基于西門子PLC的自動飲料售貨機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于西門子S7-200 PLC自動飲料售貨機(jī)控制系統(tǒng)Beverage Vending Machines PLC Control System based on Siemens S7-200 Series 總計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)_39_頁 表 格_3_個 插 圖_10_幅11摘 要 本論文是基于西門子S7-200 系列PLC進(jìn)行自動飲料售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的。本文介紹了PLC的硬件基本組成，特點(diǎn)以及工作原理。闡述了自動飲料售貨機(jī)的來源，發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理及工作流程。在PLC梯形圖的編寫時，文中采用的是西門子PLC梯形圖專用編譯軟件4.0版本的STEP7來進(jìn)行編寫，并完成了PLC外部接線圖。利用PL

2、C控制的自動飲料售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且邏輯上保證無或者盡量減少漏洞，使自動售貨機(jī)能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，不需要經(jīng)常有人維護(hù)。 關(guān)鍵詞 ：自動飲料售貨機(jī) PLC 梯形圖 西門子ABSTRACT The design of Automatic Beverage Vending Machine PLC Control System is based on Siemens S7-200 series. The paper introduces the basic structure of PLC, characteristics and work principle. In the PLC trape

3、zoidal chart compilation, this paper adopts the Siemens PLC ladder special compiler software version 4 of the STEP7 to write, and completed the PLC external wiring diagram. To improve the stability of the system by using automatic beverage vending machine PLC control logic, and ensure no or little l

4、oopholes, the vending machine can have a long-term stable operation, not often need someone maintenanceKeywords: automatic beverage vending machine；PLC； ladder diagram ；Siemens 目錄摘 要.IABSTRACT.II前 言.1第1章 可編程控制器PLC.3 1.1可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展.3 1.1.1可編程控制器的概述.3 1.1.2 PLC的產(chǎn)生原因.3 1.1.3 PLC的發(fā)展前景.4 1.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作

5、原理.41.2.1 PLC的工作原理.4 1.2.2 PLC的循環(huán)掃描.5 1.2.3 PLC的硬件組成.6 1.2.4 PLC的編程語言.7 1.2.5 PLC的特點(diǎn).7 1.2.6 PLC的主要功能.81.3 PLC的選型原則及選型方法.9第2章 自動飲料售貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì).12 2.1自動飲料售貨機(jī)的控制要求.12 2.1.1自動飲料售貨機(jī)的控制要求.12 2.1.2自動飲料售貨機(jī)的相關(guān)說明.13 2.1.3定時器.14 2.1.4數(shù)學(xué)運(yùn)算指令 .15 2.2 自動飲料售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配.162.3 自動飲料售貨機(jī)的外部接線圖.17 2.4 自動飲料售貨機(jī)梯形圖的編寫.17 2.4.1梯

6、形圖.17 2.4.2 自動飲料售貨機(jī)設(shè)計(jì)的梯形圖.18結(jié) 語.19參考文獻(xiàn).21程 序 圖.22附 錄 一.30致 謝.35南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)前 言自動飲料售貨機(jī)是集成物理光學(xué),電氣技術(shù)，機(jī)械技術(shù)等一體化的無人商業(yè)自動化設(shè)備。從自動售貨機(jī)的發(fā)展原因來看，它的出現(xiàn)是由于隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展社會產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)開始出現(xiàn)調(diào)整，工業(yè)由勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。這一時期人口膨脹帶來的巨量消費(fèi)、巨量產(chǎn)出，快節(jié)奏工作、生活以及消費(fèi)方式的簡單和擁擠的城市環(huán)境，要求出現(xiàn)新的貿(mào)易流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等傳統(tǒng)的流通渠道，由于人工費(fèi)用不斷上升，場地的無法普及的局限性以及購物的便利性等因素的制約，無人自動

7、飲料售貨機(jī)作為一種方便人們生活簡單，順應(yīng)了習(xí)慣變化的售貨機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。自動飲料售貨機(jī)可以充分減少人力資源的浪費(fèi)，使人從一些技術(shù)含量低的工作中解脫出來，以便在其他方面創(chuàng)造出更多的價值。自動飲料售貨機(jī)的系統(tǒng)可以24小時不間斷的運(yùn)營，且運(yùn)營時需要的資本少、面積小，且相對新穎具有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用上升的問題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在，伴隨著信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，自動飲料售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)也正在走向信息化。例如通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過網(wǎng)絡(luò)將自動售貨機(jī)內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ)充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且伴隨著環(huán)保成為當(dāng)代消費(fèi)考慮的重要因素之一，

8、為防止地球變暖，自動化設(shè)備廠商也致力于節(jié)能型清涼飲料自動售貨機(jī)的生產(chǎn)開發(fā)。在日常白天電力消費(fèi)高峰時，某些節(jié)能型的自動售貨機(jī)即使在關(guān)掉制冷機(jī)的狀況下也能保持低溫，與以往的自動飲料售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約12左右的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時，自動飲料售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)能型以及多功能，人性化的方向發(fā)展。自動飲料售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來。自09年金融危機(jī)之后，世界經(jīng)濟(jì)緩慢發(fā)復(fù)蘇，伴隨著中國改革開放三十年，國民生活得到顯著提高，人們對就業(yè)以及工作所提供的福利包括工作場所提供茶點(diǎn)飲料等福利事業(yè)更為關(guān)注。自動飲料售貨機(jī)作為無人看護(hù)的機(jī)器不僅保障了愜意的工休時間，也是最廉價

9、、提高職工工作效率最有效的手段。特別是在24小時無休工作狀態(tài)中的辦公場所，使用迷你型飲料沖飲機(jī)，解決了不間斷提供汽水，果汁等飲品服務(wù)的問題，這種服務(wù)加速了自動售貨機(jī)融入人們?nèi)粘Ｉ?。本論文采用的是PLC為控制中心的自動飲料售貨的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的電氣設(shè)備往往采用繼電器控制系統(tǒng)控制，但繼電器控制系統(tǒng)體積會很大，且控制穩(wěn)定性又很差，需要大量人員維護(hù)，除此之外還無法經(jīng)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。除了繼電器控制系統(tǒng)之外，還有以單片機(jī)為控制中心的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的自動飲料售貨機(jī)往往采用單片機(jī)作為控制核心，但這樣在輸入輸出接口上消耗很大，并且其不穩(wěn)定性和抗干擾性差等因素也會讓機(jī)器經(jīng)常需要人員維護(hù)。而以單片機(jī)為核心的PLC則能避免

10、很多干擾因素，其不但可實(shí)現(xiàn)類似控制功能，還具有調(diào)試方便、可靠性高、能耗低、編程簡單、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。第1章 可編程控制器PLC1.1可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展1.1.1 可編程控制器PLC的概述PLC全名可編程邏輯控制器，它是一種在傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上與3C技術(shù)相結(jié)合而不斷發(fā)展完善起來的新型自動控制器件。是一種專門為在工業(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器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性好等特點(diǎn)。1.1.2

11、PLC的產(chǎn)生原因上個世紀(jì)60年代，伴隨著半可控和可控電子元件的發(fā)展，電子技術(shù)得到飛躍式的提升，控制電路電子化便成為趨勢。60年代中后期，在過程控制領(lǐng)域隨著小型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，控制系統(tǒng)的性能得到大大的提升。后來隨著西方世界出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)大蕭條，作為工業(yè)標(biāo)志的汽車工業(yè)收到沉重打擊。美國通用電氣公司為了在激烈的市場競爭中戰(zhàn)勝對手，拜托困境，制定了推出小批量、多品種的車型來吸引顧客的戰(zhàn)略。但是那時期作為控制系統(tǒng)的是由繼電器和接觸器等組成，靈活性差，不能滿足工業(yè)不斷更新的需要。GM為了改造傳統(tǒng)控制汽車生產(chǎn)設(shè)備方式，提出了以下10條招標(biāo)的技術(shù)指標(biāo)。（1） 采用插件式結(jié)構(gòu)，硬件維護(hù)方便。（2） 至少可擴(kuò)展到4KB

12、的用戶程序存儲器的容量.（3） 輸入可以是直流AC115V。（4） 輸出在2A，直流AC115V以上，能直接驅(qū)動電磁閥和繼電器等。（5） 可在現(xiàn)場修改程序，編程簡單方便。（6） 體積小于繼電器控制系統(tǒng)。（7） 要有高于繼電器控制系統(tǒng)的可靠性。（8） 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)。（9） 擴(kuò)展時，只需改動很小的原程序。（10） 成本可與繼電器控制系統(tǒng)競爭。至今PLC已經(jīng)發(fā)展了三代，其性能由第一代早期的作為替代繼電器控制系統(tǒng)，主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制和定時、計(jì)數(shù)控制等任務(wù)發(fā)展到因微處理器的出現(xiàn)而發(fā)生重大變化的第二代PLC。其功能大大增強(qiáng)，并且在軟件方面增加了通信、算術(shù)運(yùn)算、自診斷、

13、數(shù)據(jù)的處理和傳輸?shù)裙δ?。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后，伴隨著超大規(guī)模的集成電路技術(shù)的發(fā)展，微處理器的價格大幅下降，各種PLC采用的微處理器的性能普遍提高，PLC的軟件和硬件再一次放生巨大變化，成本更低，I/O模塊更豐富，指令功能更強(qiáng)，處理速度更快，體積更小。目前全球生產(chǎn)PLC的廠家有六十多家，其中最為有名的有日本的三菱、歐姆龍、富士、東芝；美國的通用、ABB、施耐德；德國的西門子；以及中國的臺達(dá)，信捷等；這些廠商無不是工控業(yè)的代表。其中尤以德國西門子被視為工控業(yè)的方向標(biāo)。1.1.3 PLC的發(fā)展前景PLC總的發(fā)展趨勢是向大容量、高速度、高集成度、小體積、高性能易使用、易使用方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下

14、幾個方面。（1）基于PC的編程軟件取代編程器（2）向大容量、高運(yùn)行速度方向發(fā)展（3）智能型I/O模塊的發(fā)展（4）PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化（5）向微小型化、專業(yè)化、低成本方向發(fā)展（6）PLC通信的易用化（7）開發(fā)新型特殊功能模塊（8）組態(tài)軟件與PLC的軟件化（9）PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合 (10) CPU的處理速度進(jìn)一步加快1.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理1.2.1 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，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC通電后，首先對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)（見圖1-1）。

15、 讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信要求自診斷檢查改寫輸出 RUN狀態(tài) 讀取輸入處理通信要求自診斷檢查改寫輸出 STOP狀態(tài) 圖1-1 各階段處理任務(wù)1.2.2 PLC的循環(huán)掃描工作對于PLC每個程序CPU從第一條指令開始順序執(zhí)行，按指令的序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，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)執(zhí)行程序，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。故而PLC工作時采用的是循環(huán)掃描的工作方式，其的掃描全過程如圖1-2所示。（1） 輸入刷新階段PLC工作的第一個階段叫做采樣階段也叫做輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口將所有的輸入端信號狀

16、態(tài)讀入緩沖區(qū)即輸入狀態(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） 掃描用戶程序 在程序執(zhí)行階段，CPU掃描用戶程序，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從用戶第一條程序開始逐條掃描執(zhí)行，并將相應(yīng)的掃描的程序運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輸出寄存器和中間寄存器。（3） 輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行結(jié)束后，依次將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容送到外部鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。 圖1-2 PLC的掃描全過程1.2.3 PLC的硬件組成PLC的硬件主要由存儲器、通信接口、CPU、輸出/輸入單元、擴(kuò)展接口等幾部分組成。其中，CPU為PLC的控制中心通常有三類：1)

17、 單片微處理器（如8031、8096等）、2) 通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、 3) 位片式微處理器(如AMD29W等)；輸入單元/輸出單元則是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口的主要用途是連接上位計(jì)算機(jī)、編程器等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖1-3。圖1-3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖1.2.4 PLC的編程語言PLC為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下5種：語句表（STL）、梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD）、結(jié)構(gòu)文本（ST）和順序功能圖（SFC）、。1.2.5 PLC的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境往往十分惡

18、劣，高溫，沖擊，粉塵，潮濕，振動和強(qiáng)電磁干擾等，單片機(jī)作為控制中心時，為了能夠抵御以上惡劣環(huán)境，需要建設(shè)大量外部電路，即便如此，往往也無法達(dá)到控制要求，PLC作為專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，其內(nèi)部已設(shè)計(jì)建設(shè)了大量抗干擾的電路這樣使PLC接收，輸出的信號控制變得更加穩(wěn)定，能夠很容易的適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。（2）功能性強(qiáng)PLC是由微電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合而成，除了具有邏輯、定時、計(jì)數(shù)等順序控制功能之外，還具有經(jīng)行各種算數(shù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信、遠(yuǎn)程I/O和高速數(shù)據(jù)處理能力，因此可以滿足工業(yè)控制中的各種復(fù)雜的功能要求（3）編程方便，易于使用 PLC的程序設(shè)計(jì)大多采用的類似于繼電

19、器控制線路的梯形圖語言。梯形圖主要是人們熟悉的常開/常閉觸點(diǎn)，線圈、定時器、計(jì)數(shù)器符號等組成。對于使用者來說，只要具備電氣控制方面的相關(guān)基礎(chǔ)知識，很容易為一般的工程控制技術(shù)人員所理解掌握。（4）安裝簡單，維修方便PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接調(diào)試，安裝，運(yùn)行，使用時只需根據(jù)控制要求編寫程序，將各種現(xiàn)場的I/O設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，系統(tǒng)便可以使用。同時由于PLC比較穩(wěn)定，且有自診斷功能，故而損壞維修變得很方便。（5）采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要，除了單元式的小型PLC之外，絕大多數(shù)PLC采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，PLC中的CPU、直流電源、I/O模塊等都采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架導(dǎo)

20、軌，電纜連接起來。（6）接口模塊豐富PLC除了具有CPU和存儲器之外，還有很多的I/O接口模塊。對于工業(yè)現(xiàn)場的不同信號（直交流，開關(guān)量和模塊量、電壓和電流、脈沖或電位，強(qiáng)電或弱電等）（7）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短用PLC經(jīng)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，用程序代替繼電器硬件繼電器硬線接線，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少，設(shè)計(jì)和施工可同時經(jīng)行，縮短了施工周期。1.2.6 PLC的主要功能（1）計(jì)數(shù)控制PLC具有計(jì)數(shù)功能，可為用戶提供數(shù)十個到數(shù)千個定時器。（2）邏輯開關(guān)控制這是PLC最基本的功能，也是最廣泛的應(yīng)用。（3）步進(jìn)控制PLC具有步進(jìn)（順序）控制功能。（4）定時控制PLC具有定時功能，可為用戶提供數(shù)十個到數(shù)

21、千個定時器。（5）數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)據(jù)處理能力，可進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)位移、數(shù)據(jù)顯示等功能（6）模擬量處理與PID控制PLC具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換的位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇，因此能警醒模擬量處理與PID控制。（7）通信和互聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)在的PLC具有RS-232、RS-422、RS-485或現(xiàn)場總線等通信接口，可經(jīng)行遠(yuǎn)程I/O控制，可實(shí)現(xiàn)多臺PLC聯(lián)網(wǎng)和通信。1.3 PLC的選型原則及選型方法 在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)將控制系統(tǒng)的控制方案確定下來，這之后的下一步工作就是確定PLC的工程設(shè)計(jì)選型，確定選型前應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，

22、明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作。確定PLC的功能、所需存儲器容量、估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 一、確定控制方案 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的第一步，就是要明確整套設(shè)備的相關(guān)信息，包括是否需要做閉環(huán)控制，大機(jī)的機(jī)型特點(diǎn)，所有電機(jī)的類型，所有保護(hù)性元器件（包括低壓設(shè)備、儀器儀表及限位等）的類型，種類，數(shù)量及其與系統(tǒng)的連接方式。然后結(jié)合技術(shù)規(guī)格書等的要求，確定PLC系統(tǒng)的品牌、系列和網(wǎng)絡(luò)圖概況，并對PLC系統(tǒng)所需要用到的通訊方式和特殊模塊有一個大概的考慮。二、輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 通常根據(jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，I/O點(diǎn)數(shù)估算時還應(yīng)考慮

23、適當(dāng)?shù)挠嗔?，所以要再增?0%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。另外實(shí)際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。 三、存儲器容量的估算 程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，存儲器容量是PLC本身能提供的硬件存儲單元大小，因此存儲器容量大于程序容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，設(shè)計(jì)階段工程師是不知道程序容量的，只要等到程序設(shè)計(jì)完成，在程序調(diào)試之后工程師才知道。為了設(shè)計(jì)選型時能對程序容量有一定估算，一般情況下估算存儲器容量替代程序容量。 存儲器內(nèi)存容量的估算不定，許多文獻(xiàn)資料中給出的公式也不盡相同，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的

24、12倍左右，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍左右，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按估算的這個數(shù)的四分之一考慮余量。 四、CPU的選型 選擇CPU首先要考慮所需的存儲器容量，必須確保CPU存儲器容量大于所需。其次，對于一些大型設(shè)備，在軟件的設(shè)計(jì)上需要CPU有足夠的運(yùn)算速度和處理能力，比如做防搖系統(tǒng)，這時需要考慮采用雙CPU冗余系統(tǒng)。然后，有些CPU在通訊接口及支持的通訊方式上有所不同，本著系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可用性的考慮，選擇已集成本系統(tǒng)需要用到的通訊方式，并且能支持需擴(kuò)展的通訊方式的CPU。最后，還需考慮到整機(jī)PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布置，確保主站和各個分站能可靠對接。 五、輸入輸出模塊的選擇 在

25、某個項(xiàng)目啟動前，IO模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮高低電平信號、傳輸信號的距離、隔離信號之間的影響等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，比如具有壽命短、使用電壓范圍廣、響應(yīng)時間較長、價格低、等特點(diǎn)的繼電器輸出模塊；適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合可控硅輸出模塊，過載能力較差，但價格較貴也是其缺電。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。 可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。 同時還要考慮擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架的布置等。 六、特殊模塊的選擇常用的特殊模塊包括通訊模塊，高速計(jì)數(shù)器模塊和模

26、擬量模塊等。對于通訊模塊，需要考慮以下幾點(diǎn)：1、 整套系統(tǒng)主站與分站間的通訊方式2、 PLC系統(tǒng)與變頻器間的通訊方式 一般不同品牌的PLC在以上兩點(diǎn)都有其常用的通訊方式，比如，在使用西門子S7-300系列PLC時，以上兩點(diǎn)一般采用Profibus網(wǎng)絡(luò)連接，而對于AB的PLC和變頻器，以上兩點(diǎn)一般采用Control-Net網(wǎng)絡(luò)連接。3、 PLC系統(tǒng)與儀器儀表的通訊方式 現(xiàn)在很多設(shè)備都要求檢測儀表具有通訊功能，而常用的檢測儀表一般是串口通訊，所以需要考慮串口設(shè)備接入整套系統(tǒng)的方式方法。4、 PLC系統(tǒng)與上位機(jī)等的通訊方式現(xiàn)在，很多設(shè)備，特別是大型設(shè)備，要求具有無線接收功能，常用的一般是無線以太網(wǎng)，

27、同時，很多設(shè)備在機(jī)上有CMS系統(tǒng)，在此情況下，PLC系統(tǒng)需具備以太網(wǎng)通訊功能。在某些大型設(shè)備中，需要將增量編碼器信號直接進(jìn)入PLC系統(tǒng)進(jìn)行處理，在此情況下，需要高速計(jì)數(shù)器模塊。在帶抓斗的機(jī)型中，還要用到模擬量模塊。有部分稱重設(shè)備和風(fēng)速儀的信號，也有可能需要用模擬量模塊接入PLC系統(tǒng)。7、 PLC電源的選擇 一般而言，現(xiàn)在常用的PLC系統(tǒng)，其模塊，包括機(jī)架，都是需要電源以驅(qū)動的。對于一些分站接口模塊其本身是具有供電能力的，而對于主站或配置不帶供電能力的分站接口模塊的分站，均需要使用電源。PLC電源一般有AC220V和DC24V兩種類型，可根據(jù)要求選擇。另外，所有電源模塊或具有供電能力的分站接口模

28、塊都是有容量限制的，在設(shè)計(jì)時，需計(jì)算電源模塊或具有供電能力的分站接口模塊，所驅(qū)動的模塊所需電源容量之和，確保供電容量充足。在計(jì)算容量時需注意，有些電源模塊會提供不同電壓等級的負(fù)載容量，而PLC、輸入輸出模塊等亦對不同電壓等級均有負(fù)載容量的要求，在計(jì)算時，不僅應(yīng)確保不同電壓等級的負(fù)載容量分別滿足要求，還要確保電源模塊的總?cè)萘磕軡M足要求。另外，對于AB PLC，對于電源模塊和其所驅(qū)動模塊的位置也有要求，而對于某些PLC，電源模塊和CPU模塊間需要單獨(dú)連接。8、 電池或存儲卡的選擇為確保在斷電情況下，程序不至于丟失，在選擇PLC系統(tǒng)時，需配備電池或存儲卡。電池一般分為插入CPU內(nèi)和外置型兩種，對于外

29、置型，一般需要將電池和PLC電源連接。9、 機(jī)架的選擇我司常用的PLC系統(tǒng)一般都是模塊化配置，配置在一處的PLC模塊，有些是采用模塊依次對接的方式來連接起來，有些則需要用到PLC機(jī)架。在選擇PLC機(jī)架時，要考慮機(jī)架上所能布置的模塊數(shù)和機(jī)架的類型。某些PLC，用于主站，本地?cái)U(kuò)展分站和遠(yuǎn)程擴(kuò)展分站的機(jī)架都是不一樣的，在選擇時應(yīng)注意。另外，不同的擴(kuò)展方式，也會導(dǎo)致機(jī)架的不同，比如考慮到經(jīng)濟(jì)性，所擴(kuò)展分站與主站不屬于同一系列。十、經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比。考慮經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn) 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價格有直接

30、影響。每增加一塊輸入輸出模塊就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在選用和估算時應(yīng)充分考慮整個控制系統(tǒng)使其具有較合理的性能價格比。 （1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 （2）價格方

31、面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，其中有些功能相似、質(zhì)量差不多、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC德國西門子的價格可能是日本同類產(chǎn)品的1.5倍以上是中國同類產(chǎn)品的2倍以上。第2章 自動飲料售貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1自動飲料售貨機(jī)的控制要求2.1.1自動飲料售貨機(jī)的控制要求（1）自動飲料售飲料機(jī)可投入1角、5角、1元的硬幣。（2）所售飲料標(biāo)價：汽水2元，橙汁3元。（3）當(dāng)投入的硬幣總值超過所購飲料的標(biāo)價時，所有可購買飲料的指示燈均亮，作可購買提示。（如：當(dāng)投入的硬幣總值超過2元，汽水指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值超過3元時，汽水、橙汁指示燈均亮）。（4）當(dāng)汽水指示燈亮?xí)r，按選擇汽水按鈕，則排出汽水，8s后自動停

32、止。在這段時間內(nèi)，汽水指示燈閃爍。（5）當(dāng)橙汁指示燈亮?xí)r，按選擇橙汁按鈕，則排出橙汁，8s后自動停止。在這段時間內(nèi)，橙汁指示燈閃爍。（6）購買飲料后，系統(tǒng)自動計(jì)算剩余幣值，并根據(jù)剩余幣值提示可購買的飲料（指示燈亮）。（7）若投入的硬幣總值超過所需的錢數(shù)（汽水2元，橙汁3元），則找錢指示燈亮,當(dāng)按退幣控制按鈕時，退出找回的錢。用流程圖表示大致如圖2-1所示。2.1.2 自動飲料售貨機(jī)的相關(guān)說明本設(shè)計(jì)統(tǒng)一采用按鈕開關(guān)模擬物品選擇，另外針對找零返回用步進(jìn)電機(jī)方便控制錢幣的突出，但因本論文中對售貨機(jī)內(nèi)部沒有要求故而以一秒一個脈沖，每個脈沖表示退出一個錢幣。指示燈模擬物品輸出及找零如圖2-2示。圖2-2

33、自動飲料售貨機(jī)模擬操作面板2.1.3定時器 定時器是PLC中重要的編程元件，是累計(jì)時間增量的內(nèi)部器件。定時器的工作過程與繼電器控制系統(tǒng)的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸點(diǎn)，失電時，常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)打開；定時器得電時，常閉觸點(diǎn)打開，常開觸點(diǎn)閉合。定時器的當(dāng)前值、設(shè)定值均為10位有符號整數(shù)（INT），允許的最大值為32767。定時器指令表見表2-1。 表2-1 定時器指令語句描述TONTON TN，PT接通延時定時器TOFTOF TN，PT斷開延時定時器TONRTONR TN，PT保持型接通延時定時器2.1.4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（見表2-2）

34、的執(zhí)行方法和指令表的具體執(zhí)行過程有點(diǎn)區(qū)別，具體區(qū)別是分別執(zhí)行下列運(yùn)算： 梯形圖指令表IN1+IN2=OUT，IN1+OUT=OUTIN1IN2=OUT，OUT-IN1=OUTIN1*IN2=OUT，IN1*OUT=OUTIN1/IN2=OUT。OUT/IN1=OUT表2-2 加減乘除指令梯形圖 語句表描述梯形圖語句表描述ADD_I+INT1,OUT整數(shù)加法DIV_DI/DINT1,OUT雙整數(shù)除法SUB_I-INT1,OUT整數(shù)減法ADD_R+RINT1,OUT實(shí)數(shù)加法MUL_I*INT1,OUT整數(shù)乘法SUB_R-RINT1,OUT實(shí)數(shù)減法DIV_I /INT1,OUT整數(shù)除法MUL_R*R

35、 NT1,OUT實(shí)數(shù)乘法ADD_DI+DNT1,OUT雙整數(shù)加法DIV_R/R NT1,OUT實(shí)數(shù)除法SUB_DI-DNT1,OUT雙整數(shù)減法MULMULNT1,OUT整數(shù)乘法產(chǎn)生雙整數(shù)MUL_DI *DINT1,OUT雙整數(shù)乘法DIVDIV INT1,OUT帶余數(shù)的整數(shù)除法2.2 自動售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。I/O點(diǎn)分配表如表2-3示。表2-3 I/O點(diǎn)

36、的分配表序號定義點(diǎn)符號功能1I0.0ST0機(jī)器啟動按鈕2I0.1ST1一角投幣識別光電開關(guān)3I0.2ST2五角投幣識別光電開關(guān)4I0.3ST3一元投幣識別光電開關(guān)5I0.4SB5汽水按鈕6I0.5SB6橙汁按鈕7I0.6ST4找錢開關(guān)8I0.7ST5機(jī)器停止開關(guān)9Q0.0HL1汽水指示燈10Q0.1HL2橙汁指示燈11Q0.2YV1汽水電磁閥12Q0.3YV2橙汁電磁閥13Q0.4YA找錢執(zhí)行機(jī)構(gòu)14Q0.5HL3 找錢指示燈15Q0.6控制步進(jìn)電機(jī)找錢一元（無數(shù)據(jù)不用脈沖指令控制）16Q0.7控制步進(jìn)電機(jī)找錢五角（無數(shù)據(jù)不用脈沖指令控制17Q1.0控制步進(jìn)電機(jī)找錢一角（無數(shù)據(jù)不用脈沖指令控制

37、2.3自動售貨機(jī)的外部接線圖 自動售貨機(jī)的外部接線圖如圖2-4示連接， 圖2-4售貨機(jī)的PLC硬件接線圖2.4 自動售貨機(jī)梯形圖的編寫2.4.1梯形圖梯形圖是用的最多的PLC圖形編程語言。梯形圖類似于傳統(tǒng)繼電氣控制系統(tǒng)中常用的電氣圖形表達(dá)符號，比如接觸器、繼電器等。PLC常用編程語言與電器控制線路圖相似，如圖2-3示。繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的邏輯運(yùn)算方式、輸入輸出和框架結(jié)構(gòu)形式，具有直觀、形象、實(shí)用的特點(diǎn)。因此，這種編程語言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是PLC應(yīng)用最廣泛的編程語言，是編程人員選擇的第一編程語言。圖2-3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

38、圖在梯形圖中，有兩根豎直的直線，被稱為母線，現(xiàn)在很多PLC只保留了左邊的母線，而把右邊的母線略去不寫。在梯形圖中引入了“能流”的概念。左邊的母線就如電源的“正極”，而右邊的母線就如電源的“負(fù)極”。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵。如果沒有能流，則線圈未被激勵，“能流”在任何時刻都不會通過接點(diǎn)自右向左流。2.4.2 自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)的梯形圖本論文設(shè)計(jì)自動售飲料貨機(jī)主要銷售汽水和橙汁兩種飲料，輔以想象日常生活中購買飲料的流程，設(shè)計(jì)出本梯形圖。（見程序圖）結(jié)語 經(jīng)過一段時間的設(shè)計(jì)，考慮各種情況的調(diào)試，體會了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不易，其中要在明確其基本功能的基礎(chǔ)上預(yù)防各種有意或無意的設(shè)計(jì)漏洞 ，此時需

39、要嚴(yán)密地思考和設(shè)計(jì)，通過種種特定條件的考驗(yàn)查找其中的漏洞，這樣才會對所設(shè)計(jì)的對象有更加深刻的認(rèn)識，是理論設(shè)計(jì)聯(lián)系系統(tǒng)具體工作實(shí)際的一次很好的鍛煉，它同時使我們在不斷思考與嘗試中發(fā)散了思維，在一遍遍苦苦調(diào)試不斷改進(jìn)與進(jìn)步之余也體驗(yàn)到了其中的樂趣。 比如按照設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)了當(dāng)投入的硬幣總值超過2 元時，汽水按鈕指示燈亮；又當(dāng)投入的硬幣總值超過3元時，汽水及果汁按鈕指示燈都亮。當(dāng)汽水按鈕燈亮?xí)r，按汽水按鈕，則汽水排出 8 秒后自動停止，這段時間內(nèi)，汽水指示燈閃動（閃 0.5s,滅 0.5s）。當(dāng)橙汁按鈕燈亮?xí)r，按橙汁按鈕，則橙汁排出 8 秒后自動停止，這段時間內(nèi)，橙汁指示燈閃動（閃 0.5s,滅 0.

40、5s）。 若投入硬幣總值超過按鈕所需的錢數(shù)（汽水2元，橙汁3元）時，找錢指示燈亮，購貨完畢后，按下找錢按鈕，找錢動作，并退出多余的錢。找錢完畢后，找錢指示燈滅。找錢由三個出幣電機(jī)帶動（一角、五角元、一元），找錢應(yīng)按照最快捷的方式進(jìn)行，如找 2.7元=一元2+五角1+一角2,用對應(yīng)出幣電機(jī)閃 0.5s,滅 0.5s 來表示出幣。 同時實(shí)現(xiàn)了在有購買力的情況下，一次交易可任由顧客選擇可以買多次不同的飲料，在排出汽水的過程中可以買橙汁，反之也行，且在這期間可以取出余額。但在售貨機(jī)出幣過程中不能再次購買，因?yàn)槭圬洐C(jī)找錢動作一啟動就按其計(jì)算好的對應(yīng)面值貨幣個數(shù)出幣，在這一過程中飲料指示燈可能有一段時間亮著，一旦再有購買請求信號售貨機(jī)仍會接受請求并相應(yīng)的，這樣很可能出現(xiàn)誤動作，故應(yīng)在找錢動作時切斷購買請求通路，使得再次按下相應(yīng)買飲料按鈕無效；應(yīng)該把出飲料信號作為扣除顧客消費(fèi)額的啟動信號，以防買多瓶直到余額不足時出現(xiàn)最后