【文章內(nèi)容簡介】 機械故障等，經(jīng)營者普遍采用人工定時巡回視察的管理辦法，既費時費力，又無法及時準確獲取自動售貨機狀態(tài)報告，給經(jīng)營者增加了管理成本和難度，也有可能給消費者的正常消費造成不便。 本系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)可以使自動售貨機的經(jīng)營者可以根據(jù)網(wǎng)絡統(tǒng)計的銷售狀況進行商品銷售狀況分析，預測商品的銷售走勢，確定合理的采購和配送策略，德州學院 機電工程系 2020 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 以期獲得最高的投資回報率。同時售貨機的一些故障信息和警報信息可以實時的傳送到相應運營人員，從 而可以在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問題。 自動售貨機設計的主要內(nèi)容 （ 1） 此自動售貨機可以投入五角 、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，自動售貨機將退還所投 硬 幣； （ 3） 當投入硬 幣的總值等于或才超過物品價值時，對應的物品指示燈亮 綠燈 ； （ 4） 當物品對應的指示燈亮綠燈時，按下按下相應的按鍵，相應的物品排出，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 會自動 將余款退還顧客； （ 6） 當顧客成功購買完一件物品后 20 秒無操作， 自動售貨機 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 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） 當物品不足時，對應的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應的按鍵無反應（不出物品，不減余額），并向總部發(fā)送所缺物品。 自動售貨機設計的基本思路 本次設計的題目是自動售貨機，主要是應用西門子 S7200 型 PLC 的梯形圖來設計控制程序，并簡單介紹相關的知識，如： PLC 的定義、 PLC 的 編程語言 、 PLC的硬件組成等。根據(jù)設計內(nèi)容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再 根據(jù) PLC的相關知識設計出它的外部接線圖，結合梯形圖和外部接線圖分析說明該設計的控制原理過程。 本次設計的重要部分是第三章的設計部分，即自動售貨機梯形圖的設計。首先就得根據(jù)設計內(nèi)容和控制要求準確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準確設計出它的梯形圖，這樣才能真正理解本次智能搶答器的控制原理。 德州學院 機電工程系 2020 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 2 PLC 的概述 PLC 的定義 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令， 并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 PLC 的簡介 PLC 是以 CPU 為核心，綜合了計算機技術和通信技術發(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)字設備公司等。還有德國的西門子，荷蘭的飛利浦，香港的鷹達等公司也是很有名氣的。日本三菱電機公司（ MITSUBISHI）于 1971 年開始研制 PLC，目前主要有F1,F2,FX,K,A 等十幾個系列幾十種產(chǎn)品 ， 在我國（主要是華東和華南地區(qū)）的工業(yè)控制領域具有一定的市場占有率。 PLC 的工作原理 PLC 的工作原理與計算機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，通過運行應用程序完成用戶任務。 PLC 通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復不停地分階段處 理各種不同的任務（見圖 1）。但是 PLC 也有它自己的特點， PLC 在確定了工作任務，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工 作方式，系統(tǒng)工作任務管理及應用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的 。 德州學院 機電工程系 2020 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 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，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(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，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （ 3） 輸出刷新階段 當所有指令執(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)動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實際輸出。 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 處理任務 圖 1 各階段 德州學院 機電工程系 2020 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 圖 2 PLC 的掃描全過程 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 /輸出設備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機等外部設備，其硬件構成圖如 圖 3。 圖 3 PLC 硬件結構圖 德州學院 機電工程系 2020 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 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 種：梯形圖（ LAD）、語句表（ STL）、順序功能圖（ SFC）、功能塊圖（ FBD）和結構文本（ ST）。 PLC 的特點 （ 1）抗干擾能力強，可靠性好 I/O 系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。 （ 2）控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強 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、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。 （ 5）設計、施工、調(diào)試、的周期短 PLC 采用模塊化積木式結構，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。 （ 6）體積小，維護操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 （ 7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡化 PLC 可連成功能很強的網(wǎng)絡系統(tǒng)。 （ 8）可實現(xiàn)三電一體化 PLC 將電控 （邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結（運動控制）這三電集于一體。德州學院 機電工程系 2020 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 3 自動售貨機的設計 西門子 S7200 PLC 特點 機械結構特點 （ 1）體積小 （ 2）重量輕 （ 3） DIN 導軌安裝和安裝孔 電氣結構特點 （ 1）免維護性 （ 2）內(nèi)配 24V/180mA 或 280mA 直流 （ 3）靈活中斷輸入 （ 4）便于擴展 （ 5）沒配有高速計數(shù)器 （ 6）模擬電位器外部設定 （ 7） CPU214 還有脈沖輸出、實時時鐘等功能； CPU215/CPU216 在此基礎上還有 PID 指令、通訊能力強等特點 自動售貨機設計軟元件 定時器 定 時器是 PLC 中重要的編程元件，是累計時間增量的內(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， 失電時，常閉觸點閉合，常開觸點打開 ； 定時器得電時，常閉觸點打開，常開觸點閉合 。定時器的當前值 、 設定值均為 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 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 Txxx， PT 保持型接通延時定時器 BITIM OUT 起動間隔定時器 CITIM IN,OUT 計算間隔定時器 數(shù)學運算指令 在梯形圖中，整數(shù)、雙整數(shù)與浮點數(shù)的加、減、乘、除指令（見表 2）分別執(zhí)行下列運算： IN1+IN2=OUT， IN1— IN2=OUT， IN1*IN2=OUT， IN1/IN2=OUT。 德州學院 機電工程系 2020 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 表 2 加減乘除指令 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