基于PLC的自动售货机控制系统设计【优秀毕业课程设计】

西南科技大学高等教育自学考试 毕业设计（论文） 题目： 基于 自动售货机 设计 层 次： 准考证号： 指 导 老 师： 学生姓名： 技 术 职 称： 学生专业： 助学中心名称： 毕业设计（论文）任务书 1 题目名称 动售货机的设计 学生姓名 准考证号 题目来源 教师科研 社会实践实验室建设 其它 题 目 类 型 理论研究 应用研究 设计开发 其它 选题背景及目的 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。 此设计 介绍了自动售货机的的基本原理及工作流程，通过举例，介绍了自动售货机中程序的编程。具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用，涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。还 利用 证自动售货机能够长期稳定运行。 工作任务及要求 1. 选题符合专业培养目标，难易度适当，具有理论意义或实 际价值。 2. 论文必须文题相符，概念清楚，思路清晰，层次分明，论据充分、可靠，引用正确，论证有力。 3. 论文符合写作规范。 4. 论文的字数要求在 7000字以上。 5. 论文必须清楚反映自己的学术观点和学术水平，严禁抄袭。 时间安排 1. 开题报告 : 20* 年 12 月 15 日 至 20* 年 1 月 5 日。 2. 完成初稿： 20* 年 1 月 6 日 至 20* 年 3 月 5 日。 3答 辩： 20* 年 月 日 至 年 月 日。 以上内容由指导教师填写 指导教师 签 字 教师姓名： 年 月 日 助学点 审核 审核意见： 组长签字： 年 月 日 学生接受任务签字 接受任务时间： 20*年 12月 1日 学生签名： 毕业设计（论文）申报表 2 学生姓名 性别 年龄 准考证号 学生住址 联系电话 毕业设计（论文） 题目 名称 拟请指导教师 指导教师职称 指导教师电话 指导教师单位 选题背景及目的 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。 此设计 介绍了自动售货机的的基本原理及工作流程，通过举例，介绍 了自动售货机中程序的编程。具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用，涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。还 利用 证自动售货机能够长期稳定运行。 工作任务及要求 1. 选题符合专业培养目标，难易度适当，具有理论意义或实际价值。 2. 论文必须文题相符，概念清楚，思路清晰，层次分明，论据充分、可靠，引用正确，论证有力。 3. 论文符合写作规范。 4. 论文的字数要求在 7000字以上。 5. 论文必须清楚反映自己的学术观点和学术水平，严禁抄袭。 时间安排 1. 开题报告 : 20* 年 12 月 15 日 至 20* 年 1 月 5 日。 2. 完成初稿： 20* 年 1 月 6 日 至 20* 年 3 月 1 日。 3答 辩： 20* 年 月 日 至 年 月 日。 助学中心评审意见 主考院校评审意见 毕业 设计（论文）进度检查及 成绩评定表 3 日期 工作内容 执行情况 指导教师签字 1月 15 查找有关资料 完成 2月 15 开始起草 完 成 3月 5 完成并整理 完成 3月 15 老师检查并返回修改 完成 学生姓名 专业班级 准考证号 成绩汇总 评分项目 评分 比例（） 分数 总分 指导教师评分 40 评阅教师评分 30 答辩小组评分 30 指导教师毕业设计（论文） 过程评语 评分 签字： 年 月 日 评阅教师毕业设计（论文）成果 评语 评分 签字： 年 月 日 答辩组毕业设计 （论文）答辩 评语 评分 签字： 年 月 日 主考院校评审意见 签章 年 月 日 【摘要】： 本文介绍了自动售货机的的基本原理及工作流程，通过举例，介绍了自动售货机中程序的编程。具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用，涉及到了自动售货 4 机工作的绝大部分过程。还 利用 证自动售货机能够长期稳定运行。 【关键词】： 自动售货机 梯形图 目 录 绪论 7 5 一、自动售货机的介绍 8 （一）自动售货机的基本功能 8 （二）自 动售货机验纸币、硬币 9 1、识别原理 9 2、常见防假原理 10 3 、常见防盗原理 10 二、 11 （一） 11 1 、 11 2 、 11 3 、 12 4、 13 5 、 15 （二） 16 1 、 16 2 、 17 3、 19 三、 20 （一）程序控制系统设计的基本原则 20 1、控制系统设计原则 20 2.、控制系统设计的基本内容 20 3、控制系统设 计的一般步骤 20 6 4、程序设计的步骤 21 四、 自动售货机 23 (一 )仿真实验中售货机的分析 23 （二）设计任务的确定 24 （三）程序设计部分 24 1、程序设计说明 24 2、 24 （四）仿真界面与 33 1、初始状态 33 2、投币状态 34 3、购买状态 35 4、 退币状态 36 （五）数据连接 37 1、定义 I/ 37 2、设计 40 3、运行 43 结束语 44 参考文献 45 致谢 46 绪论 7 公元 1世纪，希腊人希罗制造的自动出售圣水的装置是世界上最早的自动售货 机。 1925年美国研制出售香烟的自动售货机，此后又出现了出售邮票、车票的各种现代自动售货机。现代自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而异，主要有糖果、饮料、报纸等自动售货机。一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。钱币装置是售货机的核心，其 主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。指示装置用以指示顾客所选商品的品种。贮藏售货装置保存商品，接收出售指示信号，把顾客选择的商品送至付货口。一般售货机的钱币装置由投币口、选别装置、 钱币 真伪的检查装置、计算金额的计算装置和找钱装置组成。70 年代以来，出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统，如无人自选商场、车站的自动售票和检票系统、银行的现金自动支付机等 。 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。 现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自 动售货机相比，它能够节约10 15%的电力。进入 21 世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。 一、自动售货机的介绍 8 （一）自动售货机的基本功能 首先在进行上、下位机程序编写之前，要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。 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 7 种商品，其中 01 号商品（代表第一种商品）价格为 ， 02 商品为 ，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 商品的选择按钮处应有变化，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清零指令，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 所示。 ) 自动售货机的工作流程图 1 （二）自动售货机验纸币、硬币 9 目前投入试用的“硬币识别机”设置有感应线圈，通过对硬币的材料、大小尺寸等各个要素进行感应并探明真伪。据技术人员介绍，不同的材质具有不同的磁场变化，可以通过电子技术进行分析、探查和识别，更高级的检测还可以运用频谱分析。 （一堆真假硬币，通过徐州市发明人周永谦发明的机器，倾刻间可分出真 伪。该机器是由外壳、语音提示监控、记忆探头三部分组成，其中记忆探头是其核心。据介绍，探头中的记忆可在瞬间识别所接触的硬币的重量、体积、金属成分等，由于真假币之间在这些方面存有差距，因而面对该机器时，结果自然也会不同。） 我国目前发行的 1 元 ,5 角和 1 角硬币的金属原材料是为造币而专门使用的特殊合金 ,因此在它通过投币入口进入由电感和电容组成的特定高频振荡线路所产生的磁场时 ,金属材质和体积的差异对电感量的影响大小也出现微弱差异 ,电感量的变化引起振荡频率的变化 ;再通过检测频率的变化 ,与设定值进行比较 ,确定某 种硬币种类后 ,经窄带选频电路将频率信号变成电压信号输出 ,完成对金属硬币的识别 . 金属硬币识别器种类繁多 ,但贮币退币机构基本上分为两类 :一类是平面式贮币 ,电磁阀退币 ;另一类是圆筒式贮币 ,步进电机退币 伪币和异物被排出 ,真币按面值由几组分布电磁阀分配到不同贮币腔体内备用 通过退币电磁阀或退币电机拉杆 ,将贮币腔内下部硬币依电信号程序推出 ,完成自动售货机的退币找零功能 . 1、识别原理 主要识别指标：直径、材质、厚度。 材质是用电磁的方式测 的，使用空心线圈或磁芯线圈，线圈组数少的只有一组，多的常见的是六组。工作状态下，线圈及其外围电路会以一个特殊的频率振荡（多个线圈的话频率各不相同），当硬币以垂直或平行于线圈平面的方式穿过时（不同产品方式不同），会引起振荡频率的变化。材质不同所引起的频率变化幅度和方向（增加、减少）也不同，对某种硬币的变化特征进行记录后，就成为使用中识别该种硬币的依据。 厚度是没有东西专门测的，实际上这个指标是和材质一起测。因为即使相同材质的硬币，如果厚薄不同，导致的频率变化差异也较大。 直径 老式的识别装置用光电管队列 来识别直径，排列组合得当的话，识别精度也不低（可答 新一点的都用偏心或异形线圈来测量，依据是直径小的硬币与线圈的重合部分也少，由此也带来频率变化的不同。 10 2、常见防假原理 主要依靠前面说的频率变化特征，对于可接受的真币，将其变化限制在一个范围之内，而假币往往在某个指标上和真的有差异，被辨认出来被踢掉。 投币入口应有一个检测元件（一般是光电管），检测到硬币进入后才会让后面的线圈振荡并开始记录频率值，同时计算变化量。 一个硬币正常的情况下是被塞进入口，然后沿结构设计好的槽滚动进入，会 有一定的速度，通过前述的线圈的时间很有限（ 500内），而且速度比较均匀。所以，这作为一个判断的指标，一枚缓慢放进的硬币是不会被接受的。 3、常见防盗原理 主要依靠复杂的结构设计防盗。指标吻合了，速度对了，认为是真币，会马上就加钱、确认交易吗？不会。在后面还会有若干道防线 首先是一个电控制的门，门后的通道有光电检测，确认硬币通过此门后，门被关闭（某些情况下，这门的侧面装了金属刃，要是用丝线什么的吊着硬币，喀嚓）。然后硬币可能直接落入储币箱或落入一个中间暂存机构后再进入储币箱，这 个过程中可能还会有一两次光电检测过程，任何一次检测不到硬币的存在，都不会确认有硬币进来。 设计得好的话，硬币一旦通过那个门，就不可能再从入口处拉出来，只有想法从退钱口处拉出来，但是如果退钱口也采用了特殊设计，这就是一个不可能的任务了 . 二、 绍 11 （一） 概论 1、 美国国际电工委员会（ 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 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 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、 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 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 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 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 12 （ 6） 成本可与继电器控制盘竞争 （ 7） 输入可以是交流 150（ 8） 输出为交流 115V，容量要求在 2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 4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。 3、 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 凑，相当与一本精装本书的大小，操作使用十分方便。 原来大、中型 (2） 系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。 （ 3）向大容量、高速度方向发展 大型 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。 （ 4）组态软件与 个人计算机（ 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。 （ 5）智能型 I/智能型 I/们的 用主 利于提高 （ 6）基于 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 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。 13 （ 7） 现场总线 I/以组成功能强大的、廉价的 （ 8）开发新型特殊功能模块 I/智能化、高密集度和增大处理能力。 (9) 高的 0486，将来会全面使用 64位的 用多 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 (10) 与个人计算机相比， 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 。 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， 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。 4、 （ 1）抗干扰能力强，可靠性好 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。 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 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 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、 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（ 定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证 14 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 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 面向用户的设备， 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 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 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/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 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 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 量轻，便于安装。 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 15 （ 8）可实现三电一体化 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。 5、 （ 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 、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 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 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/ （ 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 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/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 （ 9）远程 I/ 16 远程 I/、输出设备与 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 上位机的链接等，实现远程 I/完成较大规模系统的复杂控制。 （ 11） 监控功能 监控功能是指 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/ （二） 基本结构及原理 1 、 目前 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 储器 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。 图 2 件结构图 如图 2 所示， 制系统由输入量 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 输入量，它们经 部输入端子，作为 此可见， 基本结构有控制部分输入和输出组成。 17 2、 (1) 中央处理器 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 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 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 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 I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过 将这些信号转换成 能接受和处理的数字信号。 (4) 电源 波、稳压等处理后转换成满足 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/ (6) 用的是循环扫描工作方式。对每个程序， 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。 所示。 18 输入刷新阶段 在输入刷新阶段， 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 实际输出。 图 3 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 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/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， 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 19 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。 3 选型原则 当某一个控制任务决定由 完成后，选择 成为最重要的事情。一方面要选择多大容量的 另一方面是选择什么公司的 外设。 对第一方面，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 220磁阀，又有 24V 的指示灯，则最后选用的输出点数有可能大于实际电数。因为 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 220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 对第二方面，则有以下几个方面要考虑： 1价格方面 不同厂家的 些功能类似、质量相当、 I/价格能相差 40%以上。在使用 多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。 2 功能方面 所有 般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的否有能力控制任务。如对 智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对 计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对 位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的 便做出正确的选择。 果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。 三、 （一） 程序控制系统设计的基本原则 20 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 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 适当留有余量。 2 控制系统设计的基本内容 制系统是由 用户输入、输出设备连接而成的，因此， 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） 选择。 制系统的核心部件，正确选择 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 包括机型选择、容量的选择、I/源模块的选择等。 （ 3）分配 I/制 I/ （ 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 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 。 （ 3）选择 （ 4）分配 ，设计 I/ （ 5）进行 时可进行控制太的设计和现场施工。 21 4 程序设计的步骤 图 4控制系统设计步骤流程图 （ 1）对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程土，用以清楚地表明动作的顺序和条件。 22 （ 2）设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。 （ 3）根据梯形图编制程序清单。 （ 4）用编程器将程序输入到 检查输入的程序是否正确。 （ 5）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 （ 6）待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，直到满足为止。 （ 7）编写技术文件。 （ 8）交付使用。 控制系统设 计步骤流程图如图 4所示。 23 四、自动售货机 序设计 （一） 仿真实验系统中售货机的分析 由于售货机的全部功能时在上位机上模拟的 ，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟替代的。如钱币识别系统可以用按压某个“仿真对象”输出一个脉冲直接给 布命令，而传动系统也是由计算机来直接模拟的，这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实中自动售货机的运行。 1、 试验状态假设 由于是在计算机上模拟运行，试验中有一些区别于实际情况的假设，本试验中假设： 自动售货机只售 8 种商品。 自动售货机可识别 10元、 5元、 1元、 5角、 1角硬币。 自动售货机可退币 10元、 5元、 1元、 5角、 1角硬币。 自动售货机有液晶显示功能。 实验中售货机忽略了各种故障以及缺货等因素。 （ 2） 一次交易过程分析 为了方便分析，我们以一次交易过程为例。 初始状态。由电子标签显示各商品价格，显示屏显示友好界面，此时不能购买任何商品。 投币状态。按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值显示屏显示投入、消费、余额数值，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。 购买状态。按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时 显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。取走商品后出货框消失。 退币按钮。按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。按下确认钮，则恢复初始状态。 到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。 24 （二）设计任务的确定 在清楚自动售货机运行工作过程的基础上，制定出设计方案，确定任务的目标，以设计出合理的仿真系统。 首先，应该做上位机与下位机的任务分工：上位机主要用来完成仿真界面的制作过程，而下位机则主要用来完成 序的编写。其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观，必要时可以借助一些宣传图片来设计自动售货机的外型；在进行 序的编写时需要先分配 I/O 点，确定上、下位机的接口。然后，分别对上、下位机分别进行设计工作。最后，进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作，经调试后完成整个系统的设计 另外，上位机与下位机的设计工 作是密切配合的。它们无论在通信中使用的变量，还是在仿真中控制的对象都应该是一致的