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1、第 1 章 自动售货机控制工艺流程分析1.1 PLC 的主要功能(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 PLC 的与、或、非指令取代继 电器接触的串联、并联及 wits 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PLC提供的定时器、记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PLC能进行数据传送、比较、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
2、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与D/A转换功能A/D与D/A转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。(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PLC的PID控制指令或模块实现对温度、压力、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/O扩展单元)模块来增加输入输出 点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。(9) 远程 I/O 功能远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远
3、距离的各种输入、输出设备与PLC主机 相连接，进行远程控制，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PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等，实现远程I/O控 制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。(11) 监控功能监控功能是指 PLC 能监视系统各部分的进行状态和进程，对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/O状态。1.2 PLC 的系统结构目前 PLC 种类繁多，功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
4、件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、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。PLC控制系统由输入量一PLC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PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输 出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。第 2章 自动售货机原理电路分析2.1 自动售货机设计要求1自动售货机有 3 个投币孔，分别为 1 元、5元和 10 元。2售货共有 3 种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。3如投币总额超
5、过销售价格，将可由退币按钮找回余额。4投币总额或当前值显示在 7 段数码管上。5投币值等于或大于 12 元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水。6投币值等于或大于 15 元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶。 7投币值等于或大于 20 元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示 3 种均可选择。8按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示饮 料已经掉出。9动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退 10元 再退 1元，如果小于 10 元则直接退 1 元。2.2 自动售货机的设计原理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
6、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，自动售货机便应运 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。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，并做出相应的反
7、应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有 8中商品， 其中 01 号商品价格为 2.60 元， 02商品为 3.50 元，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
8、算、减法运算以及在退币时的除法运算，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售货、退币功能。自动售货机的外部结构 图下所示。口口汽招娩花霸蝴哪非按钮投币处退币按钮口复位拎钮十元 元退市口退币状态币钮初始状态赞硬币投币状态卜择钮按选按V购买状态否剩N是有余图2-1自动售货机结构图图2-2自动售货机流程图2.3 PLC 的选型原则当某一个控制任务决定由 PLC 来完成后，选择 PLC 就成为最重要的事情。一方面 要选择多大容量的 PLC ,另一方面是选择什么公司的 PLC 及外设。对第一个问题，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
9、/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220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示 灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几 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220V的负载使用。则直流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。对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：（1）功能方面 所有 PLC 一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知 道所选用
10、的PLC是否有能力控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之 间有灵活方便的通信要求；或对 PLC 的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对 PLC 的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的 PLC 品种有一个详细的 了解，以便做出正确的选择。（2）价格方面 不同厂家的 PLC 产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、 I/O 点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然 是必须考虑的因数。经过从功能方面和价格方面两个方面的考虑，发现日本三菱 FX2N 系列的可变成序 控制器产品比较适合自动售货机。因为它是一种功能很强的小型机，在
11、设计的过程中采 用先进的方法及组件使其通常只有在大型PLC中才具有的功能，且具有其他控制器所 不具备的功能。虽然是小型机。但是其功能较完善，性能价格比高，较适合自动售货机。现在就对FX2N-MR48的组成各部分和技术性能做一个简单介绍。在日本三菱公司 生产的FX系列产品中，FX2N属于小型PLC产品，其中M48是具有高级处理功能的型号。 从型号可以看出FX2N-MR48可编程控制器的输入和输出点数（即I/O点）之和为4&还可 以扩展到256点，结构紧凑，速度高，它的基本指令执行时间为0.08微妙每条指令，内置 的用户存储器为8K步，可以扩展到16K步，有多种特殊功能模式后功能扩展板，可以实 现
12、多轴定位控制。2.4 IO点的分配表2-1 10分配输入信号输出信号汽水按钮X0汽水排出电磁阀Y0花茶按钮X1花茶排出电磁阀Y1咖啡按钮X2咖啡排出电磁阀Y2兀投入按钮X3退币电磁阀（兀）Y3五元投入按钮X4退币电磁阀（十兀）Y7十兀投入按钮X5汽水指示灯Y4复位按钮X6花茶指示灯Y5退币按钮X7咖啡指示灯Y6七段译码显示Y10Y172.5外部接线IT2TULJ-1Y5Y6Y7图2 4 PLC外部接线图第3章程序设计部分31程序设计说明下位机程序的编制是利用三菱的PLC专用编程软件FxgpWIN完成的。在设计的过程中，就像上面所叙述的那样，并非孤立地分别进行上位机和下位机的 设计工作，而是互相
13、配合的。因此在以下的详细设计过程中，并没有将上位机的设计与 下位机的设计整体分开来写，而是相互交替，同时尽量清晰地叙述，在相应的设计部分 中注明是上位机的设计还是下位机的设计。现在我们具体分析一下程序过程：为了方便分析，我们以一次交易过程为例。(1) 初始状态。此时不能购买任何商品。(2) 投币状态。顾客投币，显示投入总值，即余额数值，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。(3) 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。(4) 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
14、， 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。3.2程序设计我们可以把一次交易过程分为几个程序块：运行初期清零过程；投币过程；价格比 较过程；选择商品过程；退币过程。运行初期清零过程KSDD2IIJ10 TL该梯形图中，DO是存放余额的数据寄存器，首先要对其进行清零。不仅需要在完成一 次交易后自动清零，而且也能让卖主自己手动清零。所以用X6和M8002同时可以控制 清零指令。投币过程在投币的过程中，每投下一枚硬币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样 币制。先建立变量表，在编写程序。当按下投入1元时，相当于M1接通，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时 检测一次，不能永
15、远加下去。投入1元要投入显示、余额显示都相应增加相同数值，加 法是由16位加法指令add来实现的。投入5元、10元，原理同上。钱投进去以后，需要将投进的数额显示出来，这里我们要用到七段译码指令SEGD。 具体梯形图如下：Ma DOI I-CMP口口Ml M4T004 JC Hl ；BUJLDDKI.oaKCO4-*l-MJKJ1a&DBOcoDKIDDOHSODOI II图3 1(3) 价格比较和选择过程价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一 个信号，提示可以购买。这里只要选择灯来代表此信号。在梯形图中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M6,在程序执行 过程中，M4始终保持闭合，CMP是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价 格, M6是大于价格，M5是等于标志。再用定时器和M8013控制Y4,实现按下选择按 钮并且
