毕业设计（论文）-自动售货机控制系统设计.doc

东华理工大学长江学院毕业设计题 目 自动售货机控制系统设计 英文题目 Vending Machine Control System Design 学生姓名： 王 飞 申请学位门类： 工学学士 学 号： 09315221 专 业： 机械电子工程 系 别： 机械与电子工程系 指导教师： 赵 杰 职称： 讲 师 二零一三年六月摘 要随着现代社会科技和经济的飞速发展，人们已经迈进了一个高科技时代，同时人们也逐渐的学会享受生活，为了满足人们的生活追求，自动售货机开始迅速的普及。作为自动控制技术发展产物之一的PLC无人自动售货机，在人们的日常生活中已经得到了广泛的应用，已成为一种全新的商业零售形式。同时经济的快速增长使的人们的消费水平不断提高，大量的消费品被生产出来，这需要大量的物品流通渠道来消费这些生产出来的消费品，在以前主要是通过超级市场来销售，但现在自动售货机使人们多了一种选择。它的出现使消费模式和销售环境发生了巨大的变化，相对于超级市场、百货购物中心等销售模式而言，无人自动售货机没有场地上的局限，而且购物便利。本文简要介绍了课题研究的意义，自动售货机在国内外的研究动态，主要设计的是基于西门子S7-200 系列PLC构成的自动售货机控制系统，包括自动售货机控制系统硬件设计，软件的设计，I/O分配，系统控制流程图，PLC梯形图程序的编写和系统梯形图的调试仿真。关键词： PLC； 自动售货机控制系统； 梯形图； 调试IABSTRACTWith the development of the modern technology and societys rapid economic, people have entered an era of high technology, but it also gradually learn to enjoy life, to pursue in order to meet peoples lives, vending machines began to spread rapidly. Automatic control technology development as one of the products of the PLC unattended vending machines, in peoples daily life has been widely used, has become a new form of commercial retail. While rapid economic growth has enabled the continuous improvement of peoples consumption level, a large number of consumer goods were produced, which requires a large number of items to consume these distribution channels produced consumer goods, in the past mainly through supermarkets to sell, but now vending freighter make people more of a choice. It appears that consumption patterns and sales environment has undergone tremendous change, as opposed to supermarkets, department stores, shopping centers, sales model, nobody no vending machines on site limitations and shopping convenience. This article briefly describes the significance of the research, the research of the vending machine at home and abroad, the main design is design a vending machines control system consisting of PLC based on Siemens S7-200 series, including vending machine control system hardware design, software design , I / O assignment, the flow of the system control, write the PLC ladder program and the debug simulation of the system ladder.Keywords: PLC; vending machine control system; ladder; debuggingII目 录摘 要IABSTRACTII绪论11.1 课题研究的意义11.2 国内外研究动态12 自动售货机控制系统的整体设计方案32.1 自动售货机的工作原理32.2 自动售货机设计的基本思路32.3 自动售货机控制系统设计的基本内容32.3.1 主要内容32.3.2 拟解决的关键性问题32.4 自动售货机控制系统设计的步骤43 自动售货机控制系统硬件的设计53.1 自动售货机的控制要求分析53.2 PLC型号的选择53.2.1 PLC的概念53.2.2 PLC的工作原理63.2.3 PLC的循环扫描63.2.4 PLC的硬件组成73.2.5 PLC的编程语言83.2.6 PLC的主要特点83.3 感应器件的选择103.4 钱币的贮存和退币机构103.5 商品送出机构的选择114 自动售货机控制系统软件的设计124.1 PLC软件系统设计的方法124.2 I/O口的分配124.3 自动售货机I/O 接口图134.4 自动售货机控制流程图设计144.5 自动售货机控制梯形图程序的设计154.5.1 计币部分设计154.5.2 比较部分设计184.5.3 选择部分设计194.5.4 余额计算部分设计204.5.5 退币部分设计204.5.6 报警部分设计225 自动售货机控制系统的调试245.1 系统的仿真调试245.2 系统调试的方法245.3系统仿真运行分析25结论29致 谢30参考文献31附录一 自动售货机控制系统的顺序功能图32附录二 自动售货机控制系统的梯形图33附录三 自动售货机控制系统的语句表36东华理工大学长江学院毕业设计 绪论绪论1.1 课题研究的意义随着科学技术的发展和社会的进步,商业机械逐渐的变的越来越自动化, 其中被广泛运用的是自动售货机，它是自动化商业机械被广泛用于公共场所的代表。通过自动售货机人们可以买到很多的商品，像饮料、食品、香烟、报纸等。自动售货机凭借和消费者 “一对一”的无店铺自动售货销售模式，成为在现有市场销售模式下消费者的又一种选择，自动售货机让商品的需求化和多样化得以发展和实现。方便和快捷使越来越多的人喜欢上了这种购物，这既是现代化城市配套设施中所需求的，也方便了人们的生活。自动售货机凭借着其别致、文明、高级、灵敏便利等特色受到了很多人的喜欢。自动售货机可以依据消费者所投入的货币数值进行判断和运算，判别消费者是不是可以采办某种商品，而且做出相对应的反映。因而，售货机除了可以辨识售货机里边一切的商品外，还要可以对消费者所投入的货币进行判别和累计， 并能够根据消费者的选择提供所要购买的商品。售货机能够根据所投入的币值，通过消费者按下商品的选择按钮, 带动电机工作，将商品传送到出货口, 以便顾客取出商品, 完成此次交易。它的售货功能是通过识币系统、货物和货币的传送系统来实现的。所以本课题来设计解决自动售货机的控制系统，采用可编程控制器, 用来在其内部存贮实行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字和模拟的输入和输出, 来控制整个系统，并实现完整的售货功能。1.2 国内外研究动态在中国，自动售货机将变成一个潜力无穷的产业，从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于产业构造的转变而产生的。随着生产和消费的逐渐增多以及消费模式和销售环境的逐渐变化，新的商品流通渠道需要出现以来适应市场的要求；相对于现在市场上其它的商品销售模式人工费用的上升，受场地的限制和购物的不方便等，无人自动售货机作为一种适应市场的机器便应运而生了。它的其前景十分广阔，相信在不久得将来它会在商品的销售行业又一次掀起革命。自动售货机出售的商品可以先根据其摆放的场所然后进行选择，这里面包括饮料、零食、以及特色商品等。通过这种智能的售货系统，客户和管理人员可以准确的得到商品的存货和销售等信息。此外，还支持多种交易支付模式，同时方便实现较大金额的支付和交易结算。在2004年，在国内开始出现了可以通过手机购物的无线自动售货机，天津南开戈德公司已经研发出了这种类型的自动1售货机。这种新型的自动售货机不仅更方便货品的销售，而且还是广告使用非常普遍的一种媒介。自动售货机在国外的发展相对来说比较成熟。在日本的自动售货业已经有超过2000种机型、可以售卖超过6000种商品，无处不在，而且24小时供应，因此非常受人们的欢迎。在美国，运营商就超过10000家，并且具有与大饮料商、大食品商的合作经验。自动售货机在全球一切关联的范畴研讨中，研讨的关键技术主要包含以下几个方面：1怎么完成系统内部的出售动作；2怎么完成出售信息的计算与资金结算的办理；3怎么削减功耗。根据相关文献资料，怎么完成系统内部的出售动作的研讨现已基本上老练，如今最多的研讨主要是在怎么完成出售信息的统计与资金结算的办理和怎么削减功耗。38东华理工大学长江学院毕业设计 自动售货机控制系统的整体设计方案2 自动售货机控制系统的整体设计方案2.1 自动售货机的工作原理自动售货机的工作原理是：1、从投币口送入货币，然后经过传感器采集数据、识别器判别货币的面值。2、识别器把信息数据传给通信模块。3、通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值,启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已售完，并等待顾客按键选择商品。4、顾客选择商品后，售货机自动把商品送出，等待顾客取走。5、如果余额足够多，顾客可以选择退币或继续买商品；如果余额不足，顾客可以选择退币或继续投币购买商品。退币可以分为两种情况：一种是由纸币识别器完成退纸币，另一种是由硬币的通信模块完成退硬币。6、系统复零，完成售货。2.2 自动售货机设计的基本思路本设计的目的是设计一个便利、方便的具有自动区分货品的功用，并且能对所投的钱币币值进行累计，根据币值选择商品的自动售货机。而且商品交易完成后会显示余额并可以随时退币；当自动售货机遭受到外界因素破坏时报警指示灯会闪烁报警。2.3 自动售货机控制系统设计的基本内容2.3.1 主要内容1课题设计要求1）分析了解自动售货机的工作原理2）完成对应的硬件和软件设计3）完成自动售货机的PLC控制2课题内容1）根据题意设计显示电路，并按图连接2）画PLC I/O接口连线图3）编制梯形图及指令语句表4）完成系统调试，实现控制要求该设计主要包括硬件设计和软件设计。其中，硬件设计包括：1.控制要求分析；2.PLC类型的选择；3.I/O点统计；4. 感应器的选择；5. 传送机构的选择设计。系统软件的设计包括： 1. I/O口的分配；2. 自动售货机控制流程图设计；3. 梯形图程序设计；4. 对编好的梯形图程序进行调试和仿真运行。2.3.2 拟解决的关键性问题1）设计基于PLC的控制系统方案；2）编写PLC程序；3）利用PLC实现工作系统的控制。本次设计的题目是自动售货机，主要是应用西门子S7-200型PLC的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：PLC的定义、PLC的编程语言、PLC的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据PLC的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。本次设计的重要部分是第三部分的设计部分，即自动售货机梯形图的设计。首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，再对已经编好的梯形图程序进行仿真调试，这样才能真正理解本次自动售货机的控制原理。2.4 自动售货机控制系统设计的步骤（1）深入了解和分析自动售货机控制系统的要求。（2）根据自动售货机控制系统的要求确定所需要的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。（3）根据I/O点数，选择合适的PLC类型。（4）分配PLC的I/O点，画出I/O连接图。（5）根据自动售货机控制系统的要求，进行自动售货机控制系统的梯形图程序的设计。（6）对编制好的梯形图程序进行调试，将编制好的程序输入调试软件当中，查找错误，使设计的梯形图程序更加的完善。东华理工大学长江学院毕业设计 自动售货机控制系统硬件的设计3 自动售货机控制系统硬件的设计 3.1 自动售货机的控制要求分析由于对本次自动售货机控制系统设计没有给出特定的要求，所以在设计的时候给出一些特定的假设。假设本设计中自动售货机控制过程如下所述：1. 自动售货机出售A、B两种商品。2. A、B两种商品价格分别为6元，12元。3. 自动售货机可识别1元硬币，10元、5元、1元纸币。4. 当投入的钱币总值等于或超过相应的商品价值时、对应的商品指示灯亮。5. 当顾客投入钱币在1分钟内不按任何按钮，自动售货机将会自动按照余额退还给顾客。6. 当对应的商品指示灯亮时，按下相应的按钮，相应的商品将会排出。7. 当顾客选购完商品后，自动售货机会计算余额，按下退钱按钮，自动售货机将按照余额退还给顾客。8. 当顾客买完一件商品后20秒无操作，自动售货机将会按照余额自动退还给顾客。9. 如果顾客投入钱币后又不想买物品，按下退钱按钮，自动售货机将会按照余额自动退还给顾客。10.自动售货机在遭受到外力破坏时，自动售货机报警指示灯闪烁。3.2 PLC型号的选择3.2.1 PLC的概念可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。国际电工委员会(IEC) 于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿，在草案中对可编程控制器定义如下：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都应按易于使工业控制系统连成一个整体，易于其扩充功能的原则设计”。换言之，PLC是计算机技术与传统的继电器控制技术相接合的产物，是在顺序控制器和计算机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心来作为数字控制专用的计算机使用的。在现代工业自动化设备或系统中，广泛应用着各种品牌和规格的可编程控制器，不同厂家的产品各有特点。它们虽有有一定程度的差异，但作为一个行业标准控制设备，不同厂家生产的可编程控制器在结构组成、工作原理和编程方法，以及许多其他方面基本上是相同的。3.2.2 PLC的工作原理PLC与计算机的工作原理基本上是相同的，你可以简单地表示为在系统程序的管理下，通过运行应用程序来完成用户任务。PLC通电后，首先对硬件和软件进行一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种任务（见图3-1）。但是PLC也有其本身的特点，PLC在确定了工作任务后，专用程序被加载装入到一个特殊的机器，它采用循环扫描模式，系统的任务管理和应用的程序执行都是通过循环扫描模式完成的。读取输入执行用户程序处理通信请求自诊断检查改写输出执行用户程序处理通信请求自诊断检查改写输出STOP模式RUN模式图3-1 扫描过程3.2.3 PLC的循环扫描对于每一个程序中，CPU从所述第一条指令开始执行，按指令步序号做周期的程序循环扫描，如果没有一个跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直到它终止执行用户程序然后返回到第一条指令，如此周而复始，每个周期被称为一个扫描周期。PLC扫描的整个过程如图3-2所示。输入端子输入映像存储器执行程序输出映像存储器输入锁存电路输出入端子用户输入设备寄存输入状态读读写用户输入设备寄存执行结果用户输入设备输入采样程序执行输出刷新图3-2 程序执行过程流程图3.2.4 PLC的硬件组成PLC的硬件主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源和其它部件组成。其中，CPU是PLC的核心部件；输入单元/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口；通信接口用于连接编程器、主计算机等外部设备的接口，其硬件构成图如图3-3所示。编程器，打印机.接受现场信号 中央处理器CPU存储器RAM ROM外设接口I/O扩展口I/O扩展单元输入接口输出接口电源驱动被控设备图3-3 PLC组成结构框图3.2.5 PLC的编程语言PLC为用户提供了一个完善的编程语言，以满足编制用户程序的要求。它提供的编程语言，通常有以下五类：梯形图（LAD），语句表（STL），顺序功能图（SFC），功能块图（FBD），结构化文本（ST）。3.2.6 PLC的主要特点(1)运行稳定、可靠性高、抗干扰能力强(2)设计、使用和维护方便(3)编程语言简单直观、易学易用 (4)系统配套齐全、功能完善、适用性强(5)与通信技术、网路技术相结合(6)体积小、重量轻、能耗低选择适合自己设计要求的PLC是非常重要的。现在，在国内和国外烦人可编程序控制器的生产厂商生产的PLC已经达到上百个品种，其性能特点各不相同。因此，在设计中应该综合考虑各方面因素，选出与本次设计最佳符合的PLC。对PLC的容量选择既要符合设计的控制要求，又要考虑比适当的多一点空余，以防之后需要。一般来说，一条逻辑指令占存储器一个字的记忆。定时，计数，移位和算术运算，以及数据传输等指令需要占存储器的内存空间。在选择存储器容量时，通常按实际需要的10%到25%考虑内存容量的选择。I/O点的数量应该比实际的需要多10%到15%的空余以防之后需求。用户的存储容量是指PLC的内部存储空间在用户程序存储上的应用能力，用户需要多大的存储容量是要看用户程序的长短。 I/O点数即PLC面板上连接输入、输出信号用的端子的个数，通常被称作为输入点和输出点的点数,用输入的点数和输出的点数的和来表示。PLC的点数的多少，在很大程序上反映了PLC系统的功能要求， I/O点的数量越多，它外部能够接入的输入器件和输出器件就会越多，能够控制的规模就会更大。所以，I/O点的数量常用来对PLC的性能进行衡量。全球对PLC规模的分类常以PLC的I/O点的数量来作为一个标准，I/O点的数量小于256的称为小型PLC，小于等于64的称为微型PLC，总I/O点的数量大于2048的称为大型PLC。PLC的容量包括I/O点数和用户存储容量两个方面。存储容量（字节）开关量IO点数10 模拟量I/O通道数100。 通过本设计的自动售货机系统的控制要求分析可以知道，本设计的主要有4个钱币输入，分别是1元硬币投入、1元纸币投入、5元纸币投入和10元纸币投入，3个按钮开关，分别是A商品选择按钮、B商品选择按钮和退币按钮，以及1个能够感应到自动售货机遭到破坏的感应器，3个指示灯,分别为A商品指示灯、B商品指示灯和报警指示灯，3个输出分别是A商品输出、B商品输出和余额输出等。其中输入设备有1元硬币投入、1元纸币投入、5元纸币投入和10元纸币投入，A、B两种商品选择按钮，退钱按钮,撞击感应器；输出设备有A、B两种商品指示灯，报警指示灯，A商品输出、B商品输出和余额输出。本设计采用的是小型电动机来控制商品和钱币的输出，商品的指示灯采用的电是经过变压器调制成的24V电压，安全可靠。由此可知，系统所需的输入点数为8点，输出点数为6点。根据上面的分析，至少选用24点（14I/10）的PLC，现选用西门子公司的S7-2OO CPU 224型号为6ES7 214-1AD23-0XB 的PLC，这种型号的PLC不仅能够满足设计的功能需要，还能够减少经济上支出，完全符合设计需求。3.3 感应器件的选择目前自动售货机行业选用的感应器主要有红外线感应器。所以本设计也选用红外线传感器。红外线感应器是对人员或物体的存在进行反应的。只要人员或物体处于感应器的扫描范围之内，不管它们是否移动，感应器都会对做出相应的反应，且其感应速度慢，若人员或物体移动较快，感应器就无法及时的做出反应。红外线感应器还受温度影响比较，当温度过高时，其反应速度就极低，而且对于某些不慎飞进其扫描范围内的物体也会做出反应，准确性不高。在本设计中，当投入的钱币通过入币口时会经过红外线传感器感应，对钱币进行识别，钱币经识别后进入储存箱内，同时传感器会将信号传给PLC，使其进行钱币的加法运算；当退币时，退出的钱币在通过出币口时经过红外线感应器的感应，信号传给PLC，使其进行减法运算。3.4 钱币的贮存和退币机构目前在市场上流通的人民币主要有纸币和硬币两种，所以设计的自动售货机既要能识别纸币又要能识别硬币。纸币主要通过检测元件来对其识别，通过传动机构来对其进行分类。检测元件有荧光检测元件、光敏电阻和红外线感应器等；传动机构主要由电机和捻纸皮带组成。当有纸钞通过进口投入时，入口处的红通过外线就会被投入的纸币所遮挡，红外线接收管就会给电机发出信号使其正转，纸钞就会通过捻纸皮带进入钱币识别器内，在进入过程中，纸钞会被各种检测元件检测和区分，如是真钞则进入内部纸币贮存箱内；如检测结果不合格，微电机将会反转，将投入的纸币退出。硬币的识别器有很多种，但贮币和退币的机构基本上可以分为两种：一种是平面式贮币，通过电磁阀进行退币；另一种是圆筒式贮币，通过步进电机进行退币。当硬币通过硬币进口投入后，识别器会进行识别，如果是假币将会被排出，如果是真币将会通过几组不同电磁阀按面值分配到不同的贮币腔内。当收到系统退币的信号后，硬币将通过退币电磁阀将贮币腔内部的硬币输出，完成自动售货机的退币。根据本设计中对自动售货机的要求，选择圆筒式硬币多币值识别器和平面式纸币多币值识别器。3.5 商品送出机构的选择目前，各种各样的商品输出机构应用于自动售货机上，但是典型的商品输出机构主要有下面几种：1旋转式送出机构：这种送出机构主要运用于罐体商品的传送，在商品底部开一个出口槽，罐体商品被放在螺旋通道上，当电机被驱动就会带动螺旋通道转动，转到开口处罐体便会出槽售出。这种送出机构的主要缺点是电机的转矩要求较大，造价成本相对较高；2转盘式送出机构：这种送出机构是由一个像喇叭一样的罐体储存容器和周边布满圆槽的一个转盘组成，存储容器在上面，转盘在下面，当电机被驱动就会带动转盘的转动，罐体一旦落入到转盘上的槽内就会被售出。 这种送出机构的主要缺点是电机的转矩也要求较大来带动和并且占用的空间较大，而且还会发生卡死现象； 3滚筒式送出机构：该送出机构由滚筒和构成阶梯梁构成，滚筒内多个罐体商品可以装在上面，通过步进电机来带动滚筒的转动，利用梁的各阶梯段与滚筒之间不同的开口距离控制商品掉落的顺序。这种机构要求电机有较高的转动精度；4)弹簧推动式送出机构：这种送出机构是由螺旋弹簧和电机构成的, 电机连着螺旋弹簧的一端，电机转动一圈就带动弹簧转动一圈，同时推出一个易拉罐.这种机构的缺点是每根弹簧能够装的数量有限，而且每根螺旋弹簧都需要由一个电机带动，所以成本相对也较高。根据本设计中对自动售货机的要求，选择弹簧推动式送出机构。东华理工大学长江学院毕业设计 自动售货机控制系统软件的设计4 自动售货机控制系统软件的设计4.1 PLC软件系统设计的方法PLC软件系统设计的方法主要有图解法编程、经验法编程、计算机辅助设计编程。图解法编程主要是通过画梯形图来对PLC程序进行设计。经验法编程主要是运用自己和别人的设计经验来进行设计。设计前先选择和自己设计要求相视的程序，然后结合自己的设计要求情况，对梯形图程序进行适当的修改，使它符合自己的设计要求。计算机辅助设计编程主要是在计算机上通过PLC编程软件进行程序设计和编程、在线仿真调试等。在本次设计中，采用的是梯形图法编程。4.2 I/O口的分配输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。 PLC通过输入接口可以收到被控对象的各种数据，然后以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理的结果传送给被控制对象，从而达到控制目的。I/O口分配如表4-1所示。表4-1 I/O口的分配表输入单元符号PLC地址输出单元符号PLC地址I 0.0S1投入一元硬币Q 0.0L1报警指示灯I 0.1S1投入一元纸币Q 0.1L2A物品指示灯I 0.2S5投入五元纸币Q 0.2L3B物品指示灯I 0.3S10投入十元纸币Q 0.3KM1A商品输出I 0.4SB1购买A商品按钮Q 0.4KM2B商品输出I 0.5SB2购买B商品按钮Q 0.5KM3余额输出I 0.6S破坏感应I 0.7SB3退钱按钮4.3 自动售货机I/O 接口图图4-1 自动售货机I/O 接口外部接线图投入钱币钱币计数A商品指示灯选择商品商品输出钱币比较B商品指示灯报警余额计算是否退币退币结束工作遭受外部破坏图4-2 自动售货机控制流程图是钱币不足大于等于6元大于等于12元是否4. 4 自动售货机控制流程图设计4.5 自动售货机控制梯形图程序的设计根据自动售货机控制系统流程我们可以将自动售货机控制系统任务分成几个主要部分来进行设计，主要包括：计币部分的设计，比较部分的设计，选择部分的设计，余额计算部分的设计，退币部分的设计以及报警部分的设计。4.5.1 计币部分设计当消费者投入钱币时，钱币经过红外感应器的感应，然后由红外感应器驱动钱币识别器对钱币进行识别，如果是假币，钱币会自动退出来，如果是真币，系统则会进入下一个环节，系统会将钱币自动传送到钱币贮存腔，然后在PLC内自行运算。在梯形图的计币部分设计中，会运用到一些数学的加法、减法、乘法、除法运算指令。下面对这些指令来进行初步的了解。1. 加法指令：加法指令就是将两个输入端（IN1、IN2）指定的数据相加，其结果送到输出端指定的存储单元中。加法指令可以分为整数加法（ADD_I）指令（16位数）、双整数加法（ADD_DI）指令（32位数）、实数加法（ADD_R）指令（32位数）。加法指令格式为：+I IN1，OUT，整数加法；+D IN1，OUT,双整数加法；+R IN1，OUT，实数加法指令。2. 减法指令减法指令就是将两个输出端（IN1、IN2）指定的数据相减，其结果送到输出端指定的存储单元中。加法指令可以分为整数减法（SUB_I）指令（16位数）、双整数减法（SUB _DI）指令（32位数）、实数减法（SUB _R）指令（32位数）。减法指令格式为：-I IN2，OUT，整数减法；-D IN2，OUT，双整数减法；-R IN2，OUT，实数减法。3. 乘法指令：乘法指令就是将两个输入端（IN1、IN2）指定的数据相乘，其结果送到输出端指定的存储单元中。乘法指令可以分为整数乘法（MUL_I）指令（16位数）、双整数乘法（MUL_DI）指令（32位数）、实数乘法（MUL_R）指令（32位数）、完全整数乘法（MUL）指令（16相乘为32位的积）。整数乘法（MUL_I）指令是16位数与16位数相乘产生一个16位数的结果，其指令格式为：*R IN1， OUT。双整数乘法（MUL_DI）指令、实数乘法（MUL_R）指令分别是32位数与32位数相乘产生一个32位数的结果，其指令格式分别为：*D IN1，OUT，双整数乘法指令：*R IN1，OUT。以上3个指令影响的特殊寄存器位有SM1.0（零）；SM1.1（溢出）；SM1.2（负）SM1.3（被零除）。整数完全乘法（MUL）指令是16位数与16位数相乘产生一个32位数的结果，其指令格式为：MUL IN1，OUT。4. 除法指令除法指令就是将两个输出端（IN1、IN2）指定的数据相除，其结果送到输出端指定的存储单元中。除法指令可以分为整数除法（DIV_I）指令、双整数除法（DIV _DI）指令（32位数）、实数除法（DIV _R）指令（32位数）、整数完全除法（DIV）指令（16位相除为32位的结果）。整数除法（DIV_I）指令是16位与16位相除产生一个16位的结果，其指令格式为：/I IN2， OUT。双整数乘法（DIV_DI）指令、实数乘法（DIV_R）指令分别是32位数与32位数相除产生一个32位数的结果，其指令格式分别为：/D IN2，OUT，双整数乘法指令；/R IN2，OUT实数除法。整数完全除法（DIV）指令是16位数与16位数相除产生一个32位数的结果，其中商存入低16位，余数存入高1位中。在梯形图中，整数、双整数与实数的加法、减法、乘法、除法指令运算分别如下：IN1+IN2=OUT，IN1IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。表4-2 加减乘除指令表梯形图指令格式指令名称梯形图指令格式指令名称ADD_I+I IN1，OUT整数加法SUB_I-I IN2，OUT整数减法ADD_DI+D IN1，OUT双整数加法SUB_DI-D IN2，OUT双整数减法ADD_R+R IN1， OUT实数加法SUB_R-R IN2， OUT实数减法MUL_I*R IN1，OUT整数乘法DIV_I/I IN1，OUT整数除法MULMUL IN1，OUT完全整数乘法DIVDIV IN2，OUT完全整数除法MUL_DI*D IN1，OUT双整数乘法DIV_DI/D IN2，OUT双整数除法MUL_R*R IN1，OUT实数乘法DIV_R/R IN2，OUT实数除法减、乘、除、指令的操作数范围和加法指令的操作数范围相同，如表4-3所示。表4-3 加、减、乘、除指令操作范围输入输出数据类型操作数IN1、IN2INTIW、QW、VW、MW、SW、SMW、SW、T、C、LW、AC、AIW、*VD、*AC、*LD、常数DINTID、QD、VD、MD、SD、SMD、LD、AC、HC、*VD、*AC、*LD、常数REALID、QD、VD、MD、SD、SMD、LD、AC、*VD、*AC、*LD、常数OUTINTIW、QW、VW、MW、SW、SMW、SW、T、C、LW、AC、*VD、*AC、*LD、常数DINT、REALID、QD、VD、MD、SD、SMD、LD、AC、HC、*VD、*AC、*LD根据表编制计币部分程序如下图所示：图4-3硬币投入计币梯形图梯形图4-3 中I0.0表示投入一元硬币的计币，当每投入一元硬币，系统会自动读取信号，把它叠加存储在AC0中。图4-4纸币投入计币梯形图图4-4中I0.1，I0.2， I0.3分别表示投入一元，五元和十元纸币的计币，每次投入，系统会自动读取信号，把它叠加存储在AC0中。图4-3，图4-4中是表示脉冲正跳变。4.5.2 比较部分设计在整个售货过程中，价格的比较要贯穿整个过程的始终，只要当余额大于等于某种商品价格时，就需要输出一个信号，提示哪些商品可以购买。这里通过指示灯来代表此信号。所以在编写梯形图时我们要用到一些比较指令，下面我们来对比较指令进行一定的了解。比较指令由比较数1（INl）、比较数2（IN2）、比较关系符和比较触点构成。该指令由比较操作码（LD加上数据类型B、W、D、R）、比较关系符（等于=、大于、大于等于=、小于、小于等于=）、比较数1（INl）和比较数2（IN2）构。用于比较两个有符号数或无符号数的大小，其类型包括字节比较、整数比较、双整数比较、实数比较。比较指令的运行原理是：当比较数1和比较数2的关系符号比较符的条件时比较触点闭合，后面的电路就被接通；否者比较触点断开，后面的电路就不接通。换句话说，比较触点相当于一个有条件的动合触点，当比较关系成立时，触点闭合；不成立时，触点断开。（1）字节比较该指令用于比较两个无符号字节型整数值的大小，比较时可以采用LDB、AB或OB后直接加比较运算符构成。如：LDB=、AB、OB=等。所比较整数的寻址范围：VB、IB、QB、MB、SB、SMB、LB、*VD、*AC、*LD和常数。指令格式举例： OB= AC1，100 。 （2）整数比较该指令用于比较两个有符号整数值的大小，比较时可以采用LDW、AW或OW后直接加比较运算符构成。如：LDW=、AW、OW=等。整数INl和IN2的寻址范围：VW、IW、QW、MW、SW、SMW、LW、AIW、T、C、AC、*VD、*AC、*LD和常数。指令格式举例： ADMD2，MD8 。 （3）双字整数比较 该指令用于比较两个有符号双字长整数值的大小，比较时可以采用LDD、AD或OD后直接加比较运算符构成。如：LDD=、AD、OD=等。双字整数INl和IN2的寻址范围：VD、ID、QD、MD、SD、SMD、LD、*VD、*AC、*LD和常数。指令格式举例： OD= AC0，1860 。 （4）实数比较该指令用于比较两个有符号双字长实数值的大小，比较时可以采用LDR、AR或OR后直接加比较运算符构成。如：LDR=、AR、OR=等。寻址范围：VD、ID、QD、MD、SD、SMD、LD、AC、*VD、*AC、*LD和常数。指令格式举例： OR= AC1，128.573 。综上所述，可以知道比较部分梯形图中， 是数据比较符号，用它来比较余额和商品的价格，是大于等于价格的标志。一般当余额大于等于某种商品价格而且时，程序使相应的指示灯亮表示可以购买该种商品，但是这应该是在当顾客买完一件商品后20秒内操作，否者系统会自动退币。如果是顾客投入钱币在1分钟内不按任何按钮或按退币按钮，自动售货机也将会自动按照余额退还给顾客。当有达到了这些条件的话，指示灯就会灭了，所以用几个常闭的定时器T37,T38,T39和一个常闭的退币按钮I0.7来和比较符号进行串联，如图4-5所示。图4-5比较部分梯形图4.5.3 选择部分设计当投入的币值可以购买某种商品时，按下相应的“选择”按纽即可在出货框中出现该种商品，同时也将扣除已消费的币值，接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续购买。对应的梯形图程序如梯形图4-6所示。 图4-6选择部分梯形图4.5.4 余额计算部分设计当顾客选择了一种商品后，自动售货机系统会自动的减去相应的商品价值，显示出所剩的余额。根据加减乘除指令表余额计算部分编写梯形图如下：图4-7余额计算部分梯形图4.5.5 退币部分设计本设计退币部分有好几种情况，具体可以分为以下几种：（1）.当顾客投入的钱币总值超过所购选商品的价值时，自动售货机会计算出余额，按下退钱按钮，自动售货机将按照余额退还给顾客。（2）.当顾客投入钱币在1分钟内不按任何按钮，自动售货机将会自动按照余额退还给顾客。（3）.当顾客买完一件商品后20秒无操作，自动售货机将会自动按照余额退还给顾客。（4）如果顾客投入钱币后又不想买物品，按下退钱按钮，自动售货机将会自动按照余额退还给顾客。从这几种情况可以知道设计过程需要用到定时器。定时器是由集成电路构成，是PLC中重要的硬件编程元件之一。在编程时，定时器需要提前输入时间预设值，当定时器的输入条件满足时开始计时。当前值从0开始按照一定的时间单位增加，当定时器的当前值达到了预设值时，定时器动作，发出中断请求，以便PLC响应而作出相应的动作。此时它对应的动作触点闭合，动断触点断开。利用定时器的输入输出触点就可以得到控制所需的延时时间。定时指令有3种类型：通电延时型（TON），有记忆通电延时型（TONR），断开延时定时器指令（TOF）。S7-200 PLC定时器有1ms、10ms和100ms三种分辨率，分辨率取决于定时器号，其关系如表4-4所示。表4-4 定时器精度与编号定时器类型分辨率（ms）计时范围（s）定时器号TONTOF132.767T32,T9610327.67T33-T36,T97-T1001003276.7T37-T63,T101-T255TONR132.767T0,T6410327.67T1-T4,T65-T681003276.7T5-T31,T69-T951. 接通延时定时器指令（TON） 接通延时定时器使能输入接通时开始计时，此时定时器位为OFF，当前值从0开始计数时间，当前值达到设定值时，定时器位变为ON，当前值连续计数到32767时，使能输入断开，定时器自动复位，即定时器位为OFF，当前值为0。2. 有记忆接通延时定时器指令（TONR）有记忆接通延时定时器使能输入接通时，定时器位为OFF，当前值从0开始计时。使能输入断开，定时器位和当前值保持最后状态。使能输入接通时，当前值从上次保持值继续计数，当累计当前值达到设定值时，定时器位变为ON，当前值可以连续计数到32767。有记忆接通延时定时器只能用复位指令进行复位操作，让当前值清零。3. 断开延时定时器指令（TOF）断开延时定时器使能输入接通时，定时器位为ON，当前值为0。当使能输入由接通到断开时，定时器开始计数，当前值达到设定值时，定时器位OFF，停止计数。TOF复位后，如果使能输入再有从ON到OFF的负跳变，则可实现再次启动。表4-5 定时器指令表指令格式指令名称TON Txxx，PT接通延时定时器TOF Txxx，PT断开延时定时器TONR Txxx，PT保持型接通延时定时器本设计中退币包含三种情况，一种是按退币按钮I0.7退币，一种是顾客投入钱币在1分钟内不按任何按钮或买完一件商品后20秒内操作，自动售货机自动按照余额退还给顾客。退币部分梯形图如下：图4-8退币部分梯形图4.5.6 报警部分设计自动售货机在遭到外力破坏时，自动售货机报警指示灯闪烁。这主要用到了一个闪烁电路，因此，可以编写出其梯形图，如下图4-9所示：图4-9报警部分梯形图通过计币部分的设计，比较部分的设计，选择部分的设计，余额计算部分的设计，退币部分的设计以及报警部分的设计我们就可以整理得到完整的自动售货机控制系统梯形图。 整理得到的完整自动售货机控制系统梯形图可见附录二。 东华理工大学长江学院毕业设计