杨险峰)机材A1021-范萌洁 -基于PLC的自动售货机控制系统设计

1、JIUJIANG UNIVERSITY毕 业 设 计 题 目 基于PLC的自动售货机控制系 统设计 英文题目 Design of vending machine control system based on PLC 院 系 机械与材料工程学院 专 业 测控技术与仪器 姓 名 范萌洁 年 级 2010（机A1021） 指导教师 杨险峰 二零一四 年 六 月 摘 要 这篇文章主要讲述的是基于PLC的自动售货机，并对PLC做了简单的介绍：其中涵盖了PLC（可编程序控制器）的定义，最基本的组成结构及多种组成所需元部件，各种基本的逻辑功能指令和功能状态指令，特殊的工作扫描原理，工作过程及其特点和发展趋

2、势。 自动售货机设计部分非常详细的解析了它本身的各个部分的组成所需硬件，工作时候的机理以及完成工作的各个流程，并且在文中也绘制出了PLC的外在部件接线图和梯形图。为了能够比较具体的表达可编程序控制器在其中的作用，文中专门设计了一次模仿交易，将其流程分成了几个大小不等的程序块，将各个部分编程后进行试验。在整个过程中，可编程序控制器对系统稳定性的提高起到了不可估量的作用，为自动售货机长期的，稳定的运行取得了保证。【关键词】自动售货机；PLC；梯形图 AbstractThis article is mainly about the vending machine based on PLC, and

3、the PLC to do a simple introduction: includes PLC (programmable logic controller) definition, structure and the basic composition of the required components, logic function instruction and function instructions of various basic work principle, special scanning the working process, and its characteri

4、stics. The vending machine design very detailed analysis of the composition of the various parts of its required hardware, working mechanism and complete the work time of each process, and in this paper also drew up the PLC external wiring diagram and ladder diagram components. In order to express t

5、o the programmable controller in the role, this paper designed a simulated trading, the flow is divided into several blocks with different size, each component will be programmed test. In the whole process, to the inestimable function of programmable controller to improve system stability, for vendi

6、ng machines, long-term, stable operation has achieved a guarantee.key words vending machine; PLC; Ladder diagram 目 录 前言1第一章 概论31.1 自动售货机产生的必然条件31.2 自动售货机在国内外发展概况及前景31.3 本课题所研究的自动售货机的意义4第二章 自动售货机简介6 2.1 自动售货机功能分析62.1.1自动售货机的基本功能6 2.2 PLC的概述7 2.2.1 PLC的产生72.2.2 PLC的定义8 2.2.3 PLC的基本结构及原理9 2.2.4 PLC的特点1

7、22.2.5 PLC的主要功能14 2.2.6 PLC的发展趋势15 2.3 本设计中PLC的选型16第三章 系统的设计203.1 系统的硬件设计20 3.2 软件程序设计22 3.3 本章小结273.4 总程序设计30第四章 程序调试334.1 程序的仿真调试334.1.1 仿真操作步骤154.1.2 仿真测试结果154.2 联机调试36总结37参考文献38致谢40 前 言PLC对于我们机械专业可以说是非常熟悉了。它本身就是一种微计算机。一般用于工业控制机的自动控制。相对于普通计算机，它更适合有编程语言的控制要求。其他的配件，硬件，软件跟普通计算机相比较，基本上一致。其基本的组成结构主要包括

8、存储器，I/O单元，程序编辑器，中央处理单元，I/O接口及电源等这些内容。PLC是工业控制中比较超前的自动控制装置。它融合了电子信息技术，控制自动化技术和电脑技术三方面知识。在自动控制方面已经被列为在工业方面比较先进的国家的标准设备的行列。本篇文章所设计的事物-自动售货机在控制方面就运用了PLC。提到自动售货机，我个人认为还是比较新颖的事物。初次接触它的时候，还是在学校组织去湖北十堰东风发动机厂参观学习的时候。当时就觉得好新颖，也挺好奇。所以做毕业设计就选择了它作为设计对象。自动售货机可以算是一种高科技智能化产物。比较适合人类快节奏变化的生活。能够跟上时代的步伐，比较适合我们的需要。随着自动售

9、货机的产生，在购物方面，大大的节省了售货成本，也减少了工作人员的劳动力。更是显示出了科学技术的在绿色环保方面的功能。尽管现在自动售货机仅仅只有销售物品的作用，我相信，在不远的将来，它将会多元化。在自身实践下，加上上网搜索资料，找各种有关书籍，我明白了自动售货机的基本理论大概就是下面几条：（1）顾客把货币投入放钱处。经过内部零部件的识别，查看是不是假币，若是则退出货币；若不是，则经过累加器识别出所放钱币的价格。 （2）如果顾客所放钱币的总额超过了其中的一种或者多种物品的价钱，那么它们对应的操作部件的显示灯就会亮，顾客就可以通过操作操作部件来完成物品的选择。售货机内部也会进行相应的运算及动作。将所

10、选物品推进提货处，并将余额数量运算出来。（3)买完一次东西之后如果还有多余的钱，且能够付得起里面其中一件物品，则可以继续进行买卖。如果不够，系统就会提示顾客，选择退回剩余的钱。一次操作基本完成，系统复原。由于自动售货机购物方便，简单，容易操作。分布的场所，范围又比较随意，很符合现代人们的需求。在我国，自动售货机的发展也是非常快速。以前只安放在比较发达的城市，或者是人流量比较大的地方，比如飞机场，火、气车站，公园等。现在已经慢慢的向国家各个地方发展。在不远的将来，必将覆盖我国大部分城市街头。 第一章 概论1.1 自动售货机产生的必然条件在社会飞速发展的今天，工业、农业、商业等各个领域的高科技，自

11、动化产品层出不穷，令我们应接不暇；他们新颖别致、人性化、便捷性的设计构思，也让它们受到了广大消费者的青睐，爱不释手。购物这件事情，在我们的日常生活中是非常常见的。在旧社会，人们进行日常用品买卖交易的场所是集市，都是一些流动的摊点，并且只有在每个月份固定的几天才有，因此，人们的消费在一定程度上受到了很大的局限性。随着人口数量的逐渐的增多，集市已经满足不了人们的日常需求。随着时代的进步，现如今，超市取代集市逐渐融入了我们的日常生活。相对集市而言，的确，超市每天都会营业，在很大程度上，解决了人们的购物难的问题。但是，超市早上八点开始营业，晚上十点停止营业的时间经营模式，还是或多或少的影响了人们的消费

12、。并且，超市的经营，收银、上货、称重、卫生清洁等工作需要大批量的人员，想对而言，人工费用就上涨了很多。加之超市一般需要建立在市中心，游乐园，居民区等，人口密度比较大的场所，不然，经营者难以获得可观的利润，这就受到了一定的地域局限性1。时代在进步，社会在发展，为了适应社会潮流，自动售货机变应运而生的出现在了人们的视线中。它占地面积小；使用方便快捷；还可以24小时连续营业；又是新型机械，比较吸引人们眼球；非常适合商品销售和顾客个购物。在无突发状况时，可以连续日夜不间断的营业，为人们购物提供了很大的方便；同时，它也是适应社会变化的。是社会产业结构变化的必须经过的一个阶段。 1.2 自动售货机在国内外

13、发展概况及前景经过查阅文献资料，自动售货机最早出现在美国、英国等欧美发达国家及日本的大街小巷，是商品销售界中一项全新的、零售经营模式。20世纪中期，英国就有500个店用它销售杂货零食。20世纪后期就达到了23000个，销售的总类也丰富了很多。用英镑计算年销售金额达到了8.81亿。紧接着在多个经济发展迅速的国家也迅速的发展起来。如今，它在我们的可以生活的地方，大概是随处可见。给人们的生活提供了很好的便利。自动售货机既实现了原来只能出售有限商品品种。生活在今天的速度加快，效率就一直放在第一位。人们都想省时省力的完成该工作。在有限的时间和劳动力的情况下，获得最大的收入。本设计提到的全自动售货机是全机

14、动装置。减少无需人工的守护，而且故障少，维修快捷。与以前的设备相比具有还很大的突破性。有了这种售货机给我们的生活带来了极大的便利。这种设备方便，省电，绿色。等优点，搬运方便，可以在火车站，汽车站，公园和其他任何地方放置。自动售货机自身所带的各种功能完全可以应付日常的销售工作。节省了大量的人力资源。避免了大量人力资源的浪费。它具有极好的省电功能，比一般的电器节省5-6倍的电量2。因此受到各个国家的普通消费者的喜欢。自动售货机的另一个好处是环保，绿色且服务质量优良，可以根据顾客的不同需要选择不同的功能。由于现在的经济发展的比较缓慢。跟我们现在的生活状态相比，能够整天整夜一直劳动工作。在大众看来，这

15、真的是便利，符合需要。用一句话说，这是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。在全球这么多国家中，每个国家都有它的身影。它的研制是符合国际化的。在未来，一定会是随处可见。成为零售业的霸王。1.3本课题所研究的自动售货机的意义就像上面所说，现在它的数量在世界各地都成倍的增加了，也比较符合大批量人们的需要。确实，自动售货机为我们购物提供了很大的方便，但是，对于自动售货机管理者来说，因为售货机在各个大街小巷均有分布。分布范围广，并且相对零散，使他们的管理非常不方便。工作人员要定时的四处查看自己所管辖的范围内的售货机里面货品是否短缺，存钱盒是否已满，找零钱盒内零钱是否够用，售货机是否正常运行等一系列监控

16、，维护等方面的问题。非常耽误时间，浪费人力，还不方便。并且不能够及时的将售货机当前的实际情况传达给管理者，在很大程度上增加了运营者的投资运营资金，也增加了管理的难度。如果出现故障不能的到及时反馈而影响维修工作，也会给顾客的消费带来不便。这是由于，以前是运用单片机控制该机器的。这样的系统容易受到外界的干扰，并且在内外部连接上需要的工作量很大。在这方面使用PLC，属于这个行业控制方面新型的设备。该物件将电子信息技术，控制自动化技术和电脑技术三者结合起来来运用。因为它的语言简单，抗干扰能力强并且保护维修方便，现已经广泛的应用在了工业控制领域。介于本产品需要独立的完成零售物品及全方位的服务工作，所以它

17、的系统一定要稳定，抗干扰能力强，且有较高的执行力度。所以，本篇文章中，机器的控制相关的东西，我选用的是PLC,用它来实现。在这次设计中，还可以使经营者通过互联网统计的实际销售情况，确定各个物品的供应量大小。从而合理的调整物品的运送配货方案。节约成本，从中获得可观的利润。也可以及时的向工作人员反馈机器目前营运状况，使他们能及时的处理突发故障信息，及时恢复运行3。 第二章 自动售货机简介2.1 功能分析 本小节内容主要讲述的是自动售货机可以实现的多个功能。并且绘制出完成一次交易所应该执行的各个流程。还介绍了整个设计中，用于控制方面，所选的PLC的基本组成；所起作用；各种性能和选型过程等多方面内容。

18、2.1.1 自动售货机的基本功能 一台机器能够向售货员一样，独立完成收钱，识别钱币真伪，准确提供所买商品，并且经过计算，完成找零等一系列完整的买卖交易过程。在我们初次接触时，可能会觉得不可思议，很神奇。其实只要我们稍作研究，就会发现，自动售货机的基本功能就是运用一些与运算有关的设备，将顾客放进售货机里面的钱币，通过扫描并且进行加减除等运算。并根据所放钱币面值大小，对某些物品能否售出做出准确判断。然后根据顾客选择出售商品。目前，在我们国家，自动售货机还没有应用于各个领域。仅仅是使用在一些小饰品，比较常用的保健生活用品，灌装饮料，和非处方药品上等。都是日常需要的一些简单用品。现将整个系统的功能流程

19、图结合具体实例加以说明。 图2-1自动售货机工作流程图假如在售货机里面有8种物品，有纯净水（用1号物品表示），价格定为1元。面包（用2号物品表示），价格定为2.5元。橙汁等等，价格依次增加。刚开始，售货机界面处于初始状态。当顾客在投币孔放进去1个1块钱硬币时。系统会自动辨别钱币真伪。若为真，且1号物品的出货口控制处会有灯变亮的变化。因为1块钱足够购买1号物品，顾客就可以有点击对应按钮的权力，可以购买1号物品了。依此类推，当投入货币总额高于任何物品的价格时，它们的按钮灯都会亮。顾客确实购买了1号物品，这时候售货机就会将1号物品送到提取物品的地方。同时还要在顾客投入的钱币中减去1号物品的价格，若有

20、多余的钱币，且高过售货机中最低物品的价格，则就又会处于顾客选择物品的界面。若是顾客不需要再买其他物品。只需要点击退币按钮就可以了。售货机就会退回所剩货币。还会把上次交易的程序清零，完成本次交易。总结起来就是在每一次的交易中，除了需要进行钱币的加减运算。还要用货币识别系统分辨真伪。以及用传送装置进行售货或者退还余款的功能。 2.2 PLC的介绍 任何机械器件，能否按照事先设计的程序稳定运行，取决于系统稳定性的大小。若系统很不稳定，即使设计的再好，也无法投入到现实中使用。系统稳定性的大小很大成度上又由系统的控制部分决定。本设计中控制部分选用的是PLC 下面就对PLC的相关知识进行介绍，以及对PLC

21、进行具体选定。2.2.1 PLC的产生 在20世纪初期,以前使用在工业控制方面的继电接触器控制系统诞生了。曾经非常大量的应用在多种场合。它的结构可以说是非常的简单，就是依照特殊的逻辑关系将多个不同类别的定时器，继电器，以及它们的触点连接起来。操作起来非常简单，足以达到一些器械的特定需要。虽然简单，但是在结构方面比较笨重，且如果是比较复杂的系统，变发挥不了作用了。还不便捷。使用的是将硬件结构用连线的方式连接，接线不容易。还不能够通用，每一种接线方法智能用于个固定的流程。整个器械还会占据很大块的地方4。20世纪中后期，汽车制造业进入了鼎盛时期。美国一个汽车制造公司为了在汽车行业脱颖而，出独占鳌头。

22、不惜花重金，请设计公司设计一种能够替换传统几点接触器控制的用于生产线上的能够大量生产的系统。其具体要求有一下十条： 表2-1 生产具体要求美国一公司中标，他们不使用硬件接图，而是采用了用程序连接，跟电脑相结合的控制。不但占地面积减小了，而且数据的传送也方便了很多，生产者的成本也减少了，并且能够在很大程度上克服外界干扰，安全可靠地运行。完全符合了美国那家汽车公司的需求。同时PLC便诞生了。尽管当时的PLC技术还不是很成熟，但是相比较继电器控制，它的功能强大了很多。能够进行各种复杂的数模变换，也可以进行人机交流。经过若干年的变换研究，渐渐地微处理器，各种集成芯片等技术运用在了可编程序控制器当中。极

23、大地推动了PLC在工业控制方面的地位。现在，PLC技术不但没有被淘汰，而且在各种控制系统里面仍然独占鳌头5。2.2.2 PLC的定义上述内容，我们仅仅是说出了可编程序控制器发展的大致情况，这一节，我们将要给处PLC的具体的定义。IEC在世界上非常知名的，有权威性单位。PLC的定义也是由它规定的。IEC把PLC解释成这样：可编程序控制器能够进行多种机械以及各种生产的控制。是一种数字化了的电器系统。输入或者输出量不论是数字量还是模拟量，都能够根据要求实现目标。并且它是专门用于工业方面的。它跟电脑一样，能够进行各类的计算，程序的编制，以及记录，等等面向大众的功能。这是因为在它里面使用了可以编写程序的

24、存储器。该部门还规定了任何一个公司若要生产PLC，或者是跟它可以联合使用的任何配套工具。都必须满足这样的要求：可以和工业控制系统组合成统一整体。以发挥它的作用6。 在上述定义里面，我们可以看出来，该定义着重强调了两个方面。一方面，它是一种计算机。但跟我们普通电脑不同的是，它是工业计算机，它的产生完全是为了使用在工业制造方面的。跟其他I/O不同的是，它的输入输出能够是数字量和模拟量当中的任何一种。也是一种数字化了的电子系统。它还能够进行各类的计算，程序的编制，以及记录，等等面向大众的功能。而且程序的编制也很便捷。最重要的是跟工业控制系统组合成统一的整体非常容易实现，能够很方便的进行连接。另一方面

25、，也是跟普通的电脑控制最大的区别，那就是PLC必须能够有很好的适应力，大范围的使用。且能够抵抗外界任何干扰，安全稳定的运行。可以在工业环境里面直接使用。2.2.3 PLC的结构及原理由于PLC是用于工业控制方面的专用的控制系统。其有强大的功能和大范围的使用。所以，当前，可编程序控制器的生产厂商也尤为多。所以他们的特性，功能也就不尽相同，类型更是花样繁多。万变不离其宗，它们的工作过程原理和基本的组成部分却是一样的。主要包括了内部数据存储器，外部数据存储器，I/O接口及其扩展接口，中央处理单元和跟外部连接的设备这么一些部分组成6。它的核心部分运用的是未处理器。它的硬件结构图如下： 图2-2 PLC

26、硬件结构组成通过上面的图我们可以清晰明了的看出，各种输入量的输入接口和输出接口是直接和中央处理单元连接在一起的。说明了在可编程序控制器里面，最终起控制作用的就是输入，输出以及CPU。其存储器里面可以存储多种类型的信息，范围比较广泛。它控制的对象就是跟它相连接的外部设备。它的输入量可以使经过多种形式采集来的信息。接下来我们来谈谈它的工作方式。它的工作方式非常独特，采用的循环扫描的方式。用通俗的话讲，就是一旦开始一项工作，如果没有其他意外情况或者是没有任何和人发布指令，将会连续不断的进行下去。在PLC里面，它执行的是程序工作者根据一定的要求，为达到某种目的而编写出来的程序段。CPU一旦接触程序的开

27、始部分，在没有能让其跳出程序的指令的时候它便会连续不断的运行下去。执行完程序的最后部分后，便又回到程序开始的时候。执行完一遍程序所用时间即为一个扫描周期。现在将它的全过程呈现给大家， 图2-3 PLC的扫描全过程根据上面的图示，我们可以看出，它的全过程包括以下三个阶段： 表2-2 扫描的三阶段通过上述内容，很明显，其扫描周期的大小，基本上完全取决于编程者程序的多少。占据了很重要的位置。2.2.4 PLC的特点(1) 非常高的可靠性，抵抗外部因素影响的能力强。经过多年考察，在吸取自身和别人多年经验的基础上。PLC制造商在软件方面，硬件方面以及电子线路方面使用了大量集成型电路作为主要模块。考虑到该

28、系统要承受的住灰尘，潮湿，震动以及温度过高等多方面外界情况的干扰7。研制者在I/O口的构思方面借用了十分有权威的系统去整理信息以及对各个通道进行保护。主要是运用了下面一些方法：隔离：大多数情况下，我们使用的是用光电耦合器将PLC的输出、输入的电信号传送出去。运用这种方法，不仅能够阻碍一些不相关的高压进入系统，而且能够阻碍内、外系统电流方面的联系。及时阻止非系统方面的干扰因素影响本系统的控制精度。大大的降低了操作错误和突发故障的发生频率。这种方法能够在很大程度上增强系统抵抗外部因素的影响，比较常用。滤波：为了能够在很大程度上阻止外部一些频率较高的嘈杂信号对系统的干扰，PLC工作者就把几个不同类型

29、的滤波电路安放在PLC的输入、输出和电源部分，以达到上述目的。这种方法也能够使系统很好的抵抗外部信息的侵袭，较为常用。为了避免系统里面各个电源之间的互相影响，设计者们通关过一些隔离办法把不同用途的电源都隔离开来。同时为了提高输入电的质量，设计者们还通过稳定电压，屏蔽外界信息等等方法在内部电源上面，进一步提高系统抵抗外界干扰的能力。在系统设计中，为了能够使系统中的可编程序控制器正常高速发挥作用。设计者们使用了能够在第一时间将系统的运行超时，延时，程序混乱等一系列突发情况进行报警提示。在系统里面的设施添加了watchdog，运行环境的及时测试以及内部连锁等多种电路。还应该保护信息的完整性以及防丢失

30、和及时恢复。且要对系统里面的各种程序和环境条件，及时的状态情况进行定期的检查。保证系统正常运行。为了防止突然停断电造成的用户存储信息丢失，系统还需要把有关用户的程序拷贝用以备用。各种仪器可能使用的环境不一样，有些器械工作的环境可能比较条件比较差，这就需要通过将器械外部的机壳进行防震，隔空保护以及防止灰尘进入等一系列保护措施。从前在系统里面的处理过程大多使用的是机械触点，并不保证器械安全可靠的运行，总存在一些隐患。因此现在设计者们把内部的基本元件换成了集成电路，它的工作方式比较特殊，是通过循环扫描的方法进行工作，极大地提高了系统抵抗外界干扰的能力，使系统安全可靠地运行。(2) 简单编译的系统控制

31、结构，能够在多个系统中互相使用。 为了能够满足多种控制目的要求，我们可以选择不同种类的其他用途模块和PLC进行组合。(3) 有使用方便的内部程序编写快捷功能PLC的编程语言特点比较鲜明，比较具有表象化，方便使用，通俗易懂，即使以前从未使用过，通过非常短时间的学习，也可以使用的游刃有余。这是因为PLC制造者们了解PLC的使用范围比较广泛，操作人员的知识层次各不一样，便使用了梯形图进行编程。(4) 功能比较多种多样PLC的功能比较多，不但可以进行各种简单地计算，多种进制的换算，和普通的按顺序执行以及依靠逻辑推理的控制能力。还可以将运算的结果打印出来，做成表格形式，做各种模拟量的计算，和对系统的运行

32、情况做实时报导，以及显示结果等功能。在其系统里面，设计者们还增加了不同用途的寄存器，继电器，来增加整个系统的控制功能。为了更进一步加大功能范围，设计者们还是用到了微处理器。可以满足系统对各种比较，页面跳转，程序的延时等功能的要求。通过以上这些办法，PLC的输入输出模块功能得到了很大的提升。(5) 各种控制环节的周期比较短在以前我们使用的大多使用的是继电接触器控制。这就需要我们必须提前把电器原理图画出来，工艺要求自然也就得提前完成。紧接着就需要把继电器面板布局和接线图绘制出来。再进行后续的运营前准备工作。随后修改它非常不方便。使用PLC控制则可以完全避免上述问题。因为PLC的组成里面我们知道了，

33、它里面包括了软硬件的设施。各个部件也全部采用了模块化，也比较统一，已经具有商品化特质。我们可以根据系统对容量和性能的要求，将各个模块组装起来使用。完全可以在PLC购买前再编写所需要的程序，大大的减少了完成项目所需要的时间8。使设计和操作可以一起开始。(6) 占具空间比较小，维护，管理也比较便捷可编程控制器，占据空间小，重量轻，安装便捷。并且输入/输出地方可以把所有的动态中的信息情况展现出来，同时也可以把控制操作的情况，运用多种形式体现。(7) 可以连接网络 PLC能够顺利链接到强大网络。(8) 可用于三电一体化 为了满足不同类型控制系统的需要，PLC把运动控制，过程控制和逻辑控制这三方面融合在

34、一起。能够快捷，变通的根据需要，结合成各式各样的控制设备。2.2.5 PLC的主要功能 (1) 顺序逻辑控制功能 顺序逻辑控制功能，也就是以前使用的继电接触器里面的一些各种逻辑性的，串、并联连接或者是切换控制的功能。在 PLC里面我们则用特殊的或、与、非这三条指令来实现上述控制功能。 (2) 定时/计数功能 以往在系统里面大多采用计数和时间继电器来完成定时/计数功能。但是这样比较浪费资源。而PLC里面本身就具有定时/计数功能，可以对一些操作定时或是计数9。简单又节省资源。(3) 强大的处理数据的能力 PLC总的说来，是一个控制系统，同时它也有能够进行一些数据处理的功能，比如数学计算，传送，转换

35、，编译码等等。(4) 运动控制功能 系统里面经常存在一些运动，有些是单轴，有些是多轴联动。PLC作为控制部分，自然也要对这一方面进行控制。跟其他不同，它是将控制位置和技术的模块综合使用来达到目的。(5) 接收较远输入信号有些器械可能因为种种原因，输入接口跟主机的距离相对较远。为了能够收到这部分信息，就需要进行远程控制。PLC通过其中的I/O单元可以实现。(6) 步进控制功能按照工艺要求，完成一种部件的加工，往往需要控制多种工序按先后顺序完成。PLC里面的步进指令就是用来完成这个控制的。(7) 扩展功能有些时候PLC的I/O点数可能不能够满足系统的要求，这时候就可以通过I/O扩展单元来增加点数。

36、为了增加PLC的一些功能，也可以加入其他的一些相关的高级模块来达到要求。(8) 监控功能在系统的运行过程中，可能会由于长时间运行，或者环境改变等因素，系统会出现这样或者那样反常的状态。为了及时发现并维护，PLC里面有一些元素可以对系统进行全面监控。(9) D/A和A/D转换功能 由于检测的东西不同，输入的数据模式有可能是模拟量，也有可能是数字量，根据具体情况给，这时候就需要有D/A,A/D转化模块将他们进行相互转化。(10) 网络化功能有些器械需要的系统控制功能非常更强大，普通单个PLC无法达到要求。设计者们就将它们通过网络语上位机统一来完成控制。(11) 闭环控制功能 一些物理量的参数需要采

37、用闭环控制。各种器械里面总会有这样那样的物理量。在PLC当中，一般通过PID指令来达到目的。2.2.6 PLC的发展趋势纵观国内外PLC目前使用态势。PLC在各行各业中的应用非常广泛。根据它本身的结构和使用特点它将会朝着高效率，非常好的性能，更加小的体积，内存更加大且内容丰富的地方发展10，一般包括下面这些内容：(1) IO方面的发展更加的自动化。以后的IO部分其CPU和PLC将可以同时运用于系统的工作中。它可以通过在系统里面增加一些智能化的东西，通过减少花费时间，大大的增加其扫描的速度。(2) 在以后的控制里面，将不会使用程序编辑器，接替它的将是一种比较新型的软件PC。现在，已经有非常多的电

38、脑用户，他们如果要设置一些硬件方面的数理信息，完全可以使用电脑上的一些特定编程软件来完成。比方说他们需要将各个模块的参数等标注出来，就可以用。(3) 随着科技的发展，PLC也将会越来越普通化，成本也会越来越低。当前，任何一件新的产生刚刚开始可能都会比较笨重，PLC也一样。但是在以后，通过微电子技术的不断更新，它将会变得相当小巧玲珑，用法方便，并且廉价。不但功能不会减少，而且功能会越来越丰富。(4) 向大容量、高速度方向发展目前，由于各种信息的不断加强。PLC不改进的话，很容易被替换。有些东西信息量大，所以它的存储容量应大大增加。通过增加处理器位数，完全可以实现。 (5) PLC将会进入软件化。

39、我们使用的电脑一般都会有诸如处理数据，进行通信，高超的计算以及人机交互等多样的功能，并且价格也比较合理。PLC如果也这样将会大大节约成本。(6) PLC将有统一的标准化语言PLC的CPU部分和I/O部分不跟我们使用的USB接口一样可以通用。他们每个商家的型号均不相同。不仅硬件设施不能通用，就连他们的编程语言以及各种控制系统地功能都也五花八门不相同。这就导致了每个商家生产的PLC均具有一定的局限性。PLC的软件和硬件跟我们使用的电脑相比，其结构部分今本上是完全封闭的。为了解决使特别工作困难的问题，IEC最后统一了标准，相同的程序里面可以应用多种语言。(7) PLC与其它电子器械的联合使用。为了使

40、PLC的用途更为广泛，能够达到PLC的集中控制和分散控制。设计者们利用它的能够进行网络交流的特点。将它和我们的电脑或者是能够交换信息的有关控制方面的设备进行连接。(8) 它的CPU处理速度将会加快通过一些PLC的使用，发现目前最快速的CPU也只有80486。都不如我们使用的电脑的速度。这是因为目前使用的大多是集合形数据处理方法。据专家介绍，在以后将会尽量使用智能化的模块，还会使用有64位的RISC芯片11。能够把数据处理的速度提高到nm级。(9) 各种模块将会更加别出心裁。 (10) 将PLC与I/O的线路融合在一起DCS系统一般都有比较强大的功能，也比较便宜。将PLC和I/O的线路融合在一起

41、可以实现。 2.3 本设计中PLC的选型在上面已经提到了，用其他东西控制的时候总会有很多问题。最终确定了用PLC来控制。因为由PLC组成的控制系统可以达到多种功能。能获得最高的投资回报率，所以我们选用PLC作为控制系统。PLC的种类和型号也是多种多样的，其选择也是有多方面的内容的，选择时候要注意下述内容：见表2-3 表2-3 PLC选择原则当前，在社会大概存在近两百PLC制造厂。能够让我们选择的PLC类型就有四百多种。但在我们国家各个场所使用频率最高的要就是日本的三菱系列。还有德国的西门子系列产品。可是西门子的产品，可能是制作成本高，一般卖出的价格比较高。经查阅资料，发现它更适合使用在一些对控

42、制能力要求很强的系统里面。因为它的可能使用的材料不一样，能很好的抵抗外界的任何干扰。选东西不能只看一部分，还得考虑价格方面，也就是性价比，实用性。我们现在需要控制的是自动售货机，也就是说控制的仅仅是一些开关类的东西，根本不需要那么大的性能。所以选一些低档机，就足以达到我们的需要控制目的 。所以我们不需要西门子的产品。再来考虑考虑三菱品牌。在学校的实验室里面，我们做实验的时候，用的是它的FX-2N系列的产品。所以它她的各个参数也比较的熟悉，现在简单的介绍一下，比较看其能不能满足此系统的控制要求，并且性价比是否较高。2N系列的产品它的所能容纳的内存量最大能够达到16KB,内存满足要求。里面的资源也

43、比较的多，能够满足各式各样的控制要求。它的输入的点数采用的是8进制的输入方法，总共数量一共有184个。它的输出跟它的输入的量一模一样。并且它里面的继电器有很多不同的使用目的，比如，突然间断电以后，为了防止电脑里面的信息丢失，而设计的钓点保持型。还有就是比较通用的类型，以及用于特殊的专用型号的。它的造价相对来说，根据功能特性，还是属于比较合理的。能够依靠的层度也很高。在环境适应方面，它能够适应各式各样的环境。我们所设计的是自动售货机，它是服务于社会大众的。服务对象是我们人类。并且又是整天整夜的连续服务，所以它的工作环境相对工业控制方面来说 ，还是非常优越的。它也可以进行过各式各样的地数学运算，或

44、者是货币信息的识别。各种信息的存储等等功能。所以这些方面都比较符合自动售货机的控制要求11。因此确定选择三菱品牌的控制系统。整个售货机的总共输入量是十六个，输出量也有十四个，我选则了FX-2N-32MR-001系列。它的输入输出点数都是16个，符合我们的需要并且还有一定的余量。第三章 系统设计部分3.1 硬件设计任何有关电子方面的产品，必须涵盖两大方面。那就是硬件和软件。硬件就相当于产品的躯体，软件则就是产品的灵魂。软件一般要做的精细一点，任何一点小瑕疵，可能就会使整个部件的循环之类的东西运行不下去。硬件虽然不像软件那么精细，但是也得有一定方面的要求，能够发挥产品的作用。例如：我设计是灌装饮品

45、的销售的售货机，那么在它的出货口那里。设计成长方形的，太不美观。左右两边设计成尖尖的样子，很有可能物品根本出不来。所以，为了实用，但也不响美观，我采用两边是椭圆的形状。3.1.1 本设计自动售货机控制要求（1）该设计里面，机器所能接受和识别的纸币的金额。有三种，5毛，1块以及5块的。能够购买的物品也只有可乐，纯净水，和果啤这三种。（2）顾客把钱币放进存钱口的时候，系统里面就会通过传感器识别，如果是假币，系统会自动退出假币。如果过是真币，系统里面还会有累加器，将投放的钱币总面值做加法运算。当总面值大于机器里面任何一种或者是多种物品的单价的时候，某一种或者是多种物品开关旁边的指示灯就会亮起来。这时

46、候顾客就可以来选择。（3）顾客打开所选物品的开关，对应的该物品就会被机器里面的装置输送到出货口。（4）当顾客拿出了所买的物品，机器里面就还会进行相应的运算。计算出还剩的钱币的总面值，如果仍然能够大于机器里面某一个或者多个物品的价格。和第二部里面的情况一样，所对应的灯就会发亮，同时，找钱开关的灯也会亮，给顾客这个时候就能够有两种选择。继续选择够买物品，或者是按下退钱的开关，进行找钱操作。（5）如果进行了找钱操作，系统就会自动跳转到初始化。其操作面板示意图如图3-1投币口按钮指示灯5角纯净水1元1元可乐3.5元5元果啤4元出币口找钱出货口 图3-1 自动售货机操作面板示意图3.1.2 I/O地址定

47、义表PLC是起控制作用的。在第二章里面，我们知道了，控制系统里面必须有各种输入和输出。下面就用图表的形式将本系统里面的输入和输出点的地址写出来。表3-1 自动售货机控制系统I/O地址定义表输入点地址功能输出点地址功能X0启动Y0纯净水选择灯X1暂停Y1纯净水出货电机控制X25角输入Y2可乐选择灯X31元输入Y3可乐出货电机控制X45元输入Y4果啤选择灯X5汽水选择Y5果啤出货电机控制X6果汁选择Y65角传动电机控制X7咖啡选择Y71元传动电机控制X105角退币感应器Y10出币选择灯X111元退币感应器Y11制冷控制X12出币选择Y12照明控制X13温度传感器Y135角缺币报警X14光度传感器Y

48、141元缺币报警X155角硬币传感器Y15缺货报警X161元硬币传感器Y16X17缺货传感器Y17通过这个我们能够看到，本设计里面包含十六个输入，十四个输出。3.1.3控制系统I/O点连接图通过在PLC课堂上做实验，我明白了，一定要根据I/O分配表进行接线图的链接，不然很容易在编写程序时候使各个控制的对象混乱12。自动售货机控制系统的PLC输入输出的接线如图3-2所示Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15COM1COM2COM3 COM4X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16X17 220V启动 暂停 纯净水选择灯5角输入 可乐

49、选择灯1元输入 果啤选择灯 5元输入 纯净水出货电机控制 纯净水选择 可乐出货电机控制 可乐选择 果啤出货电机控制 果啤选择 5角传动电机控制 5角退币感应器 1元传动电机控制 1元退币感应器 出币选择灯 出币选择 制冷控制 温度传感器 照明控制 光度传感器 5角缺币报警 5角硬币传感器 1元缺币报警 1元硬币传感器 缺货报警 缺货传感器COM 图3-2 自动售货机控制系统的PLC输入输出的接线图3.2 软件的设计我们这个设计的控制系统是用PLC进行控制的。在前面的第二章节里面，我们已经知道了，它是运用的循环扫描的工作方式。那么在软件设计过程里面，为了满足方便，快捷。我们用到了它可以进行模块化

50、的特点，使用模块化构成。基本有下面一些方面模块。先后顺序是按照自动售货机的整个操作步骤的先后候顺序进行编排的。3.2.1 初始化模块凡是有各种输入的器械，一般情况下，都需要有初始化这一步骤。因为如果没有提前处理器械里面本来就有的一些信号。把我们的输入输送进去以后，器械输出的信号就不单单是我们原有的输入的输出。所以，初始化的设置是很有必要的13。(1) 刚刚已讲过了，在本设计里面，硬件有多种。都需要将它们初始化。比如，一开始，所有灯应该是暗的。开关应该闭合。每一个I/O应该有一个初始状态值。(2) 软件方面，各个存储器，累加器等都需要提前进行初始化。才能保证运行时候正确。3.2.2 投币模块顾客

51、通过此机器买东西，第一步就是投币。当然就要有一个识别真假的的过程，不然随便扔一张纸就能买东西。每个物品都是有价格的，它的价格已经通过程序设置在了系统里面。由于有不同面值以及不同数量的钱币，为此就要有将顾客所放钱币进行加法计算的过程。图3-3 就是这个模块的程序梯形图 图3-3 投币模块梯形图 下面进行解析一下：在前面的I/O定义表里面，我们知道了X002，X003，X004分别指的是五毛，一块，五块的输入。当他们各自输入的时候，和它们对应的M1，M2，M3三个辅助继电器，就会得到一个脉冲信号。把所有钱的面值数全部输送到D0数据寄存器里面。完成计币模块。3.2.3 价格比较系统在售货机系统里面，一旦顾客放的金额能够够购买其中一种东西的时候，系统里面就会进行比较。并且给出显示。本系统里面此系统梯形图如下图3-4： 图3-4 PLC进行价格比较过程的梯形图在这个梯形图里面，D0里面存的是顾客放的全部钱的面值，将它分别和三种物品的单价进行比较，由Y0、Y1、Y2这三个输出继电器分别控制三种物品的输出。在图里面，我们可以看到最开始部分有一个M8000的继电器。跟其他继电器不同的是，在整个系统运行时候，它总是处于闭合。也就是说，整个系统里面D0里面的数据是一直能够进行比较的。这就保证了在顾客所放的钱币如果能够达到机器里面任何一件物品的价格的时