自動(dòng)售貨機(jī)的PLC控制

1、自動(dòng)售貨機(jī)的PLC 控制摘要 本文介紹一種能自動(dòng)銷售汽水和咖啡的售貨機(jī)的PLC 控制系統(tǒng)。主要從控制要求、控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配、PLC 系統(tǒng)選型、電氣控制系統(tǒng)原理圖、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、PLC 的安裝、電源設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的接地、PLC 輸出端保護(hù)等方面來(lái)展開說明與論述。 關(guān)鍵詞 自動(dòng)售貨機(jī) PLC 控制1. 自動(dòng)售貨機(jī)的概況自動(dòng)售貨機(jī)（vending machine），能根據(jù)投入的錢幣自動(dòng)付貨的機(jī)器。自動(dòng)售貨機(jī)是商業(yè)自動(dòng)化的常用設(shè)備，它不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，能節(jié)省人力、方便交易。近幾年，隨著我國(guó)商品市場(chǎng)的不斷繁榮和城市現(xiàn)代化程度的不斷提高，自動(dòng)售貨機(jī)也已悄然步入了我國(guó)的大中城市。在國(guó)家相關(guān)政府部

2、門的大力支持下，我國(guó)的自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)以超常規(guī)的速度迅猛發(fā)展，并帶動(dòng)了一批新的服務(wù)業(yè)、物流運(yùn)輸配送業(yè)的快速發(fā)展，豐富了我國(guó)的商業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了一個(gè)全新的自動(dòng)銷售和自助服務(wù)時(shí)代。我國(guó)自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)到2008年以后將進(jìn)入發(fā)展期。2. 自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求此自動(dòng)售貨機(jī)可投入1元、5元或10元硬幣。當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過12元時(shí)，汽水按鈕指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值超過15元時(shí)，汽水、咖啡按鈕指示燈都亮。當(dāng)汽水按鈕指示燈亮?xí)r，按汽水按鈕，則汽水排出7秒后自動(dòng)停止。汽水排出時(shí)相應(yīng)指示燈閃爍。當(dāng)咖啡按鈕指示燈亮?xí)r，按咖啡按鈕，則咖啡排出7秒后自動(dòng)停止?？Х扰懦鰰r(shí)相應(yīng)指示燈閃爍。若投入的硬幣總值超過所需錢

3、數(shù)（汽水12元，咖啡15元）時(shí)，找錢指示燈亮。 4.1 S7-200系列PLC 簡(jiǎn)介S7-200系列PLC 適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 極高的可靠性和極其豐富的指令集； 易于掌握，便捷的操作； 豐富的內(nèi)置集成功能； 實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)

4、，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。S7-200系列PLC 可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種CPU 供使用。（1）CPU 單元設(shè)計(jì) 集成的24V 負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA 輸出，CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分別輸出280，400mA ?？捎米髫?fù)載電源。（2）不同的設(shè)備類型CPU 221226各有2種類型CPU ，具有不同的電源電壓和控制電壓。 （3）本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn) CPU 221

5、具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224XP 具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。（4）本機(jī)模擬量輸入/輸出點(diǎn)CPU 224XP具有2個(gè)輸入點(diǎn)，1個(gè)輸出點(diǎn)。 （5）中斷輸入允許以極快的速度對(duì)過程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。 （6）高速計(jì)數(shù)器CPU 221/222 4個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz ），可編程并具有復(fù)位輸入，2個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為90°的A/B相增量編碼器；CPU224/224XP/2266個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz ），

6、具有CPU221/222相同的功能。CPU 222/224/224XP/226可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可使用仿真器（選件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。（7）模擬電位器CPU221/222 1個(gè)，CPU224/224XP/226 2個(gè)，CPU221/222/224/224XP/226還具有脈沖輸出，2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz ），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。（8）實(shí)時(shí)時(shí)鐘例如為信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^程進(jìn)行時(shí)間控制。 （9）EEPROM 存儲(chǔ)器模塊（選件）可作為修改與拷貝程序的快速工具（無(wú)需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。

7、（10）電池模塊用于長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。4.2 S7-200系列PLC 編程STEP 7-Micro/WIN32 V3.1編程軟件可以對(duì)所有的CPU 221/222/224/224XP/226功能進(jìn)行編程。同時(shí)也可以使用STEP 7-Micro/WIN16 V2.1軟件包，但是它只支持對(duì)S7-21x 同樣具有的功能進(jìn)行編程。STEP 7-Micro/DOS不能對(duì)CPU 221/222/224/224XP/226編程。如果使用PG/PC

8、的串口編程，則需要使用PC/PPI電纜。 如果使用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1編程軟件，則也可以通過SIMATIC CP 5511或CP 5611編程。在這種情況下，通訊速率可高達(dá)187.5kbit/s?？梢岳肞C/PPI 電纜和自由口通訊功能把 S7-200 CPU 連接到許多和RS-232標(biāo)準(zhǔn)兼容的設(shè)備。 有兩種不同型號(hào)的 PC/PPI 電纜：帶有RS-232口的隔離型 PC/PPI 電纜，用5個(gè)DIP 開關(guān)設(shè)置波特率和其它配置項(xiàng)。帶有RS-232口的非隔離型 PC/PPI 電纜，用4個(gè)DIP 開關(guān)設(shè)置波特率。當(dāng)數(shù)據(jù)從RS-232傳送到RS-485口時(shí)，PC/PPI 電

9、纜是發(fā)送模式。當(dāng)數(shù)據(jù)從RS-485傳送到RS-232口時(shí)，PC/PPI電纜是接收模式。當(dāng)檢測(cè)到RS-232的發(fā)送線有字符時(shí)，電纜立即從接收模式轉(zhuǎn)換到發(fā)送模式。當(dāng)RS-232發(fā)送線處于閑置的時(shí)間超過電纜切換時(shí)間時(shí)，電纜又切換到接收模式。這個(gè)時(shí)間與電纜上的DIP 開關(guān)設(shè)定的波特率選擇有關(guān)。 4.3 S7-200系列PLC 的特點(diǎn) （1）CPU 221本機(jī)集成6輸入/4輸出共10個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。無(wú)I/O擴(kuò)展能力。6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非

10、常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。（2）CPU 222本機(jī)集成8輸入/6輸出共14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接2個(gè)擴(kuò)展模塊。6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。（3）CPU 224本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控

11、制器。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。（4）CPU 224XP本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展值至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或38路模擬量I/O點(diǎn)。20K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器（100KHz ），2個(gè)100KHz 的高速脈沖輸出，2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本機(jī)還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量I/O,位控特性，自整定PID 功能

12、，線性斜坡脈沖指令，診斷LED ，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。是具有模擬量I/O和強(qiáng)大控制能力的新型CPU 。（5）CPU 226本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊

13、功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。4.4 系統(tǒng)選型通過對(duì)系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn)5個(gè)，因此選用CPU222（8DI/6DO）。5. 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣原理圖 電氣原理圖電氣原理圖（續(xù)）PLC 外圍接線圖 DC0VPLC 接線圖6. 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 6.1系統(tǒng)流程圖 6.2 梯形圖 6.3 語(yǔ)句表Network 1/ 數(shù)據(jù)寄存器上電清零或復(fù)位清零； LD SM0.1LD I0.5 EU OLD MOVW 16#0000, VW0 Network 2 / 通用輔助繼電器復(fù)位清零； LD I0.5 R M0.0, 4 Network 3 / 若 1

14、 元投幣，則數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容加 1； LD I0.0 EU +I +1, VW0 Network 4 / 若 5 元投幣，則數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容加 5； LD I0.1 EU +I +5, VW0 Network 5 / 若 10 元投幣，則數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容加 10； LD I0.2 EU +I +10, VW0 Network 6 / 若數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容15，則 M0.0 接通； LDW>= VW0, +15 O M0.0 AN I0.5 = M0.0 Network 7 / 若數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容12，則 M0.1 接通； LDW>= VW0, +12 O M0.1 AN I0.5 = M0.1

15、 Network 8 / 若 M0.0 接通，且按下 I0.3，則置位 M0.2； LD M0.0 A I0.3 S M0.2, 1 Network 9 / 咖啡按鈕指示燈點(diǎn)亮及閃爍電路； LD M0.0 AN I0.3 LD SM0.5 A I0.3 - 11 - OLD AN T37 = Q0.2 Network 10 / 咖啡排出 7 秒； LD M0.2 AN T37 = Q0.0 TON T37, +70 Network 11 / 7 秒鐘延時(shí)到后，復(fù)位 M0.2，數(shù)據(jù)寄存器減 15；若數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容0，則置位 Q0.4， 找錢； LD T37 R M0.2, 1 -I +15, V

16、W0 AENO AW> VW0, +0 S Q0.4, 1 Network 12 / 若 M0.0、M0.1 接通，并且按下 I0.4，則置位 M0.3； LD M0.1 O M0.0 A I0.4 S M0.3, 1 Network 13 / 汽水按鈕指示燈點(diǎn)亮及閃爍電路； LD M0.0 O M0.1 AN I0.4 LD SM0.5 A I0.4 OLD AN T38 = Q0.3 Network 14 / 汽水排出 7 秒； LD M0.3 AN T38 = Q0.1 TON T38, +70 Network 15 / 7 秒鐘延時(shí)到后，復(fù)位 M0.3，數(shù)據(jù)寄存器減 12；若數(shù)據(jù)

17、寄存器內(nèi)容0，則置位 Q0.4， 找錢； LD T38 R M0.3, 1 - 12 - -I +12, VW0 AENO AW> VW0, +0 S Q0.4, 1 Network 16 / 計(jì)數(shù)復(fù)位按鈕按下后，復(fù)位 Q0.4； LD I0.5 R Q0.4, 1 7. PLC 的安裝 可以利用 S7-200 模塊上的安裝孔把模塊固定在控制柜背板上，也可以利用模塊上的 DIN 夾子把模塊固定在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 DIN 軌道上。這樣既可以水平安裝，也可以垂直安裝。但安裝 到控制柜中時(shí)，應(yīng)注意以下兩個(gè)問題。 為了防止高電子噪聲對(duì)模塊的干擾，應(yīng)盡可能將 S7-200 模塊與產(chǎn)生高電子噪聲的設(shè) 備（

18、如變頻器）分割開。 S7-200 模塊是采用自然對(duì)流方式散熱的，所以在安裝時(shí)應(yīng)盡可能不與產(chǎn)生高熱量的 設(shè)備安裝在一起。而且在安裝 S7-200 模塊時(shí)，模塊的周圍應(yīng)留出一定的空間，以便于正常散 熱。一般情況下，模塊的上方和下方至少留出 25mm 的空間，模塊前面板與底板之間至少留出 75mm 的空間。 8. 電源設(shè)計(jì) 8.1 供電電源 可編程控制器一般使用市電（220V，50Hz） 。電網(wǎng)的沖擊、頻率的波動(dòng)將直接影響到可編 程控制器系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的精度和可靠性；有時(shí)電網(wǎng)的沖擊，可給系統(tǒng)帶來(lái)毀滅性的破壞；電 網(wǎng)的瞬間變化也是經(jīng)常不斷發(fā)生的，由此產(chǎn)生的干擾也會(huì)傳播到可編程控制器系統(tǒng)中。為了 提高系統(tǒng)

19、的可靠性和抗干擾性能，在對(duì)可編程控制器的供電系統(tǒng)中一般采用隔離變壓器，這 樣可以隔離掉供電電源中的各種干擾信號(hào)，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。 如果使用開關(guān)電源為可編程控制器提供 24V 直流電源，一般情況下，對(duì)開關(guān)電源供電的 交流電源也應(yīng)采用隔離變壓器與電源隔離。 另外，在一些實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的突然斷電會(huì)造成嚴(yán)重的后果，此時(shí)可以在供電系 統(tǒng)中增加 UPS 不間斷電源。當(dāng)市電突然斷電后，自動(dòng)切換到 UPS 電源供電，并且按照工藝要 求進(jìn)行一定的處理，使生產(chǎn)設(shè)備處于安全狀態(tài)。 8.2 S7-200CPU 內(nèi)部直流電源 每個(gè) S7-200 CPU 模塊均提供一個(gè) 24V 直流傳感器電源和一個(gè) 5V 直流電源。 24V 直流傳感器電源可以作為 CPU 本機(jī)和數(shù)字量擴(kuò)展模塊的輸入、擴(kuò)展模塊（如模擬量 模塊）的供電電源以及外部傳感器電源使用。如果容量不能滿足所有需求，則必須增加外部 24V 直流電源，此時(shí)外部電源不能與模塊的傳感器電源并聯(lián)使用，以防止兩個(gè)電源電位