基于PLC控制的餐馆呼叫器设计.docx
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基于PLC控制的餐馆呼叫器设计
贵州航天职业技术学院
毕业论文设计
题目：
基于PLC控制的餐馆呼叫器设计
系别：
机械工程系
专业：
机电一体化
班级：
11机电一体化
学生姓名：
学号：
A113GZ021050142
指导教师：
摘要
机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展背景。
综述了国内外机电一体化技术的现状，分析了机电一体化技术的发展趋势。
介绍了机电一体化中PLC编程的应用，根据PLC编程原理设计了餐馆呼叫器，改变了以往传统的人工直接呼叫的方式。
在中高档餐馆中使用不仅减少了人力资源，更重要的是实现了对餐馆的科学化管理。
在现代化社会离不开科学的发展与进步，这样才能给顾客创造一个更好的就餐环境。
关键词：
机电一体化PLC餐馆呼叫器
第一章机电一体化的概要1
第二章机电一体化技术的发展2
2.1数字化2
2.2智能化3
2.3模块化3
2.4网络化3
2.5人性化4
2.6微型化4
2.7集成化4
2.8带源化5
2.9绿色化5
第三章机电一体化技术的发展趋势6
3.1光机电一体化方向6
3.2柔性化方向6
3.3智能化方向6
第四章PLC简介7
4.1PLC的基本概念7
4.2PLC的特点及功能7
4.2.1PLC的主要特点7
4.2.2PLC的功能8
4.3PLC的基本组成9
第五章基于PLC控制的餐馆呼叫器设计11
5.1方案设计要求11
5.2方案说明11
5.3可编程控制器的常用指示12
5.4方案设计示意12
5.5方案设计输入输出地址分配13
5.6PLC程序控制设计14
5.6.1外部接线图设计14
5.6.2梯形图设计15
结束语17
参考文献18
第一章机电一体化的概要
机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。
但其基本特征可概括为：
机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。
只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。
这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。
机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。
但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。
即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别
第二章机电一体化技术的发展
“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。
当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。
国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来“机电一体化”更流行使用。
80年代，信息技术崭露头角。
微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。
微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械—电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。
信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。
这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。
此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新领域。
进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。
有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。
虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。
之后，机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了21世纪。
机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化
2.1 数字化
微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。
数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。
数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。
2.2智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。
人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。
诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。
但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。
2.3 模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。
如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。
这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。
这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。
由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。
显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。
2.4网络化
20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。
网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。
各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。
机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。
由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络（homenet）将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（computerintegratedappliancesystem,CIAS），使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。
因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。
2.5 人性化
机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。
2.6 微型化
微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。
微机电系统（Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS）是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。
2.7 集成化
集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。
为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。
首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。
2.8 带源化
是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。
由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。
带源化是机电一体化产品的发展方向之一。
2.9 绿色化
科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。
所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。
绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。
在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。
第三章机电一体化技术的发展趋势
以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。
专家预测，机电一体化技术将向以下几个方向发展：
3.1光机电一体化方向
一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。
引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。
3.2柔性化方向
未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。
在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。
其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有“行动”是可以改变的。
这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
3.3智能化方向
今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。
这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。
第四章PLC简介
4.1PLC的基本概念
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PLC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
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。
4.2PLC的特点及功能
4.2.1PLC的主要特点
1、高可靠性,抗干扰能力强。
（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.
（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
（4）采用性能优良的开关电源。
（5）对采用的器件进行严格的筛选。
（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
（8）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2、丰富的I/O接口模块。
PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
3、采用模块化结构。
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4、编程简单易学。
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5、安装简单，维修方便。
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
4.2.2PLC的功能
1、逻辑控制；2、定时控制；3、计数控制；4、步进（顺序）控制；5、PID控制；6、数据控制：
PLC具有数据处理能力；7、通信和联网；8、其它：
PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：
定位控制模块，CRT模块。
4.3PLC的基本组成
PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。
PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。
PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。
1.中央处理器
中央处理器（CPU）由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。
CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。
CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。
2.存储器
PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。
ROM、RAMEPROM。
ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。
EPEROM为电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容。
RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容
3.接口
输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。
PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。
晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。
4.编程器
编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。
5.电源
PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。
PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。
图1-1PLC基本组成
第五章基于PLC控制的餐馆呼叫器设计
5.1方案设计要求
餐馆呼叫控制系统如图所示：
1.每个餐桌上安装一个呼叫按钮。
2.在客人用餐时，任何一桌客人有要求都可以通过呼叫按钮来呼叫服务员。
通过按下桌子上的呼叫按钮，相对应的呼叫指示灯有显示。
3..饭店老板处有复位按钮。
4.计算输入输出点，编写I/O对应表及内部元件使用表。
5.编写PLC控制程序。
6.完成实验所需要的硬件连接。
5.2方案说明
餐厅有十张餐桌比如咖啡馆，每张桌子上都安有一个启动按钮每个启动按钮对应一个指示灯，指示灯和复位按钮都在总服务台或老板那里。
当客人用餐时按下自己桌子上的启动按钮，总服务台或老板那儿的指示灯就会亮即提示服务员此餐桌客人需用餐，老板此时按下复位按钮，让服务员给指定的客人上餐。
即两个输入信号对应一个输出信号。
5.3可编程控制器的常用指令
LDX11
ORY1
ANIX21
OUTY1
LDX12
ORY2
ANIX22
OUTY2
LDX13
ORY3
ANIX23
OUTY3
LDX14
ORY4
ANIX24
OUTY4
LDX15
ORY5
ANIX25
OUTY5
LDX16
ORY6
ANIX26
OUTY6
LDX17
ORY7
ANIX27
OUTY7
LDX18
ORY8
ANIX28
OUTY8
LDX19
ORY9
ANIX29
OUTY9
LDX20
ORY10
ANIX30
OUTY10
5.4方案设计示意图
5.5方案设计输入输出地址分配
输入元件
输入地址
输出元件
输出地址
一号台启动按钮SB1
X11
一号桌指示灯
Y1
二号台启动按钮SB2
X12
二号桌指示灯
Y2
三号台启动按钮SB3
X13
三号桌指示灯
Y3
四号台启动按钮SB4
X14
四号桌指示灯
Y4
五号台启动按钮SB5
X15
五号桌指示灯
Y5
六号台启动按钮SB6
X16
六号桌指示灯
Y6
七号台启动按钮SB7
X17
七号桌指示灯
Y7
八号台启动按钮SB8
X18
八号桌指示灯
Y8
九号台启动按钮SB9
X19
九号桌指示灯
Y9
十号台启动按钮SB10
X20
十号桌指示灯
Y10
一号台复位按钮SB11
X21
二号台复位按钮SB12
X22
三号台复位按钮SB13
X23
四号台复位按钮SB14
X24
五号台按复位钮SB15
X25
六号台复位按钮SB16
X26
七号台复位按钮SB17
X27
八号台复位按钮SB18
X28
九号台复位按钮SB19
X29
十号台复位按钮SB20
X30
5.6PLC程序控制设计
5.6.1外部接线图设计
5.6.2梯形图设计
结束语
机电一体化技术已经成为当今世界最热门、最重要的技术发展方向之一，并
影响到几乎全部的工业行业。
通过本次设计，使我加深了对PLC梯形图、指令表、外部接线图的理解，还有经过查阅资料以及到图书馆学习，也使我更好的了解和认识了关于PLC设计原理和实际中的应用过程。
而且我学到了很多书本上面学不到的知识，加深了我对书本知识掌握的程度，增强了我们独立思考、主动查阅资料的能力，明白光有课本知识是远远不够的，只有通过实践，才能更完善的了解并掌握所学知识，同时提高了综合运用知识的能力，巩固和扩展知识领域、培养自己的严谨的科学态度和独立工作的能力。
这次基于PLC控制的餐馆呼叫器设计也可以采用其他系列的PLC来分析和设计，甚至可以用单片机，不过他们的设计思路大致相同，梯形图程序中软件组件及符号有所不同。
通过本次餐馆呼叫系统的PLC控制设计，能让我明白理论知识必须与工程实践结合起来，并且要不断学习新的知识，多思考并能够自己从参考资料上汲取知识，加强PLC控制系统的设计动手能力。
我相信随着PLC的功能不断增加，价格不断下降，基于PLC控制的餐馆呼叫器将会走入社会普通餐馆。
参考文献
【1】张志义，孙雷主编.机电传动控制.北京：
机械工业出版社，2009
【2】刘品潇主编.电气控制与PLC.长沙：
国防科技大学出版社，2009
【3】包锦阳主编.大专生毕业论文（设计）写作指导：
浙江大学出版社，2009
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