大专的毕业设计论文Word文档格式.docx

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引言……………………………………………………………………………

第一章可编程控制器的概述………………………………………………

（1）

1.1可编程控制器的历史及发展…………………………………………

（1）

1.1.1可编程控制器的历史……………………………………………

（1）

1.1.2可编程控制器的发展趋势………………………………………

（1）

1.2可编程控制器的基础知识……………………………………………

（2）

1.2.1可编程控制器的基本结构………………………………………

（2）

1.2.2可编程控制器的特点……………………………………………（4）

1.3可编程控制器的工作原理及应用……………………………………（4）

1.3.1可编程控制器（PLC）的工作原理………………………………（4）

1.3.2可编程控制器的基本应用………………………………………（7）

1.4可编程控制器的汇编语言……………………………………………（8）

1.4.1概述………………………………………………………………（8）

1.4.2可编程控制器的编程语言………………………………………（8）

1.4.3可编程控制器指令集……………………………………………（10）

1.4.4功能块介绍………………………………………………………（14）

第二章自动售货机控制……………………………………………………（16）

2.1自动售货机………………………………………………………….（16）

2.1.1自动售货机………………………………………………………（16）

2.1.2自动售货机的发展历史…………………………………………（17）

2.2自动售货机的设计要求………………………………………………（17）

2.2.1自动售货机的工作要求及分析…………………………………（17）

2.2.2自动售货机PLC的选择…………………………………………（18）

2.2.3自动售货机的控制设计…………………………………………（19）

2.3自动售货机工作原理…………………………………………………（21）

2.3.1自动售货机的工作原理…………………………………………（21）

2.3.2自动售货机的程序编程…………………………………………（26）

结论…………………………………………………………………………（28）

参考文献……………………………………………………………………（30）

致谢…………………………………………………………………………（31）

附录一………………………………………………………………………（32）

附录二………………………………………………………………………（33）

附录三………………………………………………………………………（34）

附录四………………………………………………………………………（37）

引言

可编程控制器（ProgrammableLogicController）是伴随计算机技术而迅速发展，广泛普及和应用的新型工业自动控制装置。

它以微机型计算机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术，在工业生产的程序控制和过程控制中显示极大的优越性，是当今发达国家工业自动控制的标准设备。

可编程控制器在我国各个工业领域中得到了越来越广泛的应用，它是自动控制技术、计算机技术和通信技术三者结合的通用工业自动化装置，已成为工业自动化的三大棱柱之一。

为了适应这种形势，我们选择了施奈德Neza系列可编程控制器编写这次设计。

本设计要求完成的课题是自动售货机PLC控制系统设计，根据价格的不一样，投入相应数量的一元硬币，从而选择所需的饮料，此售货机具有一般看自动售货机的基本功能且只有三种饮料可供选择，它能够满足现实生活的需要和符合实际工作要求。

本毕业设计共有三个章节：

第一章节介绍可编和控制器的基础、发展历史及应用、工作原理和其编程语言；

第二章节介绍了自动售货机的基本要求及分系统讲述其控制原理，并有相应的梯形图作为理解分析，并有相应的指令表供作参考；

第三章节介绍了本次设计的总结、心得体会、致谢及相关参考文献。

可编程控制器（PLC）发展迅速，应用广泛，又由于编者学识有限，书中难免存在不足之处，敬请有关专家和读者批评指正。

编者

2008年12月

第一章可编程控制器的概述

1.1可编程控制器的的历史及发展

1.1.1可编程控制器的历史

在工业生产过程中，存在大量的开关量顺序控制。

它按照逻辑条件进行顺序动作，具有许多联锁保护控制功能。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化和手段应用于电气控制，这就是第一代可编程控制器称ProgrammableController（PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

随着计算机技术水平的提高，20世纪70年代出现了微处理器，人们将它引入可编程控制器，很快使PLC具备了运算、数据传送及处理功能，成为发真正具有计算机特征的工业控制装置。

同时，可编程控制器采用了与继电接触器电路图相类似的梯形图作为主要编程语言，易学易用，因此在工程实践应用中得到了迅速推广。

经过30多年的发展，可编程控制器的产品行性能日臻完善，概括起来，其发展过程可以归纳为以下几个阶段：

1.初创时期；

2.功能扩展时期；

3.联机通信时期；

4.网络化时期。

1.1.2可编程控制器的以展趋势

现代PLC的发展的两个主要趋势：

其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；

其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。

1.大型网络化

主要是朝DCS方向发展，使其具有DCS系统的一些功能。

网络化和通信能力强是PLC发展的一个重要方面，向下可将多个PLC、I/O框架相连；

向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。

2.多功能

随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。

3．高可靠性

由于控制系统的可靠性日益受到人们和重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行技术工作、多数表决的工作方式。

S7400PLC即使在恶劣、不稳定的工作环境下，坚固、全密封的模板依然正常工作，在操作运行过程中模板还可热插拔。

综上所述，现在和未来的工业生产中，PLC技术、机械人技术、CAD/CAM和数控技术是工业生产自动化的4大支柱。

1.2可编程控制器的基础知识

1.2.1可编程控制器的基本结构

可编程控制器其本质是工业控制专用计算机。

它的软、硬件配置与计算机极为类似。

PLC硬件主要由中央处理单元（CPU模块）、输入模块、输出模块和编程器构成。

如下图所示：

PLC控制系统示意图

1.中央处理单元（CPU模块）

CPU模块主要由微处理器和存储器组成。

它是PLC的核心部件，控制所的其他部件的操作。

主要功能有：

不断地采集并存储输入信号和输入的用户程序数据；

按归描工作方式从存储器中读取指令，并存入CPU模块内的指令寄存器中；

执行用户程序；

刷新PLC的输出；

执行系统诊断程序。

2.存储器

可编程控制器中存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据。

系统程序相当于计算机的操作系统，它使可编程控制器具有基本智能，完成设计者规定的工作。

系统程序由可编程控制器的用户程序由用户设计，决定了可编程控制器的输入信号和输出信号之间的关系。

存放系统软件的存储器称数据存储器。

用户程序存储器的容量一般以字（每个字由16位二进制数组成）为单位，三菱的FX系列可编程控制器的用户程序以步为单位（一般情况一步就是执行一步指令）。

小型可编程控制器用户容量在1K字左右，大型可编程控制器用户程序容量可达数百K字，甚至数M字。

可编程控制器常用存储器的类型：

（1）随着存储器（RAM）。

RAM是一种读/写存储器，读写方便，存储速度快，价格低。

但是断电后存储的信息将丢失。

（2）只读存储器（ROM）。

ROM的内容只能读出，不能写入，其内容一般不能修改。

可将系统程序固化在ROM中，掉电后其内容仍保存。

（3）可擦除只读存储器（EPROM）。

EPROM在紫外线照射芯片上的透镜窗口时，可以擦除存储器中的全部内容。

再用可编程控制器厂商提供的EPROM写入器入新的程序。

在断电时，存储器内的内容保持不变。

可编程控制厂家用ROM或EPROM存放系统程序。

（4）可电擦除的只读存储器（E2PROM）。

使用编程序能很容易地对E2PROM中的内容进行修改。

它兼有ROM的断电保持内容和RAM的随机存取的优点。

小型可编程控制器的用户程序存储器容量一般是固定的，大中型可编程控制器的用户存储容量可由用户选择。

3.输入/输出模块

输入（Input）和输出（Output）模板简称I/O模块，是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：

一类是由按钮开关、行程开关、数字拨码开关、接近开关、光电开关、压力继电器等提供的开关量输入信号；

另一类是从电位器、热电、测速电机、各种变送器送来的连续变化的模拟量输入信号。

输入模块还需将这些各式各样的电平信号转换成CPU能够接受和处理的数字信号。

输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场的执行部件能接受的信号，控制接触器、电池阀、调节阀、调整装置，控制的另一类负载是指示灯、数字显示器和报警装置等。

4.特殊功能模块（功能模块或智能模块）

随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，为了增强可编程控制器的功能，扩大其应用范围。

生产厂家开发了许多供用户选用的特殊功能模块。

（1）模拟量输入输出模块。

模块量的输入在过程控制中的应用很广泛，如温度、压力、流量、酸碱度、位移等工业检测都是对应电压、电流的大小模拟量，再经过一定的运算（如PID）后控制生产过程达到一定的目的（如恒温、恒压等）。

模拟量经传感器物变送器转换为标准的信号（按IEC标准为）4~20mA电流信号，或1~5V、－10~10V、0~10V的直流电压信号。

输入模块用A/D转换器将它们转换成数字量，送给CPU模块处理。

因此，模拟量输入模块又叫A/D转换输入模块。

（2）高速计数器模块。

高速计数器模块是工业控制中常用的智能模块之一，它可把过程控制变量（如位置信号、速度值、流量值累计等），送入可编程控制器。

这些参量的变化速度很快，脉冲宽度小于可编程控制器扫描周期，按正常扫描输入/输出信号来处理，会丢去部分参量。

因此，使用脱离可编程控制器而独立计数的高速计数器对这些参量计数。

高速计数模块可对几十KHz甚至上MHz的脉冲计数，当计数器的当前值等于或大于预置时，输出被驱动（这一过程与可编程控制器的扫描过程无关，可保证负载被及时驱动）。

（3）PID过程控制模块，比例/积分/微分（PID）控制模块是实现对连续变化的模拟量闭环控制的智能模块。

可将PID模块看成为一个过程调节器。

在PID模块上的输入/输出接口和进行闭环控制运算的CPU，模块一般可以控制多个闭环。

（4）中断输入模块与快速响应模块。

中断输入模块适用于快速响应的控制系统，接收到中断输入信号后，暂停正在运行的主程序，转而执行中断程序，执行完后返回继续执行主程序。

（5）运动控制模块。

运动控制模块通过输出脉冲控制位置移动量和移动速度。

可分为单坐标控制和双坐标控制，双坐标控制可实现两坐标运动协调，这实际上是通过可编程控制器运动控制模块实现的数控（NC）技术。

（6）通信模块。

可编程控制器的通信模块相当于局域网中的网络接口，通过通信数据模块总线和可编程控制器的主机连接，用硬件和软件一起来实现通信协议。

可编程控制器的通信模块一般配有几种接口，可以通过通信模块上的选择开关进行接口选择，实现与别的可编程控制器智能控制设备或计算机之间的通信。

1.2.2.可编程控制器的特点

可编程控制器（PLC）的特点：

（1）通用性强：

只需改变编程程序就可实现不同的控制方案。

（2）编程方便：

按电气原理图编程，梯形图设计简单、易懂。

（3）功能完善：

不仅的逻辑运算、定时、计数等控制功能，还能完成A/D、D/A转换、模拟量处理、高速计数、联网通信等功能。

（4）扩展灵活：

可以根据需要灵配置，方便地适应不同输入/输出点数及不同输入/输出方式的需求。

（5）系统构成简单，安装调试容易：

当需要组成控制系统时，用简单的编程方法将程序存入存贮器内，接上相就应的输入、输出信号，便可构成一个完整的控制系统，硬件接线少，设计及施工工作量小。

（6）可靠性高：

可编程控制器采用大规模集成电路，配合冗余和容错等抗干扰技术，可靠性要比有触点的继电接触系统高很多。

1.3可编程控制器的工作原理及应用

1.3.1可编程控制器（PLC）的工作原理

最近研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式的如下的区别。

（1）继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的任何位置上都会立即同时动作。

（2）PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该线圈所有的触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

为了消除两者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式——扫描技术。

这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置在处理结果上就没有什么区别了。

1.扫描技术

当PLC投入运行后，其工作是以循环扫描的方式来完成的，一般分为3个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段。

完成上述3个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段，具体的时序如图1－1所示。

（1）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中的相应单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/OJ映第一章可编程控制器的概述像区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2）用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算。

然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态，或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态，或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映像区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映像区域系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；

相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下个扫描周期才能排在其上面的程序起作用。

（3）输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

一般来说，一个扫描周期等于自诊断、通信、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和，如下图所示。

2.PLC的I/O响应时间

为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。

为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。

以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢得多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。

所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关端信号的改变所需的时间。

其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间分别如图1－3和图1－4所示。

1.3.2可编程控制器的基本应用

可编程控制器（PLC）是应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化（FA）和计算机集成制造系统（CIMS）内占重要地位。

PLC系统一般由以下基本功能构成：

1.多种控制功能

逻辑控制：

PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。

定时控制：

它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定为接通延时、关断延迟和定时脉冲等方式。

计数控制：

用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。

顺序控制：

在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作多部步进控制器使用。

2.数据采集、存储与处理功能

基本算术：

平方根、三角函数和浮点运算。

比较：

大于、小于和等于。

数据处理：

选择、组织、规格化、移动和先入后出。

模拟数据处理：

PID、积分和滤波。

3.通信、联网功能

现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，的RS－232或RS－485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台可编程控制器的信号处理单元之间，可以实现程序和数据交换，如程序转换、数据文档转移、监视和诊断。

通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。

如西门子S7－200的Profibus现场总线接口，其通信速率可以达到12Mbit/s。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集成管理、分散控制”的公布控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。

通常所说的SCADA系统的现场端也可以采用PLC作现场机。

4.输入/输出接口调理功能

具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。

位数和精度可以根据用户要求选择。

具有温度测量接口，直流连接各种电阻或电偶。

5.人机界面功能

人机界面能够提供给操作者一些工业系统运行过程中的重要信息。

允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。

目前，实现人机界面功能的有手段主要有：

操作界面的文字显示；

单机的CRT显示与键盘操作；

使用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的集中操作与监视系统。

6.编程、调试等

使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。

1.4可编程控制器的编程语言

1.4.1概述

可编程控制器的软件分为两大部分：

系统软件与用户程序。

系统软件由PLC制造厂商固化在机内，用以控制可编程控制器本身的运作。

用户程序由可编程控制器的使用者编制并输入，用于控制外部对象的运行。

（一）系统软件

系统软件又可分为系统管理程序、用户指令解释程序及标准程序模块和系统调用。

（二）用户程序

用户程序是可编程控制器的使用者针对具体控制对象编制的程序。

在小型可编程控制器中，用户程序有三种形式：

指令表（STL）、梯形图（LAD）和顺序功能流程图（SFC）。

1.4.2可编程控制器的编程语言

PLC提供了完善的语言，以适应PLC在工业环境中的使用。

利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬接线线路，也就是所谓的“可编程序”。

程序可由编程器方便地送到PLC内部的存储器中，也能方便地读出、检查与修改。

由于PLC是专业为工业控制需要而设计的，因而对于使用者来说，编程时完全可以不考虑微处理器内部的复杂结构，不必使用各种计算机使用的语言，而把PLC内部看作是由许多“软继电器”等逻辑部件组成，利