【導(dǎo)讀】題目基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)。學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院。年級(jí)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化。隨著現(xiàn)在城市的發(fā)展規(guī)模越來(lái)越大，在很多公共場(chǎng)所都放置了自動(dòng)售貨機(jī)，方便?？旖莸臐M足了人們的需求，為人們?cè)趯?duì)簡(jiǎn)單物品采購(gòu)的時(shí)候提供了一種便利。一些自動(dòng)售貨機(jī)大多采用的是單片機(jī)控制方式，抗干擾的能力相對(duì)較差，系統(tǒng)硬件設(shè)。計(jì)比較復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性很難得到保證，維修和維護(hù)困難。本次設(shè)計(jì)一套基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)單闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展。前景與背景，詳細(xì)分析其主要功能和特點(diǎn)，提出了總的設(shè)計(jì)方案；此次設(shè)計(jì)基于WinCC. 和西門子S7-300PLC，主要是對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的硬件方面和軟件方面進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，采用。了順序控制的程序設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制程序，包括投幣程序、購(gòu)買程序和退

　　

【正文】 報(bào)警程序，通過(guò)該程序，如果總金額比礦泉水小的時(shí)候，不足以購(gòu)買礦泉水，那么當(dāng)按下購(gòu)買礦泉水的開(kāi)關(guān)的時(shí)候則會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，并且，該警 報(bào)可以持續(xù) 2秒鐘。同樣的，如果礦泉水的數(shù)量為 0的時(shí)候，即使有足夠的金額，但是，按下購(gòu)買開(kāi)關(guān)的時(shí)候，同樣會(huì)報(bào)警，提示不能購(gòu)買，具體如圖 49所示。 圖 49 無(wú)操作退幣的程序設(shè)計(jì) 一旦投幣之后，如果在 10秒鐘內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行任何的購(gòu)買動(dòng)作，那么在 10s之后就會(huì)進(jìn)入找零倒計(jì)時(shí)階段，如果，在接下來(lái)的 20秒之后，那么找零指示燈將會(huì)亮起，但是不會(huì)自動(dòng)找零，起到的是一常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 個(gè)提示功能。另外，每一次購(gòu)物之后，如果總金額還有剩余的話，那么會(huì)直接進(jìn)入找零倒計(jì)時(shí)，也就是說(shuō)，購(gòu)買商品之后，如果在 20秒的時(shí)間沒(méi)有購(gòu)買商品的動(dòng)作 ，即使繼續(xù)投幣也不會(huì)打斷倒計(jì)時(shí)，具體如圖 410 所示。 圖 410 找零的程序設(shè)計(jì) 當(dāng)總金額大于 0的時(shí)候，可以進(jìn)入找零階段，即使沒(méi)有購(gòu)買任何商品，也可以至今退幣。退幣有兩種方式，其中一種就是通過(guò)退 5角和 1元來(lái)實(shí)現(xiàn)退，每按一次找 5角開(kāi)關(guān)，總金額就會(huì)減少 5角，也就是 MW30 會(huì)減 1元也是同樣的道理。而另外一種就是直接按找零開(kāi)關(guān)，一旦按下找零開(kāi)關(guān)，那么就會(huì)退出所有的剩余金額，總金額將會(huì)直接清零，具體如圖 411 所示。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 411 使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的復(fù)位方式 ，直接用一個(gè)開(kāi)關(guān)控制了所有存儲(chǔ)器進(jìn)行清零，同樣的在上述的一些程序當(dāng)中也直接添加了常閉的復(fù)位開(kāi)關(guān)，具體如圖 412所示。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 412 28 第五章 上位機(jī)部分軟件設(shè)計(jì) WinCC 軟件簡(jiǎn)介 西門子視窗控制中心 SIMATIC WinCC（ Windows Control Center）是 HMI／ SCADA軟件中的后起之秀， 1996年進(jìn)入世界工控組態(tài)軟件市場(chǎng)，當(dāng)年就被美國(guó) Control Engnieering雜志評(píng)為最佳 HMI軟件，以最短的時(shí)間發(fā)展成第三個(gè)在世界范圍內(nèi)成功的 SCADA 系統(tǒng)；而在歐洲，它 無(wú)可爭(zhēng)議地成為第一。 在設(shè)計(jì)思想上， SIMATIC WinCC秉承西門子公司博大精深的企業(yè)文化理念，性能最全 面、技術(shù)最先進(jìn)、系統(tǒng)最開(kāi)放的 HMI/SCADA軟件是 WinCC開(kāi)發(fā)者的追求。 Wincc是按世 界范圍內(nèi)使用的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此從一開(kāi)始就適合于世界上各主要制造商生產(chǎn)的控制系 統(tǒng)，如 A— B， Modicon，GE等，并且通訊驅(qū)動(dòng)程序的種類還在不斷地增加。通過(guò) OPE的方 式， WinCC還可以與更多的第三方控制器進(jìn)行通訊。 WinCC V6． O采用標(biāo)準(zhǔn) Microsoft SQL Server 2021(WinCC Sybase)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔，同時(shí)具有 web瀏覽器功能，可使經(jīng)理、廠長(zhǎng)在辦公室內(nèi)看到生產(chǎn) 閱讀會(huì)員限時(shí)特惠 7大會(huì)員特權(quán)立即嘗鮮流程的動(dòng)態(tài)畫面，從而更好地調(diào)度指揮生產(chǎn)，是工業(yè)企業(yè)中 MES 和 ERP系統(tǒng)首選的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件。 作為 SIMATIC全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成都分， WinCC確保與 SIMATIC S5， S7和 505系列的 PLC連接的方便和通訊的高效； WinCC與 STEP 7編程軟件的緊密結(jié)合縮短了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的周期。此外， WinCC還有對(duì) SIMATIC PLC進(jìn)行系統(tǒng)診斷的選項(xiàng)，給硬件維護(hù)提供了方便。 其界面如圖 51所示。 圖 51 29 人機(jī)界面（ HMI）設(shè)計(jì) 新建工程 HMI監(jiān)控系統(tǒng)是由監(jiān)控的主畫面及其相應(yīng)的功能子畫面組成， HMI畫面設(shè)計(jì)對(duì)于 HMI來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的。設(shè)計(jì) HMI畫面通常是采用組態(tài)軟件來(lái)完成，常見(jiàn)的組態(tài)軟件有力控、組態(tài)王、 RsView及 Wincc等。在此次自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，則使用 WinCC進(jìn)行監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)。 首先，安裝好 WinCC 軟件之后，然后打開(kāi)軟件，接著新建一個(gè)新的單用戶項(xiàng)目，完成之后，如圖 52所示。 圖 52建立工程 右擊左邊列表的圖形編輯器，然后新建畫面。雙擊右邊的換面，在這里我們制作自動(dòng)售貨機(jī)的界面，如圖 53所示。 30 圖 53 自動(dòng)售貨機(jī)的界面設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)要求，把新建的畫面命名為“自動(dòng)售貨機(jī)”，設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的界面，先后設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的模型、控制區(qū)、投幣去、找零區(qū)等，根據(jù)題意設(shè)計(jì)界面如圖 54所示。 圖 54自動(dòng)售貨機(jī)界面 與 PLC建立通信 打開(kāi) WinCC，右擊變量管理，點(diǎn)擊“添加新的驅(qū)動(dòng)程序”，選擇并打開(kāi)“ SIMATIC S7 Protocol ”，如圖 55所示。 31 圖 55 此次是通過(guò) MPI與 PLC建立通信，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，右擊 MPI，單擊系統(tǒng)參數(shù)，在單位選項(xiàng)中的邏輯設(shè)備名稱中選擇 MPI，具體如圖 56。 圖 56 設(shè)置完系統(tǒng)參數(shù)之后，則開(kāi)始建立連接變量，首先右擊 MPI，點(diǎn)擊“新驅(qū)動(dòng)程序的連接”，在連接屬性中單擊屬性，會(huì)出現(xiàn)如圖所示，在插槽號(hào)后面輸入 “確定”。再點(diǎn)擊連接屬性的“確定”，具體如圖 57所示。 32 圖 57變量列表 接著直接在新建的連接屬性中建立如圖 58所示的變量。 33 圖58新建變量 變量的連接 對(duì)按鈕進(jìn)行變量連接 打開(kāi)圖形編輯器中的自動(dòng)售貨機(jī)界面，右擊“一元礦泉水”按鈕，單擊屬性，會(huì)出現(xiàn)如圖 410所示的窗口，首先，右擊“按左鍵”的閃電箭頭，單擊直接連接會(huì)出現(xiàn)如圖所示的界面。選擇常數(shù)一項(xiàng)并在右邊輸入 1，在變量中選擇之前建立的對(duì)應(yīng)變量。然后，右擊“釋放左鍵”的閃電箭頭，相同原理，不過(guò)在常數(shù)一項(xiàng)中輸入 0，變量選擇也一樣。到此，“一元礦泉水”按鈕的變量建立。同樣的，其他按鈕也是相同的原理，具體如圖 59所示。 34 圖 59動(dòng)畫連接 對(duì)指示燈進(jìn)行變量連接 對(duì) 1 元礦泉水指示燈進(jìn)行變量連接，打 開(kāi)的操作按鈕相同，不同于按鈕在事件中連接變量，指示燈的變量連接是在屬性中進(jìn)行?，F(xiàn)將“效果”中的全局顏色方案在靜態(tài)時(shí)改成“否”，然后再右擊“顏色”中的背景顏色的閃電箭頭，單擊動(dòng)態(tài)對(duì)話框出現(xiàn)如圖所示的界面，在表達(dá)式 /公式中選擇之前建立的“ 1元礦泉水指示燈綠”，點(diǎn)擊事件名稱邊上的觸發(fā)器戶出現(xiàn)如圖所示的界面，在標(biāo)準(zhǔn)周期中選擇有變化時(shí)。接著，選擇數(shù)據(jù)類型為布爾型，同時(shí)在有效范圍“是 /真”右邊選擇背景顏色，單擊應(yīng)用，至此，完成 35 了指示燈的變量連接。同樣的，其余的一些指示燈也相同的原理，具體如圖 510 所示。 圖 510 出貨的變量連接 接著是” 1元礦泉水“出貨的變量連接，同樣的打開(kāi)屬性，選擇屬性中的其他，選擇右邊顯示靜態(tài)時(shí)為“否”，打開(kāi)動(dòng)態(tài)對(duì)話框，其余的與之前指示燈相同，不過(guò)在有效范圍“是 /真”選擇“是”，如 36 圖所示單擊應(yīng)用完成此次變量連接，具體如圖 511所示。 圖 511 37 第六章 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行監(jiān)控 系統(tǒng)調(diào)試 由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有自動(dòng)售貨機(jī)的實(shí)物模型 ， 所以在調(diào)試的時(shí)候 ， 用開(kāi)關(guān)代替所有的輸入信號(hào)，用指示燈代替所有的輸出信號(hào)。在 調(diào)試 之前 ， 根據(jù) PLC接線圖完成硬件接線， 并且仔細(xì)檢查 有沒(méi)有錯(cuò)誤，特別是不能出現(xiàn)短路、反接、短路等情況的發(fā)生，以免造成生命財(cái)產(chǎn)的損失。 開(kāi)始程序調(diào)試：首先將 PLC 控制程序?qū)懭氲?PLC 機(jī)器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使 PLC 處于 “RUN”狀態(tài)，然后逐一按下開(kāi)始購(gòu)買按鈕、投幣按鈕（硬幣識(shí)別機(jī)構(gòu)），選擇按鈕，或繼續(xù)購(gòu)買按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計(jì)效果閃滅，并通過(guò)監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運(yùn)行過(guò)程及輸入輸出信號(hào)、內(nèi)部描述實(shí)際出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案。對(duì)照設(shè)計(jì)控制要求，逐一檢驗(yàn)設(shè)計(jì)功能是否能有效的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)程序進(jìn)行改進(jìn)和完善。 下位機(jī)調(diào)試完之后，開(kāi)始進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)通過(guò)操作組態(tài)界面 上的按鈕來(lái)控制硬件部分的動(dòng)作，觀察組態(tài)界面的動(dòng)畫與硬件模塊的動(dòng)作是否協(xié)調(diào)一致。進(jìn)行多次調(diào)試修正來(lái)完善控制系統(tǒng)。 通過(guò)反復(fù)的調(diào)試完善，操作者能通過(guò)上位機(jī)按自己的需要購(gòu)買自己想要的商品，同時(shí)系統(tǒng)能正確找零，正確顯示總金額以及消防總金額，組態(tài)動(dòng)畫效果正確執(zhí)行。如下圖 61所示，自動(dòng)售貨機(jī)在購(gòu)買時(shí)的組態(tài)界面。 圖 61購(gòu)買過(guò)程中的組態(tài)界面 38 結(jié) 論 論文在講述了自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展過(guò)程，以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了方案論證，介紹了 PLC的基本組成、特點(diǎn)、工作原理以及 PLC的選型，并對(duì)基于 PLC的自動(dòng)售貨 機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行了詳盡的論述。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的設(shè)計(jì)要求，以西門子 S7300型的 PLC作為主控制器，采用順序控制的程序設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制程序，包括投幣程序、比較選擇購(gòu)買程序和退幣程序等等， 通過(guò)本次論文設(shè)計(jì)，使我對(duì) PLC控制的知識(shí)有了更深層次的認(rèn)識(shí)，同時(shí)通過(guò)多次上機(jī)操作，我對(duì)計(jì)算計(jì)的運(yùn)用能力也有很大的提高，而在論文設(shè)計(jì)中通過(guò)查閱文獻(xiàn)，搜集資料，綜合分析等方面的訓(xùn)練，使我綜合運(yùn)用各方面知識(shí)，分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力也得到了很大的提高。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)老師和同學(xué)的幫助和自己的不斷摸索，掌握了不 少的工程設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也培養(yǎng)了自己的工程設(shè)計(jì)思想，為以后的實(shí)際工作打下了一定的基礎(chǔ) 。 39 參考文獻(xiàn) [1] 周美蘭，周封，忘岳宇 .PLC 電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì) [M].北京：科學(xué)出版社 2021 [2] 王國(guó)海 .可編程序控制器及其應(yīng)用第二版 [M].北京 : 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 2021 [3] 王阿根 .電氣可編程控制原理與應(yīng)用第二版 [M].北京 : 清華大學(xué)出版社 2021 [4] 董淑冷，茅紅偉 .PLC在自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào) 2021 [5] 趙紅梅，張軍 .自動(dòng)售貨機(jī) P L C 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].科技資訊 2021 [6] 呂鋒，容文杰 .PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與技巧 [J].河北冶金 1999 年第 4 期 [7] 王永華 .現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù) [M].北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [8] 胡漢文，丁如春 .電氣控制與 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大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼即逝。在這四年學(xué)習(xí)期間，老師們無(wú)私耕耘、孜孜教誨，讓我們學(xué)到了很多書(shū)里和書(shū)外的知識(shí)。為我們即將進(jìn)入社會(huì)打下了良好的基礎(chǔ)。在這里我向所有老師們表示深深得謝意和崇高的敬意。你們辛苦了！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位老師！忠心地祝愿各位身體健康、工作順利。