plc控制系统毕业设计（精选8篇）
电科班
一、摘要
随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都在进行亮化工程。企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一:霓虹灯广告屏来实现这一目的.当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告均可以见到,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多中彩色的灯管,另一种为光等管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果。这些灯的亮灭,闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求。
随着P
LC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：
(一)合理的结构型式，(二)
安装方式的选择，(三)相应的功能要求，(四)响应速度要求，(五)系统可靠性的要求，(六)机型尽量统一。
二
.控制系统介绍及控制要求
本控制系统只要是用于控制霓虹灯和边框流水灯的按顺序的闪烁。它能让你在不用人控制的情况下，进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。如图1，八个字能按顺序地进行亮灭，并且边框的灯能同时地隔位闪烁。
1.霓虹灯广告屏示意图
利用s7-200控制由8根灯管，24只流水灯，每4只灯为一组广告牌。，如下图所示：
图1
2.控制要求：
（1）该广告屏中间8根灯管亮灭的时序为：第1根亮→2亮→3亮→……→第8根亮，时间间隔为1s，全亮后，显示10s，再反过来从8→7→……→1按1s间隔顺序熄灭，全灭后停亮2s；再从第8根开始亮，顺序点亮7→6→……→1，时间间隔1s，显示5s，再从1→2→……→8按1s间隔顺序熄灭，全灭后停亮2s，然后重复运行，周而复始。
（2）24只流水灯，4个一组分成6组，从Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1s时间间隔依次向前移动，且点亮时每相隔1灯为亮，即从Ⅰ“、”亮→Ⅱ“、”亮，同时Ⅰ“、”灭→Ⅲ““、”亮，同时Ⅱ“、”灭……，如此移动一段时间（如30s）后，再反过来移动一段时间：Ⅵ“、”亮
→Ⅴ“、”亮，同时Ⅵ“、”灭，……如此循环往复。
（3）系统有单步/连续控制，有起动和停止按钮。
（4）起动时，灯管和流水灯同时起动，关闭时，可同时也可分别关闭。
（5）要求有移位指令的应用
（6）在控制要求1中，若要求将全亮后显示10s改为以0.5s间隔同时闪烁5s，试修改程序。
三.工作原理
1.I/O分配
根据控制要求，PLC控制霓虹灯广告显示屏的输入，输出地址如下表所示，其中SB1为启动开关,SB2为停止开关,SB3为单步连续选择开关SB4为不进按钮开关.Q0.0～Q0.7控制霓虹灯用的发光管模拟显示，Q1.0～Q2.1控制6组流水灯泡。如表1
输入接点
输入开关名称
I0.0
启动按钮SB1
I0.1
停止按钮SB2
I0.3
单步/连续开关SB3
I0.4
步进按钮开关SB4
输出接点
输出名称
Q0.0
灯管1
Q0.1
灯管2
Q0.2
灯管3
Q0.3
灯管4
Q0.4
灯管5
Q0.5
灯管6
Q0.6
灯管7
Q0.7
灯管8
Q1.0
L1.L3流水灯
Q1.1
L2.L4流水灯
Q1.2
L5.L7流水灯
Q1.3
L6.L8流水灯
Q1.4
L9.L11流水灯
Q1.5
L10.L12流水灯
Q1.6
L13.L15流水灯
Q1.7
L14.L16流水灯
Q2.0
L17.L19流水灯
Q2.1
L18.L20流水灯
Q2.2
L21.L23流水灯
Q2.3
L22.L24流水灯
2.PlC型号的选择
由于共由20个端口输出，并且用是交流点的，所以我选择用FX2N-48MR-001.FX2N-48MR-001的主要的技术参数：输入继电器的24点，输出继电器由24点。电源电压为AC100-240V
50/60Hz。
3.硬件接线图
图
4．时序图
5.流程图
6.梯形图及程序
0.1启动
LD I0.1
EU
MOVB 16#1, MB0
MOVW 16#FF, VW0
S M1.0, 1
MOVB 16#81, VB2
I0.2总停止
LD I0.2
MOVB 16#0, MB0
MOVW 16#0, VW0
R M1.0, 2
MOVB 16#0, VB2
8路灯管单独停止
LD I0.2
MOVB 16#0, MB0
MOVW 16#0, VW0
24l路循环灯管单独停
LD I0.3
R M1.0, 2
MOVB 16#0, VB2
8路灯管控制,Q0----7（QB0）为8路灯管输出控制点
LD SM0.0
LPS
A M0.0
LPS
A SM0.5
EU
RLW VW0, 1
LPP
AW= 16#FF00, VW0
EU
RLB MB0, 1
LRD
A M0.1
LPS
TON T37, 100
A T37
A SM0.5
EU
RRW VW0, 1
LPP
AW= 16#FF, VW0
EU
RLB MB0, 1
LRD
A M0.2
LPS
TON T38, 20
A T38
A SM0.5
EU
RRW VW0, 1
LPP
AW= 16#FF00, VW0
EU
RLB MB0, 1
LRD
A M0.3
LPS
TON T39, 50
A T39
A SM0.5
EU
RLW VW0, 1
LPP
AW= 16#FF, VW0
TON T40, 20
LPP
A T40
MOVB 16#1, MB0
LD SM0.0
LPS
A SM0.5
MOVB VB1, QB0
LPP
AN SM0.5
A M0.1
AN T37
MOVB 16#0, QB0
24路循环灯控制，由于2个灯同时亮，所以每2个共用一个输出点。QB1单数灯管，QB2双数灯管（双数的灯管安装顺序与单数灯管相反，即Q1.0-----Q1.5对应灯管1,3-------21,23，Q2.0-----Q2.5对应灯管24.22-------4,2,这样可以省掉一些程序）
LD SM0.0
LPS
A M1.0
LPS
A SM0.5
EU
RLB VB1, 1
LRD
AN M1.1
TON T42, 300
LRD
A T42
EU
S M1.1, 1
LRD
A M1.1
TON T43, 300
LPP
A T43
EU
R M1.1, 1
LRD
AN M1.1
MOVB VB1, QB1
MOVB 16#0, QB2
LPP
A M1.1
MOVB VB1, QB2
MOVB 16#0, QB1
7.主电路
四、设计心得
本程序是用STL图所写的，在启动按钮按下以后，有两步程序同时运行，一个是霓虹灯字的亮灭，一个是四周边框流水灯的亮灭。霓虹灯字的亮灭：在按下启动按钮以后，八个字会按要求亮灭，主要是计时器控制的，在S20和S21中，S20是灯的正序亮反序灭，S21是灯的反序亮正序灭。流水灯的亮灭，状态就比较多了，我是把每一中亮的情况都纳入一个状态的，所以有6中状态，然后在循环，在30秒过后，会由正序的亮转换成反序的亮。反序的亮30秒都又转换成正序的两，这个30秒我是用计数器控制的，因为每一个循环是6秒，那30秒就是5次，计到5次都才会进行正反序的转换。
经过这次的课程设计，使得我对PLC的掌握进一步的增强，加深了对PLC它们的理解，并对PLC产生了浓厚的兴趣，但是我也深深的知道自己的不足之处，比如说对应用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序复杂程度。多在学习过程中不能想通的问题，在PLC调试过程中，终于得以解决。可以看出它对理论教学起到了必要的补充和额拓宽作用，对培养既具有扎实理论功底又具有相当实践能力的人才必不可少。在这次的课程中，我发现PLC在工业控制中的作用很大，它能使人的控制转变成电脑的控制，大大地降低了产品的成本，很大地提高生产效率。
在此过程中我还发现到修改完善程序的重要性。当时编完一个程后感觉是正确的。就是这样还要仔细检查自己的程序。考虑到各种可能发生的情况。
经过这次课程设计培养了我们的设计能力以及全面的考虑问题能力。学习的过程是痛苦的但是收获成功的喜悦更是让人激动的。相信通过这次课程设计它对我以后的学习及工作都会产生积极的影响。
五、参考文献
1．史国生主编
《电气控制与可编程控制器技术》
北京:
化学工业出版社
2005.2
2．尹宏业主编
《PLC可编程控制器教程》
北京：航空工业出版社
1997
3．廖常初主编
《PLC编程及应用
》
北京：机械工业出版社
2002
4．张万忠主编
《可编程控制器应用技术》
北京：
化学工业出版社
2002
5．张凤珊主编
《电器控制及可编程控制器》
北京：中国轻工业出版社
一、PLC电梯控制系统的工作原理与功能
1. PLC电梯控制系统的工作原理。
常见的PLC电梯控制系统主要是由拖动控制系统和信号控制系统组成, 其中的硬件设备包括PLC主机、机械系统、门机、主拖动系统、层号指示灯、调速装置、层外呼叫按钮、外围扩展器件和轿厢操作按钮等。PLC电梯控制系统的基本工作原理为:通过将光电脉冲和外指令等信号输入到PLC主机内, 利用PLC主机的相关软件, 实现各种信号的逻辑运算和处理, 然后通过指令信号的输出, 以满足门机与拖动控制系统的实际运行需求。
2. PLC电梯控制系统的功能。
PLC电梯的控制系统主要具有以下功能:通过一台相应功率的电动机, 实现轿厢的上升与下降, 同时设有各层之间的上、下呼叫开关;当电梯需要在某一层“停车待客”时, 如果按下电梯的层外呼叫按钮, 电梯必须保证延时后的自动开门;当电梯完成相应的轿厢内指令后而没有收到任何层外呼叫信号时, 应实现轿厢的自动关门, 并且按照设定的时间自动关闭轿厢内的照明和通风设备;当电梯的轿厢内同时有多个选层指令时, 电梯应在设定时间内自动运行, 并且根据运行方向自动停靠车门。
二、PLC电梯控制系统的设计
在PLC电梯控制系统的设计中, 必须实现呼叫与响应过程的一次工作循环, 并且同时满足控制系统正常工作、自检、强制工作等状态的自动切换, 从而构建一个完整的电梯运行过程。在电梯中采用PLC控制系统具有以下优点:采用PLC作为控制器, 实现了电梯运行过程的自动控制, 有效提高了其实际运行效率, 并且减少了噪声污染的问题;在PLC电梯中省去了大部分的接触器与继电器, 外部的线路也明显简化, 从而形成了较为简单的控制系统结构形式;PLC的应用可以实现对于电梯中各种线路、系统的集中控制, 有效增强了控制能力;与传统的电梯控制系统相比, PLC可以自动进行故障检测和报警显示, 对于提高电梯运行的安全性具有积极的意义, 而且便于检查与维修。
为了保证PLC电梯的性能和质量达到国家相关检验标准, 必须在控制系统设计环节加强对于具体问题的研究, 从而实现设计方案的最优化。
1. 信号登记、动作方向判断的设计。
当PLC电梯处于停止运行状态时, 如果某一层发出上行或下行指令, 外部按钮所在的楼层就是电梯的运行终点。通过电梯所在位置与终点位置的比较, 可以自动确定实际运行方向。在PLC电梯控制系统设计过程中, 设计人员应注意到在已有呼叫信号的条件下, 如果没有其他的呼叫信号发出, 则要根据预设的程序自动确定电梯实际运行方向和重点。当PLC电梯处于上行状态时, 所有的呼叫信号都以最上层为重点;而处于下行状态时, 所有的呼叫信号则都要以最下层为终点, 这是在信号登记、动作方向判断设计中必须注意的项目。
2. 轿门打开、关闭功能的设计。
在PLC电梯控制系统的设计中, 应注意到轿门打开与关闭功能的实现。一般情况下, 轿门自动打开和关闭应满足以下条件。
(1) 到达指定楼层后自动开门, 并在预定时间内自动关门。
(2) 电梯处于停车状态时, 轿内发出开门指令, 如果一定时间内未接收到任何指令, 将自动关门。
(3) 在轿门的关闭过程中, 检测到阻碍关门的红外线信号, 轿门将重新打开, 待红外信号消失后, 将自动关闭轿门.
(4) 当电梯正常运行时, 换速平层停车时会自动打开轿门。在PLC电梯轿门的自动打开与关闭功能设计中, 一定要注意限位开关的合理设置, 并且加强对继电器的吸合测试, 以避免轿门电机因发生故障而导致电机烧毁。另外, 在轿门的打开、关闭功能设计中, 还要利用定时器进行相关动作的控制。
3. 信号排队、顺向载车功能的设计。
为了有效提高PLC电梯的运行效率, 在控制系统设计中必须采取信号排队、同向信号先行的方式。在设计信号排队功能时, 当电梯呼叫指令发送到登记程序后, 应实现上行指示、下行指示与各层登记信号的并联, 从而实现PLC电梯的顺向载车功能。例如当PLC处于上行状态时, 在中间楼层接收到上行指示信号, 电梯将自动在发出信号的楼层停留, 载客后继续向上运行。
4. 自动返回一层、楼层显示功能的设计。
在PLC电梯的设计中, 自动返回一层、楼层显示功能是控制系统设计的重要项目。如果电梯在规定时间内处于停止运行状态, 即未接收到任何指令信号, 则必须自动返回上一层。一般情况下, 在控制系统设计中, 应采取高楼层位置信号与电梯上行、下行信号之间的常闭点串联的方式, 从而实现轿厢的延时控制功能。为了保证PLC电梯停止运行信号的长时间保持, 一定要避免高层位置信号与停止信号之间的串联。另外, 在PLC电梯的楼层显示功能设计中, 应根据各层的检测信号, 将其直接发送到轿厢的内部继电器上, 从而通过轿厢内的LED数码管显示出来。
三、结论
一、硬件系统的设计
1. PLC控制系统的输入电路设计
PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件。隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。
（1） PLC输入电路电源。一般应采用DC 24V,其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，否则将影响PLC的运行。一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装防止短路的措施。
（2）输入的灵敏度。ＰＬＣ的端电压和电流均有规定，当输入回路串有二极管或电阻不能完全启动，或者有并联电阻或有漏电电流时不能完全切断。另外，当输入器件的输入电流大于ＰＬＣ的最大输入电流时，也会引起误码动作，应采用弱电流输入器件，选用输入为共漏型的ＰＬＣ。
2. PLC控制系统的输出电路设计
（1）輸出方式的设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出。如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。当PLC扫描频率为10次／min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。
对于常见的AC220V交流开关类负载，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。
（2）ＰＬＣ外部驱动电路的设计。在PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路：可以用三极管驱动，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动。同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管（LED）指示。
（3）“COM“点的选择设计。PLC产品“COM”点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带1～2个输出点的PLC产品；当负载数量多而种类少时，采用一个“COM”点带4～8个输出点的PLC产品。这样会对电路设计带来很多方便，每个“COM”点处加一熔丝，1～2个输出时加2A的熔丝，4～8点输出的加5～10A的熔丝，因PLC内部一般没有熔丝。
3. PLC控制系统抗干扰与外部互锁设计
PLC输出带感性负载，断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，所以对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路。当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后，在PLC的外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。
二、PLC 控制系统的软件设计
1. 将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序
（1）基本程序。既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序。依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种：顺序结构、条件分支结构和循环结构。
（2）模块化程序，即把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改，特别是用于复杂控制要求的生产过程。
2. 程序设计应注意的问题
在程序设计时，除了I/O地址列表外，有时还要把在程序中用到的中间继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）和存储单元（V）以及它们的作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。
3. 编程语言的选择
（1） 有些PLC使用梯形图编程不是很方便（例如书写不便），则可用语句表编程，但梯形图总比语句表直观。
（2） 经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用编汇语言一样。
（3） 如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好是用功能图来设计程序。
I、毕业设计(论文)题目：
城市恒压供水PLC控制系统
II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求： 1．原始资料：
本控制系统主要对供水系统水压进行实时控制，保证用户或用水设备所需水压在规定范围内。恒压供水系统主要由水泵、压力传感器、调节器及变频器构成。
恒压供水控制系统中产生水压的设备是水泵，水泵转动越快产生的水压越高；压力传感器主要用于检测管路中的水压，常装设在泵站的出水口，当用水量大时水压降低，用水量小时水压升高。压力传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。调节器是一种电子装置，在系统中可以设定管路压力，接收传感器送来的管路水压实测值（反馈值），并与给定值进行比较，输出调节信号（模拟信号，4~20mA电流信号或0~10V电压信号），本系统由PLC 控制。① 系统设有自动和手动工作方式。② 系统供水压力范围为 0.6MPa~0.7 MPa ③ 系统有三台水泵，一台变频器，水泵均由75kW的电动机拖动。自动工作方式下，正常工作时，变频器首先变频启动1#电动机工作；在压力调节过程中，如果1#电动机已工作在上限频率，则1#工频运行，2#变频运行；如果2#电动机工作在上限频率，则1#工频运行，2#工频运行，3#变频运行；如果当变频泵运行频率达到下限设定频率，则减少一台工频泵运行。④ 当系统自动运行一天时，泵号自动切换，每台水泵工作情况基本相同，达到轮流工作目的，减少系统维护工作。⑤ 手动工作方式时，同一台电动机不进行工频与变频的切换里，其压力只受压力开关控制。⑥ 采用模拟量输出（DC0~10V）来控制变频器调节电动机的转速，采用PID调节指令来实时调节系统水压。⑦
变频器的频率上限值设置为50Hz，频率下限值设置为20Hz，数据90ms采样一次。⑧ 系统有电源指示、工作方式指示、电动机运行指示。⑨ 系统有电压表、电流表指示三相电压、电流值。⑩ 因管路发生破裂或某台电动机损坏不能正常工作等原因导致管路压力较低时，变频运行的电动机以最大设定频率连续工作1h以上或电动机过载时，系统发出报警指示。2．设计技术要求：
① 要求自行查阅资料，独立完成毕业设计，锻炼自己分析问题、解决问题的能力。② 根据系统控制要求、主要技术参数设计控制系统的硬件电路及软件程序。③ 要求完成的设计能满足实际要求，图面及文字说明表达简洁、清晰、易读懂，图纸设计规范，符合制图标准，控制系统合理可靠，具有一定使用价值。④ 要求毕业设计论文叙述条理清楚，设计、计算、程序正确，论文格式规范。III、毕 业设计(论文)工作步骤：
1．收集有关资料，写出开题报告； 1周 2．分析与研究系统的总体情况；—— 系统工作情况、框图 1.5周 3．设备与器件的选择与计算；——器件型号、作用，元器件清单 1.5周 4．硬件电路设计； ——硬件电路图纸 2周
5．软件程序设计；——软件程序 2周
6．毕业设计审查、毕业答辩 ——修改论文 2周
撰写毕业论文一份、绘制图纸一份 贯穿于其中 Ⅳ、主
要参考资料：
自动售货机的PLC系统设计
摘要：本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为例，把交易过程分为了几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制在自动售货机忠的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。
关键字
自动售货机；可编程控制器；梯形图
Abstact: This articke introduced vending machine‟s basic principle as well as the work flow, then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, the 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 word vending machine;programmable controller;trapezoidal chart
常工院毕业设计论文
目录
·摘要…………………………………………………………………………………1 ·前言…………………………………………………………………………………3 ·第一章 自动售货机的介绍………………………………………………………...4 ·1.1自动售货机功能分析…………………………………………………………..4 ·1.1.1自动售货机的基本功能……………………………………………………...4 ·1.2 PLC的选型原理………………………………………………………………..5 ·1.3 PLC的概论……………………………………………………………………..6 ·1.3.1 PLC的产生…………………………………………………………………...6 ·1.3.2 PLC的定义…………………………………………………………………...6 ·1.3.3 PLC的发展趋势……………………………………………………………...7 ·1.3.4 PLC的特点…………………………………………………………………...8 ·1.3.5 PLC的基本功能……………………………………………………………...9 ·1.4 PLC的基本结构和原理………………………………………………………10 ·1.4.1 PLC的系统结构…………………………………………………………….10 ·1.4.2 PLC各部分的作用………………………………………………………….10 ·1.5 松下电工可编程序控制器产品—FP1-C24介绍……………………………12 ·1.5.1 FP1-C24的组成各部分……………………………………………………..13 ·1.5.2 技术性能……………………………………………………………………14 ·第二章
PLC系统设计………………………………………………………….14 ·2.1 可编程序控制系统设计的基本原则………………………………………...14 ·2.1.1 控制系统设计原则…………………………………………………………14 ·2.1.2 控制系统设计的基本内容…………………………………………………14 ·2.1.3 控制系统设计的一般步骤…………………………………………………15 ·2.1.4 编写梯形图的注意事项……………………………………………………15 ·2.1.5 程序设计的步骤……………………………………………………………15 ·第三章
自动售货机PLC程序设计……………………………………………16 ·3.1 仿真实验中的售货机的分析………………………………………………...16 ·3.2 设计任务的确定……………………………………………………………...18 ·3.3 程序设计部分………………………………………………………………...18 ·3.3.1 程序设计说明………………………………………………………………19 ·3.3.2 PLC 程序设计………………………………………………………………19 ·3.4 仿真界面与PLC……………………………………………………………...28 ·3.5 数据连接……………………………………………………………………...32 ·3.5.1 定义I/O设备……………………………………………………………….32 ·3.5.2 设计…………………………………………………………………………34 ·3.5.3 运行…………………………………………………………………………37 ·4 结束语…………………………………………………………………………38 ·致谢………………………………………………………………………………..39 ·参考文献…………………………………………………………………………..39
常工院毕业设计论文
前言
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，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。
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，运营时需要的资本小、面积小，有吸引人们购物的好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。
据说世界上最早的自动售货机出现在公元前3世纪，那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。17世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。在自动售货机历史的长河里，日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动售货机“，它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。50年代，”喷水型果汁自动售货机“大手欢迎，果汁杯注入在纸杯里出售。后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，1962年，出现了以自动售货机主体的流通领域的革命。1967年，100日元单位以下的货币全改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。现在，自动售货机产业正走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送到各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状态下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节省10—15%的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。因经济复苏缓慢，社会对扩大就业与工作场所所提供的茶点饮料的福利事业更为关注。自动售货机不仅保障了惬意的工作时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。特别是在24小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机解决了不间断提供咖啡饮料服务的问题，这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。1999年的全美自动售货机协会和全美咖啡服务协会的合并使人们更直观地看到了这种融合的现象。
日本是自动售货机的天堂。出了鸡蛋、米饭之外，报纸、杂志、一次性相机、干电池、磁带、刮胡刀、袜子、花及宠物食品等各种商品都通过自动售货机进行销售。连熟知自动售货机的美国游客在日本看到10台自动售货机排成一列的景象后，也是连声称奇。
韩国大约有78万台自动售货机，是除了日本、美国、英国之外自动售货机使用数量最多的国家。从不同的种类来看，咖咖啡茶的自动售货机约占全部售货机的40%以上；另外，还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁、公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。运营自动售货机产业的公司全国大约有800余个，而销售自动售货机原料、商品流通、机械销售的公司大约达到了1150个。
常工院毕业设计论文
第一章 自动售货机的介绍
1.1自动售货机功能分析
这部分阐述了自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规章，并介绍了自动售货机运行系统所包括的人工操作步骤。
1.1.1自动售货机的基本功能
在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后具有的状态。
在实际生活照，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够买某种商品，并做出相应的反应。举一个简单的例子来说明，列如：售货机中有8种商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2.60元，02号商品为3.50元，其余类推。现投入1个1元银币，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。如果此时不在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算、减法运算以及在退币时的 出发运算，这是它内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的收获、退币功能。自动售货机的工作流程图如图1所示。
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1.2 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，另一方面是选择哪个的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/O以及输出是用继电器还是晶体管或者是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之间既有交流220V的接触器、电磁阀、又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出端数有可能呢大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组公用一个公共端，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，成本增加。所以要尽可能所则相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。
对于第二问题，则有以下几个方面的考虑:(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，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。如对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素。
(3)PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。
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1.3 PLC的 概述
1.3.1 PLC的产生
20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系联系起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制机系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在空也控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。
20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更换，它必要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置，为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求。1968年美国通用汽车公司向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：
（1）编程方便，可现场修改程序（2）维修方便，采用插件式结构（3）可靠性高于继电接触器控制系统（4）体积小于继电器控制盘
（5）数据可直接送人管理计算机（6）成本可与继电器控制盘竞争（7）输入可以是交流150V以上
（8）输出为交流115V容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等（9）扩展时原系统改变最小
（10）用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装备过程的需要）
十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。
1.3.2 PLC的定义
美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出以下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或者生产过程。可编程序控制器及其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原理而设计。
定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是去呗与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，它也是一种计算机，它是“专门在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算
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等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。
1.3.3 PLC的发展趋势
PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下方面：
（1）向小型化、专业化、低成本方向发展
随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使PLC结构更为紧凑，相当于一本精装书本的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。（2）向大容量、高速度方向发展
大型PLC多采用微处理器系统，有的采用32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。
（3）智能型I/O模块的发展
智能型I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。（4）基于PC的编程软件取代编程器 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于计算机上的编程软件。编程软件可以对PLC控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上的模块的型号、模块的参数、各串行通用接口的参数等。（5）PLC编程语言的标准化
与个人计算机相比，PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用。PLC的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可编程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC制定了可编程序控制器标准。标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。
（6）PLC通信的易用化
PLC的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信号，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。（7）组态软件与PLC的软件化
个人计算机（PC）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。
（8）PLC与现场总线相结合
现场总线I/O与PLC可以组成功能强大的、廉价的DCS系统。（9）开发新型特殊功能模块
I/O组件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大处理能力。（10）CPU的处理速度进一步加快
目前，PLC的处理速度与计算机相比还比较慢，其中高的CPU也不过80486，将来会全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU进行处理、分时处理或者分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。
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1.3.4 PLC的特点
（1）抗干扰能力强，可靠性好 PLC在电子线路、机械结构以及软件上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：
1）隔热：这是抗干扰的主要措施之一。PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，是外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰对于PLC的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。
2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。
3）对内部电源采用了屏蔽、稳压等保护措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、WATCHDOG（看门狗）等电路，一旦发现故障或程序循环执时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证CPU可靠运行。
5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。
6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或者信息部丢失。
7）采用密封、防尘、防震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。8）以集成电路为基础元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。（2）控制系统结构简单，通用性强 PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。
（3）编程方便，易于使用
PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编程，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可以在短时间内学会。（4）功能完善
PLC的I/O功能完善，性能可靠，能适应于任何形式和性质的开关量和模拟量的I/O。在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及位移寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟预算、显示、监控、扫描以及报表生成等功能。
（5）设计、施工、调试的周期短
用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分方便。而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且以商品化，故
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仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。（6）体积小，维护操作方便
PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的I/O系统能够直接的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态。（7）易于实现网络化
PLC可连成功能很强的网络系统。（8）可实现三电一体化 PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活的组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。
1.3.5 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、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。（2）定时/记数控制功能
定时/记数控制功能是指用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能进行数据传输、比较、位移、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，才能进行下一道工序的操作的控制，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转化功能是指通过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者多轴运动控制。
（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）拓展功能
拓展功能是指通过连接输入输出拓展单元（即I/O拓展单元）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单元将分散在远距离的各种输出、输入设备与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
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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能监视系统各部分地进行状态和进程，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。
1.4 PLC的基本结构及原理
1.4.1 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，所有其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。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拓展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构进行数据和指令的传输。
如同2所示，PLC控制系统由输入量—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的输出量，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的基本结构由控制部分输入和输出组成。
1.4.2 PLC各部分的作用
（1）中央处理器
CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取出指令和执行指令。他的重要功能如下：
① 诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编程中的语法错误。
② 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。③ 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。④ 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。⑤ 应各种外部设备的工作请求。
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（2）存储器
PLC的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。（3）输入输出接口电路 PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。（4）电源
PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。
（5）输入输出I/O拓展接口、若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O拓展单元与主机单元相连接。（6）PLC的基本工作原理
PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序直至遇到结束信号后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图3所示。
① 输入刷新阶段
在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。② 程序执行阶段
在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。③ 输出刷新阶段
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当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实现输出。
显然扫描周期的长短取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地繁盛变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的I/O刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统相应较慢往往要几个扫描周期菜响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较为严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。
1.5 松下电工可编程序控制器产品—FR1-C24介绍
经过从功能和价格两个方面的考虑，发现松下电工可编程序控制器产品—FR1-C24比较适合自动售货机。因为它是一种功能很强的小型机，在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
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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FR1-C24的组成各部分和技能做一个简单介绍。在松下电工公司生产的FR系列产品中，FR1属于小型的PLC产品，其中C24是具有高级处理功能的型号。从型号可以看出FR1-C24可编程序控制器的输入输出点数（即I/O）之和为24.1.5.1 FR1-C24的组成各部分
（1）RS232 该端口能于PC机通信编程，也可连接其他外围设备。（2）运行监视指示灯
① 当运行程序时，“RUN”指示灯亮； ② 当控制单元终止执行程序时，“PROG”指示灯亮； ③ 当发生自诊断错误时，“ERR”指示灯亮；
④ 当检测到异常的情况时或出现“Watchdog”时，“ALARM”指示灯亮。（3）工作方式选择开关
①“RUN”工作方式
当开关扳到这个档位时，控制单元运行程序。②“REMOTE”工作方式
在这个工作方式下，可以使用编程工具改变可编程序控制器的工作方式为“RUN”或“PROG”工作方式。③“PROG”工作方式
在此方式下可以编辑程序。若在“RUN”工作方式下编辑程序，则按出错对待。可编程控制器鸣响报警，提示编程者将方式选择开关切换至“PROG”工作方式。④输出端子
C24型的输出端子有8点。该端子板为两头带螺钉可拆卸的板。⑤直流电源输出端子
在FP1系统主机内部均配有一个供输入端使用的24V直流电源。⑥输入端子
C24型的输入端子有16点。输入电压范围为直流12~24V。该端子板为两头带螺钉可拆卸的板。⑦编程工具连接插座（RS422口）
可用此插座经专用外设电缆连接编程工具。⑧波特率选择开关
有19 200bp和9 600sbps两档，当可编程控制器与外部设备进行通信时，应根据不同的外设选定波特率。⑨电位器（V0、V1）
电位器（V0、V1）这两个电位器可用螺丝刀进行手动调节，实现外部设定。当调节该点位器时，PLC内部对应的特殊数据寄存器DT9040和DT9041的内容在0~255之间变化，相当于输入外部可调的模拟量。C24有两个（V0、V1）。
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⑩ I/O点状态指示灯和拓展单元接口插座
用来指示输入/输出的通断状态，当某个输入触点闭合时，对应于这份触点编号的输入指示发光二极管点亮（下一排）；当某个输出继电器接通时，对应这个输出继电器编号的输出只是发光二极管点亮（上一排）。拓展单元接口插座用以连接FP1拓展元件及A/D、D/A转换单元、链接单元。
1.5.2 技术性能
FP1—C24的主机I/O点数为16/8；最大I/O点数为104；运行速度为1.6μs/步；容量为2720步；基本指令数为80；高级指令数为111；内部继电器为1008点；特殊内部继电器为64点；定时器/记数器为144点；数据寄存器为1660字；特殊数据寄存器为70字；索引寄存器为2字；主控指令为32点；跳转标记数为64点；步进数为128级；子程序个数为16个；中断个数为9个程序；输入滤波时间为1—128ms。
第二章 PLC系统设计
2.1 序控制系统设计的基本原则
2.1.1 控制系统设计原则
任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
（1）最大限度地满足被控对象的控制对象。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。
（2）在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。
（3）保证控制系统的安全、可靠。
（4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。
2.1.2 控制系统设计的基本内容
PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括：
（1）用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及有输出设备驱动的控制对象（电动机、电
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磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关数据中已有介绍。
（2）PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要作用。选择PLC，应包括机型选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。（3）分配I/O点，绘制I/O梯形图。
（4）设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。因此，控制程序的设计必须经过反复调试、修改，知道满足要求为止。（5）必要时还需要设计控制台。（6）编制程序系统的技术文件。
2.1.3 控制系统设计的一半步骤
（1）根据生产的工艺过程分析控制要求。
（2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，以此确定PLC的I/O点数。（3）选择PLC系统。
（4）分配PLC的I/O点，设计I/O接线图。
（5）进行PLC程序设计，同时可进行控制大的设计和现场施工。
2.1.4 编写梯形图的注意事项
（1）输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器。记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。
（2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除步进程序外，任何线圈、定时器、记数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段，可以通过特殊内部常闭继电器或者一个没有使用过的内部继电器的常闭触点来连接。（3）在程序中，不允许同以编号的线圈两次输出。（4）不允许出现桥式电路。
程序的编写顺序应该按照自上而下、从左至右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大下小”。
2.1.5 程序设计的步骤
（1）对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。
（2）设计梯形图。是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。（3）根据梯形图编制程序清单。（4）用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。（5）对程序进行调试和修改，知道满足要求为止。
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（6）带控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，知道满意为止。（7）编写技术文件。（8）交付使用。
控制系统设计步骤流程图如图4所示。
第三章
自动售货机PLC程序设计
3.1 仿真实验系统中售货机的分析
由于售货机的全部功能时在上位机上模拟的，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟
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图4 PLC 控制系统设置
替代的。如钱币识别系统可以用按压某个“仿真对象”输出一个脉冲直接给PLC发布命令而传动系统也是由计算机来直接模拟的，这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实中自动饮料售货机的运行。（1）试验状态假设
由于是在计算机上模拟运行，试验中有一些区别于实际情况的假设，本试验中假设：
① 自动饮料售货机只可售8种商品。
② 自动饮料售货机可识别10元、5元、1元、5角、1角硬币。
③ 自动饮料售货机可退币10元、5元、1元、5角、1角硬币。
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④ 自动饮料售货机有液晶显示功能
⑤ 实验中售货机忽略了各种故障以及缺货等因素。（2）一次交易过程分析
为了方便分析，我们以一次交易过程为例。
① 初始状态。由电子标签显示各种商品价格，显示屏显示友好界面，此时不能购买任何商品。
② 投币状态。按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值显示屏显示投入、消费、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。取走商品后出货框消失。
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，则恢复初始状态。
到此为止，饮料自动售货机的一个完整工作过程结束。
3.2 设计任务的确定
在清楚饮料自动售货机运行工作过程的基础上，制定出设计方案，确定任务的目标，以设计出合理的仿真系统。
首先，应该做上位机与下位机的任务分工：上位机主要用来完成仿真界面的制作过程，而下位机则主要用来完成PLC程序的编写。其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观，必要时可以借助一些宣传图片来设计饮料自动售货机的外型：在进行PLC程序的编写时需要先分配PLC的I/O点，确定上、下位机的接口。然后，对上、下位机分别进行设计工作。最后，进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作，经调试后完成整个系统的设计。
另外，上位机与下位机的设计工作是紧密配合的。它们无论在通信中使用的变量，还是在仿真中控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象，利用PLC来控制这个仿真的饮料自动售货机，仿真的饮料自动售货机接受PLC的控制指令并完成相应的动作；另一方面，仿真界面中的仿真饮料自动售货机的运行，都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。这是整个仿真系统内部各大部件之间的内在关系。
我主要是对饮料自动售货机中的下位机，也就是主要是对PLC在其中的程序进行设计。仿真程序只做了解，虽然只做了解，但是也将在下面有所介绍。清楚了仿真试验的整体设计思路，下面就可以开始着手设计了。
3.3 程序设计部分
这个部分内容是整个系统设计的主体部分。所要完成的任务是仿真系统的上位机与下位机的程序设计，即在上述功能分析的基础上，有针对地进行设计。
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3.3.1 程序设计说明
下位机程序的编制则是利用松下PLC专用编程软件FPWIN-GR完成的。
在设计的过程中，就像上面所叙述的那样，并非孤立的分别进行上位机和下位机的设计工作，而是互相配合的。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，同时尽量清晰的叙述，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。
3.3.2 PLC程序设计
可以把一次交易过程分为几个程序块：运行初期电子标签价格的内部传递；投币过程；价格比较过程；选择商品过程；退币过程。（1）运行初期电子标签价格的内部传递程序的设计
仿真系统运行初期，要由PLC向仿真画面相应对象传递已存储好的价格，还要给投入显示、消费显示以及余额显示存储器清零，同时也要给存储退币币值的存储器清零。程序编制过程中，要用到运行初期闭合继电器R9013、16位数据传送指令F0，同时在上位机上ForceControl中，必须定义相应的变量，来实现与PLC程序的对接。所定义的变量如表1所示。
表1初始状态变量表
根据表1编制PLC程序如图5所示。
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图5 运行初期电子标签价格的内部传递程序
在梯形图程序图5中，系统初始化时，通过运行初期闭合继电器R9031在第一次扫描时将数值传递给上位机。给WR1-WR11及SV0-SV4赋初值，赋值功能通过高级指令F0实现，至于为什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20，在以后的程序中将介绍他们的作用。（2）投币过程
在投币过程中，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。变量表如表2所示。对应的梯形图程序如图7所示。
表2 投币过程变量表
在图中，当按下投入1角时，相当于让R200接通，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远加下 去。投入1角要投入显示、余额显示
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都相应增加相同数值，加法是由16位加法指令E20来实现的。投入5角、1元、10元，原理同上。（3）价格比较过程
价格的比较要贯穿实验的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，图7 投币过程梯形图
提示可以购买。这里只要选择灯代表此信号。所建立的变量表如表3所示。
表3 价格比较过程变量表
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根据变量表和控制要求编写程序如图8所示。
在梯形图8中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器R9010，在程序执行过程中，R9010始终保持闭合，F60是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品价格，R900A是大于价格，R900B是等于标志。当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。
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图8 价格比较过程梯形图
（4）选择商品过程
当投入的币值可以购买某种商品时，按下相应的“选择”按钮即可在出货框中出现该种商品，同时消费显示栏中显示出已经消费掉的金额，余额也将扣除已消费的币值，接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续 购买。出现在出货口的商品在没有取走之前，一直保持显示状态，用鼠标点击该商品代表已经取走，出货口的商品隐藏。建立的变量表如表4所示。对应的梯形图程序如图9所示。
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表4 选择商品过程变量表
在梯形图9中，一是要使商品出现在出货框中，而是要实现内部的货币运算。以第一步为例，按下选择01 商品键，相当于给R205加一个信号（只接受一次脉冲，所以用DF微分指令），当Y0接通（01商品灯亮)时，则系统显示可以购买01商品，购买成功。当按下取01商品按钮时，R230断开，不能输出Y8，代表01商品被取走。内部币值的计算和是否取走商品无关，只要按下选择按钮，并且可以购买此商品就要从余额中扣除相应的金额，显示消费的币值。加法由F20指令实现，减法由F25实现。
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（5）退币过程
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在退币过程中，最主要的是完成退币的运算过程，根据结果输出相应的钱币，退币结束时还要使用到的某些寄存器重新赋零，所建立的变量如表5所示，对应的梯形图程序如图10所示。
表5 退币过程变量表
整个退币过程在按下按钮（即R20F接通时）时执行，同样也用到一个微分指令，在接收到信号时产生一次开关脉冲，进而执行一次其下面的指令。F32是除法指令，第一次将余额的币值除以1000，商存储于SV0中，作为退币10的输出值。余数则存储于特殊数据寄存器DT9015中，下次将不能被1000（10元）整除的余数除以100（5元），商且存储于SV1中，余数继续下传，直至被1角除过，由于所投币值最小是1角，并且商品价格也确定在整角，所以最终能被1角整除。在程序的初始化时曾给WR13、WR15、WR17、WR19和WR20赋零，WR13、WR15、WR17、WR19和WR20是程序的中间量，为的只是程序在使用过程中能稳定执行，避免出现退币错误。
为什么要除以1000呢？这主要是考虑到PLC的主要特点是执行过程稳定可靠，但执行速度较慢，在计算时尽量将数值作为整数计算，因为是在计算机上模拟，可以把一部分功能交由计算机来实现，这里把1角当作
10、把5角当作50、1元当作100、5元当作500、10元当作1000，可以避免把这些数据当作有小数点的实数计算，这同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由计算机的任务将在以后叙述。
退币过程结束后，PLC要将寄存器中的数值置回原定得初值0，完成一次交易，防止下一次交易时出错，还将中间量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5个过程，自动售货机的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售货机实现各种要求的功能。
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图10 退币过程梯形图
3.4 仿真界面与PLC的配合定
在这一段中，将仔细分析仿真界面各部分是如何与PLC连接的。分析过程是按照一次交易的实际情况来进行的，即有初始状态、投币状态、购买状态、退币状态到交易结束。（1）初始状态
通过分析得知，当电子标签显示各商品的价格、显示屏显示友好界面时，不能购买任何商品。因此先让变量poiwindows=0（系统默认）。
电子标签中的字符„J.01‟（以01商品为例）对应的变量JG01.PV与PLC程序中的地址WR4相匹配，WR4中的存储器据为250，即让字符显示2.5元。对应的梯形图如
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图11所示。（2）投币状态
当投币时，按下“投币”提示字，出现投币框。如何定义“投币”呢？双击汉字“投币”来到“动画连接”画面，选择“触敏动作”框中作如下定义：按下鼠标时，poiwinJB=1,poiwinJB这个变量是控制投币框的，当poiwinJB=1时，出现钱币和提示框：poiwinJB=0时，钱币和提示框隐藏。
图11 数据初始化梯形图
下面分别定义提示框和钱币以及“确认”按钮，双击提示框，来到“动画连接”画
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面，定义poiwinJB=1时显示，各硬币也用同样的方法定义，这样就使在按下汉字“投币”时，变量poiwinJB=1，从而出现投币框，以及硬币等。我们只是定义了投币框的显示状态，用鼠标点击代替 了实际过程中的钱币投入动作，最重要的任务是钱币运算，下面介绍钱币的定义方法。
以10为例：双击10硬币，开到“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，在动作描述中如下定义：按下鼠标时，poiwinJB=1；TR$100.PV=1时给PLC发出一个接通信号，由于TR$100.PV对应的PLC地址是R204，使得204继电器导通，转而执行相应的加10元程序。同样定义其他钱币，注意其对应的PLC软继电器。最后还要定义“确认按钮”。要实现的功能是按下“确认”按钮时，所有的钱币以及提示框均消失。当投币以后，显示屏要及时反映出投币情况，同时“选择”指示也要相应变化。下面来定义显示屏和“选择”按钮。
显示屏要显示3种数据，分别为：投入显示、消费显示、余额显示。三种显示均用力控软件自带的附件—数码管来显示。现在工具箱中点击“选择子图框”，在子图框中找到仪表中的数码管，放在显示屏中，作为投入显示，再复制两个，分别作为消费显示、余额显示。双击数码管来到数码管属性设置画面，在表达式中作如下定义:poiTR001.PV/100，poiTR001.PV连接的是PLC程序中的WR1软继电器，是用来存储投入显示数据的，除以100同样是为了PLC数据计算的方便。这样就可以用数码管来显示投入中的币值。同样定义消费显示、余额显示。“选择”按钮要根据余额的数值发生闪烁和变色。定义过程如下：双击“选择”按钮，来到“动画连接”画面，在“颜色相关动作”中选择“闪烁”项，分别定义属性和频率，在变量选择中选择相应的指示灯变量。以01商品的选择指示灯为例，在变量选择中选择D01.PV=1,满足条件时指示灯变色。这样就定义好了投币状态的上位机仿真变量，配合PLC程序可以实现投币功能。（3）购买状态
定义了投币状态，就可以购买商品了。当选择指示灯以后，按下它，在出货口处出现我们要买的商品。这样定义“选择”按钮：双击“选择”按钮，来到“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，在动作描述中如下定义：按下鼠标时，XZ01.PV=1；释放鼠标时，XZ01.PV=0.XZ01.PV与PLC程序中的R205相对应，按下可以购买商品的选择键，转而执行相应的PLC程序，同时消费显示增加相应的币值，余额显示减少相应的币值，此时还要在出货口出现相应的商品，这是用“显示/隐藏”功能来定义在出货口中出现相应的商品。以01为例，双击出货口处的小商品，来到“动画连接”，选择“显示/隐藏”项，定义CX01.PV=1时显示。出货口框架的隐藏/显现是用程序来控制的。当有一种商品出现在出货口，就会显示
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框架；当全部商品均消失后框架隐藏。程序如图12所示。图中R210是控制出货口框架是否出现的继电器。（4）退币状态
当按下“退币”按钮时，PLC进行退币运算，所以按下“退币”按钮就要与PLC通信，执行退币计算。下面来定义退币按钮，出现“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，动作描述为：按下鼠标，poiwinJB=0；poiwinTB=1；Tenter.PV=1.释放鼠标，Tenter.PV=0；内部变量poiwinJB=1是让投币框消失，poiwinTB=1是让退币框出现，Tenter.PV与PLC程序中的R20F对应。退币框中要有5种硬币，还要有表示硬币个数的数字。由于计算中采用的算法使得退币时按照币值大小顺序退币，例如退5元，只退一个5元，而不是5个1元。定义表示硬币个数的变量只用一位数即可。在退币时，要退出的硬币及个数显式，而不退的硬币隐藏。
图12 出货口框架的隐藏/显现梯形图
定义钱币时（以10为例），双击10元硬币，出现“动画连接”画面，选择“显示/隐藏”项，在“可见性定义”对话框中作出的表达式为TB$100.PV=0。其他硬币定义方法同上。定义钱币个数：双击10硬币个数字符“a”，出现“动画连接”画面，选择“数值输出”中的“模拟”项，做出表达式为TB$100.PV。同时钱币个数也要定义是否隐藏，定义方法和定义钱币相同。定义“确认”键时，按下“确认”键，代表取走了所有硬币，完成此次交易，因此退币“确认”的定义很重要。双击“确认”键，出现“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，在动作描述栏中定义如下：按下鼠标
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poiwinTB=0； 功能：退币框消失
TuiBiok.PV=1； 功能：给PLC信号，闭合R0，完成数据的初始化
Poiwindows=0 功能：显示屏显示友好界面时
为了防止在未取走商品时退币，按下“确认”键又不能返回原始状态，在描述过程中加入以下一段程序，强行抛掉以购买的商品。CX01.PV=0 CX02.PV=0 CX03.PV=0 CX04.PV=0 CX05.PV=0 CX06.PV=0 CX07.PV=0 CX08.PV=0 释放鼠标时，TuiBiok.PV=0.只是一个微分信号，不能将R0永远置为1。还有一点要注意，“确认”键也要有隐藏的时候定义方法如钱币。
定义退币框架：按下“退币”按钮后就会出现退币框架。可以这样定义：双击退币框架，来到“动画连接”画面，选择“显示/隐藏”项，在“可见性定义”中定义poiwinTB=1时显现即可。
3.5 数据连接
3.5.1 定义I/O设备
数据库是从I/O驱动程序中获取过程数据的，而数据库同时可以与多个I/O驱动程序进行通信，一个I/O驱动程序也可以连接一个或多个设备。下面创建I/O设备。（1）在Draw导航器中双击“实时数据库”项使其展开，在展开项目中选择“PLC”项双击使其展开后，选择项目双击并定义。（2）单击“完成”按钮返回，在“松下电工”项目下增加一项“PLC001”，如果要对I/O设备“PLC001”的配置进行修改，双击项目“PLC001”，会再次出现PLC001的“I/O设备定义”对话框。若要删除I/O设备“PLC001”，用鼠标右键单击项目“PLC001”，在弹出的右键菜单中选择“删除”。
① 数据连接
刚刚创建了一个名为“PLC001”的I/O设备，而且它连接的正是假想的PLC设备。现在的问题是如何将已经创建的多个数据库点与PLC联系起来，以使这些点的PV参数值能与I/O设备PLC进行实时数据交换，这个过程就是建立数据连接的过程。由于数据库可以与多个I/O设备进行数据交换，所以必须指定哪些点与哪些个I/O设备建立数据链接。为方便起见，我们将数据列整理成如表
6、表7所示。
表6 数字I/O
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续表 6
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表7 模拟I/O表
3.5.2 设计
饮料自动售货机控制要求
（1）该自动售货机可以同时投入5角、1元或5元硬币，自动销售汽水、果汁和咖啡。
（2）当投入的硬币总值等于或超过1.5元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总值等于或超过3元时，汽水按钮和果汁按钮同时亮；当投入的硬币总值等于或超过5元，汽水按钮、果汁按钮和咖啡按钮同时亮。
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（3）当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出10s后自动停止，同时汽水按钮指示灯闪烁10s。
（4）当果汁按钮灯亮时，按果汁按钮，则果汁排出10s后自动停止，同时果汁按钮指示灯闪烁10s。
（5）当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出10s后自动停止，同时咖啡按钮指示灯闪烁10s。
（6）若投入的硬币总值超过所购商品的价格（汽水1.5元，果汁3元，咖啡5元），则找钱指示灯亮，同时进行找钱动作。
图13 饮料自动售货机示意图 I/O地址定义表
此控制系统可采用自动工作方式，输入信号为汽水、果汁和咖啡按钮，5角、1元或5元硬币投入识别口记数手动复位按钮；出入信号为汽水、果汁和咖啡排出电磁阀、找钱电磁阀及相应指示灯，共7个输入点，8个输出点，均为开关量。I/O地址定义如表8所示。
表8 饮料自动售货机控制系统I/O地址定义表
常工院毕业设计论文 程序设计
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3.5.3 运行
保存所有组态内容，然后关闭所有力控程序。将饮料自动售货机的PLC程序下传到PLC装置中，在切换到离线状态，然后再次启动力控工程管理器，选择本工程，并单击“进入运行”按钮启动整个运行系统。
常工院毕业设计论文 结束语
经过几个月的学习、研究以及吴老师的指导，终于按时完成了毕业设计。设计主要研究的是自动售货机有关PLC的部分。自动售货机是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。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，有吸引人们购物好奇新的自身性能，可以很好地解决人工费用的上升的问题等各项优点。所以说，自动售货机是今后饮料销售方式的一个很好的发展趋势。它的出现将极大的方便人们购买所需的饮品。
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致谢
经过几个月的努力工作，毕业设计在指导老师吴金的悉心指导下终于顺利完成了，吴老师他待人和蔼可亲，在这几个月里我们相处的非常融洽，吴老师他社会实践经验丰富，工作认真踏实，治学态度严谨，而且他深厚的理论功底及设计能力更令我感到钦佩。设计期间，吴老师对我悉心的指导，认真查阅我的草图和设计说明书，令我十分感动。总之，吴老师的人品及治学态度是我学习的楷模和榜样，在此，我要向指导老师吴金表示感谢。
在此次设计中，也需要感谢的是我的同学。大家在一起共同奋斗，互相讨论，对我的毕业设计有很大帮助，并且，我们在一起共同营造了一个融洽的学习生活环境，建立了良好的友谊。
兹发给2012级机电1班学生温伟杰课程设计任务书,内容如下: 1.设计题目:天塔之光模拟控制 2.应完成的项目:(1选题的背景和意义;(2明确设计任务,拟定总体设计方案(有机械结构的要进行结构设计,三维软件建模;
(3硬件设计,传感器、PLC(和电机选型,设计信号采集、转换电路,画出PLC端口分配图、接线控制端子连接图;(4软件设计,编写控制程序流程图(或重要程序,设计人机界面;(5课程设计说明书1份。3.参考资料以及说明:(1王国海可编程序控制器及其应用[M]北京:中国劳动社会保障出版社, 2007(2钟肇新可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2003(3常晓玲电气控制系统与可编程控制器[M].北京:机械工业出版社,2004(4盖超会阳胜峰.三菱PLC与变频器、触摸屏综合培训教程[M].北京:中国电力出版社,2011(5廖常初FX2N系列PLC编程及其应用[M]北京:机械工业出版社.2005 4.本设计任务书于2015年10月12日发出,应于2015年10月30日前完成,然后进行答辩。
指导教师签发2015年10月30日 课程设计评语: 课程设计总评成绩: 指导教师签字: 年月日 目录
摘要.......................................................................................................................................................I 第一章绪论(1 1.1论文选题背景及意义(1 1.2现状和发展趋势(1 第二章天塔之光系统总体设计方案(2 2.1设计方案(2 第三章硬件设计(3 3.1PLC的选型(3 3.1.1日本三菱FX2n(3 3.1.2德国西门子S7(3 3.1.3美国通用(4 3.2I/O接口分配表(5 3.3天塔之光系统电气原理图(6 第四章软件设计(7 4.1流程图(7 4.2天塔之光重要梯形图(8 4.3人机界面(9 4.3.1 触摸屏设计界面(9
4.3.2 触摸屏仿真界面(9 第五章总结(12 参考文献(13 附件(14 摘要
本文介绍了利用三菱FX2N系列PLC对天塔之光的控制,阐述了控制方案。实现天塔之光功能的方式有多种,可以采用早期的模拟电路、数字电路或数模混合电路。今年来随着科技的飞速发展,单片机、PLC的应用不断走向深入,同时带动传统的控制检测技术的不断更新。本文采用日本三菱公司生产的FX2N-64MR 型PLC作为核心控制器进行天塔之光系统的设计,并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。
关键词:PLC 控制天塔之光 第一章绪论
1.1论文选题背景及意义
随着时代的发展与科学水平的进步,加强对PLC技术的研究具有重要意义。原来的艺术灯饰控制系统常采用继电器逻辑控制或电子逻辑控制装置,这种控制方式存在着硬件布线复杂.安装和维护不方便,灵活性差,可靠性不高的缺点,尤其是在实现多层次的大中型艺术灯饰的控制上工作量很大。本设计采用PLC来实现艺术照明灯的自动控制,具有工作量少,接线简单,工作可靠,易于修改闪动次数和亮.灭持续时间的优点,减少扫描时间,这是PLC编程必须遵循的原则,这种设计可以满足各种造型要求,受到良好的视觉效果。
1.2现状和发展趋势
PLC是目前工业控制中使用最为普遍的一种。PLC是以计算机技术为核心的通用工业自动化装置,它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起,具有高可靠性.灵活通用,易于编程和使用方便等特点,近年来在工业自动控制.机电一体化以及改造传统产业等方面得到广泛的应用,被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之首。
属于电类专业,电气工程实际上是其母体。电气工程及其自动化的研究对象是电能,而电信息的检测、处理、控制等技术在电能从产生到利用的各个环节中都起着越来越重要的作用。因此,有关电信息的研究也成了电气工程及其自动迄今为止,通信和计算机都主要以电作为信息的载体。因此,这些专业也都化专业的重要组成部分,专业名称中也就有了的“及其自动化”。
近年来,PLC的功能不断完善,随着计算机技术.信号处理技术.控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC在运动控制.过程控制的领域也发挥着十分重要的作用。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内,PLC在我国仍将保持高速增长势头。
第二章天塔之光系统总体设计方案 2.1 设计方案
PLC控制天塔之光,天塔之光由9盏灯按照一定的规律点亮及熄灭,不断循环发光。
(1控制流程为:环绕型闪烁。
具体流程为: L8亮→2s后→L9亮→2s后→L6亮→2s后→L7亮→2s后→L4亮→2s后→L5亮→2s后→L2亮→2s后→L3亮→2s后→L1亮→2s后→全部熄灭→2s 后→L1亮→2s后→L3亮→2s后→L2亮→2s后→L5亮→2s后→L4亮→2s后→L7亮→2s后→L6亮→2s后→L9亮→2s后→L8亮→2s后→全部熄灭……如此循环。
(2控制流程为:发射型闪烁。
具体流程为: L1亮2s后熄灭→L2、L3、L4、L5亮2s后熄灭→L6、L7、L8、L9亮2s后熄灭→接着L1亮2s后熄灭;……如此循环。
本次设计选用第二种方案。
图2-1天塔示意图 第三章硬件设计 3.1 PLC的选型 3.1.1日本三菱FX2n FX2n系列PLC的主机成为基本单元,包括CPU、存储器、输入输出口及电源,是PLC的主要部分。为主机备有的扩展其输入输出的扩展单元,扩展模块及特殊功能模块单元扩展单元是用于增加I/O点数的装置,内部设有电源。扩展模块用于增加I/O四谙熟及改变I/O比例,内部无电源,由基本单元一起使用。FX2n系列PLC输入继电器及输出继电器的序号为8进制,其余器件的序号为十进制。从元件的最大序号可以了解可编程序控制器可能具有某类器件的最大数量。例如输入继电器的编
号范围为X0~X177,为8进制编号,可计算出FX2n系列PLC可能接入的最大输入信号数为18点,这是以CPU所能介入的最大输入信号数量标示的,并不是一台具体的基本单元或扩展安装的输入口的数量。
FX2n系列PLC有基本指令27条;步进梯形指令2条;应用指令 128种,298条。FX2n系列PLC的步进梯形指令是采用步进梯形图编制顺序控制状态转移图程序的指令,它包括STL和 RET两条指令。其中步进梯形指令STL是利用内部状态软元件,在顺序控制程序上进行工序步进控制的指令;返回RET指令是表示状态流程结束用于返回主程序的指令。
3.1.2德国西门子S7 S7-200系列属于整体式小型PLC,用于代替继电器的简单控制场合,也可以用于复杂的自动化控制系统。整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱
型机壳内。S7-200系列PLC提供多种具有不同I/O点数的CPU模块和数字量、模拟量I/O扩展模块供用户选用,CPU模块和扩展模块用扁平电缆连接。
3.1.3美国通用
GE Fanuc PLC 系列90-70 GE Fanuc系列90家族中高性能,大规模的系列系统机架采用标准的VME 总线结构可构成完全同步的CPU热备冗余配置 ESD双重化和三重化GMR系统配置具有梯形图逻辑,C,SFC,STATE LOGIC等多种编程能力系列90-30 成本低,性能高,易于组态,便于安装可构成同步的CPU热备冗余配置 VersaMax “Six Sigma”品质控制原则多种诊断功能活的通讯端口功能强大的处理器网络接口和特殊模块系列90-Micro一体化结构设计极强的通讯功能适合低成本的小规模控制场合,最具竞争力系列90-30PLC是GE Fanuc系列90 可编程序控制器家族的一员,提供最先进的编程特性,易于组态,便于安装,独有的创新结构开辟了一条最经济的工业控制途径。领先的技术系列90-30PLC 成本低,性能高,能方便地取代从简便的继电器到复杂的中型自动化应用系统场合。几年前需由高档PLC完成的任务现在则由系列90-30来代替。GE Fanuc不断地推出新产品,扩大使用范围,显示了
其技术的领先地位,它的CPU具有强大的功能,如内装PID,结构化编程,中断控制,间接寻址及各种功能模块,能完成复杂的操作。另外系列90-30PLC有功能很强的特殊模块可供选择,包括轴定位模块,高速计数器模块,BASIC和C语言协处理器模块及Genius通讯模块。GE Fanuc丰富的开关量I/O和模拟量I/O、简化启动和故障自诊以及容易与其他PLC、计算机集成一体的特性,使您确信,系列90-30是现在与未来PLC的明智选择。促进与第三方的合作促进与第三方的合作为了及时解决用户的需求,GE Fanuc提供第三家工业设备和软件包,合作的结果进一步扩大了系列90-30的能力,通用的产
品包括:热电偶、热电阻、步进电机模块、大电流继电器模块。NATURAL LANGUAGE STATE LOGIC CONTROL为那些在系列90-30编程方面没有经验的用户提供了新的编程方式。有些厂家具有数据采集和控制软件产品,将用系列90-30与个人计算机连机。这些软件包提供的软件和系列90-30之间的结合天衣无缝,许多操作接口使用SNP通讯协议与具有内装接口的系列90-30进行通讯。
由于各类PLC的工作原理、控制方法及编程程序语言的差别不太大,并且在校期间学过三菱公司的PLC,所以选用FX2N—32MR型号PLC。
3.2 I/O接口分配表
以下是FX2N—32MR型号PLC在本次天塔之光模拟控制中的I/O接口分配:: 表3-2 I/O接口分配表
3.3 天塔之光系统电气原理图
图3-3天塔之光系统电气原理图
当启动开关SB1闭合,塔灯按照设计好的程序进行;当SB2闭合,系统停止运行。
在PLC的输出端,接一只电阻和一个发光二极管就够成了PLC的天塔之光电路,电路中的器件选择可以通过计算和实验确定,也可以参考一些典型的电路参数,电路中电阻有分压作用,阻值大概在1.3KΩ左右,发光二极管的工作电压在3V左右,PLC的工作电压是24V，这样可以使天塔之光正常工作。
第四章软件设计 4.1 流程图
天塔之光模拟控制系统的PLC流程图,根据设计要求,控制流程图如图4-1所示:
图4-1 天塔之光程序流程图 4.2天塔之光重要梯形图 第一个延时程序如图4-2-1所示:
图4-2第一个延时程序图第二个延时程序如图4-2-2所示:
图4-3第二个延时程序图第三个延时程序如图4-2-4所示:
图4-4第三个延时程序图 4.3人机界面 4.3.1 触摸屏设计界面
本次课程设计需要9个指示灯、2个按钮,如图4-3-1所示:
图4-5人机触摸屏界面设计图 4.3.2 触摸屏仿真界面
按下启动按钮后,Y0灯亮,如图4-3-3-1所示。2秒后,Y0灯熄灭,同时Y1、Y2、Y3、Y4灯亮,如图4-3-3-2所示。2秒后,Y1、Y2、Y3、Y4灯熄灭,同时Y5、Y6、Y7、Y10灯亮,如图4-3-3-3所示。2秒后,Y5、Y6、Y7、Y10灯熄灭,同时Y0灯亮,如图4-3-3-1所示......如此一直循环,直到按下停止按钮,在完成当次循环后,所有灯熄灭,如图4-3-3-4所示。
图4-6触摸屏仿真图1
图4-7触摸屏仿真图2 图 4-8 触摸屏仿真图 3 图 4-9 触摸屏仿真图 4 11
目前我国城市交通道路拥挤的问题日益突出, 主要是随着城市的发展, 车辆数量极具增加而导致。就我国大多数城市而言, 已经建立了多种交通信号控制系统, 其中定时控制所占的比例较大, 定时控制方式控制系统效率低, 不仅容易造成交通拥挤, 也浪费人力、物力。由此我们提出是否能有一种智能控制系统可以有效模仿有经验的交警指挥交通时的思路, 根据十字路口的车流量以及时间、气候、道路变化情况适时改变控制方式, 自动调节红绿灯的时间长度, 缓解交通拥挤, 减少车辆滞留, 实现道路交通的最优控制, 从而提高交通控制系统的效率。而模糊控制可以实现这种智能控制, 从而达到很好的控制效果。其中PLC模糊控制是控制系统的核心。
2 十字路口交通灯智能控制系统
2.1 控制系统组成
系统主要由车辆探测器、PLC、交通灯等3部分组成, 如图1所示。该系统具有构成简单, 编程容易, 系统设计和开发周期短, 可靠性高, 性价比好且安装维护方便等优点。特别适合于交通繁忙、无立交桥的十字路口。
图1中车辆探测器用于探测车辆通过信号, 信号输入PLC内高速计数器, PLC内高速计数器计数频率可达10 k Hz, 可满足探测车辆要求。由于PLC内只有6个高速计数器可同时工作, 数量有限, 因为车辆出口速度一般较慢, 所以PLC内部计数器也可用来对车辆探测器测得的车辆通过信号进行计数。车辆探测器的安装距离可依据系统最大计数车辆确定, 一般可取200~250 m。
2.2 模糊控制的数据采集
图2是十字路口交通流分布图。对于东、南、西、北4个方向, 每个方向均有右行、直行和左行3个车道车流。在直行和左行的入口道上设置两个信号检测器构成一个检测区, 一个设在停车线处, 用于检测该道的车辆离开数;一个设在远端, 用于检测车辆到达数。检测器对路口各个车道流量进行实时检测而获取车流量信息, 为模糊控制提供必要的数据。
2.3 模糊控制原则和达到效果
控制系统采用“模糊分档、专家控制”的绿灯时间长度控制原则。核心是PLC模糊控制, 通过路口采集的流通车辆数据自动运算并输出绿灯时间长度。根据路口的交通现状通过模糊控制系统需达到以下的控制效果: (1) 车辆滞留量最少; (2) 绿灯时间与车流规模相适应; (3) 系统动态调节反应快。
2.4 模糊控制方式
采用双层控制方法:第一层通过观测数据来估计目前在绿灯和红灯方向上的交通强度;第二层通过交通强度来确定是否延长或终止现行的信号相位。具体思路: (1) 由东西直行道现有的绿灯时间内离开的车辆数和南北左行道红灯时间内的交通强度来确定东西直行的绿灯是否延时; (2) 而现有的南北左行道的绿灯时间内离开的车辆数和南北直行道红灯时间内的交通强度来确定南北左行的绿灯是否延时; (3) 现有南北直行道的绿灯时间内离开的车辆数和东西左行道红灯时间内的交通强度来确定南北直行的绿灯延时; (4) 现有东西左行道绿灯时间内离开的车辆数和东西直行道红灯时间内的交通强度来确定东西左行的绿灯延时。
3 P LC程序设计
3.1 交通灯控制时序图
图3是南北方向时序图, 东西方向时序图与南北方向类似。
3.2程序控制流程图
程序流程控制图如图4所示。整个流程按照智能控制的模式简历模块, 并可以实现主次干道来选择控制。
4 结语
运用PLC模糊控制实现的十字路口交通灯智能控制系统在保证系统稳定可靠运行时, 能根据不同的交通流量优化信号灯的配时, 缓解交通拥挤, 提高交通控制效率, 从而有效地解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。
摘要：交通信号控制不仅是一实时的控制系统, 而且是一个具有随机性、非线性、不确定性的复杂系统。运用PLC模糊控制原理设计的十字路口交通灯智能控制系统, 解决了交通流量不均衡、不稳定带来的问题, 根据交通状况实时调整交通信号灯以达到对交通实时控制的能力, 缓解局部交通高峰。
关键词：交通信号控制,PLC,模糊控制,智能控制,交通流量
参考文献
[1]洪清辉.基于PLC的智能红绿灯专家控制系统.漳州师范学院学报 (自然科学版) , 2007 (3)
关键词：PLC；自动门；程序设计
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）18－0045－02
1PLC概述
1.1PLC的定义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
1.2PLC的特点
PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，其有以下显著特点：①可靠性高，抗干扰能力强；②硬件配套齐全，功能完善，适用性强；③易学易用，深受工程技术人员欢迎；④安装方便，扩展灵活；⑤系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造；⑥体积小，重量轻，能耗低；⑦与DCS相比，价格低。
2 自动门控制系统设计要求
简单地说，自动门必需实现以下要求：①有人接近时，门应自动打开；②门打开后，应保持开状态，直到门的通道上已无任何人为止；③如门的通道上已无任何人，门必须在很短时间内自动关闭。
具体如下：①当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电机正运转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运转；②自动门在开关位置停留8 s后，自动进入关门过程，关门执行结构KM2被启动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运转；③在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序；④在打门开后的8 s等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，必需重新开始等待8 s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
3自动门控制系统设计方案
3.1RSView32的通信组态设置
RSView32的通讯组态，主要包括设置通道（Channel）和节点（Node）。通俗的讲，设置通道就是设置RSView32与相应的处理器连接的方式、网络类型等；设置节点就是配置控制器的通信类型和网络地址。运行RSView32组态软件，并建立一个名为“自动门”的工程文件。首先进行通道设置。现在网络类型（Network）为DH－485，相应的主要网络驱动程序选择AB_DF1－1，这取决于使用RSLinx配置网络时用到的驱动程序和PLC控制器与计算机的连接方式。然后进行节点设置，选择直接驱动（Direct Drive），输入名称、配置应用程序和主题。输入在报告通信错误之前RSView32等待的秒数（0～65535）。通常情况下3 s足够了。
3.2创建标签数据库
在工程管理器中，打开System文件夹，双击Tag Database，进入Tag库编辑器。双击打开文件夹，在文件夹中添加Tag。用户可根据需要建立3种不同标签：模拟量（Analog）Tag、数字量（Digital）Tag、字符量Tag。
Security：安全代码，选择不同的安全代码，可限制Tag的存取。
Description：注释信息，最多128个字符。
Minimum和Maximum：能写入PLC或DDE服务器的最小和最大值，它不能影响从PLC或DDE服务器读入的值。
Scale和Offset：比例和偏移量，它可修正来自或发送到PLC的“原始数据”，在这些数据进入Value Table之前。公式如下：进入RSView32的值＝从PLC来的值Scale＋Offset。
Units：单位，它是一个文本标签，可定义Tag值的单位，最多20个字符。
3.3创建监控界面
创建简单图形对象主要是利用绘图工具箱里的工具进行画图。画图方法非常简单，只需选中所选工具就可在图形编辑区域画图，如：矩形、圆角矩形、直线、圆/椭圆、文本。此外，还可以设置按钮，以实现和PLC的交互。
门的动作动画通过改变门的宽度值得以实现，由于左、右扇门分别固定了左、右两个方向的位置，故在开门或关门时，左、右扇门可形象的表现出门运动的状态，同时通过两个门运动状态指示器，更进一步明确了门的动作方向。
当门打开时，开门显示标志变成绿色，表示处于开门状态，同时门向两侧移动。当门关闭时，关门显示标志变为绿色，表示处于关门状态，同时门向中间移动。
4系统调试与操作
将源程序下载到MicroLogix1000中，连接好线路，运行自动门监控系统，此时系统就即可正常运行。按按钮K1（表示门内光电探测开关），表示有人从屋内要出来，此时实验装置上只有绿灯亮，在RSView32中，可观察到门正打开，等待一时间段后，自动门处于完全打开状态，同时电机处于停止运行状态，实验装置上的绿灯、黄灯均熄灭，等待8 s。
如果光电探测器探测到有人进入或出去（按按钮1或按钮2），自动门将重新等待8 s，否则，自动门将关闭，此时实验装置上只有黄灯亮。在关门过程中，如果光电探测器检测到有人进入或出去（按按钮1或按钮2），自动门立即停止关门，并将再次开启，此过程与自动门开启类似。以上过程往复循环，直至系统断电。
参考文献
1 顾德英、罗长杰等编著.现代电气控制技术［M］.北京：北京邮电大学出版社，2006.
2 陈在平等编著.可编程序控制器（PLC）系统设计［M］.北京：电子工业出版社，2007.
3 常晓玲.电气与可编程控制器［M］.北京：机械工业出版社，2005.
PLC Controlled Automatic Door System Design
Ding Qiaofang
Abstract: This article first outlines the concept and characteristics of the PLC, then focuses on the PLC as the core, three－phase asynchronous motor, the signal sending and receiving devices, systems integration, full automatic control performance.
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