PLC控制自动售货机Word格式文档下载.docx
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为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。
1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
“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。
它采用可以编制程序的存储器，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该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。
”
可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。
通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。
1．中央处理单元（CPU）
CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。
CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。
这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。
CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。
CPU的功能有以下一些：
从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。
2．存储器（RAM、ROM）
存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；
存放工作数据的存储器称为数据存储器。
常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。
RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。
RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。
掉电时，可有效地保持存储的信息。
EPROM、EEPROM都是只读存储器。
用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。
3．输入输出单元（I/O单元）
I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。
I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。
接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。
PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。
4．电源
PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。
PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。
5．外部设备
（1）编程器
编程器是PLC的最重要外围设备。
利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。
除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。
利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。
（2）其他外部设备
PLC还配有其他的一些外部设备。
●盒式磁带机用以记录程序或信息。
●打印机用以打印程序或制表。
●EPROM写入器用以将程序写入到用户EPROM中。
●高分辨率大屏幕彩色图像监控系统用以显示或监视有关部分的运行状态。
1-3可编程控制器的特点及应用
一．PLC的特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2．硬件配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4．系统设计周期短，维护方便，容易改造
系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
5.体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
它的重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
二．PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
1.开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2．模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3．运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5.数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；
也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
1-4可编程控制器的工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。
PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。
全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
1．输入处理
输入处理也叫输入采样。
在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。
在此输入映象寄存器被刷新。
接着进入程序执行阶段。
在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
2．程序执行
根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。
遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。
对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。
3．输出处理
程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
1-5可编程控制器的趋势与动向
一、当代PLC技术的发展趋势
发展迅速，产品更新换代；
开发各种智能化模块，不断增强过程功能；
PLC与个人计算机（PC）结合；
通信联网功能不断增强；
发展新的编程语言，增强容错功能。
二、当代PLC技术的发展动向
美国通用汽车以用户身份提出新一代控制器应具备十大条件，这十大条件是：
1.编程方便，可在现场修改程序；
2.维修方便，最好是插件式；
3.可靠性高于继电器控制柜；
4.体积小于继电器控制柜；
5.可将数据直接送入管理计算机；
6.在成本上可与继电器控制竞争；
7.输入可以是交流115V；
8.输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；
9.在扩展时，原有系统只要很小变更；
10.用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。
1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。
接着美国MODICON公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。
1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。
1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。
我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。
进入20世纪70年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就不在不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。
进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便。
第二章设计方案
2-1设计题目及控制要求
1.设计题目
基于FX0N–60MR可编程控制器的自动售货机
2.控制要求
一台用于销售汽水和咖啡的自动售货机，具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱等功能，此售货机可接受的硬币为0.1元、0.5元和1元。
汽水的售价为1.2元，咖啡的售价为1.5元，其示意图如图示。
控制的任务和要求：
1当投入硬币总值超过1.2元时，汽水指示灯亮，当投入的硬币总值超过1.5元时，汽水和咖啡的指示灯都亮。
2当汽水指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水从自动售货口自动售出，汽水指示灯亮，8s后自动停止。
3当咖啡指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡从自动售货口自动售出，咖啡指示灯亮，8s后自动停止。
4当按下汽水按钮过咖啡按钮后，如果投入的硬币总值超过所需钱数时，找钱指示灯亮，售货机自动退出多余的钱，8s后自动停止。
5如果售货口发生鼓掌，或顾客投入硬币后又不想买了，（未按汽水按钮或咖啡按钮），可按复位按钮，则售货机可如数退出顾客已投入的硬币。
提示：
（1）可用计数器的设定植表示应找钱数额；
（2）为简单起见，可考虑售货机找回的钱均为0.1元的人民币。
2-2用单片机和PLC分别做系统的比较
所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其他外围芯片，根据不听系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。
这种形式在80年代国内很流行，蛋由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。
单片机的可靠性：
由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐，很大一部分还是国外筛选出来的次等品，加上其它外围元件（如电容、电阻等）的参数离散性也很大，批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理，因此这样的产品很难做到很好的一致性和高可靠性，因为任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳定。
另外，单片机的所有器件均不是工业级的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力很弱，而国内的电源一般都很差，加上压片机的变频调速对电源的干扰很大，因此，更可能引起单片机系统的不稳定。
单片机的可扩展性：
由于单片机的线路是根据一定得功能要求特别设计的，所以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都有重新设计。
这样会增加功能的开发成本和周期。
单片机的可维护性：
一旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件，最简单的方法是更换整个系统，这样维修成本增加了。
操作：
现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘，设计数据用拨码开光，显示用LED，整个面板显得繁琐，而且为了减少操作键，设计时往往一键多用，操作人员很难脱开说明书操作。
特别是故障显示只能显示故障代码，一旦发生故障，操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在，最终按说明书指示排除故障，这样排除故障的时间相对较长。
总之，这样的人机对话不够友善。
特点：
不可靠，价格便宜。
可编程控制器（PLC）：
所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。
这种形式目前在工业现场应用最为广泛。
PLC的可靠性：
进口的PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家够买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大的提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。
PLC的可扩展性：
要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。
PLC的可维护性：
PLC本身有很强大的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也比较为简单。
PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很多很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。
另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。
甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。
价格与前种控制器相比略贵，可靠性好，操作简单。
综合以上的分析和比较，最终决定采用PLC。
2-3IO分配表
表一IO分配表
输入信号
输出信号
名称
功能
IO编号
G1
可感应0.1元币
X000
KM1
控制取出汽水的电机
Y000
G2
可感应0.5元币
X001
KM2
控制取出咖啡的电机
Y001
G3
可感应1元币
X002
L1
表示所投的钱可买汽水
Y003
SB1
控制取出汽水
X003
L2
表示所投的钱可买咖啡
SB2
控制取出咖啡
X004
L0
表示正在排出剩余的钱
Y004
SB0
取出投入的钱
X005
KM0
用于排出0.1元的钱
Y005
2-4IO接线图
图一IO接线图
2-5主控电路图
图二主控电路图
2-6顺序功能图
机器排出总额中的币值
按复位按钮
机器取出汽水或咖啡
并从总额中扣除相应的价格
按咖啡按钮
总额超过1.5元
总额超过1.2元
按汽水按钮
咖啡灯亮
汽水灯亮
计算投入币的总额
图三顺序功能图
2-7梯形图
2-8指令表
0LDM8002
1MOVK0D0
2LDX000
3ADDPK1D0D0
4LDX001
5ADDPK5D0D0
6LDX002
7ADDPK10D0D0
8LDM8000
9CMPK12D0M51
10LDM52
11ORM53
12OUTM0
13CMPK15D0M61
14LDM62
15ORM63
16OUTM1
17LDX3
18PLSM103
19ANDM103
20ANDM0
21SETM2
22SUBD0K12D0
24LDM2
25OUTT0K80
26LDT0
27RSTM2
28LDM0
29ORM2
30OUTY002
31LDM2
32ANIY001
33OUTY000
34LDX4
35PLSM104
36ANDM104
37ANDM1
38SETM3
39SUBD0K15D0
40LDM3
41OUTT1K80
42LDT1
43RSTM3
44LDM1
45ORM3
46OUTY003
47LDM3
48ANIY000
49OUTY001
50LDX005
51ORX003
52ORX004
53SETM5
54SETM6
55LDM6
56OUTT2K80
57LDM5
58CMPK0D0M54
59LDM55
60RSTM5
61LDT2
62RSTM6
63LDM6
64OUTY004
65LDM5
66ANDM8013
67OUTY5
68DECPD0
69END
第三章心得体会
经过三周的课程设计，在整个课程设计的过程中，在老师的带领下和同组同学的共同努力下，基本完成了本学期的课程设计，通过课程设计我学到了很多新的知识，学到了很多书本上没有的东西，对所学的专业知识，有了更近一步的加深和巩固。
在设计前，通过老师的题目的分析，我制定了设计计划，借阅了相关的资料，做好设计准备。
在设计过程中，遇到了很多专业上的问题，在老师的解答下，得以解决。
总结三周来的设计，首先，团队精神，需要我们同组的两个人充分的利用好各自的优势，充分的协作，针对设计中出现的问题，加以讨论，汇结两个人的意见，最后达成一致，发挥了团队协作的精神。
其次，对待任何任务，都要全力以赴。
虽然是两个人一起做一个课题，但是我们任何一个人都不能偷懒，要认真的对待任务。
再次，遇到不懂的问题，及时请教老师或者同学。
要有保持上进的头脑，不断的接受新的事物和新的知识，挑战新的问题。
这次的课程设计让我们有实际动手设计的经验，课本上学的是些理论的知识，课程设计培养了我们的动手能力。
这次的课程设计是我们下学期进行的毕业设计的预演，一些设计的步骤什么都是一样的，毕业设计就是比我们现在的课程设计，花更多的时间做更多的设计任务。
相信通过这次的课程设计，对我们接下来的毕业设计起到很大的帮助作用，巩固了PLC的知识。
在此要感谢在整个设计过程中，给与我极大帮助的老师们和同学们。
参考文献
1.史国生、电气控制与可编程控制器技术-2版、北京：
化学工业出版社，2010
2.三菱FX2NPLC使用手册
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