自动售货机的PLC控制

1、自动售货机的PLC 控制摘要 本文介绍一种能自动销售汽水和咖啡的售货机的PLC 控制系统。主要从控制要求、控制系统的I/O点及地址分配、PLC 系统选型、电气控制系统原理图、系统程序设计、PLC 的安装、电源设计、系统的接地、PLC 输出端保护等方面来展开说明与论述。 关键词 自动售货机 PLC 控制1. 自动售货机的概况自动售货机（vending machine），能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。近几年，随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不断提高，自动售货机也已悄然步入了我国的大中城市。在国家相关政府部

2、门的大力支持下，我国的自动售货机产业以超常规的速度迅猛发展，并带动了一批新的服务业、物流运输配送业的快速发展，丰富了我国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助服务时代。我国自动售货机市场到2008年以后将进入发展期。2. 自动售货机的控制要求此自动售货机可投入1元、5元或10元硬币。当投入的硬币总值等于或超过12元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总值超过15元时，汽水、咖啡按钮指示灯都亮。当汽水按钮指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7秒后自动停止。汽水排出时相应指示灯闪烁。当咖啡按钮指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7秒后自动停止。咖啡排出时相应指示灯闪烁。若投入的硬币总值超过所需钱

3、数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮。 4.1 S7-200系列PLC 简介S7-200系列PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性和极其丰富的指令集； 易于掌握，便捷的操作； 丰富的内置集成功能； 实时特性；强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测

4、，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7-200系列PLC 可提供4个不同的基本型号的8种CPU 供使用。（1）CPU 单元设计 集成的24V 负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA 输出，CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280，400mA 。可用作负载电源。（2）不同的设备类型CPU 221226各有2种类型CPU ，具有不同的电源电压和控制电压。 （3）本机数字量输入/输出点 CPU 221

5、具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 224XP 具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。（4）本机模拟量输入/输出点CPU 224XP具有2个输入点，1个输出点。 （5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 （6）高速计数器CPU 221/222 4个高速计数器（30KHz ），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90°的A/B相增量编码器；CPU224/224XP/2266个高速计数器（30KHz ），

6、具有CPU221/222相同的功能。CPU 222/224/224XP/226可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。（7）模拟电位器CPU221/222 1个，CPU224/224XP/226 2个，CPU221/222/224/224XP/226还具有脉冲输出，2路高频率脉冲输出（最大20KHz ），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。（8）实时时钟例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。 （9）EEPROM 存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。

7、（10）电池模块用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。4.2 S7-200系列PLC 编程STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件可以对所有的CPU 221/222/224/224XP/226功能进行编程。同时也可以使用STEP 7-Micro/WIN16 V2.1软件包，但是它只支持对S7-21x 同样具有的功能进行编程。STEP 7-Micro/DOS不能对CPU 221/222/224/224XP/226编程。如果使用PG/PC

8、的串口编程，则需要使用PC/PPI电缆。 如果使用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件，则也可以通过SIMATIC CP 5511或CP 5611编程。在这种情况下，通讯速率可高达187.5kbit/s。可以利用PC/PPI 电缆和自由口通讯功能把 S7-200 CPU 连接到许多和RS-232标准兼容的设备。 有两种不同型号的 PC/PPI 电缆：带有RS-232口的隔离型 PC/PPI 电缆，用5个DIP 开关设置波特率和其它配置项。带有RS-232口的非隔离型 PC/PPI 电缆，用4个DIP 开关设置波特率。当数据从RS-232传送到RS-485口时，PC/PPI 电

9、缆是发送模式。当数据从RS-485传送到RS-232口时，PC/PPI电缆是接收模式。当检测到RS-232的发送线有字符时，电缆立即从接收模式转换到发送模式。当RS-232发送线处于闲置的时间超过电缆切换时间时，电缆又切换到接收模式。这个时间与电缆上的DIP 开关设定的波特率选择有关。 4.3 S7-200系列PLC 的特点 （1）CPU 221本机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6K 字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz 高速计数器，2路独立的20kHz 高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。非

10、常适合于小点数控制的微型控制器。（2）CPU 222本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K 字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz 高速计数器，2路独立的20kHz 高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。（3）CPU 224本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K 字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz 高速计数器，2路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控

11、制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。（4）CPU 224XP本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K 字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz ），2个100KHz 的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O,位控特性，自整定PID 功能

12、，线性斜坡脉冲指令，诊断LED ，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU 。（5）CPU 226本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O点。13K 字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz 高速计数器，2路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊

13、功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。4.4 系统选型通过对系统控制要求的分析可知，系统共有开关量输入点6个，开关量输出点5个，因此选用CPU222（8DI/6DO）。5. 电气控制系统原理图 电气原理图 电气原理图电气原理图（续）PLC 外围接线图 DC0VPLC 接线图6. 系统程序设计 6.1系统流程图 6.2 梯形图 6.3 语句表Network 1/ 数据寄存器上电清零或复位清零； LD SM0.1LD I0.5 EU OLD MOVW 16#0000, VW0 Network 2 / 通用辅助继电器复位清零； LD I0.5 R M0.0, 4 Network 3 / 若 1

14、 元投币，则数据寄存器内容加 1； LD I0.0 EU +I +1, VW0 Network 4 / 若 5 元投币，则数据寄存器内容加 5； LD I0.1 EU +I +5, VW0 Network 5 / 若 10 元投币，则数据寄存器内容加 10； LD I0.2 EU +I +10, VW0 Network 6 / 若数据寄存器内容15，则 M0.0 接通； LDW>= VW0, +15 O M0.0 AN I0.5 = M0.0 Network 7 / 若数据寄存器内容12，则 M0.1 接通； LDW>= VW0, +12 O M0.1 AN I0.5 = M0.1

15、 Network 8 / 若 M0.0 接通，且按下 I0.3，则置位 M0.2； LD M0.0 A I0.3 S M0.2, 1 Network 9 / 咖啡按钮指示灯点亮及闪烁电路； LD M0.0 AN I0.3 LD SM0.5 A I0.3 - 11 - OLD AN T37 = Q0.2 Network 10 / 咖啡排出 7 秒； LD M0.2 AN T37 = Q0.0 TON T37, +70 Network 11 / 7 秒钟延时到后，复位 M0.2，数据寄存器减 15；若数据寄存器内容0，则置位 Q0.4， 找钱； LD T37 R M0.2, 1 -I +15, V

16、W0 AENO AW> VW0, +0 S Q0.4, 1 Network 12 / 若 M0.0、M0.1 接通，并且按下 I0.4，则置位 M0.3； LD M0.1 O M0.0 A I0.4 S M0.3, 1 Network 13 / 汽水按钮指示灯点亮及闪烁电路； LD M0.0 O M0.1 AN I0.4 LD SM0.5 A I0.4 OLD AN T38 = Q0.3 Network 14 / 汽水排出 7 秒； LD M0.3 AN T38 = Q0.1 TON T38, +70 Network 15 / 7 秒钟延时到后，复位 M0.3，数据寄存器减 12；若数据

17、寄存器内容0，则置位 Q0.4， 找钱； LD T38 R M0.3, 1 - 12 - -I +12, VW0 AENO AW> VW0, +0 S Q0.4, 1 Network 16 / 计数复位按钮按下后，复位 Q0.4； LD I0.5 R Q0.4, 1 7. PLC 的安装 可以利用 S7-200 模块上的安装孔把模块固定在控制柜背板上，也可以利用模块上的 DIN 夹子把模块固定在一个标准的 DIN 轨道上。这样既可以水平安装，也可以垂直安装。但安装 到控制柜中时，应注意以下两个问题。 为了防止高电子噪声对模块的干扰，应尽可能将 S7-200 模块与产生高电子噪声的设 备（

18、如变频器）分割开。 S7-200 模块是采用自然对流方式散热的，所以在安装时应尽可能不与产生高热量的 设备安装在一起。而且在安装 S7-200 模块时，模块的周围应留出一定的空间，以便于正常散 热。一般情况下，模块的上方和下方至少留出 25mm 的空间，模块前面板与底板之间至少留出 75mm 的空间。 8. 电源设计 8.1 供电电源 可编程控制器一般使用市电（220V，50Hz） 。电网的冲击、频率的波动将直接影响到可编 程控制器系统实时控制的精度和可靠性；有时电网的冲击，可给系统带来毁灭性的破坏；电 网的瞬间变化也是经常不断发生的，由此产生的干扰也会传播到可编程控制器系统中。为了 提高系统

19、的可靠性和抗干扰性能，在对可编程控制器的供电系统中一般采用隔离变压器，这 样可以隔离掉供电电源中的各种干扰信号，从而提高了系统的抗干扰性能。 如果使用开关电源为可编程控制器提供 24V 直流电源，一般情况下，对开关电源供电的 交流电源也应采用隔离变压器与电源隔离。 另外，在一些实时控制系统中，系统的突然断电会造成严重的后果，此时可以在供电系 统中增加 UPS 不间断电源。当市电突然断电后，自动切换到 UPS 电源供电，并且按照工艺要 求进行一定的处理，使生产设备处于安全状态。 8.2 S7-200CPU 内部直流电源 每个 S7-200 CPU 模块均提供一个 24V 直流传感器电源和一个 5V 直流电源。 24V 直流传感器电源可以作为 CPU 本机和数字量扩展模块的输入、扩展模块（如模拟量 模块）的供电电源以及外部传感器电源使用。如果容量不能满足所有需求，则必须增加外部 24V 直流电源，此时外部电源不能与模块的传感器电源并联使用，以防止两个电源电位