基于PLC与组态王自动售货机毕业设计.docx
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基于PLC与组态王自动售货机毕业设计
前言
可编程序操纵器PLC是以微机技术为核心的通用工业操纵装置。
它将传统的继电器—接触器操纵技术和运算机技术和通信技术融于一体，具有功能壮大、环境适应性好、编程简单、利用方便等优势。
因此，近年来在工业自动操纵、机电一体化、改造传统产业等方面，PLC取得了普遍的应用。
学习、把握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率有十分重要的意义。
采纳PLC作为自动自动售货机的操纵器，是充分考虑到PLC硬件柔性化、抗干扰能力强、操纵能力强、组成操纵系统简单、设计周期短和可保护性好等特点，使得自动售货机功能强、靠得住性高，和硬件结合即可应用于工业现场。
自动售货机是取代人工售货的自动化生产设备。
全机分为投币、选择物品、取货、找零等部份。
在设计开发实时监控系统时，现场设备与上位机软件的通信是关键技术。
“组态王”是运行于MicrosoftWindows98/NT中文平台的全中文界面的组态软件，采纳了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳固靠得住。
组态王把每一台与之通信的设备看做是外部设备，为实现和外部设备的通信，组态王内置有大量的设备驱动作为外部设备的通信接口。
在开发进程中，只需依照工程阅读器提供的“设备配置向导”，完成连接进程，即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。
在运行期间，组态王能够通过驱动接口和外部设备互换数据，包括搜集数据和发送数据或指令。
组态王的驱动程序采纳ActiveX技术，每一驱动都是一个COM对象，这种方式使驱动和组态王组成一个完整的系统，从而保证运行系统的高效率。
组态王与I/O设备之间的数据互换采纳五种方式:
串行通信方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。
利用组态王开发简单，网络通信不需了解协议的具体细节的优势，结合S7-200良好的开放性和兼容性，可成立多种实时监控系统，提高工业自动化水平。
1 自动售货机操纵系统的分析
自动售货机的操纵要求
表I/O分派表
输入
输出
开始
金额指示灯
硬币1元
小袋瓜子营业灯
纸币5元
大袋瓜子营业灯
纸币10元
可乐营业灯
纸币20元
橙汁营业灯
小袋瓜子选择
雪花啤酒营业灯
大袋瓜子选择
青岛纯生营业灯
可乐选择
南京牌香烟营业灯
雪花啤酒选择
找零退币口
橙汁选择
V4
小袋瓜子袋数
V8
大袋瓜子袋数
青岛纯生选择
V12
可乐售出瓶数
南京牌香烟选择
V20
雪花啤酒售出瓶数
退币
V24
青岛纯生售出瓶数
取货
V28
南京牌香烟售出盒数
V0
当前剩余金额
V120
总营业额
V16
橙汁出售瓶数
操纵要求
a）投币金额指示灯亮
b）货币大于等于货物价钱货物指示灯亮
c）自主选择货物
d）出货显示当前剩余金额
e）退币
f）显示总营业额
自动售货机的梯形图
自动售货机的图形图如1-1所示
图1-1自动售货机梯形图
利用组态王反映自动售货机销售情形
通过对操纵进程的详细了解，设计顺序功能图，运用PLC对操纵进程进行编程。
为了能够进一步提升自动售货机的设计水平，以组态王作为人机界面使其直观的对时刻段进行销售数量及销售金额统计。
使得自动售货机在自动售货的基础上，有透明化的增加了自动财务功能，作为实际收入的对照参考。
2组态王与自动售货机PLC通信的实现
组态王的特点
组态王是运行在Windows98/NT/2000上的一种组态软件，利用组态王，用户能够方便地构造适应自己需要的“监控与数据搜集系统”。
它可用于电力、制冷、化工、机械制造、交通治理等多种工程领域。
不管您的应用处合如何，您都能够利用组态王构造有效的监控和数据搜集系统。
利用组态王，能够：
a）利用清楚准确的画面描述工业操纵现场；
b）利用图形化的操纵按钮实现单任务和多任务；
c）设计复杂的动画显示现场的操作状态和数据；
d）显示生产进程的文字信息和图形信息；
e）为任何现场画面指定键盘命令；
f）监控和记录所有报警信息；
g）显示实时趋势曲线和历史趋势曲线；
h）利用多样而灵活的方式查询历史数据；
i）时刻驱动和事件驱动的报表的打印；
j）设计多级平安操纵和访问权限；
组态王还具有以下一些特点：
（1）工程治理
关于系统集成商和用户来讲，一个系统开发人员可能保留有很多个组态王工程，关于这些工程的集中治理和新开发工程中的工程备份等都是比较烦琐的情形。
组态王工程治理器的要紧作用确实是为用户集中治理本机上的所有组态王工程。
（2）画面制作系统
组态王画面制作系统中的调色板和画图工具都支持无穷色和过渡色，并提供大量操纵元件的图库，降低了设计界面的难度，缩短了开发周期。
组态王还支持多种图形格式，如Gif、Jpg、Bmp等，并通过可视化图形操作，直接完成移动、旋转、缩放、闪烁等动画连接概念，如此用户能够充分利用已有的资源，轻松构造自己功能壮大且美观的应用系统。
（3）控件支持
组态王支持Windows标准的ActiveX控件（要紧为可视控件），包括Microsoft提供的标准ActiveX控件和用户自制的ActiveX控件，用户通过控件的这些属性、事件、方式来完成工作。
（4）通信系统
组态王支持与远程设备间通过拨号方式进行通信。
组态王的远程拨号与组态王原有驱动程序无缝连接，硬件设备端无需更改程序。
利用远程拨号能实时显示现场设备运行状况，随时打印，报警和历史数据自动上传等功能。
除此之外，组态王还全面支持OPC标准，支持网络结构、散布式历史数据库和散布式报警系统，还提供完整的平安系统和冗余系统，使系统运行时将加倍稳固、靠得住。
S7-200PLC的网络通信协议
S7-200PLC支持多种通信协议,如点对点接口（PPI）、多点接口（MPI）和PROFIBUS。
这些协议基于7层开放系统互联模型（OSI）[3]。
PPI和MPI协议通过PROFIBUS令牌环网实现，令牌环网时遵循IEC61158和欧洲标准EN50170的进程现场总线。
它们都是基于字符的异步通信协议，带有起始位、8位数据、偶校检和1个停止位。
通信帧由起始和终止字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性校验和组成。
只要波特率相同，三个协议能够在网络中同时运行，可不能彼此阻碍[2]。
点对点接口协议（PPI）PPI（Point-to-Point）是主从协议，网络上是S7-200CPU均为从站，其它CPU、SIMATIC编程器或TD200为主站。
若是用户程序中许诺PPI主站模式，一些S7-200CPU在RUN模式下能够作主站，它们能够用网络读（NETR）和网络写（NETW）指令读写其他CPU中的数据[11]。
S7-200CPU作PPI主站时，还能够作为从站响应来自其他主站的通信申请。
PPI没有限制能够有多少个主站与一个从站通信，可是在网络中最多只能有32个主站[10]。
在自动压蜡操纵操纵系统中，操纵器S7-200PLC将利用点对点PPI（Point-to-Point）协议与安装在上位运算机中的工业操纵组态软件进行通信。
网络上的S7-200CPU224PLC作为从站，组态软件组态王作为主站。
在PLC操纵程序中，将自动压蜡操纵系统运行现场的各项参数放入用户数据存储区的指定区域中，通过组态王中的I/O变量搜集或刷新这些寄存在PLC用户数据存储区中的数据[12]。
如此，PLC就能够够与上位运算机利用通信进行数据的互换，为实现上位运算机对自动压蜡操纵系统现场数据的监控制造了条件。
数据互换存储区的概念
在S7-200系列PLC中，不同的CPU模块有不同长度的数据存储区。
其中CPU224模块有长度为5120Byte的用户数据存储区。
用户能够自由利用这一数据存储区，寄存用户程序中涉及到的数据、参数等[14]。
为实现PLC与组态软件之间的通信，完成对上位运算机对操纵系统现场数据的监控功能，组态王将概念一系列I/O变量来搜集或刷新寄存在PLC数据存储区中指定区域内的数据[6]。
这一指定数据存储区，咱们把它称为“数据互换存储区”[9]。
寄存在“数据互换存储区”中的数据输入映像寄放器IB0及中间寄放器MB10就和输出映像寄放器QB0。
“数据互换存储区”中寄存的数据和其寄存的地址如表2-1所示。
表2-1“数据互换存储区”中的数据和寄存地址
存储区地址
VB100
VB101
VB102
VB103
VB104
VB105
VB106
VB107
数据
QB0
IB0
存储区地址
VB108
VB109
VB110
VB111
VB112
VB113
VB114
VB115
数据
MB10
组态软件与PLC的通信设置
a）创建工程途径
启动“组态王”工程治理器（ProjManager），选择菜单“文件/新建工程”或单击“新建”按钮，弹出“新建工程向导一”对话框，如下图。
图2-2建工程向导图2-3新建工程向导二
单击“下一步”继续。
弹出“新建工程向导之二”对话框，如图所示。
在工程途径文本框中输入一个有效的工程途径，或单击“阅读…”按钮，在弹出的途径选择对话框当选择一个有效的途径。
单击“下一步”继续。
弹出“新建工程向导之三”对话框，如图2-4所示。
图2-4建工程向导三图2-5建画面
在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时将被作为当前工程的途径名称。
在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。
单击“完成”完成工程的新建。
b）创建组态画面
进入组态王开发系统后，就能够够为每一个工程成立数量不限的画面。
“组态王”采纳面向对象的编辑技术，利用户能够方便地成立画面图形界面。
用户构图时能够像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。
同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复利用以前的开发结果[16]。
第一步：
概念新画面，如图2-6所示。
点击“确信”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统，如图2-7所示。
图2-6组态王开发系统图2-7设备配置向导一
第二步：
在组态王开发系统中制作画面。
选择“文件/全数存”命令保留现有画面。
c）概念I/O设备
组态王把那些需要与之互换数据的设备都作为外部设备。
外部设备包括：
下位机（PLC，仪表，模块，板卡，变频器等），它们一样通过串行口和上位机互换数据；其他Windows应用程序，它们之间一样通过DDE互换数据；外部设备还包括网络上其他的运算机[4]。
只有概念了外部设备后，组态王才能通过I/O变量和它们互换数据。
为方便概念外部设备，组态王设计了“设备配置向导”，引导用户一步步完成设备的连接。
选择工程阅读器左侧大纲项“设备/COM”，在工程阅读器右边用鼠标左键双键“新建”图标，运行“设备配置向导”，如图所示。
依照安装向导安装S7-200CPU224PLC，安装时设定的参数如表所示。
双击“COM1”图标，设定串行通信口COM1的通信参数，如表所示
表2-8组态王中PLC安装的参数表2-9口设定的通信参数
生产厂家
西门子
设备名称
S7-200系列
逻辑名称
CPU224
连接的串口
COM1
通信方式
PPI
设备地址
2
尝试恢复间隔
30s
最长恢复时间
24h
使用动态优化
是
波特率
9600kps
数据位
8
停止位
1
奇偶校检
偶校检
通信方式
RS232
通信超时
3000ms
使用Modem
否
d）构造数据库
数据库是“组态王”软件的核心部份，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在运算机前发布的指令也要迅速抵达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，因此说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。
在TouchVew运行时，它含有全数数据变量的当前值[7]。
变量在画面制作系统组态王画面开发系统中概念，概念时要指定变量名和变量类型，某些类型的变量还需要一些附加信息。
数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有效户可利用的`数据变量的详细信息。
选择工程阅读器左侧大纲项“数据库/数据词典”，在工程阅读器右边用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“概念变量”对话框如图内存变量。
图2-10内存变量
e）成立动画连接
概念动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间成立一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画成效表示出来；或由软件利用者通过图形对象改变数据变量的值。
“组态王”提供了21种动画连接方式。
图2-11动画连接图2-12画面属性
单击“确信”，再单击“确信”返回组态王开发系统。
为了让矩形动起来，需要使变量能够动态转变，选择“编辑/画面属性”菜单命令，弹出对话框如下图。
单击“命令语言...”按钮，弹出画面命令语言对话框所示。
在编辑筐内输入命令语言。
选择“文件/全数存”菜单命令
f）运行和调试
组态王2工程已经初步成立起来，进入到运行和调试时期。
在组态王开发系统当选择“文件/切换到View”菜单命令，进入组态王运行系统。
在运行系统当选择“画面/打开”命令，从“打开画面”窗口选择“Test”画面。
显示出组态王运行系统画面，即可看到动态转变[8]。
数据搜集的实现
为了实此刻上位运算机上进行对轧钢机操纵现场的监控，在PLC与组态软件的数据通信中，对PLC中的数据进行搜集或刷新。
在组态王中，用户通过概念I/O变量，就能够够超级方便的实现对数据搜集。
为实现对PLC“数据互换存储区中”数据的搜集，在组态王中概念了2个I/O整型变量，它们别离是QB0和IB0，集的数据别离是来自从站PLC用户数据存储区中的VB100和VB105两个字节存储单元。
2个I/O整型变量QB0和IB0概念时的各项要紧参数如下所示：
变量类型：
I/O整型初始值：
0
最大值：
99999连接设备：
CPU224
搜集频率：
250ms数据类型：
BYTE
读写属性：
读写转换方式：
线性
在组态王中，运用这些搜集来的数据，通过一种类似C语言的“应用程序语言”编写程序，对搜集的数据进行处置，并将程序语言和组态软件中的丰硕“动画连接”功能相结合，就能够够实现对自动售货机操纵系统现场的监控，以生动、直观的图像和指示信号显示在监控界面。
3组态软件对自动售货机现场监控的实现
变量和数据概念
自动售货机要从下位机搜集到位信号，这些数据是通过驱动程序搜集到的，因此几个变量的类型都是I/O离散类型变量。
详细见以下图3-1数据库变量
图3-1数据库变量
自动售货机现场界面设计
为成立一个新的画面应执行以下操作：
在工程阅读器左侧的“工程目录显示区”当选择“画面”选项，在右边视图中双击“新建”图标，弹出新建画面对话框，新画面属性设置如下：
在对话框中单击“确信”，组态王软件将依照您指定的风格产生出一幅名为“自动售货机”的画面。
见以下图画面属性。
图3-2画面属性
接下来在此画面中绘制各类图素。
绘制图素的要紧工具放置在图形编辑工具箱内。
当画面打开时，工具箱自动显示。
监控软件的现场运行界面如图3-3组态界面。
图3-3组态界面
现场运行界面以动画和图像的方式显示了自动售货现场的各类指示。
通过组态王中丰硕的动画连接概念和通过I/O变量搜集来的现场数据联接起来，编写各个模拟现场动作的动画程序，实现了对自动售货系统运行状况的监视。
监控软件中的动画连接设计
由于通过I/O变量搜集来的是数据QB0、IB0和IB1是整型变量，若是想要判别PLC输出和输入映像寄放器的每一名，如、等，就需要对搜集来的I/O整型数据数据进行特定方式的处置。
在对搜集来的数据进行处置后，将利用这些处置好的数据和组态王中的动画连接相结合，做到现场运行界面中图象的动作和售货现场的动作同步。
在画面上双击图形对象，弹出“动画连接”对话框。
单击“水平移动”按钮，弹出“水平移动连接”对话框，单击选择变量名，对话框设置如图3-4动画连接。
单击“确信”。
单击“动画连接”对话框的“确信”。
图3-4动画连接
主画面命令语言如下：
总营业额=小袋瓜子袋数*+大袋瓜子袋数*+可乐售出瓶数*+橙汁售出瓶数*+雪花鲜啤售出瓶数*+青岛纯生售出瓶数*+南京牌香烟售出盒数*;
4结论
通过了三个多月的学习和工作，在导师的悉心指导和严格要求下，我终于完成了自动售货机的论文。
从课题选择、方案论证到具体设计，每一步对我来讲无疑是庞大的尝试和挑战，也成绩了我在大学期间独立完成的最大的项目。
记得在刚接到那个课题时，由于对自动售货机和相关知识不是很了解，我都有些茫然惊惶失措。
于是我给自己提出了第一个问题：
设计好一个自动售货机操纵系统需要什么具体的专业知识？
带着那个疑问我开始了独立地学习和实验：
去图书馆查阅相关资料、上网去了解自动售货机的最新动向、乃至独自去车间参观，渐渐头脑中的概念清楚了起来：
自动售货机的售货流程：
投币、货物选择、出货、退币及销售财务总结。
我所完成的课题，关于博大精深的PLC学来讲，可能仅仅是冰山的一角。
可是却是我大学三年第一次独立的完成的一个系统。
专门是将所学的专业知识运用到了科学领域，这不仅是对大学三年所学知识的总结与检测，更让我看到了PLC技术的高速进展与普遍应用，为自己所学专业感到自豪和庆幸，也对前途充满了信心与斗志。
整体说来，在这次长达一个学期的毕业设计中，我学到了很多在课堂内学不到的知识。
整个开发的进程对我来讲是一次能力真正提高的进程；是将以前所学知识充分利用的进程；是一次将理论应用于实践的进程。
我感觉这次毕业设计使我收成颇丰。
致谢
本设计在荆瑞红教师的悉心指导和严格要求下论文已完成，从课题选择、方案论证到具体编辑和修改，无不凝聚着侯教师的心血和汗水，在三年的专科学习和生活期间，也始终感受着教师的精心指导和无私的关切，我收成颇丰。
在此向导师表示深深的感激和高贵的敬意。
本设计的完成也凝聚了同窗们的辛勤汗水，是他们无私的帮忙和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向荆教师表示由衷的谢意。
参考文献
[１]《PLC应用技术问答》，廖常初主编，北京:
机械工业出版社,2006
[２]电气工程专业毕业设计指南，陈跃主编，北京:
中国水利水电出版社,2003.
[３]电类专业毕业设计指导，张华主编，北京:
机械工业出版社,2003
[４]信息检索与利用，王荣主编，北京:
电子工业出版社,2003
[５]《S7-200PLC编程及应用》，廖常初主编，北京:
机械工业出版社,2007
[６]7]
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