【文章內容簡介】 的任務完成各種運算和操作。 （ 4）將存于寄存器中的處理結果送至輸出端。 （ 5）應各種外部設備的工作請求。 編 程 器輸入單元用 戶 程 序 存 儲 器系 統(tǒng) 程 序 存 儲 器中 央 處 理 單 元電 源輸出單元繼 電 器 觸 點按 鈕行 程 開 關接 觸 器 線 圈指 示 燈電 磁 閥 線 圈圖 21 PLC 硬件結構圖 第 6 頁 共 35 頁 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)內部數(shù)據(jù)。 二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 輸入輸出接口電路 PLC 通過輸入輸出（ I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設備的連接。輸入接口通過PLC 的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設備的控制信號，并將這些信號轉換成 CPU 所能接受和處理的數(shù)字信號。 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)壓等處理后轉換成滿足 PLC 的 CPU、存儲器、輸入輸出接口等內部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 輸入輸出 I/O 擴展接口 若主機單元的 I/O 點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將 I/O 擴展單元與主機單元相連接。 PLC 的基本工作原理 可編程控制器的等效電路 PLC 的等效電路分為三部分： （ 1）輸入部分，這部分的作用是收集被控設備的信息或操作指令輸入端子是 PLC 與外部開關、敏感元件等交換信號的端口。 （ 2）內部控制電路。這部分由用戶根據(jù)實際的控制要求編寫程序組成，其作用是按 用戶程序的控制要對輸入信息進行運算處理，判斷哪些信號需要輸出，并將得到的結果輸出給負載。 （ 3）輸出部分。這部分的作 用是驅動外部負載。輸出端子是 PLC 向外部負載輸出信號的端子， PLC 輸出繼電器觸點與輸出端子相連，通過輸出端子驅動外部負載，如接觸器驅動線圈、信號燈、電磁閥等。 可編程控制器的工作方式 PLC 采用的是串行循環(huán)掃描的工作方式，大致分為三個階段： （ 1）輸入采樣階段 。在第 N 個掃描周期，首先進行的是讀入現(xiàn)場信號，PLC 依次讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)并將它們存入寄存器內，輸入采樣結果后，如果輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， PLC 不再響應，輸入寄存器中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)保持不變，要等到 N+1 個掃描周期才能讀入。 （ 2）用戶程序執(zhí)行階 段。 CPU 將指令逐條調出并執(zhí)行，其過程是從梯形 第 7 頁 共 35 頁 圖的第一個梯級開始自上而下依次掃描用戶程序，在每一個梯級，又總是按先左后右、先上后下的順序掃描。 （ 3）輸出刷新階段。 CPU 將輸出映像寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳送到輸出鎖存器，在經(jīng)過輸出電路的隔離和功率放大，轉換成合適的電壓、電流或脈沖信號，驅動接觸器、電磁鐵、電磁閥等執(zhí)行器，此時才是 PLC 的正真輸出。 掃描周期 掃描周期會因為中斷處理、診斷和故障處理等事件兒延長，為了縮短時間，可以采用“將不執(zhí)行的任務轉為待機”或者“將不執(zhí)行程序區(qū)域插入 JMPJME指令跳轉”的 處理方法 。 中斷 中斷分 1）定時中斷 2）定時中斷 3） I/O 中斷 4）快速響應 [10]。 歐姆龍 CP1H 可編程控制器的介紹 經(jīng)過從功能方面和價格方面兩個方面的考慮，發(fā)現(xiàn)歐姆龍可變成序控制器產品 CP1H 比較適合自動售貨機。因為它是一種功能很強的小型機，在設計的過程中采用先進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。但是其功能較完善，性能價格比高，較適合自動售貨機。 現(xiàn)在就對 歐姆龍 CP1H 可編程控制器 的特點和基本性能做一個簡單介紹。 CP1H 的特點 CP1H 型 PLC 屬于小型 PLC，使用 USB 端口與上位機通信，采用梯形圖功能塊的結構文本語言編程，多任務的編程模式，多協(xié)議宏服務端口，易于連網(wǎng)，擁有多路高速計數(shù)與多軸脈沖輸出。 CP1H 具有與 CS/CJ 系列 PLC 相似的先進控制功能如下： （ 1）處理速度快 CP1H PLC 的 CPU 執(zhí)行基本指令的時間一般為 ，執(zhí)行 MOV 類高級指令的時間為 ，運行速度分別是小型機 CP1H 的 6 倍和 26 倍。相應的系統(tǒng)管理、 I/O 刷新時間和外設服務所需時間大幅度減少。 （ 2）程序容量與 I./O 容量大 CP1H PLC 的程序存儲容量 20K 字，數(shù)據(jù)存儲器（ DM）的存儲最大容量32K 字，這些為復雜程序和各接口單元、通信及數(shù)據(jù)處理提供了充足的內存。 （ 3）整體式機構 CP1H PLC 采用整體式結構，體積小巧且功能完備，大幅度提升了空間的利用率。 CP1H PLC采用 ，配有 FA綜合工具包 CXONE， 第 8 頁 共 35 頁 可實現(xiàn) PLC 與各種外部元器件的結合。 （ 4）系統(tǒng)擴展性好 CP1H PLC 最多可以連接 7 個 I/O 擴展單元，每個單元具有 40 個 I/O 點，加上 CPU 單元本身內置的 40 個點， CP1H 可以處理 最大 I/O 點位 320 點。 （ 5）高速性能 CP1H PLC 的 cpu 單元具有模擬輸入 /輸出功能，高速中斷輸入功能，高速計數(shù)功能和可調占空比的高頻脈沖輸出功能，可實現(xiàn)模 /數(shù)與數(shù) /模轉換。 總之， CP1H PLC 具有功能強，速度快，體積小，適用范圍廣等特點 [11]。 CP1H 基本功能 CP1H 是一部內建 40 或 60 點 I/O 端子的 PLC，有三種輸出可選用(繼電器輸出、 PNP 晶體管輸出和 NPN 晶體管輸出 )和 2 種電源可供選用(100/240VAC 或 24VDC)。 為了提供模擬輸入和輸出，可以 連接最多 7 個模擬 I/O 模塊。每個模塊提供 2 種模擬輸入和 1 種模擬輸出，所以連接 7 個模擬 I/O 模塊就能得到最多 14種模擬輸入和 7 種 模擬 輸出。 (將模擬 I/O 與 PID 及 PWM 指令結合就能完成時間 比例控制 )。模擬輸入范圍可以設定為 010VDC、 15VDC 或 420mA； 分辨率為 1/256。 (15VDC 和 420mA 設定可使用開路檢測功能 )。模擬輸出范圍可以設定為 010VDC、 1010VDC 或 420mA， 分辨率為 1/256。 同步脈沖控制提供一個外接裝置與主裝置同步之簡單方法，輸出脈沖頻率可以被控制成為 輸入脈沖頻率的倍數(shù)，這樣外接裝置 (如供料傳輸機 )的速度能與主裝置的速度同步。 編程設備 的多樣性， 如編輯器與支持軟件可用于 C200H、 C200HS、 C200、HX/HG/HE、 CQM CPM CPM1A、 CPM2C 和 SRM1 (V2) PC，所以可以有效地使用現(xiàn)有之階梯圖程序資源。 中斷輸入 (計數(shù)器模式 )可用在遞增計數(shù)器或遞減計數(shù)器 (2kHz)，而且在計數(shù)與目標值相同時觸發(fā)中斷 (執(zhí)行中斷程序 )。 間隔定時器中斷 ， 間隔定時器可以設定在 和 319,968 ms 之間，而且能設定只產生一次中斷 (單次模式 )或 定時中斷 (預定中斷模式 )。 CPU模塊有兩個控制器，可用來改變 IR 250和 IR 251內之模擬設定 (0～ 200 BCD)。這些控制器可用來方便改變或微調機器設定，如傳輸帶之暫停時間或傳輸率。 可以 通過 PLC 的 RS232C 通訊端口或外接埠可進行上位連接 (Host Link)。在上位連接模式下連接之個人計算機或人機界面，可以使用在如讀 /寫 PLC 的I/O 內存內之數(shù)據(jù)或讀取 /改變 PLC 操作模式之操作 [12]。 第 9 頁 共 35 頁 3 自動售貨機 控制系統(tǒng) 的設計 系統(tǒng)方案設計 設計任務 以 1 元、 5 元、 10 元人民幣投入 ，自動銷售橙汁和咖啡。 當投入金額等于或超過 2 元時，橙汁指示燈亮；當投入金額等于或超過3 元時，橙汁和咖啡指示燈同時亮。 橙汁指示燈亮時，按 橙汁 按鈕，則橙汁自動排出 5S 后自動停止，同時，橙汁指示燈閃爍 5S 后自動停止。 咖啡指示燈亮 時 ，按咖啡按鈕，則咖啡自動排出 5S 后自動停止，同時，咖啡指示燈閃爍 5S 后自動停止。 當投入金額大于 0 元時候，退幣指示燈亮。按退幣按鈕，則售貨機以一元的 人民幣 自動退出剩余金額。 用組態(tài)王軟件對自動售貨機進行實時監(jiān)控，并對售貨過程仿真。 為了方便分析，我們 以一次交易過程為例。 初始狀態(tài)：由電子標簽顯示各飲品價格，顯示屏顯示友好界面，此時不能購買任何飲品。 投幣狀態(tài)：按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值，顯示屏則顯示投入總額及余額數(shù)值，當所投幣值超過飲品價格時，相應飲品指示燈點亮，提示消費者可以購買飲品。 購買狀態(tài)：按下可以購買的飲品選擇按鈕，機器會將飲品排出在出貨口中，同時顯示屏中的示數(shù)根據(jù)消費情況相應變化。取走飲品后則飲品消失。 退幣狀態(tài)：按下退幣按鈕，則退出機器中的剩余貨幣。取走貨幣后，則恢復初始狀態(tài)。 系統(tǒng)流程 根據(jù)系統(tǒng)設計的任務要求，確 定了系統(tǒng)的整體流程，其框圖如 圖 31 所示： 第 10 頁 共 35 頁 P L C 控 制 器投 幣 過 程 余 額 比 較 價 比 比 較 商 品 選 擇 退 幣 過 程 復 位 過 程組 態(tài) 王 監(jiān) 控 畫 面投 幣 顯 示 余 額 顯 示 飲 料 剩 余 商 品 選 擇 退 幣 顯 示 銷 售 額計 算 機圖 31 系統(tǒng) 流程圖 在清楚自動售貨機運行工作過程的基礎上，確定任務的目標，制定出合理的設計方案。 首先，應該明確上位機與下位機之間的任務分工；上位機主要用來完成組態(tài)界面的制作工作，而下位機則主要用來完成 PLC(可編程序控制器 )程序的編寫，和相關數(shù)據(jù)的上傳。 其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集，在進行組態(tài)界面的設計時可以真正售貨機為模型，在進行 PLC 程序的編寫時可以去參閱 PLC的有關書籍，掌握 OMRON PLC 的 I/O 點的定義方法和個數(shù)，掌握梯形圖和助記符的繪制方法。 再次，對上位機和下位機分別進行設計工作，先進行上位機的設計，再進行下位機的設計。最后，進行上位機設計結果與下位機設計結果的配合工作，經(jīng)調試后完成整個系統(tǒng)的設計。 另外，上位機與下位機的設計工作是密切配合的。無論在通訊中使用的變量，還是在組態(tài)中控制的對象都應該是一致的。 自動售貨機的工作流程 在確定了 PLC控制自動售貨機的設計任務后，根據(jù)本設計需要實現(xiàn)的功能，繪制出自動售貨機的工作流程圖。如圖 32 所示。 PLC 的 I/O 地址分配 開關量 I/O 模塊的不同，直接關系到 I/O 點數(shù)的多少，對 PLC 的應用范圍會產生影響，選擇時主要考慮點數(shù)、外部電路的性質和結構、電壓的形式和范 第 11 頁 共 35 頁 圍等。輸入模塊的電壓應盡可能與現(xiàn)場有源輸入設備一致，這樣可免去轉換的麻煩。如果是無源輸入信號例如按鈕、行程開關等，可以根據(jù)現(xiàn)場與 PLC 的距離遠近來選擇電壓的高低。輸出模塊所起的作用是將 PLC 內部低電平的控制信號隔離、轉換為外部所需的輸出信號，以驅動 PLC 的外部負載。在選擇時應注意，模塊與外部接線的方式、輸出電壓的額定限度、外部輸出點同時接通的影響、選擇輸 出方式等 [13]。 根據(jù)自動售貨機的流程，列出了本系統(tǒng)的 I/O 分配表。本系統(tǒng)共 7 個輸入，6 個輸出。具體分配見表 31。 表 31 I/O 分配表 地址 輸入 地址 輸出 投入 1 元 人民幣 橙汁指示燈 投入 5 元 人民幣 咖啡指示燈 投入 10 元 人民幣 橙汁 排出口 選擇橙汁按鈕 咖啡排出口 選擇咖啡按鈕 退幣指示燈 退幣按鈕 退幣排出口 復位按鈕 自動售貨機 的 PLC 程序 設計 下位機程序的編制是利用歐姆龍專用編程軟件 CXProgrammer 完成的。 CXProgrammer 是 OMRON 公司 PLC 的軟件編程﹑調試的工具程序，其運行在 Windows98/NT 操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡捷的操作環(huán)境和強大的編程、調試功能?？蓪崿F(xiàn)梯形圖的編程、監(jiān)視和控制等功能，尤其擅長于大型程序的編寫，彌補了手編程器編程效