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畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文） (2011屆) 題 目： 基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì) 所 屬 系： 生產(chǎn)過程自動(dòng)化 班 級(jí)： 自動(dòng)化0813 學(xué) 生 姓 名： 夏廣婷 學(xué) 號(hào)： 2008201114 同 組 成 員： 徐恒 指 導(dǎo) 教 師： 劉書凱 摘要 本論文設(shè)計(jì)的是基于三菱FX2N 系列PLC構(gòu)成的自動(dòng)售貨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，本文闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)概論、研究意義以及它的發(fā)展歷史，對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的方案進(jìn)行了論證，介紹了PLC的基本組成、發(fā)展以及特點(diǎn)，對(duì)基于三菱FX2N系列PLC構(gòu)成的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)過程進(jìn)行較為細(xì)致的論述。 文中詳盡地介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的原理以及各硬件組成，PLC外部接線圖。并且進(jìn)行了實(shí)際模型的制作，在PLC梯形圖的編寫時(shí)，文中采用的是三菱PLC梯形圖專用編譯軟件來進(jìn)行編寫。介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，本設(shè)計(jì)通過PLC與觸摸屏相結(jié)合控制自動(dòng)售貨機(jī)，最終完成交易。在設(shè)計(jì)中選擇PC機(jī)作為主工作站的上位機(jī)，下位機(jī)采用PLC作控制器。其中系統(tǒng)主要包括計(jì)幣系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)、退幣系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要通過PLC和觸摸屏相結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的控制，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。并且通過實(shí)際模型的制作經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證該控制系統(tǒng)是可行的。 關(guān)鍵詞 自動(dòng)售貨機(jī) PLC 梯形圖 觸摸屏 目錄 第一章 緒 論 1 1.1自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)概論 1 1.2自動(dòng)售貨機(jī)的研究意義 1 1．3自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展歷史 2 第二章 自動(dòng)售貨機(jī)總體設(shè)計(jì) 2 2.1 自動(dòng)售貨機(jī)PLC 控制設(shè)計(jì)任務(wù)書 2 2.1.1 自動(dòng)售貨機(jī)PLC 控制的工作要求 2 2.1.2 自動(dòng)售貨機(jī)的工作原理 2 2.1.3 自動(dòng)售貨機(jī)簡(jiǎn)單示意圖 12 第三章 硬件設(shè)計(jì) 12 3.1 PLC概述 12 3.1.1 PLC的產(chǎn)生 12 3.1.2 PLC定義 13 3.1.3 PLC發(fā)展趨勢(shì) 13 3.1.4 PLC的特點(diǎn) 14 3.2 PLC的組成和設(shè)計(jì)步驟 15 3.2.1 PLC的選型 17 3.2.2自動(dòng)售貨機(jī)PLC硬件控制電路設(shè)計(jì) 18 3.2.3 I/O地址 19 3.3 硬件排布 13 3.4其他硬件的選型 13 第四章 軟件設(shè)計(jì) 14 4.1 組態(tài)工程 14 4.1. 1MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 14 4.1.2任務(wù)實(shí)施 15 4.2 PLC程序的編寫 19 4.3系統(tǒng)仿真與運(yùn)行 20 4.4設(shè)計(jì)結(jié)果分析 21 結(jié)束語(yǔ) 22 致謝 23 參考文獻(xiàn) 24 第一章 緒 論 自動(dòng)售貨機(jī)是能夠根據(jù)投入的錢幣自動(dòng)復(fù)活的機(jī)器，它是商業(yè)自動(dòng)化的常用設(shè)備，不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，能節(jié)省人力、方便交易?，F(xiàn)代的自動(dòng)售貨機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)和功能依出售的商品而異。錢幣裝置是售貨機(jī)的核心，其主要功能是確認(rèn)投入錢幣的個(gè)數(shù)計(jì)算金額。如果投入的金額達(dá)到購(gòu)買物品的數(shù)值即發(fā)出售貨信號(hào)，并找出余錢。自動(dòng)售貨機(jī)自動(dòng)輸出顧客所要的商品。因此，自動(dòng)售貨機(jī)在商業(yè)，食品行業(yè)越來越普及，更方便消費(fèi)者購(gòu)買自己所需的商品。使用方便、可靠、節(jié)省人力的自動(dòng)售貨機(jī)將在社會(huì)生活中成為一種趨勢(shì)。 1.1自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)概論 本設(shè)計(jì)是一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，性能可靠的自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)品。自動(dòng)售貨機(jī)計(jì)幣系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)、退避系統(tǒng)。自動(dòng)售貨機(jī)在接受投入錢幣后，通過與商品價(jià)格比較，確定是否能夠售出商品和把算出剩余的錢找回。當(dāng)商品輸出后售貨機(jī)自動(dòng)把上次傅賣商品的價(jià)格和投入的錢幣的總和清零，這是才可以進(jìn)行下次交易。自動(dòng)售貨機(jī)還應(yīng)滿足商家查看銷售商品的總和及使其清零，和控制該售貨機(jī)進(jìn)行整體復(fù)位。該售貨機(jī)可以幫助商家更好的銷售商品，并且節(jié)省人力，獲得更大的利潤(rùn)。 1.2自動(dòng)售貨機(jī)的研究意義 面對(duì)當(dāng)前快速商品社會(huì)，人們的時(shí)間觀念越來越重，如何才能更快的購(gòu)買到顧客自己所需的商品，這都是顧客和商家共同面臨的問題。隨著科技的發(fā)展及人們生活水平的提高，自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展越來越呈現(xiàn)出多元化及個(gè)性化的需求。通過自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行自助購(gòu)物正逐漸成為市民的一種新的消費(fèi)時(shí)尚，快捷方便的購(gòu)物方式滿足了人們?cè)诋?dāng)今科技高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)追求高品質(zhì)生活的需要。自動(dòng)售貨機(jī)在城市商業(yè)區(qū)、寫字樓大廳、風(fēng)景區(qū)、車站、碼頭、繁華街道等公共場(chǎng)所的布設(shè)能夠美化亮化城市環(huán)境，方便群眾生活，已經(jīng)成為城市各角落的一道亮麗風(fēng)景線。自動(dòng)售貨機(jī)已在國(guó)內(nèi)普及，并成為城市現(xiàn)代文明程度的一種象征性標(biāo)志。 1．3自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展歷史 自動(dòng)售貨機(jī)是本世紀(jì)70年代在日本、歐美發(fā)展起來的高新技術(shù)現(xiàn)代應(yīng)用產(chǎn)品，被稱為24小時(shí)營(yíng)業(yè)的微型超市，售貨領(lǐng)域已擴(kuò)展至小食品、小用品、香煙、電話卡、車票、郵票等。目前在40多個(gè)國(guó)家已經(jīng)廣泛使用，日本平均每23人一臺(tái)，美國(guó)平均每40人一臺(tái)，歐洲平均每60人一臺(tái)。在鄰國(guó)日本，70%份額的罐裝飲料市場(chǎng)是通過自動(dòng)售貨機(jī)售出的；美國(guó)可口可樂公司擁有五十余萬(wàn)臺(tái)飲料自動(dòng)售貨機(jī)分布在世界各地。通過自動(dòng)售貨機(jī)銷售將成為商品零售業(yè)不可分割的重要組成部分。 第二章 自動(dòng)售貨機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1 自動(dòng)售貨機(jī)PLC 控制設(shè)計(jì)任務(wù)書 2.1.1 自動(dòng)售貨機(jī)PLC 控制的工作要求 1)此售貨機(jī)可投入1 角、5角、1 元硬幣。 2）所售飲料標(biāo)價(jià)：礦泉水——1.00 元 可樂——2.00 元 冰紅茶——2.50 元 3）當(dāng)投入的硬幣和紙幣總價(jià)值超過所購(gòu)飲料的標(biāo)價(jià)時(shí)，所有可購(gòu)買飲料的指示燈均亮，作可購(gòu)買提示。（如：當(dāng)投入的硬幣的總價(jià)值超過1.0元，礦泉水指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣的總價(jià)值超過2元時(shí)，礦泉水、可樂指示燈均亮；可樂當(dāng)總價(jià)值超過2.5元，所有按鈕指示燈都亮）。 4）當(dāng)飲料的指示燈亮?xí)r，才可以按下需要購(gòu)買飲料的按鈕，購(gòu)買相應(yīng)的飲料（當(dāng)按鈕礦泉水燈亮?xí)r，按動(dòng)礦泉水按鈕，開始售貨，同時(shí)礦泉水燈閃3s后熄滅。可樂和冰紅茶售貨與礦泉水售貨相同。） 5）若投入的硬幣盒紙幣總價(jià)值超過所消費(fèi)的金額時(shí)，找余指示燈亮，按下退幣按鈕，就可以退出多余的錢。 2.1.2 自動(dòng)售貨機(jī)的工作原理 由于本設(shè)計(jì)為課程設(shè)計(jì), 因此要求上沒有現(xiàn)實(shí)中的自動(dòng)售貨機(jī)功能強(qiáng)大, 沒有過多的商品選擇和各種報(bào)警系統(tǒng)。本自動(dòng)售貨機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括: 計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。 （1）計(jì)幣系統(tǒng): 當(dāng)有顧客買飲料時(shí), 投入的錢幣經(jīng)過識(shí)別機(jī)構(gòu),記錄1 角、5角、1 元錢的個(gè)數(shù), 通過個(gè)數(shù)與幣值相加,并將總錢幣數(shù)據(jù)存放在D0中。 （2）比較系統(tǒng): 投入錢幣完畢后, 系統(tǒng)會(huì)把D0內(nèi)的錢幣數(shù)據(jù)和可以購(gòu)買飲料的價(jià)格進(jìn)行比較,當(dāng)投入的錢幣總值超過1元時(shí), 礦泉水指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣的總價(jià)值超過2元時(shí)，礦泉水、可樂指示燈均亮；可樂當(dāng)總價(jià)值超過2.5元，所有按鈕指示燈都亮 （3）選擇系統(tǒng): 當(dāng)?shù)V泉水燈和可樂等亮?xí)r或者燈全亮?xí)r可選擇相應(yīng)的飲料。 （4）飲料供應(yīng)系統(tǒng): 當(dāng)按下選礦泉水選擇按鈕時(shí), 同時(shí)礦泉水燈閃3s后熄滅?？蓸泛捅t茶售貨與礦泉水售貨相同。 （5）退幣系統(tǒng): 當(dāng)顧客購(gòu)?fù)觑嬃虾? 多余的錢幣只要按下退幣按鈕。系統(tǒng)就會(huì)把數(shù)據(jù)寄存器D0中的錢幣退回。 2.1.3 自動(dòng)售貨機(jī)簡(jiǎn)單示意圖 根據(jù)任務(wù)書所述制作了PLC模擬硬件操作面板，如圖2-1所示。 自動(dòng)售貨機(jī)簡(jiǎn)單示意圖2-1 第三章 硬件設(shè)計(jì) 3.1 PLC概述 3.1.1 PLC的產(chǎn)生 20世紀(jì)60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的，汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號(hào)更新周期越來越短，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常的重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、廢料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一狀況，美國(guó)通用汽車公司在1969年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即： （1）編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序。 （2）維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)。 （3）可靠性高于繼電器控制裝置。 （4）體積小于繼電器控制裝置。 （5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)。 （6）成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)。 （7）輸入可以是交流150V以上。 （8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等。 （9）在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要做很小變動(dòng)。 （10）用戶存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要）。 1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC,在美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于視頻、飲料、冶金及造紙等行業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國(guó)家的高度重視。1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出來日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)從1974年開始研制，于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。 3.1.2 PLC定義 可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller,縮寫PLC,簡(jiǎn)稱可編程控制器），是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為適應(yīng)多品種、小批量、低能耗、高性能發(fā)展的需要，產(chǎn)生的一種以CPU為核心的計(jì)算機(jī)新型工業(yè)控制裝置。PLC從1969年問世以來，雖然至今才40年，但由于具有良好的性能價(jià)格和穩(wěn)定的工作狀態(tài)以及簡(jiǎn)單的操作性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。 可編程序控制器具有對(duì)開關(guān)量和模擬量的多種控制給你，早期作為一種新型的順序控制裝置應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。以往人們習(xí)慣的是以繼電器-接觸器硬連線構(gòu)成的順序控制裝置，采用接線邏輯，控制要求不同，接線就不同，而可編程控制器以微處理器、存儲(chǔ)器為核心，采用存儲(chǔ)邏輯，具有信息存儲(chǔ)能力、軟件編程能力和擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，通過編程可以實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)、、成為工業(yè)自動(dòng)化支柱之一。 3.1.3 PLC發(fā)展趨勢(shì) PLC自問世以來，經(jīng)過近40年的發(fā)展，已成為很多發(fā)達(dá)國(guó)家的重要產(chǎn)業(yè)，PLC在國(guó)際市場(chǎng)中已成為最受歡迎的工業(yè)控制產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及市場(chǎng)需求量的增加，PLC的結(jié)構(gòu)和功能在不斷改進(jìn)，生產(chǎn)廠家不停地將功能更強(qiáng)的PLC推入市場(chǎng)，平均3~5年就更新一次。PLC的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面。 (1) 向電體積更小、速度更快的方向發(fā)展。雖然現(xiàn)在小型PLC體積已經(jīng)很小，但是微電子技術(shù)及電子路裝配工藝的不斷改進(jìn)，都會(huì)使PLC的體積變得更小，以便于嵌入到任何小型的機(jī)械和設(shè)備之中，同事PLC的執(zhí)行速度也越來越快，目前大型的PLC的程序執(zhí)行速度可高達(dá)34ns,從而保證了控制作用的實(shí)時(shí)性，可以使系統(tǒng)的控制作用及時(shí)、準(zhǔn)確。 （2）向大型化、高可靠性、好的兼容性、多功能方向發(fā)展。現(xiàn)在的大型PLC向著容量大、智能高和通信功能強(qiáng)的方向發(fā)展。對(duì)于大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合自動(dòng)控制的PLC，大多數(shù)已采用多CPU的結(jié)構(gòu)，如三菱公司的ANA系列可編程控制器使用了世界上第一個(gè)在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)PLC全部過年的32位處理器，即順序控制專用芯片，其掃描一條基本指令的時(shí)間為0.15us。松下公司的FP10SH系列PLC采用32位5級(jí)流水線RISC結(jié)構(gòu)的CPU，可以同時(shí)處理5條指令，順序指令的執(zhí)行速度高達(dá)0.04us，高級(jí)功能指令的執(zhí)行速度也有很大的提高。在有兩個(gè)通信接口、256個(gè)I/O點(diǎn)的情況下，F(xiàn)P10SH中的掃描時(shí)間為0.17~0.42ms，大大提高了處理程序的速度。 在模擬量的控制方面，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的PID模塊外，隨著模糊控制技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)具有模擬量的模糊控制、自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能的可編程控制器，應(yīng)用方便，調(diào)試時(shí)間短，控制精度進(jìn)一步得到提高。 （3）與其它工業(yè)控制產(chǎn)品的結(jié)合。在大型自動(dòng)控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)和PLC在應(yīng)用功能方面互相融合、互補(bǔ)、滲透，使控制系統(tǒng)的性價(jià)比不斷提高。目前工業(yè)控制系統(tǒng)的趨勢(shì)是采用開放式的應(yīng)用平臺(tái)，即網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、監(jiān)視及顯示均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如操作系統(tǒng)采用UNIX 、MS-DOS、 Windows、 OS2等，這樣既可實(shí)現(xiàn)不同廠家的PLC產(chǎn)品可以在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。 目前個(gè)人計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用于PLC的編程器、操作站或人機(jī)接口終端。1988年美國(guó)AB公司與DEC公司聯(lián)合考法的金字塔集成器，使得PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)有機(jī)的結(jié)合在一起，研制出一種新型的IPLC型可編程控制器（集成PLC）。IPLC是能運(yùn)行DOS或Windows操作系統(tǒng)的可編程控制器，它實(shí)際上是一個(gè)能用梯形圖語(yǔ)言以實(shí)時(shí)方式控制的I/O計(jì)算機(jī)。近年來推出以計(jì)算機(jī)和PLC結(jié)合應(yīng)用的CPU模塊，采用這種方式后生產(chǎn)和管理更加便利，將數(shù)據(jù)處理、通信、控制程序統(tǒng)一起來，保留了PLC的簡(jiǎn)單、易用和高可靠性的特點(diǎn)，同時(shí)又具有計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，使現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、管理可以直接上機(jī)操作獲取。 3.1.4 PLC的特點(diǎn) （1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。 （2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 （3）編程方便，易于使用 PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。 （4）功能完善 在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。 （5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短 PLC采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 （6）體積小，維護(hù)操作方便 PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 （7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 （8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體。 3.2 PLC的組成和設(shè)計(jì)步驟 可編程控制器的組成:包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。　　 CPU是PLC的核心，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 編程器的作用是用來供用戶進(jìn)行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符后才能送入。而智能型編程器（又稱圖形編程器），不但可以連機(jī)編程，而且還可以脫機(jī)編程。操作方便且功能強(qiáng)大。 PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。 可編程控制器的工作過程分為內(nèi)部處理、通信處理、輸入處理、程序處理、輸出處理5個(gè)基本階段，其工作過程如圖3-1所示。 內(nèi)部處理 通信處理 輸入處理 程序處理 輸出處理 運(yùn)行 停止 圖3-1 PLC工作過程示意圖 任何一中電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，一提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為4點(diǎn)。 1.設(shè)計(jì)原則 （1）完整性原則。最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)過程或機(jī)械設(shè)備的控制要求 （2）可靠性原則。確保計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。 （3）經(jīng)濟(jì)型原則。力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、合理。 （4）發(fā)展性原則。適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在I/O借口、通信能力等方面留有余地。 在我們?cè)O(shè)計(jì)PLC的過程中，應(yīng)遵循圖3-2的設(shè)計(jì)步驟。 評(píng)估控制任務(wù) PLC機(jī)型選擇 控制流程設(shè)計(jì) 制作控制柜 I/O配線 程序設(shè)計(jì) 程序檢查調(diào)試 安裝PLC 模擬運(yùn)行 聯(lián)機(jī)調(diào)試 修改軟、硬件 程序備份 交付使用 是否滿足要求？ 圖3-2 PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟框圖 3.2.1 PLC的選型 可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中要進(jìn)行輸入設(shè)備（如操作按鈕、開關(guān)及計(jì)量保護(hù)的輸入信號(hào)等）的選擇，執(zhí)行元件（如接觸器的線圈（電磁閥線圈、指示燈等）的選擇，以及控制臺(tái)、柜的設(shè)計(jì)。此外還要對(duì)PLC輸入/輸出通道進(jìn)行分配，在進(jìn)行I/O通道分配時(shí)，應(yīng)做出I/O通道分配表，表中應(yīng)包含I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能，應(yīng)盡量將相同類型的信號(hào)、相同電壓等級(jí)的信號(hào)排在一起，以便于施工。對(duì)于較大的控制系統(tǒng)，為便于軟件設(shè)計(jì)，可根據(jù)工藝流程，將所需的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及輔助繼電器也進(jìn)行相應(yīng)的分配。 PLC硬件設(shè)計(jì)的最后一個(gè)步驟是：根據(jù)I/O通道表，繪制完整、詳盡的I/O接線圖。 選擇適當(dāng)型號(hào)的PLC機(jī)是設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。本課題主要采用三菱FX-2N系列 根據(jù)任務(wù)書要求計(jì)算出，實(shí)驗(yàn)室為我們提供了三菱FX2N-48 MR，綜上所述，實(shí)驗(yàn)室的PLC符合硬件選擇的要求。 3.2.2自動(dòng)售貨機(jī)PLC硬件控制電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)是一個(gè)小型集中控制系統(tǒng), PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關(guān)信號(hào)的數(shù)量、用戶程序的長(zhǎng)短及相關(guān)的功能。根據(jù)控制要求, X1-X7有7個(gè)輸入點(diǎn)，Y0-Y6有7個(gè)輸出點(diǎn)，輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)合計(jì)14個(gè)I/O點(diǎn) ,選擇性能價(jià)格比較高的選擇三菱FX2N—48MR,其中其輸入點(diǎn)為24點(diǎn),輸出點(diǎn)為24點(diǎn),該P(yáng)LC為繼電器輸出型。 了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，分析對(duì)象的控制要求，確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對(duì)開關(guān)量、模擬量的控制等，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。本設(shè)計(jì)中，退幣按鈕、各種飲料按鈕、開始購(gòu)買按鈕、繼續(xù)按鈕退幣機(jī)構(gòu)和飲料出口（驅(qū)動(dòng)電磁閥）等均為開關(guān)量。根據(jù)上述要求，因條件所限輸出均用指示燈代替，由此繪制出PLC控制電路接線圖，編制I/O接口功能表,如圖3-3所示。 自動(dòng)售貨機(jī) PLC控制電路原理圖圖3-3 3.2.3 I/O地址 根據(jù)任務(wù)書設(shè)計(jì)的控制方案，設(shè)計(jì)的I/O分配表如圖3-4所示。 I/0分配表3-4 3.3 硬件排布 3.4其他硬件的選型 序號(hào) 符號(hào) 設(shè)備名稱 型號(hào)、規(guī)格 單位 數(shù)量 備注 1 QF1 空氣斷路器 DZ47—D25/3P 個(gè) 1 5 FU 熔斷器 RT18—32/2A 個(gè) 1 6 HL 指示燈 24V/0.25W 個(gè) 7 7 SB 按鈕 LA39—11 個(gè) 7 8 導(dǎo)線及電工工具 若干 第四章 軟件設(shè)計(jì) 4.1 組態(tài)工程 MCGS(Monitor and Control Generated System) 組態(tài)軟件是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，以下簡(jiǎn)稱MCGS。MCGS可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的特點(diǎn)。用戶只需通過簡(jiǎn)單的?；M態(tài)就可構(gòu)造的應(yīng)用系統(tǒng)。 4.1. 1MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 （1）MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu): 組態(tài)環(huán)境： 組態(tài)生成 應(yīng)用系統(tǒng) 運(yùn)行環(huán)境： 解釋執(zhí)行 組態(tài)結(jié)果 組態(tài)結(jié)果 數(shù)據(jù)庫(kù) 圖4-1 組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu) （2）MCGS組態(tài)軟件五大組成部分 1)主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。 2)設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。 3)用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中的人機(jī)交互界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。 4)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。 5)運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序（if…then腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。 4.1.2任務(wù)實(shí)施 1.分析工程: 對(duì)于一個(gè)工程設(shè)計(jì)人員來說，要想快速準(zhǔn)確地完成一個(gè)工程項(xiàng)目，首先要了解工程的系統(tǒng)構(gòu)成和工藝流程，明確主要的技術(shù)要求，搞清工程所涉及到的相關(guān)硬件和軟件。在此基礎(chǔ)上，擬定組建工程的總體規(guī)劃和設(shè)想 。 2 .建立工程 如果在計(jì)算機(jī)上安裝了“MCGS組態(tài)軟件”，Windows桌面上會(huì)有“MCGS組態(tài)環(huán)境”與“MCGS運(yùn)行環(huán)境” 圖標(biāo)。雙擊“MCGS組態(tài)環(huán)境”圖標(biāo)，進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境，如圖4-1所示。 圖4-1 MCGS組態(tài)環(huán)境 3 .制作工程畫面 (1)建立新畫面: 在MCGS組態(tài)平臺(tái)上，單擊“用戶窗口”，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，則產(chǎn)生新“窗口0”，即： 選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置”，將“窗口名稱”改為：自動(dòng)售貨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)化畫面，圖4-2所示。 圖4-2 (2)繪制整體畫面（如圖4-3） 整體畫面圖4-3 （3）定義數(shù)據(jù)對(duì)象 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過程也即是定義數(shù)據(jù)變量的過程。定義數(shù)據(jù)變量的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍，確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時(shí)間范圍和保存期限等,如圖4-3。 圖4-3 （4）制作連接動(dòng)畫 由圖形對(duì)象搭制而成的圖形畫面是靜止不動(dòng)的，需要對(duì)這些圖形對(duì)象進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)，真實(shí)地描述外界對(duì)象的狀態(tài)變化，達(dá)到過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。MCGS實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗口中圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，圖形對(duì)象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)畫效果，如圖4-4。 圖4-4 （5）連接模擬設(shè)備 模擬設(shè)備是MCGS軟件根據(jù)設(shè)置的參數(shù)產(chǎn)生一組模擬曲線的數(shù)據(jù)，以供用戶調(diào)試工程使用。本構(gòu)件可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，方波，三角波，鋸齒波信號(hào)，且其幅值和周期都可以任意設(shè)置。 現(xiàn)在我們通過模擬設(shè)備，可以使動(dòng)畫自動(dòng)運(yùn)行起來，而不需要手動(dòng)操作，具體操作如下：在“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”進(jìn)入，點(diǎn)擊工具條中的“工具箱” 圖標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”（如圖4-5） 圖4-5 4.2 PLC程序的編寫 本系統(tǒng)采用的是三菱公司生產(chǎn)的FX2n系列PLC，主題有三部分組成，主要包括微處理器CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出模塊，另外還有內(nèi)部電源、通信借口等其他部分。程序如下圖所示 4.3系統(tǒng)仿真與運(yùn)行 一、硬件調(diào)試： 1、 斷電時(shí)檢查電源是否接好，地線是否接好，各輸入/輸出點(diǎn)是否接好接牢； 2、接通PLC電源，確認(rèn)“PWR”指示燈點(diǎn)亮，傳入程序，檢查“RUN”指示燈點(diǎn)亮。 二、軟件調(diào)試： 1、將編輯好的程序下載到PLC； 2、運(yùn)行PLC,采用PLC的硬件模擬板上的開關(guān)進(jìn)行控制； 3、進(jìn)行程序的運(yùn)行并觀察PLC各點(diǎn)輸入/輸出指示LED或輸入/輸出設(shè)備工作是否符合程序功能要求，進(jìn)行修改并觀察至完全符合設(shè)計(jì)要求； 三、上下位機(jī)的聯(lián)機(jī)調(diào)試 1、關(guān)閉三菱FX的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，以免和MCGS的串口通信沖突； 2、打開MCGS的組態(tài)環(huán)境，調(diào)出已經(jīng)編好的自動(dòng)售貨機(jī)上位監(jiān)控程序； 3、檢查一切正常后進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行； 4、在運(yùn)行環(huán)境中觀察監(jiān)控效果。 4.4設(shè)計(jì)結(jié)果分析 由于實(shí)驗(yàn)室沒有相應(yīng)的實(shí)物控制模型(自動(dòng)售貨機(jī))，因此，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時(shí)，所有的輸入信號(hào)（包括硬幣、紙幣識(shí)別）均用開關(guān)信號(hào)來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。 實(shí)驗(yàn)證明： 該系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)較全面地演示自動(dòng)售貨機(jī)的使用功能； 通過修改PLC控制程序， 可在自動(dòng)售貨機(jī)上實(shí)現(xiàn)多種控制方式、銷售方式、銷售種類。自動(dòng)售貨機(jī)可以根據(jù)投入的錢幣自動(dòng)付貨。它根據(jù)投入錢幣的多少，提示你可以買什么東西，再按一下相應(yīng)的按鈕，購(gòu)買的飲料就可以從出口處提出.在交易的過程中，幣值界面會(huì)顯示投入錢幣的金額、消費(fèi)錢幣的金額、余額。 結(jié)束語(yǔ) 現(xiàn)在，自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過電話線路將自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)信息及時(shí)地送往各個(gè)營(yíng)業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保商品的發(fā)送和補(bǔ)充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動(dòng)售貨機(jī)的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動(dòng)售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費(fèi)高峰時(shí)，與以往的自動(dòng)售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動(dòng)售貨機(jī)相比，它能節(jié)約10-15%的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。 通過這次課程設(shè)計(jì)，我體會(huì)到很多，也讓我懂得了不少知識(shí)，讓我知道在學(xué)習(xí)方面還是有欠缺的，這次的課程設(shè)計(jì)包括許多方面的知識(shí)，主要是可編程控制器(PLC)是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，具有可靠性，靈活通用，易于編程，使用方便等特點(diǎn)，因此在近幾年在工業(yè)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。 總結(jié)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，它對(duì)我來說是對(duì)大學(xué)三年的學(xué)習(xí)成果的總結(jié)和考核，通過對(duì)本次課題的設(shè)計(jì)，使自己學(xué)會(huì)調(diào)研和查閱文獻(xiàn)資料，達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用。提高了分析問題的能力，解決問題和獨(dú)立工作的能力，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。我認(rèn)真的擬寫了畢業(yè)設(shè)計(jì)，針對(duì)老師提出的問題進(jìn)行了調(diào)整和補(bǔ)充，完成了自動(dòng)售貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 致謝 首先感謝學(xué)院為本人提供了學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和條件，以及對(duì)本人的悉心教育。本文的工作是在導(dǎo)師劉書凱的悉心指導(dǎo)下完成的。從設(shè)計(jì)的選題，及研究工作的深入，最后到論文的擬寫和修改都凝聚著老師的心血。每當(dāng)我遇到不懂、不會(huì)的地方，劉老師都會(huì)給我講解。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)作風(fēng)、淵博的知識(shí)、誨人不倦的精神，讓我們深深敬佩，也正是在老師的幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利完成。在此，我對(duì)劉老師和所有幫助過我的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。 三年的大學(xué)生活轉(zhuǎn)瞬即逝。在這三年的學(xué)習(xí)期間常州工程學(xué)院的老師們無私耕耘、孜孜教誨，讓我們學(xué)到了很多書里和書外的知識(shí)。為我們即將進(jìn)入社會(huì)打下了良好的基礎(chǔ)。在這里我向所有老師們表示深深的謝意和崇高的敬意。你們辛苦了！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱和參加答辯的各位老師、教授！衷心地祝愿各位身體健康、工作順利。 參考文獻(xiàn) [1]陳金艷，可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用（三菱）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.1 [2]金彥平，可編程控制器及應(yīng)用（三菱）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.2 [3]高勤，可編程控制器原理及其應(yīng)用（三菱機(jī)型）.北京：電子工業(yè)出版社，2006.8 [4]張萬(wàn)忠，可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5 [5]廖常初，PLC編程及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009 [6]厲王鳴，化工儀表及自動(dòng)化.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010 [7]胡學(xué)林，可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：高等教育出版社，2005 [8]張文明，劉志軍，組態(tài)軟件控制技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社；北京交通大學(xué)出版社，2006,8