【正文】 1 1 1第二章 控制系統(tǒng)的選定 2 控制系統(tǒng)的選擇 2 PLC的特點(diǎn) 3 PLC的主要功能 4 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理 4第三章 自動售貨機(jī)的功能分析 8 8 8第四章 PLC自動售貨機(jī)的硬件設(shè)計(jì) 11 11 11 12 13 13 PLC模塊選型，I/O分配表 14第五章 PLC自動售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 17 17 19 24總 結(jié) 25致 謝 26參考文獻(xiàn) 27附 錄 28附錄A梯形圖 28附錄B 指令表 34大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘要摘要本次設(shè)計(jì)課題是利用可編程控制器PLC對自動售貨機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其次，本設(shè)計(jì)用到了可編程控制器PLC，對PLC進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。軟件編程方面，用梯形圖對自動售貨機(jī)的一次售貨狀態(tài)進(jìn)行分析編程。隨著消費(fèi)者的不斷增加，消費(fèi)方式的不斷改進(jìn)，加上消費(fèi)場所更加的增多，人們對消費(fèi)方便性要求越來越高。張建龍?jiān)?009年就對新型自動售貨機(jī)進(jìn)行了研究論述，他先明確了如今消費(fèi)者的消費(fèi)要求，又了解了自動銷售機(jī)器的工作原理，然后通過這些對自動售貨機(jī)的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件電路且編寫了軟件程序[3]。社會上很多領(lǐng)域都在研究自動售貨機(jī)，其中在3個關(guān)鍵技術(shù)方面研究的居多：研究系統(tǒng)模塊如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)部銷售動作；研究如何實(shí)現(xiàn)對金額的結(jié)算和統(tǒng)計(jì)銷售信息；研究如何更環(huán)保更節(jié)能。本論文闡述了自動售貨機(jī)的運(yùn)行過程和基礎(chǔ)原理，依據(jù)對例子分析的方式，對自動售貨機(jī)中每部分的程序PLC編程進(jìn)行介紹。單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用便利，模塊化的實(shí)現(xiàn)方式；高可靠性，10^6 ~10^7小時(shí)連續(xù)工作無故障；處理能力強(qiáng)，速度反應(yīng)快；低電壓，低功耗，在便攜式產(chǎn)品生產(chǎn)反面使用方便；控制能力強(qiáng)；適應(yīng)各種工作環(huán)境。如果利用單片機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾性較差，并且還需要設(shè)計(jì)大量輸入、輸出的接口電路。不論是改造老設(shè)備改造，還是生產(chǎn)新的設(shè)備，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期的長短方面考慮，生產(chǎn)和設(shè)計(jì)周期越短越好，甚至希望能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)的同時(shí)就可以進(jìn)行安裝，同時(shí)進(jìn)行調(diào)試和生產(chǎn)[8]。即根據(jù)新的需要改寫PLC梯形圖，修改舊程序或加入新程序就可以實(shí)現(xiàn)。采納大規(guī)模集成電路方式生產(chǎn)模塊。梯形圖的程序原理有些像繼電器原理圖，看上去非常直觀易懂，即使是對計(jì)算機(jī)知識一知半解，有些電工方面知識的人都能短時(shí)間內(nèi)學(xué)會并使用。在PLC的控制下可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，模擬計(jì)算、報(bào)表生成等功能?，F(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)在PLC的輸入/輸出系統(tǒng)中就能有直觀的反映，且利用這些完成對機(jī)器的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控。 PLC的主要功能（1）邏輯控制功能邏輯控制功能就是用可編程控制器指令代替繼電器的連接方式，從而對開關(guān)實(shí)現(xiàn)動作。用步進(jìn)指令取代由硬件組成的步進(jìn)控制器，當(dāng)控制多道加工工序時(shí)，實(shí)現(xiàn)工序的逐條操作。（7）過程控制功能基于可編程控制器的PID控制程序來實(shí)現(xiàn)對一些物理變量的閉環(huán)控制。（9）遠(yuǎn)程I/O功能用輸入/輸出單元完成可編程控制器主機(jī)與遠(yuǎn)程輸入/輸出設(shè)備之間的連接，從而接受或傳出I/O信號，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理目前PLC種類非常多，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。輸入量就是指外部的各種傳送監(jiān)控變量，這些輸入量經(jīng)過可編程控制器外部輸入接口，變成為PLC的輸出量，各種控制PLC的外圍設(shè)備。(2) 存儲器PLC的存儲器分為兩大部分：一、系統(tǒng)存儲器。(4) 電源可編程控制器內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊，都是由外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換而成的。為每個程序編碼，CPU 是默認(rèn)的從第一次指令的執(zhí)行，根據(jù)定期掃描程序周期的序列號的指示，按照編碼的順序號進(jìn)行周期性的周而復(fù)始的掃描，一個周期即一次循環(huán)的過程。② 程序執(zhí)行階段在實(shí)施階段的項(xiàng)目，根據(jù)用戶輸入的控制程序，他閱讀了所有的項(xiàng)目和相應(yīng)的邏輯操作相關(guān)內(nèi)部輔助內(nèi)存和輸出狀態(tài)的第一個結(jié)果。因?yàn)樵赑LC一次掃描周期里只有一次輸入/輸出狀態(tài)更新，即每個掃描周期只有一個I/O，所以更新的I/O系統(tǒng)滯后，影響高速。這是因?yàn)樵谝粋€周期中， 可編程控制器大都是對外隔離的，只在刷新階段采集輸入數(shù)據(jù)。一、考慮可編程控制器的容量是多少，二、是考慮可編程控制器的外設(shè)要選擇那個廠家生產(chǎn)的。所以一個端口的電源是220V交流電，則必須有另外的輸出端口來供直流24V的負(fù)載使用。第二，參考以下2個內(nèi)容：（1）價(jià)格方面。普通的功能大多數(shù)的PLC都能具有，不過在有特別的要求時(shí)，就需要選用有能力控制任務(wù)的可編程控制器。人們可以看到現(xiàn)代化的自動售貨機(jī)被放在一些大的商店門口，在門口，繁忙的街道，公園和另外一些熱鬧的地方。對投入的貨幣自動運(yùn)算是自動售貨機(jī)的貨幣操作的最基本的功能，然后基于金錢價(jià)值確定能否消費(fèi)此種貨物，同時(shí)做出售貨行為[13]。自動售貨機(jī)應(yīng)該能夠識別售貨機(jī)內(nèi)所包含的商品；當(dāng)有人投幣時(shí)，能夠?qū)λ度氲腻X幣進(jìn)行累計(jì)并計(jì)算，并完成自動售貨機(jī)最基本的功能：通過消費(fèi)者投入的金額確定能否消費(fèi)此種貨物，同時(shí)發(fā)出相對的指示。對人投入的金額做出運(yùn)算，并根據(jù)輸入的數(shù)值判斷是否能購買，并做出銷售動作，這就是自動售貨機(jī)的基本功能[14]。當(dāng)有顧客對自動售貨機(jī)投幣后，自動售貨機(jī)的系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)已經(jīng)累計(jì)好的錢幣數(shù)據(jù)和三種飲料的價(jià)格進(jìn)行比較。買汽水和咖啡的操作原理和果汁相同。自動售貨機(jī)的售貨和退避功能還需要貨幣的識別系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)來完成。投幣框會在按下投幣按鈕后顯示，投幣顯示屏可以顯示投入、消費(fèi)以及剩余的數(shù)值，投入的金額大于或等于某飲料價(jià)格時(shí)，對應(yīng)的飲料購買按鈕指示等長亮，表示允許購買。按下此鍵，屏幕上出現(xiàn)應(yīng)退余額的數(shù)值。在此圖中，指示燈代表輸出。所以，我們應(yīng)該遵守下面四條基本規(guī)則，來設(shè)計(jì)可編程控制器的控制系統(tǒng)。保證設(shè)備的安全。這項(xiàng)研究的結(jié)果是要找到一種方法來減少管理控制軟件開發(fā)過程中的不確定性，減少編程和調(diào)試的時(shí)間以及他們的變化，增加自動化系統(tǒng)的靈活性，并通過模塊來實(shí)現(xiàn)軟件的可重用性。輸出設(shè)備，如繼電器，接觸器，致動部件，如燈和控制對象驅(qū)動輸出設(shè)備，諸如馬達(dá)，螺線管等?？刂葡到y(tǒng)的主要成分是PLC模塊。④ 控制程序的設(shè)計(jì)。⑤ 必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺⑥ 編制技術(shù)文件用來控制系統(tǒng)。不一樣的電機(jī)會在電路的控制下在不一樣的時(shí)候運(yùn)行。③ 如果啟動開始鍵，自動售貨機(jī)開始運(yùn)行。⑦ 系統(tǒng)會自動所放入的金額數(shù)，以確定是否足夠購買商品。或者按退幣選擇按鈕，余額全部退回。存儲器的大部分空間容量來存儲數(shù)據(jù)傳送、移位、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算、計(jì)時(shí)等指令。用戶存儲容量是PLC用于備份到存儲程序存儲器的容量，它的大小取決于用戶程序的長度。衡量PLC性能的一個重要指標(biāo)就是輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)。本設(shè)計(jì)在對飲料和余額款輸出是采用一個小型電機(jī)來控制的電磁閥門，指示燈的電源采用的是經(jīng)過變壓器變壓得到的安全可靠的24V電壓。首先本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是一個小型控制系統(tǒng)，其次本次所需的I/O點(diǎn)數(shù)差不多為32個。輸入端有啟動鍵，選擇鍵和退幣鍵；使用指示燈來顯示各項(xiàng)功能。為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能：⒈開發(fā)了模擬I/O端口、高速計(jì)數(shù)器等特殊功能模塊，滿足了更多不同的特殊需要。⒋在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信方面：為解決通信需要，F(xiàn)X系列連接到了世界上現(xiàn)在最受歡迎的開放網(wǎng)絡(luò)（CCLink，Profibus Dp和DeviceNet）。：圖6 自動售貨機(jī)工作框圖① 該自動售貨機(jī)可設(shè)置5角1元5元的硬幣和紙幣，根據(jù)今個販賣軟果汁、汽水以及咖啡。③ 如果可以購買汽水，那么汽水的指示燈就會變亮，按下選擇汽水的按鈕，汽水自動被放置到出貨口處。自動售貨機(jī)的一次交易過程分析⑴ 投幣后，對投入金額進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并存放的PLC中。⑸ 當(dāng)有剩余金額時(shí)，按下退幣的按鈕，系統(tǒng)將剩余金額轉(zhuǎn)換為5角或1元，退還到退幣口。觸點(diǎn)不能在右側(cè)。（4）橋是電路是不能夠存在的。當(dāng)自動售貨機(jī)工作室，如果有客戶支付,硬幣穿過傳感器需要真假辨別，然后再傳送給PLC進(jìn)行記幣。圖7 PLC計(jì)幣系統(tǒng)編程梯形圖由圖得知，每次投入的錢幣面額不同，記錄也不同，并且將金額的總數(shù)送到寄存器D0利寄存。系統(tǒng)在自動售貨機(jī)的整個售貨過程都在進(jìn)行價(jià)格比較。如圖8所示，是價(jià)格比較的系統(tǒng)梯形圖。比較余額和商品價(jià)格的指令是FNC10 CMP的16位指令。按下該產(chǎn)品選擇按鈕，貨物將被運(yùn)到取貨口。選購商品系統(tǒng)梯形圖如圖9 圖9 PLC進(jìn)行選購商品過程的梯形圖在選購系統(tǒng)的梯形圖中有兩部分：一部分是控制商品輸送的出貨柜中；第二部分是繼續(xù)進(jìn)行余額的計(jì)算和比較。這樣，以此購買的過程就完成了。 圖10送出機(jī)構(gòu)示意圖推拉桿和推拉銷經(jīng)過直線步進(jìn)電機(jī)的帶動，從而轉(zhuǎn)動槽輪。自動售貨機(jī)只要接收發(fā)送信號，直線步進(jìn)電機(jī)就會運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動推桿使槽輪上下擺動以此。當(dāng)顧客按下退幣按鈕，D0內(nèi)寄存的數(shù)據(jù)將除以10，結(jié)果的整數(shù)部分寄存在寄存器D1上，即所需退1元硬幣的個數(shù)；同時(shí)余數(shù)寄存在D2里，并在D2里除以5，得到的結(jié)果寄存在D3里，就是所需退出5角硬幣的個數(shù)。圖11 PLC進(jìn)行退幣過程的梯形圖其他系統(tǒng)包括兩個系統(tǒng)，一個是監(jiān)控系統(tǒng)，另一個是報(bào)警系統(tǒng)。報(bào)警系統(tǒng)有兩種情況：故障報(bào)警和非故障報(bào)警故障。指令表見附錄B。但是在設(shè)計(jì)方面，確實(shí)沒有想象的那么容易。隨著消費(fèi)者的不斷增加，消費(fèi)方式的不斷改進(jìn)，加上消費(fèi)場所更加的增多，人們對消費(fèi)方便性要求越來越高。其中研究自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)以單片機(jī)和PLC居多。本次設(shè)計(jì)使用的是PLC領(lǐng)域中最受歡迎的三菱FX2n系列的FX2N48型號。證明此次設(shè)計(jì)非常成功，操控反應(yīng)靈敏而且系統(tǒng)穩(wěn)定，在實(shí)際生產(chǎn)方面可以提供參考。這三個月的時(shí)間，李老師一直帶著我們一起完成設(shè)計(jì)，悉心的指導(dǎo)，耐心的教誨我們。這使我對畢業(yè)設(shè)計(jì)重新燃起了信心！再次感激李向軍老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，在以后的工作生活中我也一定銘記李老師對我的教誨。在編程中不斷消化吸收四年來所學(xué)的知識，并有了一定的沉淀。在此，真的非常感謝陪我在這次畢設(shè)中一路走來的老師和同學(xué)。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它 41