優(yōu)秀畢業(yè)論文設(shè)計(jì)PLC控制自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì)

1、 編號: 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目 PLC控制自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 冉玉梅 學(xué)生姓名 邢生歧 學(xué) 號 200801702074 專 業(yè) 08自動化 教學(xué)單位 德州學(xué)院機(jī)電工程系 二O一二年四月xx日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報告書xxxx年xx月xx日院（系）機(jī)電工程系專 業(yè)自動化姓 名邢生歧學(xué) 號200801702074論文（設(shè)計(jì)）題目PLC控制自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì)一、選題目的和意義自動售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對自動售貨機(jī)的安全性、可靠性的要求越來越高。PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，它以安全可靠性、運(yùn)行穩(wěn)定、編程方便

2、、操作簡單尤其是它的高可控性等優(yōu)點(diǎn)。在自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。自動售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營時需要的資本少、面積小，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)。自動售貨機(jī)解放了人力，方便了生活，創(chuàng)造了效益，方便廣大的市民。實(shí)踐和直覺告訴我們，自動售貨機(jī)在中國的橫空出世，必將為國內(nèi)的食品、香煙、飲料等諸多行業(yè)帶來新的契機(jī)，中國的現(xiàn)代文明又將以自動售貨機(jī)的應(yīng)用和普及開啟一個新的里程碑！所以設(shè)計(jì)自動售貨機(jī)是非常必要的。二、本選題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢自動售貨機(jī)是集聲、光

3、、機(jī)、電于一體的智能科技產(chǎn)物，進(jìn)入21世紀(jì)之后，自動售貨機(jī)進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展，同時，PLC的過程控制應(yīng)用已被廣泛應(yīng)用于連續(xù)過程控制領(lǐng)域，而且基于連續(xù)過程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢正在進(jìn)一步得到增長。使未來的自動售貨機(jī)不僅僅具有售貨功能，而是更加多元化，人性化，更節(jié)能。在中國,自動售貨機(jī)1999年開始進(jìn)人中國市場如今，在機(jī)場、地鐵、商場、公園等客流較大的場所，已不難發(fā)現(xiàn)自動售貨機(jī)的身影。,自動售貨機(jī)將成為一個潛在的巨大產(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。透過這種智能售貨系統(tǒng),存貨、銷售、物流信息可以準(zhǔn)確、及時地反饋給客戶和管理人員。自動售貨機(jī)除了更方

4、便售賣貨品之外,還被視為一種傳播廣泛的廣告媒介。近幾年，自動售貨機(jī)逐漸被越來越多的消費(fèi)者所接受。實(shí)踐和直覺告訴我們，自動售貨機(jī)在中國的橫空出世，必將為國內(nèi)的食品、香煙、飲料等諸多行業(yè)帶來新的契機(jī)，中國的現(xiàn)代文明又將以自動售貨機(jī)的應(yīng)用和普及開啟一個新的里程碑！三、課題設(shè)計(jì)方案 主要說明：研究（設(shè)計(jì)）的基本內(nèi)容、觀點(diǎn)及擬采取的研究途徑和方法。 本次設(shè)計(jì)的題目是自動售貨機(jī)，主要是應(yīng)用西門子S7-200型PLC的梯形圖來設(shè)計(jì)控制程序，并簡單介紹相關(guān)的知識，如：PLC的定義、PLC的編程語言、PLC的硬件組成等。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù)PLC的相關(guān)知識設(shè)計(jì)出它的外部接線圖，結(jié)

5、合梯形圖和外部接線圖分析說明該設(shè)計(jì)的控制原理過程。本次設(shè)計(jì)的重要部分是第三章的設(shè)計(jì)部分，即自動售貨機(jī)梯形圖的設(shè)計(jì)。首先就得根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求準(zhǔn)確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出它的梯形圖，這樣才能真正理解本次智能搶答器的控制原理。自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）此自動售貨機(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間內(nèi)（2分鐘）不按任何按鍵，自動售貨機(jī)將退還所投硬幣；（3）當(dāng)投入硬幣的總值等于或才超過物品價值時，對應(yīng)的物品指示燈亮綠燈；（4）當(dāng)物品對應(yīng)的指示燈亮綠燈時，按下按下相應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，同時指示燈綠燈閃爍；（5）如果顧客投入硬幣總值超過

6、所選物品的價值時，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客；（6）當(dāng)顧客成功購買完一件物品后20秒無操作，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客；（7）如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下退款按鍵，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客；（8）找零時顧客可選擇退一元的還是五角的；（9）當(dāng)物品不足時，對應(yīng)的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應(yīng)的按鍵無反應(yīng)（不出物品，不減余額），并向總部發(fā)送所缺物品。四、計(jì)劃進(jìn)度安排 主要說明：起止時間及分階段的進(jìn)度要求。 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）準(zhǔn)備階段： 2011.10.8-2011.10.24：確定畢業(yè)論文課題 2011.10.24-2011.10.31：撰寫課題說明書 2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

7、的研究及設(shè)計(jì)（論文）撰寫階段 2011.11.3-2011.12.20 確定設(shè)計(jì)（論文）題目及撰寫開題報告 2011.12.21-2012.3.30 畢業(yè)學(xué)生查詢相關(guān)資料，完成初稿 2012.4.1-2012.4.15 提交中期檢查表 2012.4.16-2012.4.30 綜合老師和自己意見最終定稿 2012.5.4-2012.5.10將設(shè)計(jì)（論文）交于評閱教師進(jìn)行評閱，進(jìn)行畢業(yè)答辯 3.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯階段： 2012.5.15-2012.5.28 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯五、主要參考文獻(xiàn)1 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年2 王永華, 現(xiàn)代電氣控

8、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年3 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年4 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年5 吳中俊, 黃永紅, 可編程序控制器原理及應(yīng)用M, 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003年6 張萬忠, 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年7 王兆義, 可編程序控制器教程M, 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001年8 廖常初, S7-200 PLC 基礎(chǔ)教程M, 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001年9 裴進(jìn)靈., 新型自動售貨機(jī)的研制 J

9、 ，科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì) ， 2002年指導(dǎo)教師意見及建議： 簽名： 年 月 日教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見： 組長簽名： 年 月 日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表院(系)：機(jī)電工程系 專業(yè)： 自動化 年 月 日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：PLC控制自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名邢生歧學(xué) 號2指導(dǎo)教師冉玉梅職 稱計(jì)劃完成時間：2007年5月1日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的進(jìn)度計(jì)劃：2010.01-2010.02：整理和查詢資料并完成開題報告，寫出論文提綱；2010.02-2010.03：整理資料，結(jié)合所學(xué)知識，依據(jù)修改的提綱撰寫論文初稿；2010.03-2010.04：在初稿基礎(chǔ)上修改論文，撰寫論文第二稿；2010

10、.04-2010.05：繼續(xù)修改論文，最后定稿，交指導(dǎo)老師；2010.05：整理論文資料并裝訂成冊，組織小組答辯完成情況：本人經(jīng)過前一段時間的不斷學(xué)習(xí)及查閱相關(guān)學(xué)習(xí)資料，論文的開題報告及解決問題的基本思路已經(jīng)形成，煤氣泄漏檢測及報警系統(tǒng)的相關(guān)資料也已經(jīng)準(zhǔn)備完畢，分析確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架，涉及到以前學(xué)過的單片機(jī)等相關(guān)知識，我的論文草稿目前已經(jīng)接近尾聲，敬請老師對我的論文初稿進(jìn)行指導(dǎo)！指導(dǎo)教師評議（指出優(yōu)點(diǎn)和不足，如有其它建議，可另附頁） 簽 名： xxxx年x月x日備 注：目 錄1緒論61.1自動售貨機(jī)的理論背景與實(shí)際意義61.2 自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容71.3 自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)的基本思路72

11、PLC的概述82.1 PLC的定義82.2 PLC的簡介82.3 PLC的工作原理82.4 PLC的循環(huán)掃描工作42.5 PLC的硬件組成52.6 PLC的編程語言62.7 PLC的特點(diǎn)63 自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì)83.1西門子S7-200 PLC特點(diǎn)83.2 自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)軟元件83.3自動售貨機(jī)的基本功能93.4自動售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配103.5 順序功能圖（SFC）113.6梯形圖（LAD）133.7 自動售貨機(jī)的相關(guān)說明203.8 自動售貨機(jī)的外部接線圖203.9 自動售貨機(jī)仿真21參考文獻(xiàn)22致 謝25PLC控制自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì)邢生歧（德州學(xué)院機(jī)電系，山東德州 253023）摘 要：本論文

12、設(shè)計(jì)的是基于西門子S7-200 系列PLC構(gòu)成的自動售貨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，本文，對自動售貨機(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，對基于西門子S7-200 系列PLC構(gòu)成的自動售貨機(jī)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)過程進(jìn)行較為細(xì)致的論述。介紹了自動售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個程序塊，然后分別對程序塊進(jìn)行編程。具體說明了可編程序控制器在自動售貨機(jī)中的作用。程序涉及到了自動售貨機(jī)工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機(jī)能夠長期穩(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1緒論1.1自動售貨機(jī)的理論背景與

13、實(shí)際意義自動售貨機(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。它又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。在日本，70的罐裝飲料是通過自動售貨機(jī)售出的；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機(jī)。在中國,自動售貨機(jī)1999年開始進(jìn)人中國市場如今，在機(jī)場、地鐵、商場、公園等客流較大的場所，已不難發(fā)現(xiàn)自動售貨機(jī)的身影。從自動售貨機(jī)的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物

14、的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了它的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機(jī)逐漸被越來越多的消費(fèi)者所接受。但由于售貨機(jī)分布零散、范圍廣闊的特點(diǎn)，自動售貨機(jī)在為消費(fèi)者帶來方便的同時，也為經(jīng)營者在監(jiān)控、管理、維護(hù)等方面帶來很大的不便。目前售貨機(jī)運(yùn)行的各種情況都需要由人工判斷，包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機(jī)機(jī)械故障等，經(jīng)營者普遍采用人工定時巡回視察的管理辦法，既費(fèi)時費(fèi)力，又無法及時準(zhǔn)確獲取自動售貨機(jī)狀態(tài)報告，給經(jīng)營者增加了管理成本和難度，也有可能給消費(fèi)者的正常消費(fèi)造成不便。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可以使自動售貨機(jī)的經(jīng)營者可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)

15、統(tǒng)計(jì)的銷售狀況進(jìn)行商品銷售狀況分析，預(yù)測商品的銷售走勢，確定合理的采購和配送策略，以期獲得最高的投資回報率。同時售貨機(jī)的一些故障信息和警報信息可以實(shí)時的傳送到相應(yīng)運(yùn)營人員，從而可以在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問題。1.2 自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）此自動售貨機(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間內(nèi)（2分鐘）不按任何按鍵，自動售貨機(jī)將退還所投硬幣；（3）當(dāng)投入硬幣的總值等于或才超過物品價值時，對應(yīng)的物品指示燈亮綠燈；（4）當(dāng)物品對應(yīng)的指示燈亮綠燈時，按下按下相應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，同時指示燈綠燈閃爍；（5）如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價值時，自動售貨機(jī)會自動將余款

16、退還顧客；（6）當(dāng)顧客成功購買完一件物品后20秒無操作，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客；（7）如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下退款按鍵，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客；（8）找零時顧客可選擇退一元的還是五角的；（9）當(dāng)物品不足時，對應(yīng)的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應(yīng)的按鍵無反應(yīng)（不出物品，不減余額），并向總部發(fā)送所缺物品。1.3 自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)的基本思路本次設(shè)計(jì)的題目是自動售貨機(jī)，主要是應(yīng)用西門子S7-200型PLC的梯形圖來設(shè)計(jì)控制程序，并簡單介紹相關(guān)的知識，如：PLC的定義、PLC的編程語言、PLC的硬件組成等。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù)PLC的相關(guān)知識設(shè)計(jì)出

17、它的外部接線圖，結(jié)合梯形圖和外部接線圖分析說明該設(shè)計(jì)的控制原理過程。本次設(shè)計(jì)的重要部分是第三章的設(shè)計(jì)部分，即自動售貨機(jī)梯形圖的設(shè)計(jì)。首先就得根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求準(zhǔn)確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出它的梯形圖，這樣才能真正理解本次智能搶答器的控制原理。2 PLC的概述2.1 PLC的定義PLC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

18、個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。2.2 PLC的簡介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)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，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，其中最有名氣的廠家在日本、美國和德國。日本的幾個廠家為三菱、富士。日立、東芝、橫河、立石、光洋、夏普等公司。美國的幾個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。還有德國的西門子，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年開始研制PLC，目前主要有F1,F2,FX,K,A等十幾

19、個系列幾十種產(chǎn)品，在我國（主要是華東和華南地區(qū)）的工業(yè)控制領(lǐng)域具有一定的市場占有率。2.3 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）。但是PLC也有它自己的特點(diǎn)，PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機(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。讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信要求自診斷檢查改寫輸出RUN狀體讀取輸入處理通信要求自診斷檢查改寫輸出STOP狀體處理

20、任務(wù)圖1各階段這部分圖的流程線不清楚2.4 PLC的循環(huán)掃描工作對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從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)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖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)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。（3）

21、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2 PLC的掃描全過程2.5 PLC的硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、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3。圖3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.6 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

22、種：梯形圖（LAD）、語句表（STL）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)文本（ST）。2.7 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)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、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

23、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（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動控制）這三電集于一體。3 自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì)3.1西門子S7-200 PLC特點(diǎn)3.11機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）體積小 （2）重量輕 （3）DIN導(dǎo)軌安裝和安裝孔3.12電氣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）免維護(hù)性 （2）內(nèi)配24V/180mA或280mA直流 （3）靈活中斷輸入 （4）便于擴(kuò)展 （5）沒配有高速計(jì)數(shù)器 （6）模擬電位器外部設(shè)定 （7）CPU214還有

24、脈沖輸出、實(shí)時時鐘等功能；CPU215/CPU216在此基礎(chǔ)上還有PID指令、通訊能力強(qiáng)等特點(diǎn)進(jìn)行排版，格式不好看3.2 自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)軟元件3.2.1 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1。 表1 定時器指令表應(yīng)該設(shè)成三線式語句描述TON Txxx，PT接通延時定時器TOF Txxx，PT斷開延時定時器TONR Txx

25、x，PT保持型接通延時定時器BITIM OUT起動間隔定時器CITIM IN,OUT計(jì)算間隔定時器 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）分別執(zhí)行下列運(yùn)算：IN1+IN2=OUT，IN1IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。表2 加減乘除指令三線式表梯形圖語句表描述梯形圖語句表描述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/

26、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MULMUL 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DIVDIV INT1,OUT帶余數(shù)的整數(shù)除法在語句表中，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，OUTIN1=OUT，IN1* OUT =OUT，OUT /IN2=OUT。3.3自動售貨機(jī)的基本功能自動售貨機(jī)的各種動作功能和控制要求，給出了完整的自動售貨機(jī)操作規(guī)程

27、（如圖4），并介紹了自動售貨機(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，我們見到的售貨機(jī)可以銷售一些簡單的日用品，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)值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。例如：售貨機(jī)中有2種商品，A商品價格為0.5元，B商品為1元。現(xiàn)投入1個1元硬幣，當(dāng)投入的貨幣超過A商品的價格時，A商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購買，B商品也提示。當(dāng)按下選擇A商品的價格時，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去A商品的價格同時啟動相應(yīng)的電機(jī)，提取A號商品到出貨口。此時售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，

28、如果此時不再購買而按下退幣按鈕，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，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時的除法運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能圖4 自動售貨機(jī)工作流程圖圖的最右端線怎么有兩個方向的箭頭，這個圖畫的有些問題3.4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

29、。本次智能搶答器I/O點(diǎn)的分配如表3所示。表3 自動售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配三線式表序號定義點(diǎn)符號功能1I0.0SB1找零按鈕2I0.1SB2食品五角按鈕3I0.2SB3食品一元按鈕4I0.3SB4飲料一元按鈕5I0.4SB5飲料二元按鈕6I0.5SB6日用二元按鈕7I0.6SB7日用三元按鈕8I2.0SB8投五角硬幣9I2.1SB9投一元硬幣10I2.5SB10找零五角11I2.6SB11找零一元12I3.1SB12食品五角行程開關(guān)13I3.2SB13食品一元行程開關(guān)14I3.3SB14飲料一元行程開關(guān)15I3.4SB15飲料二元行程開關(guān)16I3.5SB16日用二元行程開關(guān)17I3.6SB17日

30、用三元行程開關(guān)18Q3.1食品五角紅燈(物品售完)19Q3.2食品一元紅燈(物品售完)20Q3.3飲料一元紅燈(物品售完)21Q3.4飲料二元紅燈(物品售完)22Q3.5日用二元紅燈(物品售完)23Q3.6日用三元紅燈(物品售完)24Q0.0找零25Q0.1出食品五角26Q0.2出食品一元27Q0.3出飲料一元28Q0.4出飲料二元29Q0.5出日用二元30Q0.6出日用三元31Q2.1食品五角綠燈（可以購買）32Q2.2食品一元綠燈（可以購買）33Q2.3飲料一元綠燈（可以購買）34Q2.4飲料二元綠燈（可以購買）35Q2.5日用二元綠燈（可以購買）36Q2.6日用三元綠燈（可以購買）3.5

31、 順序功能圖（SFC） 什么是順序功能圖（SFC）順序功能圖是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，使用它可以對具有并發(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言編程的程序嵌套。順序功能圖由步、轉(zhuǎn)換和動作三種主要元件組成，如圖5所示?？梢杂庙樞蚬δ軋D來描述系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易地設(shè)計(jì)出梯形圖程序。步1步2步3動作1動作2轉(zhuǎn)換2轉(zhuǎn)換1圖5 順序功能圖 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)

32、和并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫x擇性分支結(jié)構(gòu)是一個控制流可以轉(zhuǎn)入多個可能的控制流中的某一個且不允許多路分支同時執(zhí)行。具體進(jìn)入哪個分支，取決于控制流前面的轉(zhuǎn)移條件哪一個為真。而并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)是一個工作步執(zhí)行完后，需要同時開啟若干條分之，并采用雙水平線相連且要有一個公共轉(zhuǎn)移條件，這兩種順序功能圖結(jié)構(gòu)符合本次自動售貨機(jī)的控制要求，所以選擇這兩種結(jié)構(gòu)。本次自動售貨機(jī)的SFC圖如下圖6所示： 圖6 自動售貨機(jī)順序功能圖 3.6梯形圖（LAD） 什么是梯形圖（LAD）梯形圖是用的最多的PLC圖形編程語言。梯形圖語言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電器控制線路圖相似，

33、如圖7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的編程語言，是PLC的第一編程語言。圖7 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 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

34、左流。 自動售貨機(jī)設(shè)計(jì)的梯形圖（LAD）本此設(shè)計(jì)自動售貨機(jī)主要銷售食品、飲料、日用三大類，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。本次自動售貨機(jī)的梯形圖如下所示：3.7 自動售貨機(jī)的相關(guān)說明上面梯形圖中ADD_DI雙整數(shù)加法當(dāng)投入五角時加5投入1元是加10，SUB_DI是雙整數(shù)減法當(dāng)成功購買物品時就減去物品對應(yīng)的數(shù)；T37T56表示通電延時定時器,按下物品按鈕時T37T42延時8秒，無操作時T43啟動計(jì)時20秒，T44與T43配合組成投幣2分鐘無操作找零，T46T56兩兩配合形成閃爍電路。圖8 自動售貨機(jī)模擬操作面板本設(shè)計(jì)統(tǒng)一采用按鈕開關(guān)模擬物品選擇，按鈕內(nèi)有綠燈和紅燈分別表示

35、可購買物品和物品銷售完；指示燈模擬物品輸出及找零如圖8所示。3.8 自動售貨機(jī)的外部接線圖本次知道售貨機(jī)的外部接線圖如圖9所示，SB2SB7為物品選擇按鈕，當(dāng)投入貨幣物品綠燈亮（Q2.1Q2.6），按下SB2SB7其中一個，對用的KM線圈得電電機(jī)轉(zhuǎn)動出相應(yīng)的物品（Q0.1Q0.6），當(dāng)有物品銷售完其行程開關(guān)斷開，物品紅燈亮并同時向總部發(fā)送物品銷售完的信息；當(dāng)收買物品總值低于投入總值時，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)動找零(Q0.0)。圖9 售貨機(jī)的外部接線圖3.9 自動售貨機(jī)仿真程序編寫好后無法驗(yàn)證程序的正誤，編程能力很難提高，而仿真時解決這一問題

36、的理想方法。本次自動售貨機(jī)的仿真，首先配置CPU的型號，為了自動售貨機(jī)的仿真方便好看，我們選用CPU224，擴(kuò)展模塊我們選用2個8點(diǎn)輸入8點(diǎn)輸出的EM223 (8 I / 8 Q)，如圖10所示。圖10自動售貨機(jī)選用CPU和擴(kuò)展模塊接下來將梯形圖程序編譯導(dǎo)出，在仿真軟件中把導(dǎo)出的ASCLL文件導(dǎo)入仿真軟件，開啟仿真軟件就可以仿真。參考文獻(xiàn)1 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年2 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年3 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年

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38、字有明顯拷貝(Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023)Abstract: This paper is designed based on the Siemens S7-200 series PLC constitute a vending machine monitoring system, the vending machine program carried out feasibility studies, PLC basic composi

39、tion, characteristics and working principle, based on Siemens S7the -200 series PLC vending machine system of the overall design process, a more detailed exposition. Introduces the basic principles and workflow of the vending machine, and then to a transaction, for example, the transaction process is divided into a few block, then block programming. Specify the role of a programmable logic controller in the ven