【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 （ 4）將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 （ 5）應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。 編 程 器輸入單元用 戶 程 序 存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng) 程 序 存 儲(chǔ) 器中 央 處 理 單 元電 源輸出單元繼 電 器 觸 點(diǎn)按 鈕行 程 開(kāi) 關(guān)接 觸 器 線 圈指 示 燈電 磁 閥 線 圈圖 21 PLC 硬件結(jié)構(gòu)圖 第 6 頁(yè) 共 35 頁(yè) 存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器分為 兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來(lái)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)。 二大部分是用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 輸入輸出接口電路 PLC 通過(guò)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(guò)PLC 的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。 電源 PLC 的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)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。 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(guò)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。 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(shè)備的信息或操作指令輸入端子是 PLC 與外部開(kāi)關(guān)、敏感元件等交換信號(hào)的端口。 （ 2）內(nèi)部控制電路。這部分由用戶根據(jù)實(shí)際的控制要求編寫(xiě)程序組成，其作用是按 用戶程序的控制要對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算處理，判斷哪些信號(hào)需要輸出，并將得到的結(jié)果輸出給負(fù)載。 （ 3）輸出部分。這部分的作 用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出端子是 PLC 向外部負(fù)載輸出信號(hào)的端子， PLC 輸出繼電器觸點(diǎn)與輸出端子相連，通過(guò)輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，如接觸器驅(qū)動(dòng)線圈、信號(hào)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(gè)階段： （ 1）輸入采樣階段 。在第 N 個(gè)掃描周期，首先進(jìn)行的是讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，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(nèi)，輸入采樣結(jié)果后，如果輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， PLC 不再響應(yīng)，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(gè)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(diào)出并執(zhí)行，其過(guò)程是從梯形 第 7 頁(yè) 共 35 頁(yè) 圖的第一個(gè)梯級(jí)開(kāi)始自上而下依次掃描用戶程序，在每一個(gè)梯級(jí)，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(guò)輸出電路的隔離和功率放大，轉(zhuǎn)換成合適的電壓、電流或脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁鐵、電磁閥等執(zhí)行器，此時(shí)才是 PLC 的正真輸出。 掃描周期 掃描周期會(huì)因?yàn)橹袛嗵幚?、診斷和故障處理等事件兒延長(zhǎng)，為了縮短時(shí)間，可以采用“將不執(zhí)行的任務(wù)轉(zhuǎn)為待機(jī)”或者“將不執(zhí)行程序區(qū)域插入 JMPJME指令跳轉(zhuǎn)”的 處理方法 。 中斷 中斷分 1）定時(shí)中斷 2）定時(shí)中斷 3） I/O 中斷 4）快速響應(yīng) [10]。 歐姆龍 CP1H 可編程控制器的介紹 經(jīng)過(guò)從功能方面和價(jià)格方面兩個(gè)方面的考慮，發(fā)現(xiàn)歐姆龍可變成序控制器產(chǎn)品 CP1H 比較適合自動(dòng)售貨機(jī)。因?yàn)樗且环N功能很強(qiáng)的小型機(jī)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中采用先進(jìn)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(jī)。但是其功能較完善，性能價(jià)格比高，較適合自動(dòng)售貨機(jī)。 現(xiàn)在就對(duì) 歐姆龍 CP1H 可編程控制器 的特點(diǎn)和基本性能做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。 CP1H 的特點(diǎn) CP1H 型 PLC 屬于小型 PLC，使用 USB 端口與上位機(jī)通信，采用梯形圖功能塊的結(jié)構(gòu)文本語(yǔ)言編程，多任務(wù)的編程模式，多協(xié)議宏服務(wù)端口，易于連網(wǎng)，擁有多路高速計(jì)數(shù)與多軸脈沖輸出。 CP1H 具有與 CS/CJ 系列 PLC 相似的先進(jìn)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(shí)間一般為 ，執(zhí)行 MOV 類高級(jí)指令的時(shí)間為 ，運(yùn)行速度分別是小型機(jī) CP1H 的 6 倍和 26 倍。相應(yīng)的系統(tǒng)管理、 I/O 刷新時(shí)間和外設(shè)服務(wù)所需時(shí)間大幅度減少。 （ 2）程序容量與 I./O 容量大 CP1H PLC 的程序存儲(chǔ)容量 20K 字，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ DM）的存儲(chǔ)最大容量32K 字，這些為復(fù)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(nèi)存。 （ 3）整體式機(jī)構(gòu) CP1H PLC 采用整體式結(jié)構(gòu)，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(yè) 共 35 頁(yè) 可實(shí)現(xiàn) PLC 與各種外部元器件的結(jié)合。 （ 4）系統(tǒng)擴(kuò)展性好 CP1H PLC 最多可以連接 7 個(gè) I/O 擴(kuò)展單元，每個(gè)單元具有 40 個(gè) I/O 點(diǎn)，加上 CPU 單元本身內(nèi)置的 40 個(gè)點(diǎn)， CP1H 可以處理 最大 I/O 點(diǎn)位 320 點(diǎn)。 （ 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(jì)數(shù)功能和可調(diào)占空比的高頻脈沖輸出功能，可實(shí)現(xiàn)模 /數(shù)與數(shù) /模轉(zhuǎn)換。 總之， CP1H PLC 具有功能強(qiáng)，速度快，體積小，適用范圍廣等特點(diǎn) [11]。 CP1H 基本功能 CP1H 是一部?jī)?nèi)建 40 或 60 點(diǎn) 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(gè)模擬 I/O 模塊。每個(gè)模塊提供 2 種模擬輸入和 1 種模擬輸出，所以連接 7 個(gè)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(jié)合就能完成時(shí)間 比例控制 )。模擬輸入范圍可以設(shè)定為 010VDC、 15VDC 或 420mA； 分辨率為 1/256。 (15VDC 和 420mA 設(shè)定可使用開(kāi)路檢測(cè)功能 )。模擬輸出范圍可以設(shè)定為 010VDC、 1010VDC 或 420mA， 分辨率為 1/256。 同步脈沖控制提供一個(gè)外接裝置與主裝置同步之簡(jiǎn)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(jī) )的速度能與主裝置的速度同步。 編程設(shè)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(jì)數(shù)器模式 )可用在遞增計(jì)數(shù)器或遞減計(jì)數(shù)器 (2kHz)，而且在計(jì)數(shù)與目標(biāo)值相同時(shí)觸發(fā)中斷 (執(zhí)行中斷程序 )。 間隔定時(shí)器中斷 ， 間隔定時(shí)器可以設(shè)定在 和 319,968 ms 之間，而且能設(shè)定只產(chǎn)生一次中斷 (單次模式 )或 定時(shí)中斷 (預(yù)定中斷模式 )。 CPU模塊有兩個(gè)控制器，可用來(lái)改變 IR 250和 IR 251內(nèi)之模擬設(shè)定 (0～ 200 BCD)。這些控制器可用來(lái)方便改變或微調(diào)機(jī)器設(shè)定，如傳輸帶之暫停時(shí)間或傳輸率。 可以 通過(guò) PLC 的 RS232C 通訊端口或外接埠可進(jìn)行上位連接 (Host Link)。在上位連接模式下連接之個(gè)人計(jì)算機(jī)或人機(jī)界面，可以使用在如讀 /寫(xiě) PLC 的I/O 內(nèi)存內(nèi)之?dāng)?shù)據(jù)或讀取 /改變 PLC 操作模式之操作 [12]。 第 9 頁(yè) 共 35 頁(yè) 3 自動(dòng)售貨機(jī) 控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 以 1 元、 5 元、 10 元人民幣投入 ，自動(dòng)銷售橙汁和咖啡。 當(dāng)投入金額等于或超過(guò) 2 元時(shí)，橙汁指示燈亮；當(dāng)投入金額等于或超過(guò)3 元時(shí)，橙汁和咖啡指示燈同時(shí)亮。 橙汁指示燈亮?xí)r，按 橙汁 按鈕，則橙汁自動(dòng)排出 5S 后自動(dòng)停止，同時(shí)，橙汁指示燈閃爍 5S 后自動(dòng)停止。 咖啡指示燈亮 時(shí) ，按咖啡按鈕，則咖啡自動(dòng)排出 5S 后自動(dòng)停止，同時(shí)，咖啡指示燈閃爍 5S 后自動(dòng)停止。 當(dāng)投入金額大于 0 元時(shí)候，退幣指示燈亮。按退幣按鈕，則售貨機(jī)以一元的 人民幣 自動(dòng)退出剩余金額。 用組態(tài)王軟件對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)售貨過(guò)程仿真。 為了方便分析，我們 以一次交易過(guò)程為例。 初始狀態(tài)：由電子標(biāo)簽顯示各飲品價(jià)格，顯示屏顯示友好界面，此時(shí)不能購(gòu)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(dāng)所投幣值超過(guò)飲品價(jià)格時(shí)，相應(yīng)飲品指示燈點(diǎn)亮，提示消費(fèi)者可以購(gòu)買飲品。 購(gòu)買狀態(tài)：按下可以購(gòu)買的飲品選擇按鈕，機(jī)器會(huì)將飲品排出在出貨口中，同時(shí)顯示屏中的示數(shù)根據(jù)消費(fèi)情況相應(yīng)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(jī)器中的剩余貨幣。取走貨幣后，則恢復(fù)初始狀態(tài)。 系統(tǒng)流程 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，確 定了系統(tǒng)的整體流程，其框圖如 圖 31 所示： 第 10 頁(yè) 共 35 頁(yè) P L C 控 制 器投 幣 過(guò) 程 余 額 比 較 價(jià) 比 比 較 商 品 選 擇 退 幣 過(guò) 程 復(fù) 位 過(guò) 程組 態(tài) 王 監(jiān) 控 畫(huà) 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(jì) 算 機(jī)圖 31 系統(tǒng) 流程圖 在清楚自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行工作過(guò)程的基礎(chǔ)上，確定任務(wù)的目標(biāo)，制定出合理的設(shè)計(jì)方案。 首先，應(yīng)該明確上位機(jī)與下位機(jī)之間的任務(wù)分工；上位機(jī)主要用來(lái)完成組態(tài)界面的制作工作，而下位機(jī)則主要用來(lái)完成 PLC(可編程序控制器 )程序的編寫(xiě)，和相關(guān)數(shù)據(jù)的上傳。 其次，要分別對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行資料的查找與收集，在進(jìn)行組態(tài)界面的設(shè)計(jì)時(shí)可以真正售貨機(jī)為模型，在進(jìn)行 PLC 程序的編寫(xiě)時(shí)可以去參閱 PLC的有關(guān)書(shū)籍，掌握 OMRON PLC 的 I/O 點(diǎn)的定義方法和個(gè)數(shù)，掌握梯形圖和助記符的繪制方法。 再次，對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，先進(jìn)行上位機(jī)的設(shè)計(jì)，再進(jìn)行下位機(jī)的設(shè)計(jì)。最后，進(jìn)行上位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果與下位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 另外，上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作是密切配合的。無(wú)論在通訊中使用的變量，還是在組態(tài)中控制的對(duì)象都應(yīng)該是一致的。 自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程 在確定了 PLC控制自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)后，根據(jù)本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能，繪制出自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程圖。如圖 32 所示。 PLC 的 I/O 地址分配 開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊的不同，直接關(guān)系到 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，對(duì) PLC 的應(yīng)用范圍會(huì)產(chǎn)生影響，選擇時(shí)主要考慮點(diǎn)數(shù)、外部電路的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、電壓的形式和范 第 11 頁(yè) 共 35 頁(yè) 圍等。輸入模塊的電壓應(yīng)盡可能與現(xiàn)場(chǎng)有源輸入設(shè)備一致，這樣可免去轉(zhuǎn)換的麻煩。如果是無(wú)源輸入信號(hào)例如按鈕、行程開(kāi)關(guān)等，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)與 PLC 的距離遠(yuǎn)近來(lái)選擇電壓的高低。輸出模塊所起的作用是將 PLC 內(nèi)部低電平的控制信號(hào)隔離、轉(zhuǎn)換為外部所需的輸出信號(hào)，以驅(qū)動(dòng) PLC 的外部負(fù)載。在選擇時(shí)應(yīng)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(diǎn)同時(shí)接通的影響、選擇輸 出方式等 [13]。 根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)的流程，列出了本系統(tǒng)的 I/O 分配表。本系統(tǒng)共 7 個(gè)輸入，6 個(gè)輸出。具體分配見(jiàn)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(fù)位按鈕 自動(dòng)售貨機(jī) 的 PLC 程序 設(shè)計(jì) 下位機(jī)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(diào)試的工具程序，其運(yùn)行在 Windows98/NT 操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡(jiǎn)捷的操作環(huán)境和強(qiáng)大的編程、調(diào)試功能?？蓪?shí)現(xiàn)梯形圖的編程、監(jiān)視和控制等功能，尤其擅長(zhǎng)于大型程序的編寫(xiě)，彌補(bǔ)了手編程器編程效