【文章內(nèi)容簡介】 060 人 ,在歐洲每臺 50120人 ,而中國的人均擁有量卻很低 ,若按每臺 500人計(jì)算 ,中國城市人口 ,中國自動售貨機(jī)的潛在容量為 73 萬臺 ,以每天銷售 200 元計(jì) ,73 萬臺自動售貨機(jī)的全年銷售額可達(dá) 500 億。因此加快發(fā)展中國自動售貨業(yè) ,對提高投資效益具有重要的意義。 本次設(shè)計(jì)的主要目的能夠?qū)崿F(xiàn)自動售貨機(jī)的自動控制系統(tǒng)的 PLC 設(shè)計(jì)，進(jìn)一步增強(qiáng)和完善學(xué)生自我的創(chuàng)新與動手能力。主要內(nèi)容是首先整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)。包括投幣系統(tǒng)、 驗(yàn)鈔系統(tǒng)、交易系統(tǒng)以及退幣系統(tǒng)的制作，在某些環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的保護(hù)設(shè)置，這樣對機(jī)器本身和顧客都有了安全保障。其中錢幣裝置是售貨機(jī)的核心，其主要功能是確定 投入錢幣的真?zhèn)危诸愬X幣的種類，計(jì)算金額，在程序設(shè)計(jì)里都有介紹。 常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第二章 PLC 的概述 PLC 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)的繼 電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價(jià)格便宜，在一定的范圍內(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。但是機(jī)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，動作速度慢，功能少，難與現(xiàn)實(shí)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，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置， 1968 年美國通用汽車公司公開向社會招標(biāo)，對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盤 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爭 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)動接觸器、電磁閥等 9， 擴(kuò)展時(shí) 原 系統(tǒng)改變最小 10，用戶存儲器至少能擴(kuò)展到 4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要） 常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 PLC的定義 美國國際電工委員會（ IEC）在 1987 年對可編程序控制器作出以下定義：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器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)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活輸出，控制各種類型的機(jī)械或產(chǎn)生過程。可編程序控制器及其 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)展的原則而設(shè)計(jì)。 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)、計(jì)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 ”。 PLC的特點(diǎn) （ 1） 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 （ 2） 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng) （ 3） 編程方便，易于使用 （ 4） 功能完善 （ 5） 體積小，維護(hù)操作方便 （ 6） 易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 （ 7） 可實(shí)現(xiàn)三電一體化 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(jié)構(gòu)文本（ ST）。 PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 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)。 如圖 21 所示。 常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 21 PLC工作原理 （ 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)部件有條不紊的工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取出指令 和 執(zhí)行性指令。它的重要功能如圖 22 所示。 圖 22 結(jié)構(gòu)圖 （ 2）存儲器 PLC 的存 儲器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲器，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)。 而大部分使用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(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)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成 CPU 所能接受和處理的數(shù)字信號。 常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 （ 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。 （ 6） PLC 的基本工作原理 PLC 采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個(gè)程序 ,COU 從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，知道遇到結(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的掃描周期全過程如圖 23 所示。具體過程如下： （ 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）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 23 PLC的掃描周期 常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 PLC 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)。 對第一個(gè)問題，首先要對控制任務(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。控制系統(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)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)?PLC 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。所以一旦它們 是交流 22