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成都電子機械高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘　要 本文介紹了自動售貨機的基本原理以及工作流程，售貨機的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機逐漸被越來越多的消費者所接受。但由于售貨機分布零散、范圍廣闊的特點。本文以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個程序塊，然后分別對程序塊進(jìn)行編程。具體說明了可編程序控制器在自動售貨機中的作用。程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程，繪制梯形圖對售貨過程進(jìn)行了分析。利用PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行。 關(guān)鍵詞： 自動售貨機；可編程控制器；梯形圖 Abstract This article introduced vending machine's basic principle as well as the work flow, Introduces the basic principle of vending machines and work flow, and then to a transaction process, for example, the process is divided into several blocks, then respectively for program for programming block.then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, then carries on the programming separately to the block. Explained the programmable controller's in vending machine function specifically. The procedure involved the vending machine work major part process. Enhanced system's stability using the PLC control's vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement. key words： vending machine; Programmable controller; Trapezoidal chart 43 目 錄 摘　要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1自動售貨機研究的目的和意義 1 1.2自動售貨機的歷史 2 1.3自動售貨機的市場展望 3 1.4自動售貨機功能分析 4 第2章 PLC功能介紹 6 2.1 PLC的選型原則 6 2.2 PLC的概述 7 2.2.1 PLC的產(chǎn)生 7 2.2.2 PLC的定義 8 2.2.3 PLC的發(fā)展趨勢 8 2.2.4 PLC的特點 10 2.2.5 PLC的主要功能 11 2.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理 13 2.3.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 13 2.3.2 PLC各部分的作用 13 2.4 三菱可編程控制器產(chǎn)品功能介紹 16 2.4.1 功能指令類型 16 2.4.2功能指令的通用表達(dá)形式 16 2.4.3 三菱PLC內(nèi)部繼電器的功能及編號 17 2.4.4 程序流程控制功能指令 18 第3章 PLC的系統(tǒng)設(shè)計 25 3.1 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 25 3.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計原則 25 3.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 25 3.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 26 3.1.4 編寫梯形圖的注意事項 26 3.1.5 程序設(shè)計的步驟 26 3.2 程序設(shè)計部分 27 3.2.1設(shè)計控制要求 27 3.2.2自動售貨機I/O點的分配 27 3.2.3自動售貨機外部接線圖 28 3.2.4 梯形圖和順序功能圖介紹 29 3.2.5 三菱編程軟件FXGPWIN介紹 30 3.2.6 售貨過程分析 32 第4章 出貨部分 35 4.1 出貨原理 35 4.2 出貨部件簡圖介紹 35 結(jié)束語 41 致謝 42 參考文獻(xiàn) 43 第1章 緒論 1.1自動售貨機研究的目的和意義 自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。在日本，70％的罐裝飲料是通過自動售貨機售出的；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機。 在中國,自動售貨機1999年開始進(jìn)人中國市場．如今，在機場、地鐵、商場、公園等客流較大的場所，已不難發(fā)現(xiàn)自動售貨機的身影。 從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應(yīng)運而生了 它的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機逐漸被越來越多的消費者所接受。但由于售貨機分布零散、范圍廣闊的特點，自動售貨機在為消費者帶來方便的同時，也為經(jīng)營者在監(jiān)控、管理、維護(hù)等方面帶來很大的不便。目前售貨機運行的各種情況都需要由人工判斷，包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機機械故障等，經(jīng)營者普遍采用人工定時巡回視察的管理辦法，既費時費力，又無法及時準(zhǔn)確獲取自動售貨機狀態(tài)報告，給經(jīng)營者增加了管理成本和難度，也有可能給消費者的正常消費造成不便。 　　自動售貨機的經(jīng)營者可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計的銷售狀況進(jìn)行商品銷售狀況分析，預(yù)測商品的銷售走勢，確定合理的采購和配送策略，以期獲得最高的投資回報率。同時售貨機的一些故障信息和警報信息可以實時的傳送到相應(yīng)運營人員，從而可以在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問題。 1.2自動售貨機的歷史 從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應(yīng)運而生了。 從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供給的條件看，自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應(yīng)消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。 據(jù)說世界上最早的自動售貨機出現(xiàn)在公元前3世紀(jì)，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機。17世紀(jì)，英國的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動售貨機。在自動售貨機歷史的長河中，日本開發(fā)出實用型的自動售貨機，那是在進(jìn)入本世紀(jì)后的事。日本第一臺自動售貨機是1904年問世的“郵票明信片自動出售機”，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機器。自動售貨機的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50年代，“噴水型果汁自動售貨機”大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來，由于美國的飲料大公司進(jìn)入日本市場，1962年，出現(xiàn)了以自動售貨機為主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進(jìn)了自動售貨機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 始于公元前215年的古埃及神廟，用于分配圣水。 1700年，英國酒館里有了能用硬幣購買的售煙盒。 1706年，中國人造出使用硬幣操作的自動售鉛筆機。 1905年，英國郵局開始使用郵票售賣機。 20世紀(jì)20年代，商用的自動售煙機開始進(jìn)入市場。 1936年，NAMA（國際自動售貨機協(xié)會）成立。 1946年，發(fā)明出自動售咖啡機。 1960年，紙幣兌換機出現(xiàn)在銀行柜臺。 1980年，電子組件裝備自動售貨機。 1985年，信用/借記卡消費在自動售貨機上實現(xiàn)。 1993年，自動售貨機機器數(shù)據(jù)無線傳輸實現(xiàn)。 2000年，手機購物在自動售貨機上實現(xiàn)。 自動售貨機商業(yè)起源于20世紀(jì)60年代，在美國、日本迅猛發(fā)展。 20世紀(jì)80年代，開始在經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家迅速普及，銷售商品領(lǐng)域相應(yīng)擴大。 目前世界上已有近50個國家廣泛普及。 日本有近600萬臺自動售貨機，平均23人擁有1臺。 美國有近700萬臺自動售貨機，平均40人擁有1臺。 歐洲平均每60人擁有1臺自動售貨機。 日本可口可樂公司已擁有近100萬臺自動售冷飲機，每臺機器年售出上萬罐飲料。日本可口可樂在自動售貨機的銷量占其總銷量的70％。 全世界每年通過自動售貨機銷售商品的總額已近2000億美元。 1993年，日本、美國、韓國的二手自動售貨機進(jìn)入中國，只能識別人民幣硬幣。 1995年，可口可樂、百事可樂開始小量布放使用硬幣的自動售冷飲機。 1997年，南開戈德開發(fā)出“GD人民幣智能識別系統(tǒng)”。 1998年，南開戈德自行研制成功“GD自動售貨機”，成為我國第一家規(guī)模生產(chǎn)同時識別紙幣硬幣自動售貨機的公司。 1998年,加拿大“科匯”公司在廣州開始銷售、擺放“Vendo”等進(jìn)口機器。 1998年10月，南開戈德組建“天津戈德微超貿(mào)易有限公司”（現(xiàn)“天津戈德移動商務(wù)有限公司”前身），成為國內(nèi)第一家規(guī)模經(jīng)營自動售貨機的單位。 2000～2001年，青島“澳柯瑪”、番禺“智強”、廣州“金沙”、長沙“艾博” 等相繼進(jìn)入自動售貨機行業(yè)。 1.3自動售貨機的市場展望 目前, 自動售貨機作為一種不同于傳統(tǒng)的零售方式進(jìn)入四十五個國家市場。在這四十五個國家中, 美國和日本發(fā)展最快,在日本達(dá)到平均每23人一臺,年產(chǎn)量達(dá)70萬臺;在美國達(dá)到每40人一臺,年產(chǎn)量100萬臺;在歐洲達(dá)到每60人一臺。目前，中國的自動售貨機擁有量約為2萬余臺，相對于13億的人口大國，這個數(shù)字微不足道。 作為世界上最大的自動售貨市場，日本通過自動售貨機出售的商品多達(dá)6000余種。去年，僅飲料的銷售額就達(dá)1593億人民幣。在歐洲每臺自動售貨機日銷售額達(dá)到50到100美元不等,以巴黎地鐵車站為例,在各個站點總計擺放了1500臺,每月銷售額達(dá)600萬法郎。美國自動售貨機的零售營業(yè)額高達(dá)293億美元，日本每個消費者每年在自動售貨機上的消費金額達(dá)5．5萬日元。全世界每年通過自動售貨機銷售商品的總額已達(dá)2000億美元。 事實上,伴隨收入水平的提高,人們追求靈活、方便、快捷以及自助式服務(wù)是自動售貨機得以如此迅猛發(fā)展的主要原因。在發(fā)達(dá)國家自動售貨機已經(jīng)成為零售業(yè)一個不可分割的部分, 特別是對青年一代,這種伴隨其成長的前衛(wèi)零售方式更可謂是一種新的消費時尚。 現(xiàn)代都市生活的節(jié)奏日趨加快,追求方便、快捷的服務(wù)成為人們的一種時尚,以麥當(dāng)勞、肯德基為代表的的西式快餐在我國的迅速發(fā)展就是很好的例子。隨著對外開放的不斷擴大,傳統(tǒng)的零售業(yè)發(fā)展成百貨商店、連鎖超市、電視直銷、廠家直銷等多種方式并存的局面,極大地方便了人們的生活。作為發(fā)達(dá)國家發(fā)育成熟并被廣泛采用的通過自動售貨機銷售食品、飲料和香煙等小商品的零售業(yè),必將以其方便、新穎的特點在中國得到迅速發(fā)展。這既是市場發(fā)展的需要, 是商業(yè)走向現(xiàn)代化的標(biāo)志之一,也是中國與國際接軌的需要。由于自動售貨機在我國尚無大批量生產(chǎn)使用的經(jīng)驗, 這里使用美國自動售貨機零售業(yè)營業(yè)額占居民收入的比例來測算自動售貨機在我國市場的市場容量。按照美國《VendingMachines》的統(tǒng)計,1994年全美自動售貨機零售業(yè)的營業(yè)額為292.8 億美元。根據(jù)美國國家統(tǒng)計局提供的資料,1994年全美國居民總收入為5.51萬億美元。由此得出,自動售貨機零售業(yè)營業(yè)額占居民總收入的0.53％。由此推算, 2010年, 我國約有300萬臺的市場容量。近兩年,僅發(fā)達(dá)地區(qū)高消費場所就有近20萬臺的市場。 1.4自動售貨機功能分析 這部分闡述了自動售貨機的各種動作功能和控制要求，給出了完整的自動售貨機操作規(guī)程，并介紹了自動售貨機運行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。 在實際生活中，我們見到的售貨機可以銷售一些簡單的日用品，如飲料常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進(jìn)行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。舉一個簡單的例子來說明，例如：售貨機中有4中商品，其中01號商品（代表第一種商品）價格為2元，02商品為3元，其余類推?，F(xiàn)投入1個1元硬幣，當(dāng)投入的貨幣超過01商品的價格時，01商品的選擇按鈕處燈長亮，提示可以購買，其他商品同比。當(dāng)按下選擇01商品的價格時，售貨機進(jìn)行減法運算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價格同時啟動相應(yīng)的電機，提取01號商品到出貨口。此時售貨機繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買而按下退幣按鈕，售貨機則要進(jìn)行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的除法運算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。自動售貨機的工作流程圖如圖1.2所示。 圖1.1 售貨機外觀圖 圖1.2 自動售貨機工作流程圖 第2章 PLC功能介紹 2.1 PLC的選型原則 當(dāng)某一個控制任務(wù)決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設(shè)。 對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數(shù)有可能大于實際電數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。 對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮： （1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 （2） 價格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。 PLC主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。 2.2 PLC的概述 2.2.1 PLC的產(chǎn)生 20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器。定時器。接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng).由于它結(jié)構(gòu)簡單。容易掌握。價格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設(shè)備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差. 20世紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： （1） 編程方便，可現(xiàn)場修改程序 （2） 維修方便，采用插件式結(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盤 （5） 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機 （6） 成本可與繼電器控制盤競爭 （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)動接觸器，電磁閥等 （9） 擴展時原系統(tǒng)改變最小 （10） 用戶存儲器至少能擴張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時汽車裝配過程的需要） 十項指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 2.2.2 PLC的定義 美國國際電工委員會（IEC）在1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可遍程序控制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 定義強調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。 定義還強調(diào)了PLC是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴充”。 2.2.3 PLC的發(fā)展趨勢 PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。 （1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結(jié)構(gòu)更為 湊，相當(dāng)與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。 （2）向大容量、高速度方向發(fā)展 大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。 （3）智能型I/O模塊的發(fā)展 智能型I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。 （4）基于PC的編程軟件取代編程器 隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。 （5）PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 與個人計算機相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可遍程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。 （6）PLC通信的易用化 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個人計算機和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中控制。 （7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化 個人計算機（PC）的價格便宜，有很強的數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。 （8）PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合 現(xiàn)場總線I/O與PLC可以組成功能強大的、廉價的DCS系統(tǒng)。 （9）開發(fā)新型特殊功能模塊 I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。 (10) CPU的處理速度進(jìn)一步加快 目前，PLC的處理速度與計算機相比還比較慢，其高的CPU也不過80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級。 2.2.4 PLC的特點 （1）抗干擾能力強，可靠性好 PLC在電子線路、機械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面： 1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于PLC的影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。 2）濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進(jìn)行有效的抑制。 3）對內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。 4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時間超過了警戒時鐘（WDT）規(guī)定時間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即報警，以保證CPU可靠運行。 5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。 6）對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。 7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。 （2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強 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是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內(nèi)學(xué)會。 （4）功能完善 PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。 （5）設(shè)計、施工、調(diào)試、的周期短 用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進(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。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 （7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 （8）可實現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。 2.2.5 PLC的主要功能 （1） 條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。 （2） 定時/記數(shù)控制功能 定時/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。 （3） 數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 （4） 步進(jìn)控制功能 步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。 （5） A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能 A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 （6） 運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運動控制。 （7） 過程控制功能 過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 （8） 擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即I/O擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。 （9） 遠(yuǎn)程I/O功能 遠(yuǎn)程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 （10） 通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 （11） 監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等設(shè)定值或強制I/O狀態(tài)。 2.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理 2.3.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。 2.3.2 PLC各部分的作用 (1) 中央處理器 CPU是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： ① 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 ② 采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 ③ 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運算和操作。 ④ 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 ⑤ 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。 (2) 存儲器 PLC的存儲器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 (3) 輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。 (4) 電源 PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 (5) 輸入輸出I/O擴展接口 若主機單元的I/O點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴展單元與主機單元相連接。 (6) PLC的基本工作原理 PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖3所示。 ① 輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 ② 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 ③ 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。 圖1.3 PLC的掃描全過程 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每一個掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。 2.4 三菱可編程控制器產(chǎn)品功能介紹 綜合性價比和功能方面考慮，本次設(shè)計采用三菱實現(xiàn)售貨機的功能 ，該型號PLC輸入點X0-X27(八進(jìn)制)，輸出點Y0-Y27(八進(jìn)制)。下面對該產(chǎn)品的組成各部分和技術(shù)性能做個簡單介紹。 2.4.1 功能指令類型 FX系列PLC的功能指令有連續(xù)執(zhí)行型和脈沖執(zhí)行型兩種形式。如圖（a）程序是連續(xù)執(zhí)行方式的例子。當(dāng)X2為ON狀態(tài)時，上述指令在每個掃描周期都被重復(fù)執(zhí)行。 如圖（b）是脈沖執(zhí)行方式的例子。助記符附的（P）符號表示脈沖執(zhí)行。（P）和（D）可同時使用（D）MOV（P）.該脈沖執(zhí)行的指令僅在X1由OFF轉(zhuǎn)為ON時有效。在不需要每個掃描周期都執(zhí)行，用脈沖執(zhí)行方式縮短執(zhí)行時間。 圖2.1 功能指令的兩種形式 2.4.2功能指令的通用表達(dá)形式 功能指令需要制定編號，有很多的功能指令在指定功能編號的同時還需制定操作元件按。操作元件有1個到4個操作數(shù)組成。操作數(shù)的說明如下： 是源操作數(shù)，若使用變址功能時，表示為形式。源操作數(shù)不止一個時，可用、表示。 是目標(biāo)操作數(shù)。若使用變址功能時，表示為形式。目標(biāo)操作數(shù)不止一個時，可用、表示。 表示常數(shù)時，用十進(jìn)制（K）和十六進(jìn)制（H），如圖所示一條取平均值的功能指令的梯形圖和指令語句表 圖2.2 取平均值的功能指令的梯形圖 D0是源操作數(shù)的首元件，K3是指定取值的個數(shù)為3，D4Z是指定計算結(jié)果存放的數(shù)據(jù)寄存器的地址。顯然，上述平均值指令的含義： 2.4.3 三菱PLC內(nèi)部繼電器的功能及編號 （1） 輸入繼電器X 輸入繼電器是PLC用來接收用戶設(shè)備發(fā)來的輸入信號。輸入繼電器與PLC的輸入端相連，編程時應(yīng)注意，輸入繼電器的線圈必須由外部信號來驅(qū)動，不能再程序內(nèi)部用指令來驅(qū)動。因此，在程序中輸入繼電器只有觸點，而沒有線圈。 （2） 輸出繼電器Y 輸出繼電器是PLC用來將輸出信號傳給負(fù)載的元件。輸出繼電器的外部輸出觸點加到PLC的輸出端子上，外部信號無法直接驅(qū)動輸出繼電器，它只能在程序內(nèi)部用指令驅(qū)動，無論是輸入繼電器還是輸出繼電器都可提供無限多對常開、常閉觸點，供編程使用，輸入輸出繼電器的地址編號均是采用八進(jìn)制。 （3） 輔助繼電器M PLC內(nèi)部有很多輔助繼電器 ，每個輔助繼電器都有無限多對常開、常閉觸點，供編程使用。輔助繼電器只能由程序驅(qū)動，其作用相當(dāng)于繼電器控制電路中的中間繼電器。輔助繼電器的觸點不能直接驅(qū)動外部負(fù)載。 （4） 通用數(shù)據(jù)寄存器D 只要不寫入其他數(shù)據(jù)，已寫入的數(shù)據(jù)不會改變。但是，PLC狀態(tài)由運行到停止，全部數(shù)據(jù)均清零。 2.4.4 程序流程控制功能指令 （1） 邏輯取和輸出線圈指令LD、LDI、OUT LD取指令，用于常開觸點與母線的鏈接指令，每一個以常開觸點開始的邏輯行都要使用這一指令。LDI 取反指令，用于常閉觸點與母線連接，每一個一常閉觸點開始的邏輯行都要用這一指令。LD、LDI這兩條指令的目標(biāo)元件是X、Y、M、S、T、C，用于將觸點接到母線上。OUT是驅(qū)動線圈的輸出指令，它的目標(biāo)元件是Y、M、S、T、C。對輸入繼電器X不能使用，OUT指令還可以連續(xù)使用多次。OUT指令的目標(biāo)元件是定時器T和計數(shù)器C時，必須設(shè)置常數(shù)K。其指令使用說明如圖 圖2.3 LD、LDI、OUT指令的使用說明 （2） 觸點串聯(lián)指令A(yù)ND、ANI AND與指令，用于單個常開觸點的串聯(lián)，完成邏輯“與”運算。 ANI與非指令，用于單個常閉觸點的串聯(lián)，完成邏輯“與非”運算。 使用說明： ?AND、ANI是單個觸點串聯(lián)鏈接指令，串聯(lián)的次數(shù)沒有限制，該指令可以多次重復(fù)使用。 ?AND、ANI指令的目標(biāo)元件是X、Y、M、S、T、C 詳細(xì)使用說明如圖所示 圖2.4 AND、ANI指令的使用說明 （3）ANB、ORB ANB：用于支路的串聯(lián)指令，ORB：用于支路的并聯(lián)指令。其詳細(xì)用法如圖 圖2.5 ANB指令使用說明 ORB詳細(xì)用法如圖 圖2.6 ORB指令使用說明 （3）置位與復(fù)位指令SET、RST SET置位指令，使動作保持；RST復(fù)位指令，使操作保持復(fù)位。如圖 圖2.7 SET、RST指令的使用說明 （2）脈沖輸出指令PLS PLS指令在輸入信號上升沿產(chǎn)生脈沖輸出，而PLF在輸入信號下降沿產(chǎn)生脈沖輸出，這兩條指令都是2程序步，它的目標(biāo)元件是Y和M，但特殊輔助繼電器不能做目標(biāo)元件,使用PLS指令，元件Y、M僅在驅(qū)動輸入接通后的一個掃描周期內(nèi)動作，如圖所示 圖2.8 PLS指令的使用說明 （3）加法指令A(yù)DD、減法指令SUB ADD指令是將指定的源元件的二進(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中去，ADD指令的用法如圖所示 圖2.9 ADD指令使用說明 +,即（D10）+（D12）D14 每個數(shù)據(jù)的最高位作為符號位（0為正，1為負(fù)），運算時二進(jìn)制代數(shù)運算。如果運算結(jié)果為0，則零標(biāo)志M8020置1；如果運算結(jié)果超過32767（16位運算）或2147483647（32位運算），則進(jìn)位標(biāo)志M8022置1；如果運算結(jié)果小于-32768（16位運算）或-2147483648（32位運算），則借位標(biāo)志M8021置1。在32位運算中，被指定的字元件是低16位元件，下一個元件為高16位元件 （4） DIV指令可以進(jìn)行16位和32位除法，得到商和余數(shù)，并將結(jié)果送到指定目標(biāo)元件中，用法如圖所示 圖2.10 DIV指令的使用說明 減法指令與加法類似。 表2.1 DIV指令的助記符、功能、操作數(shù)和程序步 助記符 功能 操作數(shù) 【S1】 【S2】 【D】 程序步 DIV FNC22乘法 兩數(shù)相除，結(jié)果存放到目標(biāo)元件中 K、H、T、C、D、V、Z、Kns、Knm、 KnY、KnX Knm、KnY、KnS T、C、D、V、Z DMUL DMULP DDIV DDIVP 13步 (5) 比較指令CMP CMP指令的助記符、功能、操作數(shù)和程序步如表所示 表2.2CMP指令的助記符、功能、操作數(shù)和程序步 助記符 功能 操作數(shù) 【S1】 【S2】 【D】 程序步 CMP FNV10比較 比較兩個數(shù)的大小 K、H、T、C、D、V、Z Y、S、M 3連續(xù)元件 CMP、CMPP DCMP、DCMPP CMP指令有3個操作數(shù)：兩個源操作數(shù)，一個目標(biāo)操作數(shù)，該指令將和進(jìn)行比較，結(jié)果送到中。CMP指令使用說明如圖所示，當(dāng)X10為ON時，比較100和C20當(dāng)前值的大小 ，分3種情況使M0、M1、M2中的一個為ON，另兩個則為OFF；若X10為OFF，則CMP不執(zhí)行，M0、M1、M2的狀態(tài)保持不變。 圖2.11 CMP指令的使用說明 （5）定時器T 定時器在PLC中的應(yīng)用相當(dāng)于一個時間繼電器，它有一個設(shè)定值寄存器，一個當(dāng)前值寄存器以及無限個觸點。通常PLC中有幾十個至數(shù)百個定時器T。 PLC內(nèi)定時器是根據(jù)時鐘脈沖累計計時，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ma三檔，當(dāng)所計時時間到達(dá)設(shè)定值時，輸出觸點動作。定時器可以用用戶程序存儲內(nèi)的常數(shù)K作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容作為設(shè)定值。這里使用的數(shù)據(jù)寄存器應(yīng)有的斷電保持功能。定時器元件的編號、設(shè)定值和動作敘述如下： ?定時器T0~T245.100ms定時器T0-T199共200點，每個定時器設(shè)定值范圍是0.1-3276.7s；10ms定時器T200-T245共46點，每個設(shè)定值范0.1-3276.7s。當(dāng)驅(qū)動輸入X0接通時，定時器T200的當(dāng)前值計數(shù)器對10ms時鐘脈沖進(jìn)行累計計數(shù)，當(dāng)該值與設(shè)定值K123相等時，定時器的輸出觸點接通，即輸出觸點是在驅(qū)動線圈123X0.01s時動作。驅(qū)動輸入X0斷開或發(fā)生斷電時，計數(shù)器復(fù)位，輸出觸點也復(fù)位。其工作過程如圖 圖2.12 定時器的工作原理 ?積算定時器T246-T255。1ms積算定時器T246-T249共4點，每點設(shè)定值范圍為0.001-3276.7s；100ms積算定時器T250-T255共6點，每個積算定時器設(shè)定值范圍0.1-3276.7s。當(dāng)定時器的線圈T250的驅(qū)動輸入X1接通時，T250的當(dāng)前值計數(shù)器開始累計100s的時鐘脈沖的個數(shù)，當(dāng)該值與設(shè)定值K345相等時，定時器的輸出觸點接通。當(dāng)計數(shù)中間驅(qū)動輸入X1斷電或復(fù)電時，計數(shù)器繼續(xù)工作，當(dāng)累積時間為0.1x345=34.5S,輸出點動作。 圖2.13 積算定時器的工作原理圖 第3章 PLC的系統(tǒng)設(shè)計 3.1 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 3.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： (1) 最大限度地滿足被控對象的控制對象。設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機械部分的設(shè)計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。 (2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便。 （3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 （4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn)，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 3.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括： （1）用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹。 （2）PLC的選擇。 PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)起到重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （3）分配I/O點，繪制I/O連接圖。 （4）設(shè)計控制程序。包括設(shè)計梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖。控制系統(tǒng)程序是控制整個系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制程序餓設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。 （5）必要時還需設(shè)計控制臺 （6）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。 3.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 （1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。 （2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。 （3）選擇PLC系統(tǒng)。 （4）分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O連接圖。 （5）進(jìn)行PLC程序設(shè)計，同時可進(jìn)行控制編寫調(diào)試。 3.1.4 編寫梯形圖的注意事項 （1）輸入/輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時器、記數(shù)器等器件的觸點可以多次重復(fù)使用，無需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少觸點的使用次數(shù)。 （2）梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈終止于右母線。觸點不能放在線圈的右邊。除步進(jìn)程序外，任何線圈、定時器、計數(shù)器、高級指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時候都被執(zhí)行的程序段，可以通過特殊內(nèi)部常閉繼電器或一個沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點來連接。 （3）在程序中，不允許同一編號的線圈兩次輸出。 （4）不允許出現(xiàn)橋式電路。 程序的編寫順序應(yīng)按自上而下、從左止右的方式編寫。為了減少程的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大右小”。 3.1.5 程序設(shè)計的步驟 （1）對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。 （2）設(shè)計梯形圖。這程序設(shè)計的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。 （3）根據(jù)梯形圖編制程序清單。 （4）用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲器中，并檢查輸入的程序是否正確。 （5）對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。 （6）編寫設(shè)計說明書 3.2 程序設(shè)計部分 3.2.1設(shè)計控制要求 （1） 自動售貨機可售出4中商品，價格分別為2、3、4、5元。 （2） 自動售貨機可識別硬幣面值為1元、5元。 （3） 自動售貨機具有缺貨提示功能 （4） 當(dāng)投入的硬幣總面值超過所購飲料的標(biāo)價時，所有可購買的商品燈均亮，按下對應(yīng)的商品按鈕即可購買商品，當(dāng)投入硬幣總值不足購買商品時提示錢幣不足，按下退幣鍵即可退幣。 （5） 購買商品后，系統(tǒng)會自動減去相應(yīng)的金額，根據(jù)剩余金額確定退幣。 （6） 購買一次后若還想購買，則按下繼續(xù)購買按鈕即可。 3.2.2自動售貨機I/O點的分配 輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。 售貨機I/O點的分配如表3.1 輸入點 輸出點 X0 1元幣識別器 Y14 錢幣不足 X1 5元幣識別器 X2 2元商品按鈕 Y0 2元商品指示燈 X3 3元商品按鈕 Y1 3元商品指示燈 X4 4元商品按鈕 Y2 4元商品指示燈 X5 5元商品按鈕 Y3 5元商品指示燈 X6 2元商品行程開關(guān) X7 3元商品行程開關(guān) Y12 取商品 X10 4元商品行程開關(guān) Y13 放商品 X11 5元商品行程開關(guān) Y18 脈沖輸出 X12 上限位開關(guān) Y4 上移 X13 下限位開關(guān) Y5 下移 X14 前限位開關(guān) Y6 前移 X15 后限位開關(guān) Y7 后移 X6 左限位開關(guān) Y10 左移 X16 右限位開關(guān) Y11 右移 X17 光電開關(guān) Y16 無貨指示燈 X20 退幣按鈕 Y15 退幣指示燈 X21 繼續(xù)購買 Y17 繼續(xù)購買 3.2.3自動售貨機外部接線圖 售貨機的外部接線圖如圖3-6所示，X2-X5為物品選擇按鈕，當(dāng)投入硬幣面值大于或等于商品價格時，商品燈（Y0-Y3）長亮按下X2-X5其中一個，對應(yīng)的商品指示燈長亮，其余熄滅。由供貨系統(tǒng)輸出商品，按下退幣按鈕（X20）后系統(tǒng)計算余額后退幣 圖3.1 PLC外部接線圖 3.2.4 梯形圖和順序功能圖介紹 （1）梯形圖介紹 梯形圖是用的最多的PLC圖形編程語言。梯形圖語言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電器控制線路圖相似，如圖3-4所示。繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實用的特點。因此，這種編程語言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。 圖3.2 典型梯形圖 示意 在梯形圖中，有兩根豎直的直線，被稱為母線，現(xiàn)在很多PLC只保留了左邊的母線，而把右邊的母線略去不寫。在梯形圖中引入了“能流”的概念。左邊的母線就如電源的“正極”，而右邊的母線就如電源的“負(fù)極”。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵。如果沒有能流，則線圈未被激勵，“能流”在任何時刻都不會通過接點自右向左流，本次設(shè)計梯形圖見圖紙。 （2） 順序功能圖 順序功能圖用來表達(dá)一個順序控制過程，是一種圖形化的編程方法。圖中用方框表示整個控制過程的一個個“狀態(tài)”，或稱“功能”或稱“步”，用線段方框見的關(guān)系及方框見的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件，本次設(shè)計的順序功能圖見圖紙。 3.2.5 三菱編程軟件FXGPWIN介紹 本次編程設(shè)計用的是三菱FXGPWIN，現(xiàn)對其操作界面作簡單的介紹 圖3.3 軟件界面 進(jìn)入軟件后，對編程相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，例如本次設(shè)計選用的是三菱FX2N就在FX2N前面打勾，即選擇了當(dāng)前的編程環(huán)境。 圖3.4 軟件編程界面 編程完畢后需將當(dāng)前的梯形圖編譯轉(zhuǎn)換所示 圖3.5 梯形圖轉(zhuǎn)換界面 經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的梯形圖可直接導(dǎo)入PLC執(zhí)行程度內(nèi)容 圖3.6 將程序?qū)懭隤LC里面 程序完成寫入后可執(zhí)行監(jiān)控，觀察工作過程中各個元件工作情況 圖3.7 PLC監(jiān)控界面 3.2.6 售貨過程分析 自動售貨機系統(tǒng)主要包括計幣系統(tǒng)、比