的商品可根據(jù)擺放場(chǎng)所的需要量身定制,包括冷熱飲料、零食、電話卡及國(guó)外進(jìn)口的特色商品等。并且,透過(guò)這種智能售貨系統(tǒng),存貨、銷(xiāo)售、物流信息可以準(zhǔn)確、及時(shí)地反饋給客戶(hù)和管理人員。此外,還支持多種交易支付模式,同時(shí)方便實(shí)現(xiàn)較大金額的支付和交易結(jié)算。自動(dòng)售貨機(jī)除了更方便售賣(mài)貨品之外,還被視為一種傳播廣泛的廣告媒介。 它一改往日客戶(hù)與商家(或服務(wù)方)面對(duì)面交流或交易的方式，讓客戶(hù)更多地參與交易或交流中來(lái)，增強(qiáng)了交互性和自主性。一方面它為客戶(hù)帶來(lái)了極大的便利，延拓了服務(wù)的空間和時(shí)間，使服務(wù)具有查詢(xún)，提高了社會(huì)公眾服務(wù)的質(zhì)量和形象，有利于社會(huì)精神文明建設(shè)。 在自助服務(wù)中，自動(dòng)售貨機(jī)成為了必不可少的主體設(shè)備了無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不在的新特征；一方面它也為商家?guī)?lái)了經(jīng)營(yíng)方式的變革，為他們的商業(yè)經(jīng)營(yíng)節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，并提高了操作的準(zhǔn)確性和全天候性，使商業(yè)運(yùn)作的信息化、電子化、網(wǎng)絡(luò)化成為可能；另一方面，在公眾社會(huì)服務(wù)方面，自助式信息。  1設(shè)計(jì)方案 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)中，從控制角度來(lái)說(shuō)可采用繼電器控制、單片機(jī)控制和可編程控制器控制。 。 1.1方案論證 1.1.1方案一 繼電器控制 它的控制思想是以繼電器為核心，采用硬接線方式把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按照一定邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制相關(guān)生產(chǎn)機(jī)械工作。例如要通過(guò)接觸器實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)設(shè)備的同步運(yùn)行,采用繼電器控制。 由圖可知它的三條支路是并行工作的，當(dāng)按下按鈕SF1，中間繼電器KF得電，KF的兩個(gè)觸點(diǎn)閉合，接觸器QA1、QA2同時(shí)得電并產(chǎn)生動(dòng)作，所以其控制邏輯關(guān)系為由繼電器、接觸器硬接線（硬件）方式。 1.1.2.方案二 單片機(jī)控制 它的控制系統(tǒng)是基于芯片級(jí)的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，需要先設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，畫(huà)硬件電路圖，制作印刷電路板，購(gòu)置各種所需的電子元器件，焊接電路板，進(jìn)行硬件調(diào)試，進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)和測(cè)試的大量工作；需要使用專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)裝置和低級(jí)編程語(yǔ)言編制控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 1.1.3.方案三 可編程控制器控制 它的控制思想是采用可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，故它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)之上，即通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 由圖可知CPU是以分時(shí)操作方式來(lái)處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，其控制邏輯關(guān)系為由內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯（軟件）方式。 1.2方案比較 1.2.1PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別 繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，使設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點(diǎn)在開(kāi)閉時(shí)易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。 PLC的梯形圖與傳統(tǒng)的電氣原理圖非常相似，主要原因是PLC梯形圖大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號(hào)和術(shù)語(yǔ)，同時(shí)，信號(hào)的輸入/輸出形式及控制功能基本上也是相同的；但PLC的控制與繼電器的控制又有根本的不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1.控制邏輯 繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的穿了或并聯(lián)，及時(shí)間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有4 – 8對(duì)觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性很差。而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱(chēng)做“軟接線”，因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。 2.工作方式 電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過(guò)程中，各種邏輯、數(shù)值輸出的結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計(jì)算的出，所以它屬于串行工作方式。 3.可靠性和可維護(hù)性 繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開(kāi)閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和課維護(hù)性差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高。PLC還配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員；還能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便。 4.控制速度 繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點(diǎn)的開(kāi)閉動(dòng)作一般在幾十毫秒數(shù)量級(jí)。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問(wèn)題；而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，屬于無(wú)觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶(hù)指令的執(zhí)行時(shí)間在微妙數(shù)量級(jí)，且不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。 5.定時(shí)控制 繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間控制。一般來(lái)說(shuō)，時(shí)間繼電器存在定時(shí)精度不高，定時(shí)范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問(wèn)題。PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，定時(shí)范圍最小可為0.001S，最長(zhǎng)幾乎沒(méi)有限制，用戶(hù)可根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時(shí)值，然后由軟件來(lái)控制定時(shí)時(shí)間。 6.設(shè)計(jì)和施工 使用繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長(zhǎng)，而且修改困難。工程越大，這一點(diǎn)就越突出。而用PLC完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場(chǎng)施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。 1.2.2PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別 PLC控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)在很多方面有較大區(qū)別，是兩個(gè)完全不同的概念。 1.可靠性 單片機(jī)控制抗干擾能力較低，從理論所要求的I/O總數(shù)來(lái)看，不論是MCS51系列還是MCS96系列單片機(jī)，都必須進(jìn)行大規(guī)模的擴(kuò)展，這樣系統(tǒng)電路更加復(fù)雜，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的可靠性。而PLC應(yīng)用于工業(yè)理論控制，PLC的可靠性得到了工控業(yè)界的認(rèn)可。 2.開(kāi)發(fā)成本 單片機(jī)本身售價(jià)雖不高，但要購(gòu)入單片機(jī)開(kāi)發(fā)裝置（如仿真器、燒錄器、電源）和還要模擬制板等，都要不少的費(fèi)用。加上開(kāi)發(fā)周期中所投入的人力物力，其價(jià)錢(qián)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)用PLC開(kāi)發(fā)的費(fèi)用。另外，由于設(shè)備是專(zhuān)用特殊設(shè)備，其控制系統(tǒng)專(zhuān)用性強(qiáng)，通用性較差，為其投入過(guò)多的開(kāi)發(fā)費(fèi)用不劃算。而用PLC進(jìn)行的設(shè)備開(kāi)發(fā)和控制費(fèi)用都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用單片機(jī)的費(fèi)用，其系統(tǒng)可大可小，小到幾點(diǎn)，大到數(shù)千點(diǎn)，甚至上萬(wàn)點(diǎn)，很好解決工業(yè)控制過(guò)程。 3.開(kāi)發(fā)周期 從電路設(shè)計(jì)、模擬制板、編程、仿真、調(diào)試等經(jīng)歷非常長(zhǎng)的周期，設(shè)計(jì)中往往要花大部分的時(shí)間在硬件設(shè)計(jì)和編程調(diào)試處理上，而對(duì)最為重要的工藝工程往往沒(méi)有更多的時(shí)間考慮。而用PLC進(jìn)行設(shè)備控制，不會(huì)花太多精力在硬件處理上，采用積木式結(jié)構(gòu)很快可以形成系統(tǒng)電路。大部分精力集中在工藝的了解和程序編寫(xiě)上，有利于設(shè)備的快速開(kāi)發(fā)，程序的編輯修改、調(diào)試都可隨時(shí)進(jìn)行，縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。 4.修改和維護(hù) 利用單片機(jī)開(kāi)發(fā)的設(shè)備往往是專(zhuān)用的特殊設(shè)備，在市場(chǎng)往往不能找到替代的配件，所以不便于維護(hù)。而隨微電子控制技術(shù)，PLC的處理能力也越來(lái)越強(qiáng)，其通信能力，運(yùn)算處理、容量（I/O容量和程序容量）等都有充足的發(fā)展。 1.3方案選擇 根據(jù)以上比較可知，PLC在性能上比繼電器控制和單片機(jī)控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，我們決定選擇方案三，以PLC為控制核心設(shè)計(jì)了自動(dòng)售貨機(jī)裝置PLC控制系統(tǒng)。  2可編程控制器PLC 2.1 PLC的簡(jiǎn)單介紹 20世紀(jì)60年代以前， 用以對(duì)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制的裝置是繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)存在一些缺陷，如，系統(tǒng)的能耗較多；工藝流程的更新需要大量的人力物力；因系統(tǒng)是通過(guò)各種硬件接線的邏輯控制來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)械觸點(diǎn)較多，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性較差等。到了 60 年代以后，美國(guó)汽車(chē)制造業(yè)為適應(yīng)市場(chǎng)需求不斷更新汽車(chē)型號(hào)，要求及時(shí)改變相應(yīng)的加工生產(chǎn)線。 而汽車(chē)生產(chǎn)流水線基本上都是采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制，所以整個(gè)系統(tǒng)就必須重新設(shè)計(jì)和配置。汽車(chē)生產(chǎn)流水線的更換越來(lái)越頻繁，原有的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)就經(jīng)常需要重新設(shè)計(jì)安裝，這不但造成極大的浪費(fèi)，而且新系統(tǒng)的接線也非常費(fèi)時(shí)，從而延長(zhǎng)了汽車(chē)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期。在這種情況下，采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制就顯出許多不足。 1968 年美國(guó) General Motors(GM)公司首次公開(kāi)招標(biāo)，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出了著名的 10 項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即著名的“GM十條”： 1. 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序。 2. 系統(tǒng)的維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)。 3. 體積小于繼電器控制柜。 4. 可靠性高于繼電器控制柜。 5. 成本較低，在市場(chǎng)上可以與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)。 6. 可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)。 7. 可直接用交流 115V 輸入(注：美國(guó)電網(wǎng)電壓是 110V)。 可編程控制器原理與應(yīng)用 8. 輸出采用交流 115V，可以直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等。 9. 通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便。 10. 程序可以存儲(chǔ)，存儲(chǔ)器容量可以擴(kuò)展到 4 KB。 如果說(shuō)電子技術(shù)和電器控制技術(shù)是可編程邏輯控制器出現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，“GM 十條”就是可編程邏輯控制器出現(xiàn)的技術(shù)要求基礎(chǔ)，也是當(dāng)今 PLC 的最基本的功能。 1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)這10項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求研制出了第一臺(tái)可編程邏輯控制器——PDP-14，并成功地應(yīng)用在 GM 公司的生產(chǎn)線上。第一臺(tái) PLC 采用計(jì)算機(jī)的初級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用程序，其 CPU 采用中、小規(guī)模集成電路組成，以邏輯運(yùn)算為主，它實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)專(zhuān)用的邏輯控制計(jì)算機(jī)。1971 年，日本引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，并開(kāi)始生產(chǎn)自己的 PLC。 1973 年，歐洲一些國(guó)家也生產(chǎn)出自己的 PLC。1974 年，我國(guó)開(kāi)始了 PLC 技術(shù)的研究，并在 1977 年研制出第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的 PLC。在這一時(shí)期，PLC 主要是用于順序控制。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到了 20 世紀(jì) 70 年代中期以后，PLC 廣泛采用微處理器作為中央處理器，并且在外圍的輸入/輸出(I/O)電路中逐漸使用了大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的 PLC 已經(jīng)不僅僅具有邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID 調(diào)節(jié)和通信聯(lián)網(wǎng)功能。雖然美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)將其正式命名為可編程控制器(Programmeble Controuer，PC)，但由于近年來(lái) PC 又可表示為個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)，為了加以區(qū)別，人們常把可編程控制器稱(chēng)為 PLC。 1987 年國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 作了如下的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。 PLC發(fā)展至今大體經(jīng)歷了 3個(gè)主要階段： 1.從 20 世紀(jì) 60 年代 PLC 產(chǎn)生到 70 年代，占支配地位的 PLC 技術(shù)是處在序列發(fā)生器狀態(tài)機(jī)(sequencer state machines)和基于 CPU 的位片(bit-slice)技術(shù)之間。AMD 2902和2903 在施奈德公司的 Modicon 和 Rockwel(公司的)A-B PLC 中非常流行。傳統(tǒng)的微處理器主要用于小型的 PLC， 但缺乏快速處理的能力。 PLC 的主要功能基本局限在邏輯控制階段,各個(gè)生產(chǎn)公司都是以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，為各類(lèi)繼電器—接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)各 種基本型號(hào)和具有基本邏輯控制功能的 PLC。 2. 1973 年，PLC 具有了通信能力，PLC 之間可以進(jìn)行相互對(duì)話，使得它們可以遠(yuǎn)離工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。PLC 之間也可以發(fā)送和接收各種電平，從而進(jìn)入模擬控制的世界。但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使得協(xié)議和物理網(wǎng)絡(luò)均無(wú)法兼容，在某種程度上影響了 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng)能力。到了 80 年代末期，隨著工業(yè)電器自動(dòng)化程度的不斷提高，在開(kāi)發(fā)研制 PLC 單機(jī)功能的同時(shí)，還著重加強(qiáng)了軟件技術(shù)的開(kāi)發(fā)，提高 PLC 的聯(lián)網(wǎng)和通信功能，并且許多公司還加強(qiáng)了特殊功能模塊的研制。 3.20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，同時(shí)為了適應(yīng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，PLC 由單 CPU 轉(zhuǎn)向多 CPU，16 位和 32位微處理器被大量應(yīng)用于PLC中，使其運(yùn)算速度、通信聯(lián)網(wǎng)、圖像顯示和數(shù)據(jù)處理功能都大大增強(qiáng)。同時(shí)隨著通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，新通信協(xié)議不斷產(chǎn)生。最新的標(biāo)準(zhǔn)(IEC 1131-3)已經(jīng)盡量將 PLC 編程語(yǔ)言融合為一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，我們可以同時(shí)使用功能模塊圖(function block diagram)、指令表(instruction list)、梯形圖(ladder diagram)和結(jié)構(gòu)化文本(structured text)等對(duì) PLC 進(jìn)行編程。在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC 已經(jīng)真正成為具有邏輯控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信等功能的多功能控制器。 PLC是以CPU為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。目前，世界上生產(chǎn)PLC的主要廠家有65個(gè)，其中最有名氣的廠家在日本、美國(guó)和德國(guó)。日本的幾個(gè)廠家為三菱、富士。日立、東芝、橫河、立石、光洋、夏普等公司。美國(guó)的幾個(gè)廠家為德州食品公司、通用電器公司、歌德公司、數(shù)字設(shè)備公司等。還有德國(guó)的西門(mén)子，荷蘭的飛利浦，香港的鷹達(dá)等公司也是很有名氣的。 日本三菱電機(jī)公司（MITSUBISHI）于1971年開(kāi)始研制PLC，目前主要有F1,F2,FX,K,A等十幾個(gè)系列幾十種產(chǎn)品，在我國(guó)（主要是華東和華南地區(qū)）的工業(yè)控制領(lǐng)域具有一定的市場(chǎng)占有率。 2.1.1 PLC的定義 PLC 是在繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)的控制技術(shù)。在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中 PLC 技術(shù)、CAD/CAM 技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)并稱(chēng)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。它主要以微處理器為核心，用編寫(xiě)的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出(I/O)來(lái)控制各種生產(chǎn)過(guò)程。 PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 2.1.2 PLC的工作原理 PLC的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的，可以簡(jiǎn)單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過(guò)運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶(hù)任務(wù)。PLC通電后，首先對(duì)硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見(jiàn)圖2.1）。但是PLC也有它自己的特點(diǎn)，PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專(zhuān)用程序后成為一種專(zhuān)用機(jī)，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。 讀取輸入 處理通信要求 自診斷檢查 改寫(xiě)輸出 STOP狀體 讀取輸入 執(zhí)行用戶(hù)程序 處理通信要求 自診斷檢查 改寫(xiě)輸出 RUN狀體 圖2.1 各階段處理任務(wù) 2.1.3 PLC的循環(huán)掃描 對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶(hù)程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。PLC的掃描全過(guò)程如圖2.2所示。 1. 輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫(xiě)入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 2. 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶(hù)輸入的控制程序，從第一條開(kāi)始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 3. 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過(guò)一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。 圖2.2 PLC的掃描全過(guò)程 2.1.4 PLC的硬件組成 PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等幾部分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2.3。 圖2.3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖 2.1.5 PLC各部分的作用 1.中央處理器(central processing unit, CPU) CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。是整個(gè)PLC的核心，起著總指揮的作用，是PLC的運(yùn)算和控制中心。其主要功能： （1） 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 （2） 采集由現(xiàn)場(chǎng)輸人裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 （3） 按用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 （4） 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 （5） 響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。 2.存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分: 一部分是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。另一部分是用戶(hù)存儲(chǔ)器，包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 3.輸入輸出接口電路 PLC通過(guò)輸人輸出(I/O)接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。 4.電源 為PLC提供CPU、存儲(chǔ)器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的電源。 5.編程設(shè)備 編程設(shè)備是人與PLC聯(lián)系和對(duì)話的工具，是PLC重要的外圍設(shè)備。用戶(hù)可以利用編程設(shè)備來(lái)輸入、讀出、檢查、修改和調(diào)試用戶(hù)程序，也可用它監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)、顯示錯(cuò)誤代碼或修改系統(tǒng)寄存器的設(shè)置參數(shù)等。 6.輸入輸出I/O擴(kuò)展接口 輸入輸出信號(hào)在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)軟件來(lái)說(shuō)，I/O地址分配以后才可進(jìn)行編程；對(duì)控制柜及PLC的外圍接線來(lái)說(shuō)，只有I/O地址確定以后。才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。 2.1.6 PLC的編程語(yǔ)言 PLC作為專(zhuān)為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的自控裝置，其主要使用者為工廠的廣大電氣技術(shù)人員，考慮到他們的傳統(tǒng)習(xí)慣以利于使用推廣普及，通常采用梯形圖語(yǔ)言、指令助記符語(yǔ)言、控制系統(tǒng)流程圖語(yǔ)言、布爾代數(shù)語(yǔ)言等。在這些語(yǔ)言中，尤以梯形圖、指令助記符語(yǔ)言最為常用。 1.梯形圖語(yǔ)言 PLC的梯形圖在形式上沿襲了傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制圖，是在原繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來(lái)的一種圖形語(yǔ)言。它將PLC內(nèi)部的各種編程元件(如繼電器的觸點(diǎn)、線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等)和各種具有特定功能的命令用專(zhuān)用圖形符號(hào)、標(biāo)號(hào)定義，并按邏輯要求及連接規(guī)律組合和排列，從而構(gòu)成了表示PLC輸人、輸出之間控制關(guān)系的圖形。由于它在繼電接觸器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能強(qiáng)大、使用靈活的指令，并將計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)結(jié)合進(jìn)去，使邏輯關(guān)系清晰直觀、編程容易、可讀性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功能大大超過(guò)傳統(tǒng)的繼電接觸控制電路，所以很受用戶(hù)歡迎。它是目前用得最多的PLC編程語(yǔ)言。 2.指令助記符語(yǔ)言 助記符語(yǔ)言類(lèi)似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言，它用一些簡(jiǎn)潔易記的文字符號(hào)表達(dá)PLC的各種指令。對(duì)于同一廠家的PLC產(chǎn)品，其助記符語(yǔ)言與梯形圖語(yǔ)言是相互對(duì)應(yīng)的，可互相轉(zhuǎn)換。助記符語(yǔ)言常用于手持編程器中，因其顯示屏幕小不便輸入和顯示梯形圖。特別是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)編制、調(diào)試程序時(shí)，經(jīng)常使用手持編程器。而梯形圖語(yǔ)言則多用于計(jì)算機(jī)編程環(huán)境中。 2.1.7 PLC的特點(diǎn) 1.抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。 2.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 3.編程方便，易于使用 PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。 4.功能完善 在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。 5.設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短 PLC采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 6.體積小，維護(hù)操作方便 PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 7.易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 8.可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體。 2.2 小結(jié) 通過(guò)本章對(duì)PLC的基本概念、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、功能及特點(diǎn)的分析，對(duì) 自動(dòng)售貨機(jī)采用PLC控制的方案有了更明確的認(rèn)識(shí)和目標(biāo)，同時(shí)確立了方案實(shí)施的具體措施。  3自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程 3.1 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1.此自動(dòng)售貨機(jī)可以投入五角、一元的硬幣； 2.如果顧客投入硬幣在限定的時(shí)間內(nèi)（2分鐘）不按任何按鍵，自動(dòng)售貨機(jī)將退還所投硬幣； 3.當(dāng)投入硬幣的總值等于或才超過(guò)物品價(jià)值時(shí)，對(duì)應(yīng)的物品指示燈亮綠燈； 4.當(dāng)物品對(duì)應(yīng)的指示燈亮綠燈時(shí)，按下按下相應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，同時(shí)指示燈綠燈閃爍； 5.如果顧客投入硬幣總值超過(guò)所選物品的價(jià)值時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)自動(dòng)將余款退還顧客； 6.當(dāng)顧客成功購(gòu)買(mǎi)完一件物品后20秒無(wú)操作，自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)自動(dòng)將余款退還顧客； 7.找零時(shí)顧客可選擇退一元的還是五角的 8.如果顧客投入硬幣后又不想買(mǎi)物品，按下退款按鍵，自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)自動(dòng)將余款退還顧客； 9.當(dāng)物品不足時(shí)，對(duì)應(yīng)的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應(yīng)的按鍵無(wú)反應(yīng)（不出物品，不減余額），并向總部發(fā)送所缺物品。(期待完成的內(nèi)容) 3.2自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)軟元件 3.2.1 定時(shí)器 定時(shí)器是PLC中重要的編程元件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。定時(shí)器的工作過(guò)程與繼電器控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同，但它沒(méi)有瞬動(dòng)觸點(diǎn)，失電時(shí)，常閉觸點(diǎn)閉合，常開(kāi)觸點(diǎn)打開(kāi)；定時(shí)器得電時(shí)，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。定時(shí)器的當(dāng)前值、設(shè)定值均為10位有符號(hào)整數(shù)（INT），允許的最大值為32767。定時(shí)器指令表見(jiàn)表3.1。 語(yǔ)句 描述 TON Txxx，PT 接通延時(shí)定時(shí)器 TOF Txxx，PT 斷開(kāi)延時(shí)定時(shí)器 TONR Txxx，PT 保持型接通延時(shí)定時(shí)器 BITIM OUT 起動(dòng)間隔定時(shí)器 CITIM IN,OUT 計(jì)算間隔定時(shí)器 表3.1 定時(shí)器指令 3.2.2 數(shù)學(xué)運(yùn)算指令 在梯形圖中，整數(shù)、雙整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除指令（見(jiàn)表2.2）分別執(zhí)行下列運(yùn)算：IN1+IN2=OUT，IN1—IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。 表3.2 加減乘除指令 梯形圖 語(yǔ)句表 描述 梯形圖 語(yǔ)句表 描述 ADD_I +I INT1,OUT 整數(shù)加法 DIV_DI /D INT1,OUT 雙整數(shù)除法 SUB_I -I INT1,OUT 整數(shù)減法 ADD_R +R INT1,OUT 實(shí)數(shù)加法 MUL_I *I INT1,OUT 整數(shù)乘法 SUB_R -R INT1,OUT 實(shí)數(shù)減法 DIV_I /I INT1,OUT 整數(shù)除法 MUL_R *R INT1,OUT 實(shí)數(shù)乘法 ADD_DI +D INT1,OUT 雙整數(shù)加法 DIV_R /R INT1,OUT 實(shí)數(shù)除法 SUB_DI -D INT1,OUT 雙整數(shù)減法 MUL MUL INT1,OUT 整數(shù)乘法 產(chǎn)生雙整數(shù) MUL_DI *D INT1,OUT 雙整數(shù)乘法 DIV DIV INT1,OUT 帶余數(shù)的 整數(shù)除法 在語(yǔ)句表中，整數(shù)、雙整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除指令分別執(zhí)行下列運(yùn)算： IN1+ OUT =OUT，OUT—IN1=OUT，IN1* OUT =OUT，OUT /IN2=OUT。 3.3 自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能 自動(dòng)售貨機(jī)的各種動(dòng)作功能和控制要求，給出了完整的自動(dòng)售貨機(jī)操作規(guī)程（如圖3.1），并介紹了自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中所包括的人工操作步驟。 在實(shí)際生活中，我們見(jiàn)到的售貨機(jī)可以銷(xiāo)售一些簡(jiǎn)單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機(jī)的基本功能就是對(duì)投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購(gòu)買(mǎi)某種商品，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。例如：售貨機(jī)中有2種商品，A商品價(jià)格為0.5元，B商品為1元?，F(xiàn)投入1個(gè)1元硬幣，當(dāng)投入的貨幣超過(guò)A商品的價(jià)格時(shí)，A商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購(gòu)買(mǎi)，B商品也提示。當(dāng)按下選擇A商品的價(jià)格時(shí)，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去A商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取A號(hào)商品到出貨口。此時(shí)售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時(shí)不再購(gòu)買(mǎi)而按下退幣按鈕，售貨機(jī)則要進(jìn)行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來(lái)，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的除法運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。 圖3.1 自動(dòng)售貨機(jī)工作流程 3.4 自動(dòng)售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配 輸入/輸出單元通常也稱(chēng)I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。 PLC通過(guò)輸入接口可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)PLC又通過(guò)輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。本次智能搶答器I/O點(diǎn)的分配如表3.3所示。 表3.3 自動(dòng)售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配表 序號(hào) 定義點(diǎn) 符號(hào) 功能 1 I0.0 SB1 找零按鈕 2 I0.1 SB2 食品五角按鈕 3 I0.2 SB3 食品一元按鈕 4 I0.3 SB4 飲料一元按鈕 5 I0.4 SB5 飲料二元按鈕 6 I0.5 SB6 日用二元按鈕 7 I0.6 SB7 日用三元按鈕 8 I2.0 SB8 投五角硬幣 9 I2.1 SB9 投一元硬幣 10 I2.5 SB10 找零五角 11 I2.6 SB11 找零一元 12 I3.1 SB12 食品五角行程開(kāi)關(guān) 13 I3.2 SB13 食品一元行程開(kāi)關(guān) 14 I3.3 SB14 飲料一元行程開(kāi)關(guān) 15 I3.4 SB15 飲料二元行程開(kāi)關(guān) 16 I3.5 SB16 日用二元行程開(kāi)關(guān) 17 I3.6 SB17 日用三元行程開(kāi)關(guān) 18 Q3.1 食品五角紅燈(物品售完) 19 Q3.2 食品一元紅燈(物品售完) 20 Q3.3 飲料一元紅燈(物品售完) 序號(hào) 定義點(diǎn) 符號(hào) 功能 21 Q3.4 飲料二元紅燈(物品售完) 22 Q3.5 日用二元紅燈(物品售完) 23 Q3.6 日用三元紅燈(物品售完) 24 Q0.0 找零 25 Q0.1 出食品五角 26 Q0.2 出食品一元 27 Q0.3 出飲料一元 28 Q0.4 出飲料二元 29 Q0.5 出日用二元 30 Q0.6 出日用三元 31 Q2.1 食品五角綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)） 32 Q2.2 食品一元綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)） 33 Q2.3 飲料一元綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)） 34 Q2.4 飲料二元綠燈(可以購(gòu)買(mǎi)） 35 Q2.5 日用二元綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)） 36 Q2.5 日用三元綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)） 3.5 順序功能圖（SFC） 1. 什么是順序功能圖（SFC） 順序功能圖是一種位于其他編程語(yǔ)言之上的圖形語(yǔ)言，使用它可以對(duì)具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行編程。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中允許和別的語(yǔ)言編程的程序嵌套。順序功能圖由步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作三種主要元件組成，如圖3.2所示?？梢杂庙樞蚬δ軋D來(lái)描述系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易地設(shè)計(jì)出梯形圖程序。 轉(zhuǎn)換1 步1 步2 步3 動(dòng)作1 動(dòng)作2 轉(zhuǎn)換2 圖3.2 順序功能圖 2. 所選擇的順序功能圖（SFC） 由于順序功能圖（SFC）有五種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇性分支結(jié)構(gòu)、并發(fā)性分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)。本次自動(dòng)售貨機(jī)的SFC圖，根據(jù)控制要求選用——選擇性分支結(jié)構(gòu)和并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫x擇性分支結(jié)構(gòu)是一個(gè)控制流可以轉(zhuǎn)入多個(gè)可能的控制流中的某一個(gè)且不允許多路分支同時(shí)執(zhí)行。具體進(jìn)入哪個(gè)分支，取決于控制流前面的轉(zhuǎn)移條件哪一個(gè)為真。而并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)是一個(gè)工作步執(zhí)行完后，需要同時(shí)開(kāi)啟若干條分之，并采用雙水平線相連且要有一個(gè)公共轉(zhuǎn)移條件，這兩種順序功能圖結(jié)構(gòu)符合本次自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求，所以選擇這兩種結(jié)構(gòu)。 本次自動(dòng)售貨機(jī)的SFC圖如下圖3.3所示： 圖3.3 自動(dòng)售貨機(jī)順序功能圖 3.6 梯形圖（LAD） 梯形圖是用的最多的PLC圖形編程語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。它與電器控制線路圖相似，如圖3.4所示。繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。因此，這種編程語(yǔ)言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語(yǔ)言，是PLC的第一編程語(yǔ)言。 圖3.4 傳統(tǒng)繼電器控制線路圖和PLC梯形圖 a傳統(tǒng)繼電器控制線路圖 b PLC梯形圖 3.7 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的梯形圖（LAD） 本此設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)主要銷(xiāo)售食品、飲料、日用三大類(lèi)，而食品有五角和一元，飲料有一元和二元，日用有二元和三元。 本次自動(dòng)售貨機(jī)的梯形圖如下所示： - 25 - 3.8 自動(dòng)售貨機(jī)說(shuō)明書(shū) 上面梯形圖中ADD_DI雙整數(shù)加法當(dāng)投入五角時(shí)加5投入1元是加10，SUB_DI是雙整數(shù)減法當(dāng)成功購(gòu)買(mǎi)物品時(shí)就減去物品對(duì)應(yīng)的數(shù)；T37—T56表示通電延時(shí)定時(shí)器,按下物品按鈕時(shí)T37—T42延時(shí)8秒，無(wú)操作時(shí)T43啟動(dòng)計(jì)時(shí)20秒，T44與T43配合組成投幣2分鐘無(wú)操作找零，T46—T56兩兩配合形成閃爍電路。 圖3.5 自動(dòng)售貨機(jī)模擬操作面板 本設(shè)計(jì)統(tǒng)一采用按鈕開(kāi)關(guān)模擬物品選擇，按鈕內(nèi)有綠燈和紅燈分別表示可購(gòu)買(mǎi)物品和物品銷(xiāo)售完；指示燈模擬物品輸出及找零如圖3.5所示。 4自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 4.1自動(dòng)售貨機(jī)的外部接線圖 本次知道售貨機(jī)的外部接線圖如圖4.1 所示，SB2—SB7為物品選擇按鈕，當(dāng)投入貨幣物品綠燈亮（Q2.1—Q2.6），按下SB2—SB7其中一個(gè)，對(duì)用的KM線圈得電電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)出相應(yīng)的物品（Q0.1—Q0.6），當(dāng)有物品銷(xiāo)售完其行程開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，物品紅燈亮并同時(shí)向總部發(fā)送物品銷(xiāo)售完的信息；當(dāng)收買(mǎi)物品總值低于投入總值時(shí)，可按找零按鈕SB1選擇找一元還是五角（SB10、SB11）后KM1得電電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)找零(Q0.0)。 PLC 圖4.1 售貨機(jī)的外部接線圖 總結(jié) 畢業(yè)論文是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次比較完整的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專(zhuān)業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無(wú)數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來(lái)，也必然會(huì)讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。  致謝 首先要衷心感謝我的導(dǎo)師雷永鋒老師，感謝他一年多來(lái)對(duì)我的悉心教導(dǎo)和幫助。在此期間，雷老師傳授給我的學(xué)習(xí)方法和研究思路都讓我終身受益。雷老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、敏銳的洞察力以及淵博的學(xué)識(shí)都給我留下了深刻的印象，也必將對(duì)我以后的人生道路產(chǎn)生重大影響。在此謹(jǐn)向雷老師表示深深的謝意。 感謝自動(dòng)化的所有教師們。我在班上的點(diǎn)滴進(jìn)步，都?xì)w功于老師們的教誨與幫助。還要感謝他們?cè)诒菊撐牡那捌跍?zhǔn)備以及寫(xiě)作過(guò)程中給予我的種種指導(dǎo)。如果沒(méi)有諸位師長(zhǎng)的幫助，本篇論文的寫(xiě)作將會(huì)更加艱苦和難以完成。 感謝我所有的同學(xué)，他們都給我提供了很大的幫助和支持，使我的學(xué)習(xí)生活充滿了樂(lè)趣。他們同我一起度過(guò)了一段難忘的求學(xué)時(shí)光。 衷心感謝我的父母、家人在我漫長(zhǎng)的求學(xué)生涯中所給予的物質(zhì)及精神上的愛(ài)護(hù)、支持和鼓勵(lì)，他們的愛(ài)將是我不斷前進(jìn)的最大動(dòng)力。惟有今后努力學(xué)習(xí)和工作，把獲得的成績(jī)獻(xiàn)給我的家人，才能表達(dá)我的感激之情。 特別感謝論文答辯委員會(huì)的諸位老師能在百忙之中審閱我的論文，并出席論文答辯會(huì)。 最后，敬請(qǐng)各位專(zhuān)家、老師和同學(xué)對(duì)論文和今后的研究工作提出寶貴的指導(dǎo)意見(jiàn)和建議。  參考文獻(xiàn) [1] 路林吉,王堅(jiān).可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2002 [2] 郭宗仁,吳亦鋒,郭寧明.可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù) (第二版) [M].北京:人民郵電出版社,2009 [3] 顧戰(zhàn)松，陳鐵年.可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 北京:國(guó)防工業(yè)出版 社.1996 [4] 梁小布,可編程控制器[M].北京: 水利水電出版社,2004 [5] 程周,可編程序控制器原理與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003 [6] 王永華. 現(xiàn)代電氣控制及PLC 應(yīng)用技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000 [7] 周美蘭，周封，忘岳宇.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,2003 [8] 吳建強(qiáng)，姜三勇.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].哈爾濱:工業(yè)大學(xué)出版社,2000 [9] 吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [10] 張萬(wàn)忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003 [11] 王兆義.可編程序控制器教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009 -36-