【正文】 □ 不及格 對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評(píng)定成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”） 教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見(jiàn)： 系主任： （簽名） 年 月 日 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 自動(dòng)售貨機(jī)的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 自動(dòng)售貨機(jī)是可完成無(wú)人自動(dòng)售貨的商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，它不受任何場(chǎng)地限制，方便快捷，可以每天 24h 售貨，在我國(guó)也越來(lái)越普及。 PLC 不但可實(shí)現(xiàn)類(lèi)似控制功能，還具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)、能耗低、 調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。 論文以西門(mén)子 PLC 設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī) 的 控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)要介紹 PLC 各硬件選型，軟件的設(shè)計(jì)， PLC 梯形圖的編寫(xiě)和系統(tǒng)的調(diào)試方法?，F(xiàn)代的自動(dòng)售貨機(jī)的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和功能依出售的商品而異。如果投入的金額達(dá)到購(gòu)買(mǎi)物品的數(shù)值即發(fā)出售貨信號(hào)，并找出余錢(qián)。因此，自動(dòng)售貨機(jī)在商業(yè)，食品行業(yè)越來(lái)越普及，更方便消 費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)自己所需的商品。 面對(duì)當(dāng)前快速 發(fā)展的 商品社會(huì)，人們的時(shí)間觀念越來(lái)越重，如何才能更快的購(gòu)買(mǎi)到顧客自己所需的商品，這都是顧客和商家共同面臨的問(wèn)題。通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行自助購(gòu)物正逐漸成為市民的一種新的消費(fèi)時(shí)尚，快捷方便的購(gòu)物方式滿足了人們?cè)诋?dāng)今科技高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)追求高品質(zhì)生活的需要。自動(dòng)售貨機(jī)已在國(guó)內(nèi)普及，并成為城市現(xiàn)代文明程度的一種象征性標(biāo)志。在工廠自動(dòng)化（ FA）系統(tǒng)中， PLC 因?yàn)榫邆鋬r(jià)格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應(yīng)性 強(qiáng) 的特點(diǎn)，故一直為自動(dòng)化業(yè)界所采用。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 緒論 自動(dòng)售貨機(jī)的理論背景與實(shí)際意義 自動(dòng)售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式， 20 世紀(jì) 70 年代自日本和歐美發(fā)展起來(lái)。在日本， 大部分 的罐裝飲料是通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)售出的；全球著名飲料商可口可樂(lè)公司在全世界就布有 50 萬(wàn)臺(tái)飲料自動(dòng)售貨機(jī)。如今，在機(jī)場(chǎng)、地鐵、商場(chǎng)、公園等客流較大的場(chǎng)所，已不難發(fā)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的身影。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷(xiāo)售環(huán)境 的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對(duì)的超市、百貨購(gòu)物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再加上場(chǎng)地的局限性以及購(gòu)物的便利性等這些因素的制約，無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。近幾年，自動(dòng)售貨機(jī)逐漸被越來(lái)越多的消費(fèi)者所接受。目前售貨機(jī)運(yùn)行的各種情況都需要由人工判斷，包括缺貨、缺零錢(qián)、幣箱已滿、售貨機(jī)機(jī) 械故障等，經(jīng)營(yíng)者普遍采用人工定時(shí)巡回視察的管理辦法，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確獲取自動(dòng)售貨機(jī)狀態(tài)報(bào)告，給經(jīng)營(yíng)者增加了管理成本和難度，也有可能給消費(fèi)者的正常消費(fèi)造成不便 [1]。同時(shí)售貨機(jī)的一些故障信息和警報(bào)信息可以實(shí)時(shí)的傳送到相應(yīng)運(yùn)營(yíng)人員，從而可以在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的基本思路 本次設(shè)計(jì)的題目是 自動(dòng)售貨機(jī)的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，主要是應(yīng)用西門(mén)子S7200 型 PLC 的梯形圖來(lái)設(shè)計(jì)控制程序，并簡(jiǎn)單介紹相關(guān)的知識(shí)，如：PLC 的定義、 S7200 型 PLC 的特點(diǎn)、 PLC 的編程語(yǔ)言、 PLC 的硬件組成等。 本次設(shè)計(jì)的重要部分是第三章的設(shè)計(jì)部分，即自動(dòng)售貨機(jī)梯形圖的設(shè)計(jì)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 PLC 的概述 PLC 的定義 可編程控制器（ Programmable Controller ）簡(jiǎn)稱(chēng) PC，個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）也簡(jiǎn)稱(chēng) PC，為了避免混淆，人們將最初用于邏輯控制的可編程控制器叫做 PLC（ Programmable Logic Controller） 。為了確定它的性質(zhì)，在 1987 年頒布的PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 作了如下定義： “ PLC 是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì) [2]。目前，許多可編程控制器的生產(chǎn)廠家已聞名于全世界。他們的的產(chǎn)品已風(fēng)行全世界，成為各國(guó)工業(yè)控制領(lǐng)域中的著名品牌。 PLC 的特點(diǎn)和應(yīng)用 PLC 專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，以用戶需要為主，又采用了先進(jìn)的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，所以具有以下幾 個(gè)顯著特點(diǎn) [4]。 PLC 控制系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá) 2 萬(wàn)小時(shí)以上。 2） 編成簡(jiǎn)單、使用方便 PLC 的編程采用類(lèi)似繼電控制系統(tǒng)電器原理的梯形圖，用串聯(lián)、并聯(lián)、定時(shí)、計(jì)數(shù)等人們所熟悉的概念，使計(jì)算機(jī)語(yǔ)言大眾化，只要是比較熟練的電工和熟悉工業(yè)知識(shí)的人在幾天內(nèi)就能學(xué)會(huì)， 這 是 PLC 得到推廣的重要原因之一。同一臺(tái) PLC裝置用于不同受控對(duì)象時(shí) ,只是輸入輸出組件、功能模塊和應(yīng)用軟件不同。 4） 設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)試制周期 短 ，維護(hù)容易 目前 PLC 產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了系列 化、標(biāo)準(zhǔn)化，正朝著通用化方向發(fā)展，設(shè)計(jì)人員只需要根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，選用相應(yīng)的模塊進(jìn)行組件設(shè)計(jì)。 PLC 還具有故障檢 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 測(cè)及顯示的功能，使故障處理時(shí)間可縮短為 10 分鐘，對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)水平要求也不太高。 由于上述特點(diǎn)， PLC 作為通用自動(dòng)控制設(shè)備，可用于單一機(jī)電設(shè)備的控制也可用于工藝過(guò)程 的控制，而且控制精度相當(dāng)高，操作簡(jiǎn)便，又具有很大的靈活性和可擴(kuò)展性，使得 PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 PLC 通電后，首先對(duì)硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)。 PLC 的循環(huán)掃描工作 對(duì)每個(gè)程序， CPU 從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(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(chēng)為一個(gè)掃描周期。 （ 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(xiě)入輸入狀態(tài)寄存器。 （ 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(kāi)始逐條執(zhí)行，并將相 應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 用戶輸入設(shè)備輸入鎖存器輸入端子輸入映像寄存器程序執(zhí)行輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子用戶輸出設(shè)備讀寫(xiě)輸 入 刷 新 輸 出 刷 新程 序 執(zhí) 行一 個(gè) 掃 描 周 期 圖 21 PLC 的掃描全過(guò)程 PLC 的掃描周期及兩種工作狀態(tài) PLC 有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。但是在兩 個(gè)不同的工作狀態(tài)中，掃描過(guò)程所要完成的任務(wù)是不盡相同的。 通 信 操 作輸 入 處 理程 序 執(zhí) 行輸 出 處 理內(nèi) 部 處 理停 止 運(yùn) 行 圖 22 運(yùn)行和停止?fàn)顟B(tài)時(shí) PLC 的掃描過(guò)程 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 PLC 的編程語(yǔ)言 PLC 為用戶提供了完善的編程語(yǔ)言來(lái)滿足編制用戶程序要求。 PLC 的硬件組成 PLC 的硬件主要由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等幾部分組成。 S7200 系列PLC 大致上由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、電源、輸入 /輸出單元和通信接口五部分組成 ，如下圖 31 所示 [9]。定時(shí)器的工作過(guò)程與繼電器控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同，但它沒(méi)有瞬動(dòng)觸點(diǎn)，失電時(shí)，常閉觸點(diǎn)閉合，常開(kāi)觸點(diǎn)打開(kāi)；定時(shí)器得電時(shí)，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。定時(shí)器指令表見(jiàn)表 31。 表 32 加減乘除指令 梯形圖 語(yǔ)句表 描述 梯形圖 語(yǔ)句表 描述 ADD_I +I INT1,OUT 整數(shù)加法 DIV_DI /D INT1,OUT 雙整數(shù)除法 SUB_I I INT1,OUT 整數(shù)減法 ADD_R +R INT1,OUT 實(shí)數(shù)加法 MUL_I *I INT1,OUT 整數(shù)乘法 SUB_R R INT1,OUT 實(shí)數(shù)減法 DIV_I /I INT1,OUT 整數(shù)除法 MUL_R *R INT1,OUT 實(shí)數(shù)乘法 ADD_DI +D INT1,OUT 雙整數(shù)加法 DIV_R /R INT1,OUT 實(shí)數(shù)除法 SUB_DI D INT1,OUT 雙整數(shù)減法 MUL MUL INT1,OUT 整數(shù)乘法產(chǎn)生雙整數(shù) MUL_DI *D NT1,OUT 雙整數(shù)乘法 DIV DIV INT1,OUT 帶余數(shù)的整數(shù)除法 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 在語(yǔ)句表中，整數(shù)、雙整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除指令分別執(zhí)行下列運(yùn)算： IN1+OUT =OUT， OUTIN1=OUT， IN1*OUT =OUT， OUT /IN2=OUT[11]。在實(shí)際生活中，我們見(jiàn)到的售貨機(jī)可以銷(xiāo)售一些簡(jiǎn)單的日用品，如飲料、香煙和小的生活保健用品等。例如：售貨機(jī)中有 2 種商品， A 商品價(jià)格為 元， B 商品為 元。當(dāng)按下選擇 A 商品的價(jià)格時(shí)，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入 的貨幣總值中減去 A 商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取 A 號(hào)商品到出貨口。由此看來(lái)，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的除法運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 投 幣 狀 態(tài)初 始 狀 態(tài)購(gòu) 買(mǎi) 狀 態(tài)是 否 有 剩 余 ?退 幣 狀 態(tài)投 入 硬 幣按 下 選擇 按 鈕N按 下 退幣 按 鈕Y 圖 32 自控售貨機(jī)工作流程圖 自動(dòng)售貨機(jī) I/O 點(diǎn)的分配 輸入 /輸 出單元通常也稱(chēng) I/O 單元或 I/O 模塊，是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。本次自動(dòng)售貨機(jī) 選用的 CPU 的類(lèi)型為 S7200 CPU224， 14 個(gè)輸入（ ~， ~）、 10個(gè)輸出（ ~， ~）， I/O 點(diǎn)的分配如表 33 所示 [12]。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中允許和別的語(yǔ)言編程的程序嵌套?？?以用順序功能圖來(lái)描述系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易地設(shè)計(jì)出梯形圖程序 [13]。本次自動(dòng)售貨機(jī)的 SFC 圖，根據(jù)控制要求選用選擇性分支結(jié)構(gòu)和并發(fā)性分之結(jié)構(gòu)。具體進(jìn)入哪個(gè)分支，取決于控制流前面的轉(zhuǎn) 移條件哪一個(gè)為真。 本次自動(dòng)售貨機(jī)的 SFC 圖如下圖 34 所示： 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 開(kāi) 始1投 幣 計(jì) 數(shù)確 認(rèn) 可 買(mǎi) 物 品總 金 額 計(jì) 算2 43 5計(jì) 算 金 額輸 出 咖 啡輸 出 汽 水計(jì) 算 金 額啟 動(dòng) 退 款 計(jì) 數(shù)啟 動(dòng) 退 款 計(jì) 數(shù)余 額 不 為 0余 額 為 0余 額 為 0余 額 為 0余 額 為 0選 擇 汽 水 選 擇 咖 啡余 額 不 為 0I 0 . 1I 0 . 2S M 0 . 1 圖 34 自動(dòng)售貨機(jī)順序功能圖 梯形圖（ LAD） 梯形圖是用的最多的 PLC 圖形編程語(yǔ)言。它與電器控制線路圖相 似，如圖 35 所示。因此，這種編程語(yǔ)言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的 PLC的編程語(yǔ)言，是 PLC 的第一編程語(yǔ)言 [15]。在梯形圖中引入了“能流”的概念。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵(lì)。 自動(dòng)售貨機(jī)的相關(guān)說(shuō)明 在本設(shè)計(jì)中， 梯形圖中 的 ADD_DI 雙整數(shù)加法當(dāng)投入 元時(shí)加 1， 元時(shí)加 5,投入 元是加 10， SUB_DI 是雙整數(shù)減法當(dāng)成功購(gòu)買(mǎi)物品時(shí)就減去物品對(duì)應(yīng)的數(shù)； T37— T39 表示通電延時(shí)定時(shí)器 ,按下物品按