自動(dòng)售貨機(jī)的plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)售貨機(jī)的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)文摘本文介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個(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)鍵詞自動(dòng)售貨機(jī)；可編程序控制器；梯形圖從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來看，它的出現(xiàn)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)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(duì)的超市、百貨購(gòu)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(chǎng)地的局限性以及購(gòu)物的便利性等這些因素的制約，無人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機(jī)械，從狹義來講就是自動(dòng)銷售商品的機(jī)械。從供給的條件看，自動(dòng)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(shí)無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要的資本少、面積小，有吸引人們購(gòu)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)。據(jù)說世界上最早的自動(dòng)售貨機(jī)出現(xiàn)在公元前3世紀(jì)，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機(jī)。17世紀(jì)，英國(guó)的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動(dòng)售貨機(jī)。在自動(dòng)售貨機(jī)歷史的長(zhǎng)河中，日本開發(fā)出實(shí)用型的自動(dòng)售貨機(jī)，那是在進(jìn)入本世紀(jì)后的事。日本第一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)是1904年問世的“郵票明信片自動(dòng)出售機(jī)”，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機(jī)器。自動(dòng)售貨機(jī)的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50年代，“噴水型果汁自動(dòng)售貨機(jī)”大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來，由于美國(guó)的飲料大公司進(jìn)入日本市場(chǎng)，1962年，出現(xiàn)了以自動(dòng)售貨機(jī)為主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)在，自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過電話線路將自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的庫存信息及時(shí)地傳送各營(yíng)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，為防止地球暖化，自動(dòng)售貨機(jī)的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動(dòng)售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費(fèi)高峰時(shí)，這種機(jī)型的自動(dòng)售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動(dòng)售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約1015的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。因經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢，社會(huì)對(duì)擴(kuò)大就業(yè)與工作場(chǎng)所提供茶點(diǎn)飲料的福利事業(yè)更為關(guān)注。自動(dòng)售貨機(jī)不僅保障了愜意的工休時(shí)間，也是最廉價(jià)、提高職工工作效率最有效的手段。特別是在24小時(shí)無休工作狀態(tài)中的辦公場(chǎng)所，使用獨(dú)具魅力的迷你型飲料沖飲機(jī)，解決了不間斷提供咖啡飲品服務(wù)的問題，這種服務(wù)加速了自動(dòng)售貨機(jī)與咖啡飲品服務(wù)的融合。1999年的全美自動(dòng)售貨機(jī)協(xié)會(huì)和全美咖啡服務(wù)協(xié)會(huì)的合并使人們更直觀地看到了這種融合現(xiàn)象。日本是自動(dòng)售貨機(jī)的天堂。除雞蛋、米飯之外，報(bào)紙、雜志、一次性相機(jī)、干電池、磁帶、刮胡刀、襪子、花及寵物食品等各種商品都通過自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行銷售。連熟知自動(dòng)售貨機(jī)的美國(guó)游客在日本看到10臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)排成一列的景象后，也是連聲稱奇。韓國(guó)大約有78萬臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，是除了日本、美國(guó)、英國(guó)之外自動(dòng)售貨機(jī)使用數(shù)量最多的國(guó)家。從不同的種類來看，咖啡茶的自動(dòng)售貨機(jī)約占全部售貨機(jī)的40以上；另外，還有冰飲料自動(dòng)售貨機(jī)、聽裝飲料自動(dòng)售貨機(jī)、辦公咖啡自動(dòng)售貨機(jī)和照片膠粘標(biāo)簽自動(dòng)售貨機(jī)、票類自動(dòng)售貨機(jī)、手機(jī)充電自動(dòng)售貨機(jī)、成人用品自動(dòng)售貨機(jī)、生活用品自動(dòng)售貨機(jī)、煙、方便面自動(dòng)售貨機(jī)等多種。主要的設(shè)置場(chǎng)所包括學(xué)校、樓房、公共機(jī)關(guān)、地鐵等，公共汽車站、公園、體育場(chǎng)、展示場(chǎng)、工廠等。運(yùn)營(yíng)自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的公司在全國(guó)大約有800余個(gè)，而銷售自動(dòng)售貨機(jī)原料、商品流通、機(jī)械銷售的公司大約達(dá)到了1150個(gè)。1自動(dòng)售貨機(jī)介紹11自動(dòng)售貨機(jī)功能分析這部分闡述了自動(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，并介紹了自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。111自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能在進(jìn)行上、下位機(jī)程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動(dòng)售貨機(jī)本身所具備的功能及在進(jìn)行某種操作后所具有的狀態(tài)。在實(shí)際生活中，我們見到的售貨機(jī)可以銷售一些簡(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)買某種商品，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來說明，例如售貨機(jī)中有8中商品，其中01號(hào)商品（代表第一種商品）價(jià)格為260元，02商品為350元，其余類推。現(xiàn)投入1個(gè)1元硬幣，當(dāng)投入的貨幣超過01商品的價(jià)格時(shí)，01商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購(gòu)買，其他商品同比。當(dāng)按下選擇01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01商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取01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(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)來實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程圖如圖1所示。圖1自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖12PLC的選型原則當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設(shè)。對(duì)第一個(gè)問題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點(diǎn)的晶體管輸出的PLC了。對(duì)第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮（1）功能方面所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)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(duì)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(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。（2）價(jià)格方面不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。13PLC的概述131PLC的產(chǎn)生20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器。定時(shí)器。接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。容易掌握。價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國(guó)通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是（1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)（3）可靠性高于繼電器控制裝置（4）體積小于繼電器控制盤（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)（6）成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)（7）輸入可以是交流150V以上（8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最?。?0）用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要）十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。132PLC的定義美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可遍程序控制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。133PLC的發(fā)展趨勢(shì)PLC總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使PLC結(jié)構(gòu)更為湊，相當(dāng)與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。（2）向大容量、高速度方向發(fā)展大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲(chǔ)容量大大增加。（3）智能型I/O模塊的發(fā)展智能型I/O模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。（4）基于PC的編程軟件取代編程器隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對(duì)PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。（5）PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可遍程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。（6）PLC通信的易用化PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。（7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。（8）PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線I/O與PLC可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的DCS系統(tǒng)。（9）開發(fā)新型特殊功能模塊I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。10CPU的處理速度進(jìn)一步加快目前，PLC的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其高的CPU也不過80486，將來會(huì)全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級(jí)。134PLC的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。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。具體措施主要有以下幾個(gè)方面1）隔離這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號(hào)。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對(duì)于PLC的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。2）濾波這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制。3）對(duì)內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、WATCHDOG（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了警戒時(shí)鐘（WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即報(bào)警，以保證CPU可靠運(yùn)行。5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。6）對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。（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是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，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。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。（4）功能完善PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。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。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。（5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，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。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。（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(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。135PLC的主要功能（1）條件控制功能條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。（2）定時(shí)/記數(shù)控制功能定時(shí)/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。（3）數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。（4）步進(jìn)控制功能步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。（5）A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。（6）運(yùn)動(dòng)控制功能運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn)動(dòng)控制。（7）過程控制功能過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。（8）擴(kuò)展功能擴(kuò)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。（9）遠(yuǎn)程I/O功能遠(yuǎn)程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)、傳出輸出信號(hào)。（10）通信聯(lián)網(wǎng)功能通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。（11）監(jiān)控功能監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。14PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理141PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如圖2所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。142PLC各部分的作用1中央處理器CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。按用戶程序存儲(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。將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。圖2PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。二大部分是用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(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通過輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。4電源PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。5輸入輸出I/O擴(kuò)展接口若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。6PLC的基本工作原理PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(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(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。PLC的掃描全過程如圖3所示。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。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(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。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(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3PLC的掃描全過程顯然掃描周期的長(zhǎng)短主要取決與程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會(huì)發(fā)生變化。這對(duì)于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對(duì)于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。15松下電工可變成序控制器產(chǎn)品FP1C24介紹經(jīng)過從功能方面和價(jià)格方面兩個(gè)方面的考慮，發(fā)現(xiàn)松下電工可變成序控制器產(chǎn)品FP1C24比較適合自動(dòng)售貨機(jī)。因?yàn)樗且环N功能很強(qiáng)的小型機(jī)，在設(shè)計(jì)的過程中采用先進(jìn)的方法及組件使其通常只有在大型PLC中才具有的功能，且具有其他控制器所不具備的功能。雖然是小型機(jī)。但是其功能較完善，性能價(jià)格比高，較適合自動(dòng)售貨機(jī)。現(xiàn)在就對(duì)FP1C24的組成各部分和技術(shù)性能做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。在松下電工公司生產(chǎn)的FP系列產(chǎn)品中，F(xiàn)P1屬于小型PLC產(chǎn)品，其中C24是具有高級(jí)處理功能的型號(hào)。從型號(hào)可以看出FP1C24可編程控制器的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)（即I/O點(diǎn)）之和為24151FP1C24的組成各部分1RS232該口能于PC機(jī)通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。2運(yùn)行監(jiān)視指示燈當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，“RUN”指示燈亮；當(dāng)控制單元中止執(zhí)行程序時(shí)，“PROG”指示燈亮；當(dāng)發(fā)生自診斷錯(cuò)誤時(shí)，“ERR”指示燈亮；當(dāng)檢測(cè)到異常的情況時(shí)或出現(xiàn)“WATCHDOG”定時(shí)故障時(shí)，“ALARM”指示燈亮。3工作方式選擇開關(guān)工作方式選擇開關(guān)共有3個(gè)工作方式檔位，即“RUN”，“REMOTE”和“PROG”?！癛UN”工作方式當(dāng)開關(guān)扳到這個(gè)檔位時(shí)，控制單元運(yùn)行程序?！癛EMOTE”工作方式在這個(gè)工作方式下，可以使用編程工具改變可編程控制器的工作方式為“RUN”或“PROG”工作方式。“PROG”工作方式在此方式下可以編輯程序。若在“RUN”工作方式下編輯程序，則按出錯(cuò)對(duì)待?？删幊炭刂破鼬Q響報(bào)警，提示編程者將方式選擇開關(guān)切換至“PROG”工作方式。輸出端子C24形的輸出端子有8點(diǎn)。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。直流電源輸出端子在FP1系列主機(jī)內(nèi)部均配有一個(gè)供輸入端使用的24V直流電源。輸入端子C24型的輸入端子有16點(diǎn)。輸入電壓范圍為直流1224V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。編程工具連接插座（RS422口）可用此插座經(jīng)專用外設(shè)電纜連接編程工具。波特率選擇開關(guān)有19200BPS和9600BPS兩檔，當(dāng)可編程控制器與外部設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的外設(shè)選定波特率。電位器（V0、V1）這兩個(gè)電位器可用螺絲刀進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)定。當(dāng)調(diào)節(jié)該電位器時(shí)，PLC內(nèi)部對(duì)應(yīng)的特殊數(shù)據(jù)寄存器DT9040和DT9041的內(nèi)容在0255之間變化，相當(dāng)與輸入外部可調(diào)的模擬量。C24有兩個(gè)（V0、V1）。I/O點(diǎn)狀態(tài)指示燈和擴(kuò)展單元接口插座用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)輸入觸點(diǎn)閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)于這個(gè)觸點(diǎn)編號(hào)的輸入指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮（下一排）；當(dāng)某個(gè)輸出繼電器接通時(shí)，對(duì)應(yīng)這個(gè)輸出繼電器編號(hào)的輸出指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮（上一排）。擴(kuò)展單元接口插座用于連接FP1擴(kuò)展單元及A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。152技術(shù)性能FP1C24的主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為16/8；最大I/O點(diǎn)數(shù)為104；運(yùn)行速度為16S/步；容量為2720步；基本指令數(shù)為80；高級(jí)指令數(shù)為111；內(nèi)部繼電器為1008點(diǎn)；特殊內(nèi)部繼電器為64點(diǎn)；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為144點(diǎn)；數(shù)據(jù)寄存器為1660字；特殊數(shù)據(jù)寄存器為70字；索引寄存器為2字；主控指令為32點(diǎn)；跳轉(zhuǎn)標(biāo)記數(shù)為64點(diǎn)；步進(jìn)數(shù)為128級(jí)；子程序個(gè)數(shù)為16個(gè)；中斷個(gè)數(shù)為9個(gè)程序；輸入濾波時(shí)間為1128MS。2PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)21可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則211控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則1最大限度地滿足被控對(duì)象的控制對(duì)象。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。2在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。212控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括（1）用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹。（2）PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）分配I/O點(diǎn)，繪制I/O連接圖。（4）設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制程序餓設(shè)計(jì)必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。（5）必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)（6）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。213控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。（2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。（3）選擇PLC系統(tǒng)。（4）分配PLC餓I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O連接圖。（5）進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制太的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。214編寫梯形圖的注意事項(xiàng)（1）輸入/輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、記數(shù)器等器件的觸點(diǎn)可以多次重復(fù)使用，無需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)。（2）梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈終止于右母線。觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。除步進(jìn)程序外，任何線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、高級(jí)指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時(shí)候都被執(zhí)行的程序段，可以通過特殊內(nèi)部常閉繼電器或一個(gè)沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點(diǎn)來連接。（3）在程序中，不允許同一編號(hào)的線圈兩次輸出。（4）不允許出現(xiàn)橋式電路。程序的編寫順序應(yīng)按自上而下、從左止右的方式編寫。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大右小”。215程序設(shè)計(jì)的步驟（1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程土，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。（2）設(shè)計(jì)梯形圖。這程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。（3）根據(jù)梯形圖編制程序清單。（4）用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查輸入的程序是否正確。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。（6）待控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。若未滿足要求，再?gòu)男滦薷某绦蚧驒z查接線，直到滿足為止。（7）編寫技術(shù)文件。（8）交付使用?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖如圖4所示。3自動(dòng)售貨機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)31仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中售貨機(jī)的分析由于售貨機(jī)的全部功能時(shí)在上位機(jī)上模擬的，所以售貨機(jī)的部分硬件是由計(jì)算機(jī)軟件來模擬圖4PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟替代的。如錢幣識(shí)別系統(tǒng)可以用按壓某個(gè)“仿真對(duì)象”輸出一個(gè)脈沖直接給PLC發(fā)布命令，而傳動(dòng)系統(tǒng)也是由計(jì)算機(jī)來直接模擬的，這些并不會(huì)影響實(shí)際程序的操作，完全能模擬現(xiàn)實(shí)中自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行。（1）試驗(yàn)狀態(tài)假設(shè)由于是在計(jì)算機(jī)上模擬運(yùn)行，試驗(yàn)中有一些區(qū)別于實(shí)際情況的假設(shè)，本試驗(yàn)中假設(shè)自動(dòng)售貨機(jī)只售8種商品。自動(dòng)售貨機(jī)可識(shí)別10元、5元、1元、5角、1角硬幣。自動(dòng)售貨機(jī)可退幣10元、5元、1元、5角、1角硬幣。自動(dòng)售貨機(jī)有液晶顯示功能。實(shí)驗(yàn)中售貨機(jī)忽略了各種故障以及缺貨等因素。（2）一次交易過程分析為了方便分析，我們以一次交易過程為例。初始狀態(tài)。由電子標(biāo)簽顯示各商品價(jià)格，顯示屏顯示友好界面，此時(shí)不能購(gòu)買任何商品。投幣狀態(tài)。按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值顯示屏顯示投入、消費(fèi)、余額數(shù)值，當(dāng)所投幣值超過商品價(jià)格時(shí)，相應(yīng)價(jià)格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購(gòu)買。購(gòu)買狀態(tài)。按下可以購(gòu)買的選擇按鈕，所選的商品出現(xiàn)在出貨框中，同時(shí)顯示屏上的金額數(shù)字根據(jù)消費(fèi)情況相應(yīng)變化。取走商品后出貨框消失。退幣按鈕。按下退幣按鈕，顯示退幣框，同時(shí)顯示出應(yīng)退幣值及數(shù)量。按下確認(rèn)鈕，則恢復(fù)初始狀態(tài)。到此為止，自動(dòng)售貨機(jī)的一個(gè)完整工作過程結(jié)束。32設(shè)計(jì)任務(wù)的確定在清楚自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行工作過程的基礎(chǔ)上，制定出設(shè)計(jì)方案，確定任務(wù)的目標(biāo)，以設(shè)計(jì)出合理的仿真系統(tǒng)。首先，應(yīng)該做上位機(jī)與下位機(jī)的任務(wù)分工上位機(jī)主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機(jī)則主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行資料的查找與收集。例如在進(jìn)行仿真界面的設(shè)計(jì)時(shí)可以去觀看一下真正售貨機(jī)的外觀，必要時(shí)可以借助一些宣傳圖片來設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的外型；在進(jìn)行PLC程序的編寫時(shí)需要先分配PLC的I/O點(diǎn)，確定上、下位機(jī)的接口。然后，分別對(duì)上、下位機(jī)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。最后，進(jìn)行上位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果與下位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)另外，上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作是密切配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對(duì)象都應(yīng)該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對(duì)象，利用PLC來控制這個(gè)仿真的自動(dòng)售貨機(jī)，仿真的自動(dòng)售貨機(jī)接受PLC的控制指令并完成相應(yīng)的動(dòng)作；另一方面，仿真界面中的仿真自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個(gè)仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關(guān)系。我主要是對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)中的下位機(jī)，也就是主要是對(duì)PLC在其中的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。仿真程序只做了解，雖然只做了解，但是也將在下面有所介紹。清楚了仿真實(shí)驗(yàn)的整體設(shè)計(jì)思路，下面就可以開始著手設(shè)計(jì)了。33程序設(shè)計(jì)部分這部分內(nèi)容是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主體部分。所要完成的任務(wù)是仿真系統(tǒng)的上位機(jī)與下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)，即在上述功能分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)。331程序設(shè)計(jì)說明下位機(jī)程序的編制則是利用松下PLC專用編程軟件FPWINGR完成的。在設(shè)計(jì)的過程中，就像上面所敘述的那樣，并非孤立地分別進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作，而是互相配合的。因此在以下的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中，并沒有將上位機(jī)的設(shè)計(jì)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)整體分開來寫，而是相互交替，同時(shí)盡量清晰地?cái)⑹?，在相?yīng)的設(shè)計(jì)部分中注明是上位機(jī)的設(shè)計(jì)還是下位機(jī)的設(shè)計(jì)。332PLC程序設(shè)計(jì)可以把一次交易過程分為幾個(gè)程序塊運(yùn)行初期電子標(biāo)簽價(jià)格的內(nèi)部傳遞；投幣過程；價(jià)格比較過程；選擇商品過程；退幣過程。（1）運(yùn)行初期電子標(biāo)簽價(jià)格的內(nèi)部傳遞程序的設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)運(yùn)行初期，要由PLC向仿真畫面相應(yīng)對(duì)象傳遞已經(jīng)存儲(chǔ)好的價(jià)格，還要給投入顯示、消費(fèi)顯示及余額顯示存儲(chǔ)器清零，同時(shí)也要給存儲(chǔ)退幣幣值的存儲(chǔ)器清零。程序編制過程中，要用到運(yùn)行初期閉合繼電器R9013、16位數(shù)據(jù)傳送指令FO,同時(shí)在上位機(jī)FORCECONTROL中，必須定義相應(yīng)的變量，來實(shí)現(xiàn)與PLC程序的對(duì)接。所定義的變量如表1所示。表1初始狀態(tài)變量表根據(jù)表1編制PLC程序如圖5所示。圖5運(yùn)行初期電子標(biāo)簽價(jià)格的內(nèi)部傳遞程序在梯形圖程序圖5中，系統(tǒng)初始化時(shí)，通過運(yùn)行初期閉合繼電器R9013在第一次掃描時(shí)將數(shù)值傳遞給上位機(jī)。給WR1WR11及SV0SV4賦初值，賦值功能通過高級(jí)指令FO實(shí)現(xiàn)。至于為什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20，在以后的程序中將介紹它們的作用。（2）投幣過程在投幣的過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應(yīng)的幣值，余額也增加同樣幣制。先建立變量表，在編寫程序。變量表如表2所示。對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖7所示。表2投幣過程變量表在圖中，當(dāng)按下投入1角時(shí)，相當(dāng)于讓R200接通，之所以用一個(gè)微分指令，就是要只在接通時(shí)檢測(cè)一次，不能永遠(yuǎn)加下去。投入1角要投入顯示、余額顯示都相應(yīng)增加相同數(shù)值，加法是由16位加法指令E20來實(shí)現(xiàn)的。投入5角、1元、5元、10元，原理同上。（3）價(jià)格比較過程價(jià)格的比較要貫穿實(shí)驗(yàn)過程的始終，只要余額大于某種商品價(jià)格時(shí)，就需要輸出一個(gè)信號(hào)，圖7投幣過程梯形圖提示可以購(gòu)買。這里只要選擇燈來代表此信號(hào)。所建立的變量表如表3所示。表3價(jià)格比較過程變量表根據(jù)變量表和控制要求編寫的程序如圖8所示。在梯形圖8中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)比較，用了一個(gè)特殊內(nèi)部繼電器R9010,在程序執(zhí)行過程中，R9010始終保持閉合，F(xiàn)60是16位數(shù)據(jù)比較指令，用它來比較余額和商品的價(jià)格，R900A是大于價(jià)格，R900B是等于標(biāo)志。當(dāng)余額大于等于某種商品價(jià)格時(shí)，程序使相應(yīng)的指示燈閃爍表示可以購(gòu)買該種商品。R9010F60CMP,WR3,WR4R900AY0R900BR9010F60CMP,WR3,WR5R900AY1R900BR9010F60CMP,WR3,WR6R900AY2R900BR9010F60CMP,WR3,WR7R900AY3R900BR9010F60CMP,WR3,WR8R900AY4R900BR9010F60CMP,WR3,WR9R900AY5R900B圖8價(jià)格比較過程梯形圖（4）選擇商品過程當(dāng)投入的幣值可以購(gòu)買某種商品時(shí)，按下相應(yīng)的“選擇”按紐即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時(shí)消費(fèi)顯示欄中顯示出已經(jīng)消費(fèi)掉的金額，余額也將扣除已消費(fèi)的幣值，接著余額繼續(xù)與價(jià)格相比較，判斷是否能繼續(xù)購(gòu)買。出現(xiàn)在出貨口的商品在沒有取走前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該商品代表已經(jīng)取走，出貨口中的商品隱藏。建立的變量表如表4所示。對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖9所示。表4選擇商品過程變量表在梯形圖9中，一是要使商品出現(xiàn)在出貨框中，二是要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部貨幣的運(yùn)算。以第一步為例，按下選擇01商品鍵，相當(dāng)于給R205加一個(gè)信號(hào)（只接受一次脈沖，所以用DF微分指令），當(dāng)YO接通01商品燈亮?xí)r，則系統(tǒng)顯示可以購(gòu)買01商品。由于取01商品R230是常閉觸點(diǎn)，故Y8輸出，代表在出貨框中出現(xiàn)01商品，購(gòu)買成功。當(dāng)按下取01商品按鈕時(shí)，R230斷開，不能輸出Y8，代表01商品被取走。內(nèi)部幣值的計(jì)算和是否取走商品無關(guān)，只要按下選擇按鈕，并且可以購(gòu)買此商品就要從余額中扣除相應(yīng)的金額，顯示消費(fèi)的幣值。加法由F20指令實(shí)現(xiàn)，減法由F25實(shí)現(xiàn)。R205Y0R230Y8DFY8R205Y0DF11F25,WR4,WR3F20,WR4,WR2R206Y1R231Y9DFY9R206Y1DF11F25,WR5,WR3F20,WR5,WR2R207Y2R232YADFYAR207Y2DF11F25,WR6,WR3F20,WR6,WR2R208Y3R233YBDFYBR208Y3DF11F25,WR7,WR3F20,WR7,WR2R209Y4R234YCDFYCR209Y4DF11F25,WR8,WR3F20,WR8,WR2R20AY5R235YDDFYDR20AY5DF11F25,WR9,WR3F20,WR9,WR2R20BY6R236YEDFYER20BY6DF11F25,WR10,WR3F20,WR10,WR2R20CY7R237YFDFYFR20CY7DF11F25,WR11,WR3F20,WR11,WR2圖9選擇商品梯形圖5退幣過程在退幣過程中，最主要的是完成退幣的運(yùn)算過程，根據(jù)結(jié)果輸出相應(yīng)的錢幣，退幣結(jié)束時(shí)還要使用到的某些寄存器重新賦零。所建立的變量如表5所示。對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖10所示。表5退幣過程變量表整個(gè)退幣過程在按下按鈕（即R20F接通時(shí)）時(shí)執(zhí)行，同樣也用到一個(gè)微分指令，在接收到信號(hào)時(shí)產(chǎn)生一次開關(guān)脈沖，進(jìn)而執(zhí)行一次其下面的指令。F32是除法指令，第一次將余額的幣值除以1000，商存儲(chǔ)于SV0中，作為退幣10元的輸出值。余數(shù)則存儲(chǔ)于特殊數(shù)據(jù)寄存器DT9015中，下次將不能被1000（10元）整除的余數(shù)除以100（5元），商且存儲(chǔ)于SV1中，余數(shù)繼續(xù)下傳，直至被1角除過，由于所投幣值最小是1角，并且商品價(jià)格也確定在整角，所以最終能被1角整除。在程序的初始化時(shí)曾給WR13、WR15、WR17、WR19和WR20賦零，WR13、WR15、WR17、WR19和WR20是程序的中間量，為的只是程序在使用過程中能穩(wěn)定執(zhí)行，避免出現(xiàn)退幣錯(cuò)誤。為什么要除以1000呢這主要是考慮到PLC的主要特點(diǎn)是執(zhí)行過程穩(wěn)定可靠，但執(zhí)行速度較慢。在計(jì)算時(shí)盡量將數(shù)值作為整數(shù)計(jì)算，因?yàn)槭窃谟?jì)算機(jī)上模擬，可以把一部分功能交由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，這里把1角當(dāng)作10、5角當(dāng)作50、1元當(dāng)作100、5元當(dāng)作500、10元當(dāng)作1000，可以避免把這些數(shù)據(jù)當(dāng)作有小數(shù)點(diǎn)的實(shí)數(shù)計(jì)算，這同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由計(jì)算機(jī)的任務(wù)將在以后敘述。退幣過程結(jié)束后，PLC要將寄存器中的數(shù)值置回原定的初值0，完成一次交易，防止下一次交易時(shí)出錯(cuò)。梯形圖36用來完成對(duì)數(shù)據(jù)的初始化。程序中分別將投入顯示、消費(fèi)顯示、余額顯示、10元存儲(chǔ)、5元存儲(chǔ)、1元存儲(chǔ)、5角存儲(chǔ)和1角存儲(chǔ)清零，還將中間量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5個(gè)過程，自動(dòng)售貨機(jī)的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售貨機(jī)實(shí)現(xiàn)各種要求的功能。圖10退幣過程梯形圖34仿真界面與PLC的配合定義在這一段中，將仔細(xì)分析仿真界面各部分是如何與PLC連接的。分析過程是按照一次交易的實(shí)際情況來進(jìn)行的，即由初始狀態(tài)、投幣狀態(tài)、購(gòu)買狀態(tài)、退幣狀態(tài)到交易結(jié)束。（1）初始狀態(tài)通過分析得知，當(dāng)電子標(biāo)簽顯示各商品的價(jià)格、顯示屏顯示友好界面時(shí)，不能購(gòu)買任何商品。因此先讓變量POIWINDOWS0系統(tǒng)默認(rèn)。電子標(biāo)簽中的字符J01以01商品為例對(duì)應(yīng)的變量JG01PV與PLC程序中的地址WR4相匹配，WR4中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為250，即讓字符顯示250元。對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖11所示（2）投幣狀態(tài)當(dāng)投幣時(shí)，按下“投幣”提示字，出現(xiàn)投幣框。如何定義“投幣”呢雙擊漢字“投幣”，來到“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“觸敏動(dòng)作”，在“動(dòng)作描述”框中做如下定義按下鼠標(biāo)時(shí)，POIWINJB1,POIWINJB這個(gè)變量是控制投幣框的，當(dāng)POIWINJB1時(shí)，出現(xiàn)錢幣和提示框；POIWINJB0R0F0MV,K0,WR1F0MV,K0,WR2F0MV,K0,WR3F0MV,K0,WR13F0MV,K0,WR15F0MV,K0,WR17F0MV,K0,WR19F0MV,K0,WR20F0MV,K0,SV0F0MV,K0,SV1F0MV,K0,SV2F0MV,K0,SV3F0MV,K0,SV4圖11數(shù)據(jù)初始化梯形圖時(shí)，錢幣和提示框隱藏。下面分別定義提示框和錢幣以及“確認(rèn)”按鈕，雙擊提示框，來到“動(dòng)畫連接”畫面，定義POIWINJB1時(shí)顯示，各硬幣也用同樣的方法定義，“確認(rèn)”按鈕也同樣定義，這樣就使在按下漢字“投幣”時(shí)，變量POIWINJB1，從而出現(xiàn)投幣框，以及硬幣等。我們只是定義了投幣框的顯示狀態(tài)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊代替了實(shí)際過程中的餓錢幣投入動(dòng)作，最重要的任務(wù)是投幣運(yùn)算，下面介紹錢幣的定義方法。以10元為例雙擊10元硬幣，開到“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，在動(dòng)作描述中如下定義按下鼠標(biāo)時(shí)，POIWINJB1；TR100PV1釋放鼠標(biāo)時(shí)，TR100PV0。其中POIWINJB1，是讓顯示屏不再顯示友好界面，來到交易界面；TR100PV1時(shí)給PLC發(fā)出一個(gè)接通信號(hào)，由于TR100PV對(duì)應(yīng)的PLC地址是R204，使得204繼電器導(dǎo)通，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的加10元程序。同樣定義其他錢幣，注意其對(duì)應(yīng)的PLC軟繼電器。最后還要定義“確認(rèn)”按鈕。要實(shí)現(xiàn)的功能是按下“確認(rèn)”按鈕時(shí)，所有的錢幣以及提示框均消失。當(dāng)投幣以后，顯示屏要及時(shí)反映出投幣情況，同時(shí)“選擇”指示也要相應(yīng)變化。下面來定義顯示屏和“選擇”按鈕。顯示屏要顯示3種數(shù)據(jù)，分別為投入顯示、消費(fèi)顯示、余額顯示。三種顯示均用力控軟件自帶的附件數(shù)碼管來顯示?，F(xiàn)在工具箱中點(diǎn)擊“選擇子圖框”，在子圖框中找到儀表中的數(shù)碼管，放在顯示屏中，作為投入顯示，再?gòu)?fù)制兩個(gè)，分別作為消費(fèi)顯示、余額顯示。雙擊數(shù)碼管來到數(shù)碼管屬性設(shè)置畫面，在表達(dá)式中作如下定義POITR001PV/100,POITR001PV連接的是PLC程序中的WR1軟繼電器，是用來存儲(chǔ)投入顯示數(shù)據(jù)的，除以100同樣是為了PLC數(shù)據(jù)計(jì)算的方便。這樣就可用數(shù)碼管來顯示投入的幣值。同樣定義消費(fèi)顯示，余額顯示?！斑x擇”按鈕要根據(jù)余額的數(shù)值發(fā)生閃爍和變色。定義過程如下雙擊“選擇”按鈕，來到“動(dòng)畫連接”畫面，在“顏色相關(guān)動(dòng)作”中選擇“閃爍”項(xiàng)，分別定義屬性和頻率，在變量選擇中選擇相應(yīng)的指示燈變量。以01商品的選擇指示燈為例，在變量選擇中選擇D01PV1，滿足條件時(shí)指示燈變色。這樣就定義好了投幣狀態(tài)的上位機(jī)仿真變量，配合PLC程序可以實(shí)現(xiàn)投幣功能。（3）購(gòu)買狀態(tài)定義了投幣狀態(tài)，就可以購(gòu)買商品了。當(dāng)選擇指示燈以后，按下它，在出貨口處出現(xiàn)我們要買的商品。這樣定義“選擇”按鈕雙擊“選擇”按鈕，來到“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，在動(dòng)作描述中如下定義按下鼠標(biāo)時(shí)XZ01PV1；釋放鼠標(biāo)時(shí)，XZ01PV0。XZ01PV與PLC程序中的R205相對(duì)應(yīng)，按下可以購(gòu)買商品的選擇鍵，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的PLC程序，同時(shí)消費(fèi)顯示增加相應(yīng)的幣值，余額顯示減少相應(yīng)的幣值，此時(shí)還要在出貨口出現(xiàn)相應(yīng)的商品，這時(shí)用“顯示/隱藏”功能來定義在出貨口中出現(xiàn)相應(yīng)的商品。以01商品為例，雙擊出貨口處的小商品，來到“動(dòng)畫連接”，選擇“顯示/隱藏”項(xiàng)，定義CX01PV1時(shí)顯示。出貨口框架的隱藏/顯現(xiàn)是用程序來控制的。當(dāng)有一種商品出現(xiàn)在出貨口，就會(huì)顯示框架；當(dāng)全部商品均消失后框架隱藏。程序如圖12所示。圖中R210是控制出貨口框架是否出現(xiàn)的繼電器。4退幣狀態(tài)當(dāng)按下“退幣”按鈕時(shí)，PLC要進(jìn)行退幣運(yùn)算。所以按下“退幣”按鈕就要與PLC通信，執(zhí)行退幣計(jì)算。下面來定義退幣按鈕。雙擊“退幣”按鈕，出現(xiàn)“動(dòng)畫連接”畫面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，動(dòng)作描述為按下鼠標(biāo)，POIWINJB0POIWINTB1；TENTERPV1。釋放鼠標(biāo)，TENTERPV0內(nèi)部變量POIWINJB1是讓投幣框消失，POIWINTB1是讓退幣框出現(xiàn)，TENTERPV與