基于PLC的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 目 錄摘 要6第1章 任務(wù)與要求,81.1課題概述.81.2 設(shè)計內(nèi)容與要求81.3 FX2N-32MR產(chǎn)品說明8第2章 引 言.10 2. 1研究背景.102.2論文研究目標(biāo)和意義.12第3章 方案論證與設(shè)計.14 3.1 總體設(shè)計分析.14 3.2 方案的選擇與設(shè)計.14 3.2.1 繼電控制.14 3.2.2 單片機(jī)控制.15 3.2.3 PLC控制.15 3.3 方案確定.16第4 章 自動售貨機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計.17 4.1 硬件電路設(shè)計.174.1.1硬件系統(tǒng)組成.174.1.2 電氣設(shè)備的選擇17 4.2 軟件設(shè)計.19 4.2.1 自動售貨機(jī)控制要求.19 4.2.2 控

2、制流程圖.20 4.2.3 I/O分配表.21 4.2.4 硬件接線圖.22 4.2.5程序設(shè)計.23第5章 系統(tǒng)調(diào)試.275.1 調(diào)試設(shè)備.275.2 調(diào)試步驟.27第6章 心得體會（致謝）.29參考文獻(xiàn).30附表一： 梯形圖.31 摘 要在現(xiàn)如今社會的工業(yè)生產(chǎn)過程中，可編程邏輯控制器（PLC）是工業(yè)自動化生產(chǎn)的重要技術(shù)。本論文簡要介紹了可編程邏輯控制器的一些基本知識和基礎(chǔ)的用處，并介紹了PLC的技術(shù)特點，重點介紹了它的硬件、軟件和組態(tài)軟件的構(gòu)成，以及它們在工業(yè)自動化中的典型應(yīng)用，也粗略的介紹了PLC未來的一些情況。自動售貨機(jī)在我國有非常大的發(fā)展空間。本文介紹了自動售貨機(jī)的歷史進(jìn)程和現(xiàn)在的情

3、況。在這個畢業(yè)設(shè)計項目中，我查閱了大量的信息，并設(shè)計了基于PLC原理的自動售貨機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)自動售貨機(jī)的工作模式，把具體的售賣過程分成了幾個模塊：初始過程，過投幣操作，價格比較過程，選擇貨物的過程，以及提取硬幣的過程和最后的報警系統(tǒng)。并且我使用了梯形圖案來完成各種過程的編程。關(guān)鍵詞:自動售貨機(jī)；PLC；系統(tǒng)設(shè)計 ABSTRACTIn todays social industrial production process, programmable logic controller (PLC) is an important technology for industrial automation

4、 production. This paper briefly introduces some basic knowledge and basic uses of PLC, and introduces the technical characteristics of PLC, focusing on its hardware, software and configuration software, as well as their typical applications in industrial automation. It also briefly introduces some f

5、uture situations of PLC. Vending machines have great room for development in our country. This article introduces the history and current situation of vending machines. In this graduation project, I consulted a lot of information and designed a vending machine system based on PLC principle. Accordin

6、g to the working mode of the vending machine, the specific selling process is divided into several modules: the initial process, the coin-passing operation, the price comparison process, the process of selecting goods, the process of extracting coins and the final alarm system. And I used trapezoida

7、l pattern to complete the programming of various processes.Keywords: Vending machines; PLC； system design31第1章 任務(wù)與要求1.1課題概述本課題是對自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，首先對自動售貨機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單介紹，然后根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求對飲料自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)進(jìn)行分析，給出飲料自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路，并通過I/O列表、I/O接線圖、梯形圖、指令表等對其控制系統(tǒng)進(jìn)行了程序設(shè)計，控制程序經(jīng)上機(jī)調(diào)試運行，其結(jié)果基本符合要求。1.2 設(shè)計內(nèi)容與要求1）簡單介紹自動售貨機(jī)結(jié)構(gòu)；2）

8、分析自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)，確定其控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路；3）采用FX2N系列PLC作為飲料自動售貨機(jī)控制PLC，正確選取PLC型號，設(shè)計出其控制程序。4）控制程序上機(jī)調(diào)試。5）所設(shè)計的自動售貨機(jī)控制程序，應(yīng)符合飲料自動售貨機(jī)運行規(guī)則。如自動售貨機(jī)收到識別硬幣的信號后，自動進(jìn)行累計、外部金額顯示、顧客按鍵后自動推出商品和發(fā)出退幣找零等信號的電控系統(tǒng)。6）設(shè)計說明書要有硬件原理連接圖，I/O分配圖，程序梯形圖、指令表及相應(yīng)的說明。要求文字流暢，圖形清晰，便于閱讀。有條件的設(shè)計方案要求在實驗室驗證其正確性。1.3 FX2N-32MR簡單介紹FX系列PLC擁有無以匹及的速度，高級的功能邏輯選

9、件以及定位控制等特點；FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案的一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點的靈活輸入輸出組合。可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。程序容量：內(nèi)置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴(kuò)充至16K步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。特殊用途：脈沖輸出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脈寬調(diào)制，PID控制指令等。外部設(shè)備相互通信，串行數(shù)據(jù)傳送，ASCII code印刷，HEX ASCII變換，校驗碼等。

10、時計控制內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法、讀出、寫入等。我本次設(shè)計所選用的是三菱PLC-FX2N-32MR。32點，16輸入，16輸出的。 第2章 引 言2.1研究背景隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和勞動力成本的不斷提高，企業(yè)的大部分工作已經(jīng)開始朝著智能化和自動化的趨勢進(jìn)行。而自動售貨機(jī)可以在沒有地域限制的情況下一天24小時的工，在這種情況下，自動售貨機(jī)在各大城市達(dá)到很大的流行是理所當(dāng)然的了，其在日常中的使用也越來越多。從機(jī)器的角度來看，自動售貨機(jī)是一種集機(jī)器、電力和光技術(shù)于一體的自動化設(shè)備。這種設(shè)備可以在不受限制的條件下正確地銷售飲料、煙草、酒類、零食等豐富的產(chǎn)品。最初，自動售貨機(jī)主要用于公共場所和各

11、個城市的一些大型商業(yè)區(qū)。然而，近年來，自動售貨機(jī)在中國迅速發(fā)展，并逐漸出現(xiàn)在社區(qū)，學(xué)校，醫(yī)院等領(lǐng)域。政府也非常重視和支持自動售貨機(jī)，并將作為一個城市的重要的基礎(chǔ)設(shè)施來實施。自動售貨機(jī)使用范圍越來越大，并且現(xiàn)代社會也越來越需要它。但是以前的自動售貨機(jī)在使用進(jìn)程中遇到了很多的故障。因此對傳統(tǒng)自動售貨機(jī)的改進(jìn)已成為一個急需要解決的問題。第一個要修改的是自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的自動售貨控制系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，在應(yīng)用程序過程中存在兩個主要問題：一個是輸入和輸出接口需要做很多工作;另一個是系統(tǒng)的整體抗干擾性能很差。在遇到這種情況時，本次設(shè)計的改進(jìn)方法是用PLC技術(shù)取代單片機(jī)。 PLC技術(shù)也可叫做可編程

12、邏輯控制器。該控制器是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的高度集成產(chǎn)品。它最重要的的好處是可靠性高，編程簡單，維護(hù)方便。在這些控制器中，可以運行各種程序并且程序之間允許存在大量指令。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，自動控制等科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC已廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的諸多方面，對提高機(jī)械設(shè)備的控制和管理至關(guān)重要的作用。自自動售貨機(jī)是一種能夠自己就可以進(jìn)行商品零售工作的綜合設(shè)備。因此，其核心控制系統(tǒng)必須具有高可靠性，穩(wěn)定性，抗干擾性和高執(zhí)行效率的特點。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求；1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程邏輯控制器PDP14 ，在

13、美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程邏輯控制器，稱Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺PLC。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。個人計算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生

14、產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。2.2論文研究目標(biāo)和意義 自動售貨機(jī)是20世紀(jì)70年代在日本/歐洲和美國開發(fā)起來的的一種新型商業(yè)零售設(shè)備。它也被稱為24小時都可以營業(yè)的微型超市。在自動售貨機(jī)的顯示屏上操作，輸入產(chǎn)品編號和購買數(shù)量，并放入硬幣，貨物將從出口出來，甚至各種可以從食品自動售貨機(jī)購買各種海鮮。從自動售貨機(jī)的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在向技術(shù)密集型社會進(jìn)行轉(zhuǎn)變。大規(guī)模生產(chǎn)、大眾消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化需要新的分銷渠道來實現(xiàn)。而對比普通的超市，百貨商店和其他新的分銷渠道的流通，他們的勞動力成本持續(xù)上升，所以第一

15、臺自動售貨機(jī)的產(chǎn)生的必然的結(jié)果。該設(shè)計的主要目的是實現(xiàn)自動售貨機(jī)的自動控制系統(tǒng)的的PLC設(shè)計，進(jìn)一步增強(qiáng)和完善學(xué)生的自主創(chuàng)新和動手能力。主要內(nèi)容是首先整個控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，從硬件到軟件的資料收集，對一些硬件以及自動售貨機(jī)內(nèi)部接線電路都逐一進(jìn)行了研究學(xué)習(xí)。針對本課題研究的散裝飲料自動售貨機(jī)的具體的功能需求，以 PLC 為基礎(chǔ)建立起該機(jī)器主要模塊的控制系統(tǒng)。第三章 方案論證與設(shè)計3.1 總體方案設(shè)計分析自動售貨機(jī)是現(xiàn)我們當(dāng)代生活中存在的一種新的售賣模式，它本身能夠作為一種能夠獨立完成商品交易和公益服務(wù)的設(shè)施，其設(shè)計就必須達(dá)到比較高的自動化程度、標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)模式、結(jié)構(gòu)要緊湊、在時間和空間上沒有什么

16、特殊的需求、整體的外形尺寸以及外觀的造型與商品社會整體相和諧。自動售貨機(jī)根據(jù)其所售賣的商品的不同，采用的出貨機(jī)構(gòu)、貨物存放裝置等有很多的類型。3.1.2自動售貨機(jī)的主要工作過程及功能（1） 貨幣從投幣口投入，光電傳感器進(jìn)行貨幣數(shù)據(jù)信息采集，獲取人民幣面值，判別人民幣真?zhèn)巍＃?） 然后再將所獲信息傳遞給通信模塊， PLC主控系統(tǒng)接受通信模塊傳遞的信息，主控系統(tǒng)顯示人民幣面值，然后啟動面板按鍵，顯示出哪個貨道里有存貨，已售完的貨道是哪幾個，等待顧客通過按鍵選擇商品。（3） 自動售貨機(jī)自動把商品送出，然后等待顧客把選好的貨取走。（4） 然后售貨機(jī)顯示人民幣余額，若余額充足，顧客可選擇繼續(xù)選擇新商品或

17、找零；若余額不足或不想再購買其他商品，可延時退幣。（5）系統(tǒng)復(fù)位，完成售貨。（6） 當(dāng)選定商品后投入錢幣不足或識別出假幣，系統(tǒng)會啟動報警程序。3.1.2自動售貨機(jī)的整體結(jié)構(gòu)自動售貨機(jī)的整體外形接近于一個箱體，這個箱體由六部分組成。第一部分是箱體的正面及兩側(cè)外觀，在箱體的正上面是自動售貨機(jī)所售賣的商品的展示窗和每一種商品的價格標(biāo)簽，在每一種商品的價格標(biāo)簽之下設(shè)計了進(jìn)行商品選擇的按鈕；展示窗的下面分別是“投幣口，退幣按鈕。金額現(xiàn)實窗”；箱體的最下面是自動售貨機(jī)的退幣口和出貨口。箱體的兩側(cè)內(nèi)容是一樣的都包括兩部分；第一部分是對自動售貨機(jī)進(jìn)行銷售時的“投幣，金額顯示，推出商品，退幣”等每一個步驟的詳細(xì)

18、的操作說明和使用自動售貨機(jī)的一些注意事項；第二部分是對自動售貨機(jī)的商品的簡單介紹。第二部分是商品樣品的展示窗，這一部分是由五部分組成分別是：“透明有機(jī)板窗，樣品展示架，商品價格標(biāo)簽，選購按鈕，照明燈”。商品樣品展示窗在整個自動售貨機(jī)之中所起的作用與商店之中的柜臺的作用是相似，都是用于引導(dǎo)和吸引消費者進(jìn)行消費。樣品展示窗能夠被打開，當(dāng)自動售貨銷售的貨物發(fā)生變化時，可以打來樣品窗更改商品樣品和價格。第三部分是商品的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，這一機(jī)構(gòu)的作用是驅(qū)動提取機(jī)構(gòu)提取顧客選定的物品通過一系列的動作將物品傳送到出貨口。實現(xiàn)這一過程的難度主要在于不用的商品，大小不一其外包裝也存在極大的差別，因此一種提取機(jī)構(gòu)無法有

19、效的將物品傳送到出貨口，為解決這一問題本文在設(shè)計過程之中設(shè)計了多種商品提取機(jī)構(gòu)，能夠?qū)Σ捎?“袋，罐，箱，盒”等方式包裝的商品進(jìn)行有效的傳送。第四個部分是商品的存儲部分。在本文的設(shè)計之中為保證貨物能夠被傳送到出貨口采用了雙螺旋體的出貨結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了自動售貨機(jī)之中的商品被存儲在雙螺旋體之中。第五部分是錢幣識別系統(tǒng)，自動售貨機(jī)的錢幣識別系統(tǒng)由三部分組成：一是錢幣識別器；二是錢幣分類器；三是退幣機(jī)構(gòu)。這一系統(tǒng)能夠識別目前流通的1元，5角，1角硬件。第六部分是PLC控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控和實現(xiàn)自動售貨機(jī)的所有過稱。在自動售貨機(jī)之中PLC控制器的工作流程是當(dāng)有人選定購買的物品后提示商品價格，在

20、識別錢幣的信息之后，對商品的出售信息進(jìn)行記錄，與此同時向驅(qū)動機(jī)構(gòu)發(fā)出命令使其將客戶選定的商品傳送到出貨口，在完成這一步之后，如果消費者投入的金額數(shù)量與商品價格一致系統(tǒng)將初始化等待下一位消費者，如果消費者投入的金額大于所選商品價格，系統(tǒng)將進(jìn)行退幣操作，在退幣之后進(jìn)行初始化。PLC系統(tǒng)除具備控制自動售貨機(jī)進(jìn)行工作的功能外，還具備自動檢測故障和自動累計售出的能力。3.1.3自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理本文設(shè)計的自動售貨機(jī)在理論上能識別三種硬幣，分別是一元、5角、1角；一共出售的商品種類為5種；在消費者通過自動售貨機(jī)進(jìn)行消費時，自動售貨機(jī)能夠?qū)?元、5角、1角的硬幣退出。PLC控制系統(tǒng)自動售貨機(jī)之中的

21、工作原理是：當(dāng)有消費者確定自己想要購買的商品并在自動售貨機(jī)上按下商品的選擇開關(guān)，系統(tǒng)開始進(jìn)入工作狀態(tài)提示消費者應(yīng)該支付的金額，等到消費者開始投幣時，系統(tǒng)內(nèi)部的錢幣識別器將接受到的信息傳送給PLC控制器。PLC控制器內(nèi)部由設(shè)計者編寫的軟件開始開始運行，運行這些程序的目的的辨別錢幣的真?zhèn)魏蛶胖狄约耙还餐度氲慕痤~，在確定錢幣的正確數(shù)量之后，自動售貨機(jī)的外面將會顯示消費者投入的金額。此時PLC系統(tǒng)內(nèi)部的程序?qū)咽盏降挠矌趴傤~與商品的價格進(jìn)行對比，當(dāng)對比的結(jié)果表明投入的錢幣數(shù)量大于等于消費者選擇的商品價格時， PLC控制器將會向系統(tǒng)內(nèi)部的驅(qū)動機(jī)構(gòu)發(fā)送指令，自動售貨機(jī)內(nèi)部的驅(qū)動機(jī)構(gòu)接受到指令之后將把消費

22、者選定的商品傳送到系統(tǒng)的出貨口。當(dāng)這一操作結(jié)束之后，系統(tǒng)會自動提示消費余額，如果余額不為0系統(tǒng)會向消費者發(fā)出請求詢問“繼續(xù)消費”或者“退幣”；如果余額為0則會向消費者詢問“繼續(xù)消費”或“退出系統(tǒng)”。當(dāng)消費者投入的錢幣金額大于第一次購買商品的價格時，完成第一次購買之后，選擇退幣系統(tǒng)內(nèi)的錢幣識別系統(tǒng)將自動清零。這一個過程就是自動售貨機(jī)在實際的工作之中的基本控制原理。整個系統(tǒng)硬件組成如下圖： 3.1.4 控制系統(tǒng)設(shè)計原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（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PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：(1) 最大限度地滿足被控對象

23、的控制對象。設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計人員和實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，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。3.2 方案的選擇與設(shè)計3.2.1 繼電控制利用具有繼電特性的元件進(jìn)行控制的自動控制系統(tǒng)。所謂繼電特性是指在輸入信號作用下輸出僅為通、斷等幾個狀態(tài)的特性。繼電控制也稱通斷控制。例如，電爐溫度調(diào)節(jié)中根據(jù)爐溫是否超過規(guī)定值而斷開或接通電源。對于繼電控制型伺服系統(tǒng)，繼電控

24、制是指驅(qū)動電源的全部電壓按照控制偏差值符號的正負(fù)，正向或反向地加到執(zhí)行電動機(jī)上。為避免正反向之間的持續(xù)振蕩，在正向和反向之間常設(shè)置一個死區(qū)。繼電控制中使用的元件并不限于電磁式繼電器，也可用別的手段來實現(xiàn)繼電特性。例如，在雙位式溫度調(diào)節(jié)中，常采用雙金屬片作為敏感元件，溫度變化時雙金屬片因兩部分金屬的膨脹系數(shù)不同而彎曲變形，接通或斷開觸點。繼電控制系統(tǒng)的主要分析方法有相平面法和描述函數(shù)法。繼電控制的缺點：繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生

25、電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。3.2.2 單片機(jī)控制目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置 ，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 3.2.3

26、PLC控制 在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可編程控制器(PLC)作為自動控制以成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)，同時也給工業(yè)控制帶來了前所未有的非凡變化。使用PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的用繼電器的工業(yè)控制系統(tǒng)相比，在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有無法比擬的優(yōu)點。 可編程序控制器的優(yōu)勢、特點及功能：可編程控制器以體積小功能強(qiáng)大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。1、 閉環(huán)過程控制2、 運動位置控制3、 生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理4、 網(wǎng)絡(luò)特性3.2.4高級指

27、令高級指令的基本概念:高級指令是由高級指令編號、指令助記符和操作數(shù)組成。高級指令編號:高級指令編號用于輸入高級指令。指令助記符:指令助記符用于表示各指令的處理內(nèi)容。操作數(shù):操作數(shù)用于指定存放處理方式、處理數(shù)據(jù)的存儲區(qū)地址等內(nèi)容,各指令的操作數(shù)的數(shù)量不同。在此實驗中的應(yīng)用:由于該實驗要頻繁使用加計數(shù)、減計數(shù),并要自動保存當(dāng)前的累積值,用簡單的觸發(fā)脈沖與計數(shù)器實現(xiàn)較為復(fù)雜,而用高級指令中的數(shù)據(jù)傳輸指令、16位數(shù)據(jù)加法指令、16位數(shù)據(jù)減法指令將能一步實現(xiàn)投幣、買商品、退幣。以DT0代表用于存儲數(shù)據(jù)的目的區(qū),可以實現(xiàn)一個變量對變化的數(shù)據(jù)的控制,并且通過比較指令對DT0進(jìn)行限制可以方便的將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼

28、顯示器上。3.3 方案確定PLC控制比繼電控制在邏輯上更改方便、控制速度更高、更靈活且便于維護(hù)。PLC是建立在單片機(jī)上的產(chǎn)品。單片機(jī)是一種集成電路，不具可比性。單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個特例。從工程角度上說：對于單項或重復(fù)極少的項目，采用PLC是更明智、快捷的途徑。功率高，可靠性好！通過對各種控制的優(yōu)缺點分析，各適用于不同控制要求的場合。對于自動售貨機(jī)的設(shè)計來說。要求控制速度快、靈活、可靠性高、易于維護(hù)和改動、屬于單項重復(fù)數(shù)少的項目。用PLC來控制是最好的選擇。但分析各種廠家生產(chǎn)的PLC我選用了三菱FX2N-32MR型plc來進(jìn)

29、行自動售貨機(jī)的控制。使用的大體硬件架構(gòu)為：數(shù)據(jù)采集模塊的功能是通過光電傳感器把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，然后通過 A/D 轉(zhuǎn)換傳給 PLC的 CPU；識別模塊是將 A/D 轉(zhuǎn)換器傳送過來的數(shù)字信號與系統(tǒng)內(nèi)人民幣標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做比較，做出相應(yīng)的判斷；通信模塊是負(fù)責(zé)PLC主控系統(tǒng)與識別模塊之間的數(shù)據(jù)通信；PLC主控系統(tǒng)是控制自動售貨機(jī)各個部分的運行及完成各部分的交互通信。 第4章 自動售貨機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 硬件電路設(shè)計 4.1.1 硬件系統(tǒng)組成 1）主控制板2）溫控模版溫度采集加熱制冷等3） 貨幣識別模塊在投入貨幣之后，系統(tǒng)會用紅外線識別器識別貨幣的面額。4） 銷售模塊在顧客選擇商品時，用電機(jī)驅(qū)動

30、相關(guān)的硬件設(shè)施送出相應(yīng)的商品。在退幣時驅(qū)動電機(jī)完成退幣動作。完成銷售過程。 4.1.2 電氣設(shè)備的選擇 在整個硬件控制中包括各種電氣設(shè)備：斷路器、接觸器、繼電器、隔離開關(guān)、熱繼電器、和電動機(jī)。繼電器的選用原則：(1)按使用類別選用：中小型工廠的生產(chǎn)實際，90kW及以下的籠型電動機(jī)占全廠電機(jī)總數(shù)的90以上，基本屬于按AC-3使用類別選用。(2)確定容量等級：接觸器的容量即主觸頭在額定電壓等技術(shù)條件下，其額定電流的確定，應(yīng)注意如下幾點：工作制及工作頻率的影響：選用接觸器時，應(yīng)注意其控制對象是長期工作制，還是重復(fù)短時工作制。在操作頻率高時，還必須考慮電弧能量的影響。在水泥廠屬于長期工作制，但操作頻率

31、不高，應(yīng)盡可能選用銀、銀合金或鑲銀觸頭的接觸器，如CJ20型系列產(chǎn)品。環(huán)境條件的影響：在水泥廠，生產(chǎn)流程的環(huán)境是比較惡劣的，粉塵污染嚴(yán)重，通風(fēng)條件差，工作場所溫度較高。因此，對接觸器的選擇宜采取降容使用的技術(shù)措施。熱繼電器的選用原則：熱繼電器主要用于保護(hù)電動機(jī)的過載，為了保證電動機(jī)能夠得到既必要又充分的過載保護(hù)，就必須全面了解電動機(jī)的性能，并給其配以合適的熱繼電器，進(jìn)行必要的整定。一般涉及到電動機(jī)的情況有工作環(huán)境、起動電流、負(fù)載性質(zhì)、工作制、允許的過載能力等。原則上應(yīng)使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動機(jī)的過載特性，或者在電動機(jī)的過載特性之下，同時在電動機(jī)短時過載和起動的瞬間，熱繼電器應(yīng)

32、不受影響(不動作)。 熱繼電器用以保護(hù)反復(fù)短時工作制的電動機(jī)時，熱繼電器僅有一定范圍的適應(yīng)性。如果每小時操作次數(shù)很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。 對于正反轉(zhuǎn)相通斷頻繁的特殊工作制電動機(jī)，不宜采用熱繼電器作為過載保護(hù)裝置，而應(yīng)使用埋入電動機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護(hù)。電動機(jī)的選用原則：1）電動機(jī)的機(jī)械特性、啟動、制動、調(diào)速及其它控制性能應(yīng)滿足機(jī)械特性和生產(chǎn)工藝過程的要求，電動機(jī)工作過程中對電源供電質(zhì)量的影響（如電壓波動、謝波干擾等），應(yīng)在容許的范圍內(nèi)；2）按預(yù)定的工作制、冷卻方法基輔在情況所確定的電動機(jī)功率，電動機(jī)的溫升應(yīng)在限定的范圍內(nèi)；3）根據(jù)環(huán)境條件、運行條件、安裝方式、傳

33、動方式，選定電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、安裝、防護(hù)形式，保證電動機(jī)可靠工作；4）綜合考慮一次投資幾運行費用，整個驅(qū)動系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、合理、可靠和安全。4.1.3數(shù)據(jù)采集及紙幣識別在錢幣通道上、下設(shè)有特殊光發(fā)光部件和接收部件，當(dāng)錢幣通過時，接收部件將檢測到的光信號傳給A/D轉(zhuǎn)換器。在系統(tǒng)中設(shè)三路發(fā)光/接收電路。為能完成人民幣的準(zhǔn)確快速識別，對紙幣圖像進(jìn)行預(yù)處理。圖像傾斜常常會影響圖像定位和待識別信息的提取。因此需對圖像的傾斜進(jìn)行矯正。二值化處理可把灰度圖像信號處理為二值（0，1）數(shù)字信號。二值化法有整體閾值法和自適應(yīng)動態(tài)閾值法。紙幣圖像實際處理是比較復(fù)雜的，為了更準(zhǔn)確無誤的對質(zhì)量差的紙幣圖像進(jìn)行處理，常采用動

34、態(tài)閾值法。通常對以下5 種人民幣：第 4 版 10 元和 5 元及第 5 版 10 元、5 元和 2元的長和寬的尺寸進(jìn)行信息采集，應(yīng)用模糊邏輯推理法進(jìn)行紙幣面值的分類。獲得紙幣面值后，再對其進(jìn)行紙幣正反面和正反向的識別，并對紙幣真假進(jìn)行識別。4.1.4通信模塊的設(shè)計如今，自動售貨機(jī)對主控制器的要求越來越高，設(shè)計了一種實用，簡單，穩(wěn)定的內(nèi)部通信總線協(xié)議，可以大大提高自動售貨機(jī)的運行效率。可以使用歐洲自動售貨機(jī)制造商協(xié)會（EVMMA）的MDB / ICP總線協(xié)議。它可協(xié)調(diào)主控制器 （MMC）與多個外設(shè)之間通信。MDB 是主從串行總線接口，波特率為9 600。所有外圍設(shè)備均為主控制器的從機(jī)。所有外圍

35、設(shè)備與主控制器之間的通信方式都一致。在MDB 總線上，VMC（自動售貨機(jī)控制器） 通過廣播方式向外設(shè)發(fā)送命令。發(fā)送指令后，外設(shè)應(yīng)答VMC的指令，VMC將再通過發(fā)送一個字節(jié)應(yīng)答外設(shè)傳回的數(shù)據(jù)。4.2 軟件設(shè)計4.2.1 自動售貨機(jī)控制要求1. 投幣類型分為1元、5元、10元、20元、50元2. 各種紙幣各一個投錢處3. 分為數(shù)種飲商品，分別設(shè)計不同的價格。4. 當(dāng)錢數(shù)大于3時汽水燈亮5. 當(dāng)錢數(shù)大于4時汽水、可樂燈亮6. 當(dāng)錢數(shù)大于5時汽水、可樂、牛奶燈亮等等7. 按下飲料的按鈕，電動機(jī)得電指示燈亮，相應(yīng)飲料的燈閃。錢數(shù)減去飲料錢數(shù)，等閃爍3秒，出貨結(jié)束。8.按下退幣錢退出1元硬幣4.2.2 P

36、LC自動售貨機(jī)流程圖4.2.3 I/O分配表輸入符號功能地址輸出符號功能地址SB11元X0HL1汽水顯示燈Y0SB25元X1HL2可樂顯示燈Y1SB310元X2HL3牛奶顯示燈Y2SB420元X3HL4咖啡顯示燈Y3SB550元X4HL5紅茶顯示燈Y4SB6汽水按鈕X5YV1汽水電磁閥Y5SB7可以按鈕X6YV2可樂電磁閥Y6SB8牛奶按鈕X7YV3牛奶電磁閥Y7SB9咖啡按鈕X10YV4咖啡電磁閥Y10SB10紅茶按鈕X11YV5紅茶電磁閥Y11SB11退幣按鈕X12YV6退幣電磁閥Y124.2.4 硬件接線圖4.2.5程序設(shè)計程序設(shè)計可分為6個部分。分別為：1啟動清零部分、2投幣部分、3表

37、示可購買顯示部分、4選擇飲料部分、5貨幣相減部分、6退幣部分和7報警系統(tǒng)。1） 啟動清零 M8002為初始脈沖。當(dāng)PLC從STOP撥到RUN時接通瞬間。自動初始清零。 指令表：2） 投幣部分。 當(dāng)有顧客購買時，每投入一次錢幣都得經(jīng)過感應(yīng)器進(jìn)行真假分別后，再給PLC進(jìn)行計幣的指令。當(dāng)發(fā)現(xiàn)偽幣時，感應(yīng)器不給PLC累計投幣值的指令，同時自行退出偽幣。而當(dāng)PLC接收到感應(yīng)器傳來的記錄投幣的指令時，PLC自動把接收來的貨幣對應(yīng)的數(shù)據(jù)累加到寄存器D0中。 用PLS上升沿觸發(fā)投幣。用ADD指令作加法運算。 指令表： 3）表示可購買顯示部分。在整個實驗過程中，價格的比較是一直存在的。只要余額大于某種商品的價格

38、，就需要一個信號來表明可以進(jìn)行購買。投幣完成后，系統(tǒng)會將D0內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的飲料價格進(jìn)行比較：當(dāng)投幣小于價格，則沒有可購買的商品指示燈亮，表示所投錢幣不能購買任何東西，此時可以繼續(xù)投幣或退幣；只有投幣是商品價格或以上時會見到商品選擇的指示燈長亮，此時可以選擇購買或退幣；同樣，大于這個商品的價格的就會出現(xiàn)其他商品的信息，這時候就可以選擇購買或退幣。 用 D1 K3 比較指令，當(dāng)D1K3輸出。 指令表：4）飲料選擇部分（購買、出貨） 當(dāng)輸入的貨幣價值可以購買某個產(chǎn)品時，即產(chǎn)品下的相應(yīng)指示燈會點亮，這時候按下相應(yīng)的“選擇”按紐就能夠在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時消費顯示欄中顯示出扣除已經(jīng)消費掉的

39、金額的余額幣值，接著余額繼續(xù)與價格相比較，判斷是否能繼續(xù)購買。若余額還能符合上面比較過程的條件時，相應(yīng)商品的指示燈還會亮的，不然燈不亮了。 Y0：可購買汽水 X5：選擇汽水 Y5：輸出汽水。當(dāng)按下購買的按鈕之后，相應(yīng)的商品指示燈閃爍，同時排出商品。3秒后，貨物排出完畢、相應(yīng)指示燈停止閃爍。 指令表： 5）貨幣相減部分 這里使用了SUB減法運算用于計算投幣額與商品價格之差。 指令表：6）退幣部分 系統(tǒng)可在顧客購買完飲料后退回余幣。按下退幣按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D0內(nèi)的幣數(shù)除以10，商的整數(shù)部分就是需要退回 1 元硬幣的個數(shù)并儲存在D1上，余數(shù)就自動的默認(rèn)在D2上；再把D2的數(shù)據(jù)除以5，商的整數(shù)部分就

40、是需要退回1元的個數(shù)，并儲存在D3中（這里由所可投的貨幣限制來看，1 元個數(shù)就只有兩種情況，0 或 1，故在選PLC時可以只給這里的留一個端口就行了。）選擇退幣的同時起動2個退幣電動機(jī)。2個感應(yīng)器開始記數(shù)，當(dāng)感應(yīng)器記幣的個數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器的退幣數(shù)時，退幣電動機(jī)停止運轉(zhuǎn)。 按下退幣按鈕X12（機(jī)械自鎖按鈕）后，當(dāng)D1大于1時，M61得電。D1等于1時，M62得電。執(zhí)行DECP指令（減1）、并輸出。退幣線圈Y12得電。退幣完成后，把X12按鈕復(fù)位，完成售貨。 指令表：7）報警系統(tǒng)當(dāng)所選項目的硬幣不足或者識別器識別出偽造貨幣時，系統(tǒng)將啟動報警的程序。此時，如果按下購買按鈕X3，則通過傳送命令將D1的

41、值分配為1，并且當(dāng)由模擬軟件GTDesigner2設(shè)置D1的值時，顯示警報窗口頁面并顯示余額，并迅速顯示提示要付款。第5章 系統(tǒng)調(diào)試正確的調(diào)試系統(tǒng)可以使每個模塊的電路正常工作，才能實現(xiàn)高穩(wěn)定的顯示。該程序首先使用M8002進(jìn)行自動清算。硬幣由PLS的上升沿觸發(fā)。使用ADD指令累加貨幣并將數(shù)據(jù)存儲在D1數(shù)據(jù)存儲器中。用 D1 K3指令來表示可買的物品。還使用了T計時器用于計時。使用減法命令執(zhí)行貨幣減法和貨幣提取退換的程序。完成整個自動售貨的程序。 正確的編寫程序是調(diào)試成功的關(guān)鍵。下面就要說說調(diào)試所用到的設(shè)備和過程。5.1調(diào)試的設(shè)備三菱FX2N-32型PLC一臺接觸器5臺指示燈10個電機(jī)5臺熱繼電

42、器一個5.2調(diào)試步驟一：硬件調(diào)試根據(jù)相關(guān)要求連接繼電器，熱繼電器和有關(guān)的貨物輸出電機(jī)；檢查繼電器的觸點有沒有問題。沒問題的話就正確接線。檢查電機(jī)不可以正常的工作。將熱繼電器連接到電路里。二：軟件調(diào)試編寫PLC程序后，要先仔細(xì)檢查程序并更正程序中的錯誤。必須首先在實驗室中模擬和調(diào)試用戶程序，而不需要PLC的實際負(fù)載（例如接觸器，電磁閥等）。也可以根據(jù)功能圖用開關(guān)或按鈕來進(jìn)行實際反饋信號的模擬。在調(diào)試中，應(yīng)充分考慮各種可能情況的發(fā)生。系統(tǒng)的每個不同的工作模式，功能圖的每個分支，以及各種可能的路徑都應(yīng)該逐一檢查，不應(yīng)有任何遺漏。如果有問題，梯形圖和PLC程序應(yīng)該要及時修改，直到輸入數(shù)量和輸出數(shù)量之間的關(guān)系完全滿足各種可能情況下的要求。如果程序中的某些定時器設(shè)