机械毕业设计（论文）-基于PLC的自动售货机设计【全套图纸】 .doc

成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）摘要 本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，售货机的售货领域非常广泛，是发达国家商品零售的一种主要方式。近几年，自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。但由于售货机分布零散、范围广阔的特点。本文以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程，绘制梯形图对售货过程进行了分析。利用plc控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。关键词： 自动售货机；可编程控制器；梯形图全套图纸，加153893706abstract this article introduced vending machines basic principle as well as the work flow, introduces the basic principle of vending machines and work flow, and then to a transaction process, for example, the process is divided into several blocks, then respectively for program for programming block.then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, then carries on the programming separately to the block. explained the programmable controllers in vending machine function specifically. the procedure involved the vending machine work major part process. enhanced systems stability using the plc controls vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement.key words： vending machine; programmable controller; trapezoidal chart 44目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1自动售货机研究的目的和意义11.2自动售货机的历史21.3自动售货机的市场展望31.4自动售货机功能分析4第2章 plc功能介绍62.1 plc的选型原则62.2 plc的概述72.2.1 plc的产生72.2.2 plc的定义82.2.3 plc的发展趋势82.2.4 plc的特点102.2.5 plc的主要功能112.3 plc的基本结构及原理132.3.1 plc的系统结构132.3.2 plc各部分的作用132.4 三菱可编程控制器产品功能介绍162.4.1 功能指令类型162.4.2功能指令的通用表达形式162.4.3 三菱plc内部继电器的功能及编号172.4.4 程序流程控制功能指令18第3章 plc的系统设计253.1 可编程控制系统设计的基本原则253.1.1 控制系统设计原则253.1.2 控制系统设计的基本内容253.1.3 控制系统设计的一般步骤263.1.4 编写梯形图的注意事项263.1.5 程序设计的步骤263.2 程序设计部分273.2.1设计控制要求273.2.2自动售货机i/o点的分配273.2.3自动售货机外部接线图283.2.4 梯形图和顺序功能图介绍293.2.5 三菱编程软件fxgpwin介绍303.2.6 售货过程分析32第4章 出货部分354.1 出货原理354.2 出货部件简图介绍35结束语41致谢42参考文献43第1章 绪论1.1自动售货机研究的目的和意义自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来。它又被称为24小时营业的微型超市。在日本，70的罐装饮料是通过自动售货机售出的；全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。 在中国,自动售货机1999年开始进人中国市场如今，在机场、地铁、商场、公园等客流较大的场所，已不难发现自动售货机的身影。从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了它的售货领域非常广泛，是发达国家商品零售的一种主要方式。近几年，自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。但由于售货机分布零散、范围广阔的特点，自动售货机在为消费者带来方便的同时，也为经营者在监控、管理、维护等方面带来很大的不便。目前售货机运行的各种情况都需要由人工判断，包括缺货、缺零钱、币箱已满、售货机机械故障等，经营者普遍采用人工定时巡回视察的管理办法，既费时费力，又无法及时准确获取自动售货机状态报告，给经营者增加了管理成本和难度，也有可能给消费者的正常消费造成不便。 自动售货机的经营者可以根据网络统计的销售状况进行商品销售状况分析，预测商品的销售走势，确定合理的采购和配送策略，以期获得最高的投资回报率。同时售货机的一些故障信息和警报信息可以实时的传送到相应运营人员，从而可以在第一时间内发现并解决问题。1.2自动售货机的历史从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。 从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。据说世界上最早的自动售货机出现在公元前3世纪，那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。17世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。在自动售货机历史的长河中，日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动出售机”，它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。50年代，“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎，果汁被注入在纸杯里出售。后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，1962年，出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。1967年，100日元单位以下的货币全部改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。始于公元前215年的古埃及神庙，用于分配圣水。1700年，英国酒馆里有了能用硬币购买的售烟盒。1706年，中国人造出使用硬币操作的自动售铅笔机。1905年，英国邮局开始使用邮票售卖机。20世纪20年代，商用的自动售烟机开始进入市场。1936年，nama（国际自动售货机协会）成立。1946年，发明出自动售咖啡机。1960年，纸币兑换机出现在银行柜台。1980年，电子组件装备自动售货机。1985年，信用/借记卡消费在自动售货机上实现。1993年，自动售货机机器数据无线传输实现。2000年，手机购物在自动售货机上实现。自动售货机商业起源于20世纪60年代，在美国、日本迅猛发展。20世纪80年代，开始在经济发达国家迅速普及，销售商品领域相应扩大。目前世界上已有近50个国家广泛普及。日本有近600万台自动售货机，平均23人拥有1台。美国有近700万台自动售货机，平均40人拥有1台。欧洲平均每60人拥有1台自动售货机。日本可口可乐公司已拥有近100万台自动售冷饮机，每台机器年售出上万罐饮料。日本可口可乐在自动售货机的销量占其总销量的70。全世界每年通过自动售货机销售商品的总额已近2000亿美元。 1993年，日本、美国、韩国的二手自动售货机进入中国，只能识别人民币硬币。1995年，可口可乐、百事可乐开始小量布放使用硬币的自动售冷饮机。1997年，南开戈德开发出“gd人民币智能识别系统”。1998年，南开戈德自行研制成功“gd自动售货机”，成为我国第一家规模生产同时识别纸币硬币自动售货机的公司。1998年,加拿大“科汇”公司在广州开始销售、摆放“vendo”等进口机器。1998年10月，南开戈德组建“天津戈德微超贸易有限公司”（现“天津戈德移动商务有限公司”前身），成为国内第一家规模经营自动售货机的单位。20002001年，青岛“澳柯玛”、番禺“智强”、广州“金沙”、长沙“艾博” 等相继进入自动售货机行业。1.3自动售货机的市场展望目前, 自动售货机作为一种不同于传统的零售方式进入四十五个国家市场。在这四十五个国家中, 美国和日本发展最快,在日本达到平均每23人一台,年产量达70万台;在美国达到每40人一台,年产量100万台;在欧洲达到每60人一台。目前，中国的自动售货机拥有量约为2万余台，相对于13亿的人口大国，这个数字微不足道。作为世界上最大的自动售货市场，日本通过自动售货机出售的商品多达6000余种。去年，仅饮料的销售额就达1593亿人民币。在欧洲每台自动售货机日销售额达到50到100美元不等,以巴黎地铁车站为例,在各个站点总计摆放了1500台,每月销售额达600万法郎。美国自动售货机的零售营业额高达293亿美元，日本每个消费者每年在自动售货机上的消费金额达55万日元。全世界每年通过自动售货机销售商品的总额已达2000亿美元。事实上,伴随收入水平的提高,人们追求灵活、方便、快捷以及自助式服务是自动售货机得以如此迅猛发展的主要原因。在发达国家自动售货机已经成为零售业一个不可分割的部分, 特别是对青年一代,这种伴随其成长的前卫零售方式更可谓是一种新的消费时尚。现代都市生活的节奏日趋加快,追求方便、快捷的服务成为人们的一种时尚,以麦当劳、肯德基为代表的的西式快餐在我国的迅速发展就是很好的例子。随着对外开放的不断扩大,传统的零售业发展成百货商店、连锁超市、电视直销、厂家直销等多种方式并存的局面,极大地方便了人们的生活。作为发达国家发育成熟并被广泛采用的通过自动售货机销售食品、饮料和香烟等小商品的零售业,必将以其方便、新颖的特点在中国得到迅速发展。这既是市场发展的需要, 是商业走向现代化的标志之一,也是中国与国际接轨的需要。由于自动售货机在我国尚无大批量生产使用的经验, 这里使用美国自动售货机零售业营业额占居民收入的比例来测算自动售货机在我国市场的市场容量。按照美国vendingmachines的统计,1994年全美自动售货机零售业的营业额为292.8 亿美元。根据美国国家统计局提供的资料,1994年全美国居民总收入为5.51万亿美元。由此得出,自动售货机零售业营业额占居民总收入的0.53。由此推算, 2010年, 我国约有300万台的市场容量。近两年,仅发达地区高消费场所就有近20万台的市场。1.4自动售货机功能分析 这部分阐述了自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规程，并介绍了自动售货机运行系统种所包括的人工操作步骤。 在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料常用药品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有4中商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2元，02商品为3元，其余类推。现投入1个1元硬币，当投入的货币超过01商品的价格时，01商品的选择按钮处灯长亮，提示可以购买，其他商品同比。当按下选择01商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机，提取01号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。自动售货机的工作流程图如图1.2所示。 图1.1 售货机外观图 图1.2 自动售货机工作流程图第2章 plc功能介绍2.1 plc的选型原则当某一个控制任务决定由plc来完成后，选择plc就成为最重要的事情。一方面要选择多大容量的plc ,另一方面是选择什么公司的plc及外设。对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的i/o点找出来，包括开关量i/o和模拟量i/o以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之中既有交流220v的接触器、电磁阀，又有24v的指示灯，则最后选用的plc的输出点数有可能大于实际电数。因为plc的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220v的负载负载使用。则直流24v的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220v的指示灯等。一般情况下继电器输出的plc使用最多，但对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的plc了。对第二个问题，则有以下几个方面要考虑： （1）功能方面 所有plc一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的plc是否有能力控制任务。如对plc与plc、plc与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对plc的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对plc的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的plc品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。（2） 价格方面 不同厂家的plc产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、i/o点数相当的plc的价格能相差40%以上。在使用plc较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。 plc主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。2.2 plc的概述2.2.1 plc的产生 20世纪20年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差. 20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：（1） 编程方便，可现场修改程序（2） 维修方便，采用插件式结构（3） 可靠性高于继电器控制装置（4） 体积小于继电器控制盘（5） 数据可直接送入管理计算机（6） 成本可与继电器控制盘竞争（7） 输入可以是交流150v以上（8） 输出为交流115v，容量要求在2a以上，可直接驱动接触器，电磁阀等（9） 扩展时原系统改变最小（10） 用户存储器至少能扩张到4kb（适应当时汽车装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。2.2.2 plc的定义 美国国际电工委员会（iec）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了plc应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了plc是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。2.2.3 plc的发展趋势plc总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。（1）向小型化、专用化、低成本方向发展随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使plc结构更为凑，相当与一本精装本书的大小，操作使用十分方便。plc的功能不断增加，将原来大、中型plc才有的功能部分地移植到小型plc上。（2）向大容量、高速度方向发展 大型plc采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。（3）智能型i/o模块的发展 智能型i/o模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的cpu与plc的主cpu并行工作，占用主cpu的时间很少，有利于提高plc的扫描速度。（4）基于pc的编程软件取代编程器 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对plc控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。（5）plc编程语言的标准化 与个人计算机相比，plc的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的cpu模块和i/o模块互不通用。plc的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，iec制定了可遍程序控制器标准。标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。（6）plc通信的易用化 plc的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。（7）组态软件与plc的软件化 个人计算机（pc）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。（8）plc与现场总线相结合现场总线i/o与plc可以组成功能强大的、廉价的dcs系统。（9）开发新型特殊功能模块 i/o组件可以提高plc的智能化、高密集度和增大处理能力。(10) cpu的处理速度进一步加快目前，plc的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的cpu也不过80486，将来会全面使用64位的risc芯片，采用多cpu进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使plc的处理速度达到纳秒级。 2.2.4 plc的特点（1）抗干扰能力强，可靠性好plc在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。i/o系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。plc的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于plc的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在plc的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（wdt）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证cpu可靠运行。5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。（2）控制系统结构简单，通用性强plc及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。（3）编程方便，易于使用plc是面向用户的设备，plc的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，plc程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。（4）功能完善plc的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在plc内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制i/o等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。（5）设计、施工、调试、的周期短用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用plc控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在plc到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。（6）体积小，维护操作方便plc体积小，质量轻，便于安装。plc的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。（7）易于实现网络化plc可连成功能很强的网络系统。（8）可实现三电一体化plc将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。 2.2.5 plc的主要功能（1） 条件控制功能 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用plc的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。（2） 定时/记数控制功能定时/记数控制功能指用plc提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。（3） 数据处理功能 数据处理功能是指plc能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。（4） 步进控制功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。（5） a/d与d/a 转换功能 a/d与d/a 转换功能是指通过a/d、d/a模块完成模拟量和数字量之间的转换。（6） 运动控制功能 运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。（7） 过程控制功能 过程控制功能是指通过plc的pid控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。（8） 扩展功能 扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即i/o扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高plc的控制功能。（9） 远程i/o功能 远程i/o功能是指通过i/o单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与plc主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。（10） 通信联网功能通信联网功能是指通过plc之间的联网、plc与上位机的链接等，实现远程i/o控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。（11） 监控功能监控功能是指plc能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制i/o状态。2.3 plc的基本结构及原理2.3.1 plc的系统结构目前plc种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元cpu、存储器ram和rom、输入输出接口电路、电源、i/o扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。plc控制系统由输入量plc输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为plc的输入量，它们经plc外部输入端子，作为plc的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，plc的基本结构有控制部分输入和输出组成。2.3.2 plc各部分的作用(1) 中央处理器cpu是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下： 诊断plc电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入plc的寄存器中。 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。 应各种外部设备的工作请求。(2) 存储器 plc的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。 二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。 (3) 输入输出接口电路plc通过输入输出（i/o）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过plc的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成cpu所能接受和处理的数字信号。(4) 电源 plc的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足plc的cpu、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。(5) 输入输出i/o扩展接口若主机单元的i/o点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将i/o扩展单元与主机单元相连接。(6) plc的基本工作原理plc采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，cpu从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。plc的扫描全过程如图3所示。 输入刷新阶段在输入刷新阶段，cpu扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成plc的实际输出。 图1.3 plc的扫描全过程 显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次i/o刷新，即每一个扫描周期plc只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在i/o刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的i/o刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行，plc在一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。2.4 三菱可编程控制器产品功能介绍综合性价比和功能方面考虑，本次设计采用三菱实现售货机的功能 ，该型号plc输入点x0-x27(八进制)，输出点y0-y27(八进制)。下面对该产品的组成各部分和技术性能做个简单介绍。2.4.1 功能指令类型 fx系列plc的功能指令有连续执行型和脉冲执行型两种形式。如图（a）程序是连续执行方式的例子。当x2为on状态时，上述指令在每个扫描周期都被重复执行。 如图（b）是脉冲执行方式的例子。助记符附的（p）符号表示脉冲执行。（p）和（d）可同时使用（d）mov（p）.该脉冲执行的指令仅在x1由off转为on时有效。在不需要每个扫描周期都执行，用脉冲执行方式缩短执行时间。图2.1 功能指令的两种形式2.4.2功能指令的通用表达形式功能指令需要制定编号，有很多的功能指令在指定功能编号的同时还需制定操作元件按。操作元件有1个到4个操作数组成。操作数的说明如下：是源操作数，若使用变址功能时，表示为形式。源操作数不止一个时，可用、表示。 是目标操作数。若使用变址功能时，表示为形式。目标操作数不止一个时，可用、表示。表示常数时，用十进制（k）和十六进制（h），如图所示一条取平均值的功能指令的梯形图和指令语句表图2.2 取平均值的功能指令的梯形图d0是源操作数的首元件，k3是指定取值的个数为3，d4z是指定计算结果存放的数据寄存器的地址。显然，上述平均值指令的含义： 2.4.3 三菱plc内部继电器的功能及编号（1） 输入继电器x输入继电器是plc用来接收用户设备发来的输入信号。输入继电器与plc的输入端相连，编程时应注意，输入继电器的线圈必须由外部信号来驱动，不能再程序内部用指令来驱动。因此，在程序中输入继电器只有触点，而没有线圈。（2） 输出继电器y输出继电器是plc用来将输出信号传给负载的元件。输出继电器的外部输出触点加到plc的输出端子上，外部信号无法直接驱动输出继电器，它只能在程序内部用指令驱动，无论是输入继电器还是输出继电器都可提供无限多对常开、常闭触点，供编程使用，输入输出继电器的地址编号均是采用八进制。（3） 辅助继电器mplc内部有很多辅助继电器 ，每个辅助继电器都有无限多对常开、常闭触点，供编程使用。辅助继电器只能由程序驱动，其作用相当于继电器控制电路中的中间继电器。辅助继电器的触点不能直接驱动外部负载。（4） 通用数据寄存器d 只要不写入其他数据，已写入的数据不会改变。但是，plc状态由运行到停止，全部数据均清零。2.4.4 程序流程控制功能指令 （1） 逻辑取和输出线圈指令ld、ldi、outld取指令，用于常开触点与母线的链接指令，每一个以常开触点开始的逻辑行都要使用这一指令。ldi 取反指令，用于常闭触点与母线连接，每一个一常闭触点开始的逻辑行都要用这一指令。ld、ldi这两条指令的目标元件是x、y、m、s、t、c，用于将触点接到母线上。out是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是y、m、s、t、c。对输入继电器x不能使用，out指令还可以连续使用多次。out指令的目标元件是定时器t和计数器c时，必须设置常数k。其指令使用说明如图图2.3 ld、ldi、out指令的使用说明（2） 触点串联指令and、aniand与指令，用于单个常开触点的串联，完成逻辑“与”运算。ani与非指令，用于单个常闭触点的串联，完成逻辑“与非”运算。使用说明：and、ani是单个触点串联链接指令，串联的次数没有限制，该指令可以多次重复使用。and、ani指令的目标元件是x、y、m、s、t、c详细使用说明如图所示图2.4 and、ani指令的使用说明（3）anb、orbanb：用于支路的串联指令，orb：用于支路的并联指令。其详细用法如图图2.5 anb指令使用说明orb详细用法如图图2.6 orb指令使用说明（3）置位与复位指令set、rstset置位指令，使动作保持；rst复位指令，使操作保持复位。如图图2.7 set、rst指令的使用说明（2）脉冲输出指令plspls指令在输入信号上升沿产生脉冲输出，而plf在输入信号下降沿产生脉冲输出，这两条指令都是2程序步，它的目标元件是y和m，但特殊辅助继电器不能做目标元件,使用pls指令，元件y、m仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作，如图所示 图2.8 pls指令的使用说明（3）加法指令add、减法指令subadd指令是将指定的源元件的二进制数相加，结果送到指定的目标元件中去，add指令的用法如图所示图2.9 add指令使用说明+,即（d10）+（d12）d14每个数据的最高位作为符号位（0为正，1为负），运算时二进制代数运算。如果运算结果为0，则零标志m8020置1；如果运算结果超过32767（16位运算）或2147483647（32位运算），则进位标志m8022置1；如果运算结果小于-32768（16位运算）或-2147483648（32位运算），则借位标志m8021置1。在32位运算中，被指定的字元件是低16位元件，下一个元件为高16位元件（4） div指令可以进行16位和32位除法，得到商和余数，并将结果送到指定目标元件中，用法如图所示 图2.10 div指令的使用说明减法指令与加法类似。表2.1 div指令的助记符、功能、操作数和程序步助记符功能操作数【s1】 【s2】 【d】程序步div fnc22乘法两数相除，结果存放到目标元件中k、h、t、c、d、v、z、kns、knm、kny、knxknm、kny、knst、c、d、v、zdmul dmulpddiv ddivp13步(5) 比较指令cmpcmp指令的助记符、功能、操作数和程序步如表所示表2.2cmp指令的助记符、功能、操作数和程序步助记符功能操作数【s1】【s2】【d】程序步cmp fnv10比较比较两个数的大小k、h、t、c、d、v、zy、s、m3连续元件cmp、cmppdcmp、dcmpp cmp指令有3个操作数：两个源操作数，一个目标操作数，该指令将和进行比较，结果送到中。cmp指令使用说明如图所示，当x10为on时，比较100和c20当前值的大小 ，分3种情况使m0、m1、m2中的一个为on，另两个则为off；若x10为off，则cmp不执行，m0、m1、m2的状态保持不变。图2.11 cmp指令的使用说明（5）定时器t 定时器在plc中的应用相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器，一个当前值寄存器以及无限个触点。通常plc中有几十个至数百个定时器t。plc内定时器是根据时钟脉冲累计计时，时钟脉冲有1ms、10ms、100ma三档，当所计时时间到达设定值时，输出触点动作。定时器可以用用户程序存储内的常数k作为设定值，也可以用数据寄存器d的内容作为设定值。这里使用的数据寄存器应有的断电保持功能。定时器元件的编号、设定值和动作叙述如下：定时器t0t245.100ms定时器t0-t199共200点，每个定时器设定值范围是0.1-3276.7s；10ms定时器t200-t245共46点，每个设定值范0.1-3276.7s。当驱动输入x0接通时，定时器t200的当前值计数器对10ms时钟脉冲进行累计计数，当该值与设定值k123相等时，定时器的输出触点接通，即输出触点是在驱动线圈123x0.01s时动作。驱动输入x0断开或发生断电时，计数器复位，输出触点也复位。其工作过程如图图2.12 定时器的工作原理积算定时器t246-t255。1ms积算定时器t246-t249共4点，每点设定值范围为0.001-3276.7s；100ms积算定时器t250-t255共6点，每个积算定时器设定值范围0.1-3276.7s。当定时器的线圈t250的驱动输入x1接通时，t250的当前值计数器开始累计100s的时钟脉冲的个数，当该值与设定值k345相等时，定时器的输出触点接通。当计数中间驱动输入x1断电或复电时，计数器继续工作，当累积时间为0.1x345=34.5s,输出点动作。图2.13 积算定时器的工作原理图第3章 plc的系统设计3.1 可编程控制系统设计的基本原则3.1.1 控制系统设计原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计plc控制系统时，应遵循以下基本原则： (1) 最大限度地满足被控对象的控制对象。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。(2) 在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。 （3）保证控制系统的安全、可靠。 （4）考虑到生产的发展和工艺和改进，在选择plc容量时，应适当留有裕量。3.1.2 控制系统设计的基本内容plc控制系统是由plc与用户输入、输出设备连接而成的，因此，plc控制系统设计的基本内容应包括：（1）用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。（2）plc的选择。 plc是plc控制系统的核心部件，正确选择plc对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择plc，应包括机型选择、容量的选择、i/o模块的选择、电源模块的选择等。（3）分配i/o点，绘制i/o连接图。（4）设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。因此，控制程序饿设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。（5）必要时还需设计控制台（6）编制控制系统的技术文件。3.1.3 控制系统设计的一般步骤（1）根据生产的工艺过程分析控制要求。（2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定plc的i/o点数。（3）选择plc系统。（4）分配plc的i/o点，设计i/o连接图。（5）进行plc程序设计，同时可进行控制编写调试。3.1.4 编写梯形图的注意事项（1）输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。（2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段，可以通过特