基于MCGS组态PLC自动售货机.docx
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基于MCGS组态PLC自动售货机
西南科技大学
电气专业方向设计报告
设计名称：
自动售货机控制系统设计
姓名：
学号:
班级：
指导教师：
起止日期：
2012-11-15
西南科技大学信息工程学院制
方向设计任务书
学生班级：
学生姓名：
学号：
设计名称：
自动售货机控制系统设计
起止日期：
2012-11-15指导教师：
设计要求：
1、按下投币口按钮5角、1元、5元，数码显示投币金额为0.5、1.0、5.0。
2、显示金额减去所买货物金额后，数码显示余额，可以一次多买，直到金额不足，灯L1亮提示余额不足。
3、过4秒后，如果没有再操作，则取物口灯亮，有余额则退币口灯亮。
4、如不买货物，按退币钮则退出全部金额、数码显示为零，退币口灯亮。
方向设计学生日志
时间
设计内容
2012/11/15
分析题目，理论设计
2012/11/16
编写自动售货机PLC程序，调试程序。
2012/11/20
学习分布式控制系统构成实验，组建了简单的水位控制系统演示工程
2012/11/25
查阅网上资料，学习MCGS组态软件。
2012/12/1
MCGS组态软件的界面设计
2012/12/5
组态的编写，主要是脚本程序的编写
2012/12/7
调试MCGS组态软件与外部设备，对自动售货机的远程控制。
2012/12/13
调试MCGS程序以及PLC程序，修改程序
2012/12/14
检查实验报告和实验数据，调试软件程序，确定作品能正常运行
自动售货机
摘要
本文介绍了通过MCGS设计自动售货机的整体过程，以及自动售货机基本原理和工作流程，然后以一次交易过程为例，全面介绍了从送货、配货、到消费的全过程。
具体说明了自动售货机的运行与作用。
利用MCGS组态软件模拟自动售货机简单易懂，对组态软件的学习，积累了宝贵经验。
关键词自动售货机；可编程序控制器；梯形图
Abstract
PLCcontrolthedesignofthevendingmachine
ThispaperdescribesthedesignoftheoverallprocessofthevendingmachinebyMCGS,aswellasthebasicprinciplesofvendingmachinesandworkprocesses,thentheprocessofatransaction,forexample,acomprehensiveintroductiontothewholeprocessfromthedelivery,distribution,toconsumption.Specifytheoperationandroleofthevendingmachine.MCGSconfigurationsoftwaretosimulatethevendingmachineiseasytounderstand,tolearnoftheconfigurationsoftware,andhasaccumulatedvaluableexperience.
Keywordsdispenser;vendingmachine;Ladder-shapedpicture
一、设计目的和意义
为了全面的复习，综合运用大学三年所学的基本理论、基础及专业知识，加强对控制系统的认识，提高学生综合运用所学知识与解决实际的问题的能力，为毕业设计做好一个基础铺垫，也为毕业后从事工程技术与科研工作奠定基础。
自动售货机是可完成无人自动售货机，集光、机、电一体化的商业自动化设备、自动售货机具有不受任何场地限制，方便快捷，可以24小时售货的优点。
针对自动售货机设计一套控制系统，具有性能可靠、电压使用范围及编程方便，维护方便。
自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所。
传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心，这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较差。
可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制盒通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它具有可靠性高、编程简单、维修方便灯优点，已在工业控制领域得到广泛应用。
自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施，要求他的结构必须可靠、稳定和执行效率高。
PLC的发展与计算机技术。
半导体技术。
控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了PLC的发展。
本次设计就在于结合PLC的种种优点；联系实际情况来弥补原来系统的不足，利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证了自动售货机能过长期稳定的运行。
目前自动售货机实现了商品需求化，性能多样化的发展，又由原来的只能出售有限的商品品种，转变为继百货公司，超级市场，便民店之后，以消费者与售货机“一对一”自动售货的无店铺销售状态。
同时在中国有着广阔的发展前景，从自动售货机的发展趋势来看，它的出现时由于劳动密集型的产业结构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再加之场地的局有限以及购物便利性等这些因素，无人自动售货逐渐普及到社会各个角落，也将成为城市现代文明程度的一种象征性标志。
二、控制要求
1、按下投币口按钮5角、1元、5元，数码显示投币金额为0.5、1.0、5.0。
2、显示金额减去所买货物金额后，数码显示余额，可以一次多买，直到金额不足，灯L1亮提示余额不足。
3、过4秒后，如果没有再操作，则取物口灯亮，有余额则退币口灯亮。
4、如不买货物，按退币钮则退出全部金额、数码显示为零，退币口灯亮。
三、设计方案论证
松下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具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。
本次设计要求我们模拟生活中数字运算操作电子装置，要具有使用性、稳定性和可靠性。
正好符合PLC要求。
梯形图是用的最多的PLC图形编程语言。
梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。
它与电器控制线路图相似。
继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。
本设计选用松下可编程控制器（PLC）FP0，PLC梯形图程序思路如图。
图3.1一次交易过程的状态分析
四、系统设计
4.1自动售货机的功能分析
1.自动售货机有3个投币孔，分别为5角、1元和5元。
2．售货共有4种饮料供选择，分别为纯水、可乐、牛奶和酸奶。
3．如投币总额超过销售价格，将可由退币钮找回余额。
4．投币总额或当前值显示在7段数码管上。
5．按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯亮，数码显示余额，也可以一次多买，直到金额不足，灯L1亮提示金额不足。
6.过4秒后，如果没有再操作，取物口灯亮，有余额则退币口灯亮
7.动作停止后按退币钮，可以退回余额。
4.2I/O地址定义表
此控制系统可采用自动工作方式，输入信号为可乐、纯水、牛奶、酸奶、5角、1元、5元钱币、退币按钮；输出信号为L1，取物口灯，退币灯，和两个七段数码管以及各个对的按钮显示灯。
I/O地址定义如表1所示。
表1自动售货机控制系统I/O地址定义表
输入点地址
功能
输出点地址
功能
X0
投入五角
Y0
七段数码管A0
X1
投入一元
Y1
七段数码管B0
X2
投入五元
Y2
七段数码管C0
X3
可乐选择
Y3
七段数码管D0
X4
纯水选择
Y4
取物口灯
X5
牛奶选择
Y5
退币口灯
X6
酸奶选择
Y20
七段数码管A1
X7
结束退币
Y21
七段数码管B1
Y22
七段数码管C1
Y23
七段数码管DD1
Y24
L1灯提示余额不足
4.3程序设计
程序开始R9013内部初置脉冲ON继电器初始化程序，同时退币按钮也实现程序结束退币并且初始化程序。
输入XO到X6实现内部加减计数，储存在WR3中的内部寄存器中，（DF）代表上升沿微分。
当检测到输入信号的上升沿时，仅将触点闭合一个扫描周期。
刚才X0~X6输入时，PLC内部开始出来金钱数据，完成显示二进制编码，送入到七段数码管中，并有七段数码管的译码器译码显示金额。
如果购买了货物4s后没有其他操作，取物口灯亮，有余额则比退币灯亮，如果余额不足，灯L1提示余额不足。
4.4上位机MCGS组态软件画面
4.4.1MCGS组态软件
MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，监视与控制通用系统）是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要将过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理融于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。
它是运行于MicrosoftWindowsXP/NT/2000的人机界面软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件使用方便，功能强大，性能优异，运行稳定，质量可靠[7]。
采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。
它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。
MCGS组态软件的整体结构：
MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。
两部分互相独立，又紧密相关。
MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。
用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。
MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。
在运行环境中完成对工程的控制工作。
MCGS工程的五大部分
MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。
主控窗口：
是工程的主窗口或主框架。
在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。
主要的组态操作包括：
定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。
设备窗口：
是连接和驱动外部设备的工作环境。
在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。
用户窗口：
本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：
生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。
实时数据库：
是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。
在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
运行策略：
本窗口主要完成工程运行流程的控制。
包括编写控制程序（if…then脚本程序），选用各种功能构件，如：
数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。
MCGS组态软件的工作方式
MCGS如何与设备进行通讯：
MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。
包括数据采集和发送设备指令。
设备驱动程序是由VB程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。
MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中各个部分，完成整个系统的通讯过程。
每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。
MCGS如何产生动画效果：
MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：
一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。
所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。
然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？
方法是：
图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。
当工业现场中测控对象的状态（如：
储油罐的液面高度等）发生变化时，通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性相关的变量，数值的变化，使图形的状态产生相应的变化（如大小变化）。
现场的数据是连续被采集进来的，这样就会产生逼真的动画效果（如储油罐的液面的升高和降低）。
用户也可编写程序来控制动画界面，以达到满意的效果。
MCGS如何实施远程多机监控：
MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络测控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。
同时，可利用MCGS提供的网络功能，在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。
分布式网络测控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。
MCGS把各种网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。
如何对工程运行流程实施有效控制：
MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。
MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。
所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。
本设计选用组态软件MCGS通用软件设计简易售货机组态画面。
4.2.2MCGS组态监控画面的制作
（1）售货机主画面
新建工程，工程名称为“简易售货机”。
新建画面，画面名称“自动售货机”。
售货机主画面下图所示，售货机表面由按钮、指示灯、文字、多边形图形、位图等组成。
画面是经过各种图形的堆叠，组合而成。
本设计中的自动售货机的画面是由四种饮料的选择按钮、四种饮料的指示灯、退币按钮和出货口和退币口组合而成。
图自动售货机主画面
在画面中，选择对象后，单击右键，在弹出的选项中选择“排列”，可以设置各单元图的层次。
（2）定义实时数据库，将MCGS组态软件的各个部分连接成有机的整体。
在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
（3）选择PLC系列和定义I/O设备
选择松下PLC系列，定义每个I/O设备口。
程序在实际运行中是通过I/O设备和PLC交换数据的，当程序在调试时，可以使用仿真I/O设备模拟下位机向画面程序提供数据，为画面程序的调试提供方便。
MCGS提供虚拟设备用来模拟实际设备向程序提供数据，供用户调试。
表2MCGS组态软件的通道连接及功能
通道
对应数据对象
通道类型
软件功能
01
五角
读写R0026
输入五角
02
一元
读写R0008
输入一元
03
五元
读写R000B
输入五元
04
可乐
读写R0009
可乐选择
05
纯水
读写R0004
纯水选择
06
牛奶
读写R0005
牛奶选择
07
酸奶
读写R0006
酸奶选择
08
退币
读写R0007
退币选择
09
A0
读写Y0000
七段数码管A0
10
B0
读写Y0001
七段数码管B0
11
C0
读写Y0002
七段数码管C0
12
D0
读写Y0003
七段数码管D0
13
取物口灯
读写Y0004
取物口灯
14
退币口灯
读写Y0005
退币口灯
15
A1
读写Y0020
七段数码管A1
16
B1
读写Y0021
七段数码管B1
17
C1
读写Y0022
七段数码管C1
18
D1
读写Y0023
七段数码管DD1
19
LI
读写Y0024
L1灯提示余额不足
（4）自动售货机画面的显示灯设置
本次设计的自动售货机的模块的按钮对应的灯实际是与按钮连接在一起的，并没有通过实际的数据传输。
所以在设计不需要用实际的通道，只需要与MCGS组态软件的程序完成。
如五角按钮的对应灯设置如图。
（5）七段数码段显示设置
自动售货机的硬件的七段数码管是接受PLC发送低位和高位的BCD码，并通过译码器来显示数字，可是MCGS组态软件上没有相应的译码器无法显示。
但可以通过调用组态软件MCGS内部数学运算来实现，也可以设置每位段来显示数字。
本次设计是通过设置每位段置1显示黄色来表示实际的数。
其中a段表达式为（A1=0andB1=0andC1=0andD1=0）or（A1=0andB1=1andC1=0andD1=0）or（A1=1andB1=1andC1=0andD1=0）or（A1=1andB1=0andC1=1andD1=0）or（A1=1andB1=1andC1=1andD1=0）or（A1=0andB1=0andC1=0andD1=1）or（A1=1andB1=0andC1=0andD1=1）。
设置图如下
（6）串口通讯父设备设置
设置串口通讯父设备的串口端口号、通讯波特率、数据位位数、停止位位数、数据校验方式和采集方式和PLC的通信端口一致，才能进行上位机的数据采集、监视和控制等功能。
五、设计结果及分析
售货机主画面
（1）单击投币口按钮（投币口对应灯闪动表示投币），数码管同时显示所投入的总钱数。
（2）投币完成后，若按下“可乐”、“纯水”、“牛奶”、“酸奶”按钮，对应指示灯闪烁一次。
4s秒钟货品从售货口自动售出（取物口灯亮），余额则退币口灯亮。
如果余额不足，灯L1亮提示余额不足。
（3）如果不买任何货物，按退币按钮退出全部金额、数码管为零，退币口灯亮。
（4）图5.1.1为售货机的主画面
此画面中，投入了五元的硬币，并且选择购买了可乐，自动售货机根据顾客的需求做出了反映。
可乐出现在售货口。
顾客仍可以选择点击退币按钮，自动售货机会自动识别客户要求，退出剩余货币。
图5.1.1售货机主画面
结束语
本设计完成后得出如下结论，可编程序逻辑控制器（PLC）可以实现逻辑判断、计时、计数等的功能，也可以实现数据传送、计算等的功能。
利用PLC控制的自动售货机会提高系统的稳定性，保证自动售货机能够更长时间的稳定运行。
MCGS组态软件能够建立更丰富的人际交互界面，而且有强大的通信功能和先进的报警以及报表功能。
本设计是基于组态软件的PLC控制自动售货机的系统。
系统实现了用PLC来控制自动售货机的投币、计算、出货和退币等功能，用组态软件实现了售货机运行状态的上位机监控系统的设计，自动生成报表，有利于管理人员了解收获情况等。
系统运行良好。
致谢
一个月的专业设计工作现已结束，非常感谢张老师在这段时期的指导。
初次接触专业论文，我真的很想好好地把它完成，为我以后的毕业设计打好一个良好的基础。
但事与愿违，由于我上一个月忙着考试，而把专业设计放到11月份来。
由于时间不是很够，进度不是很顺利。
幸亏张老师的帮助，给我详尽地讲解了课题题目以及论文所涉及的一些相关技术要领，指明了论文的设计核心，疏理清晰了我的设计思路，并介绍了很多与本设计相关的书籍，让我获益良多。
期间遇到的一些困难，金老师也耐心地为我讲解，并不时地给我建议。
在此，我再次衷心的感谢百忙中为我所付出宝贵时间和精力的张老师。
我也要感谢我的同学在我设计期间给我生活上和学习上的帮助。
同时，我也要感谢我的舍友在此期间对我的包容和体谅，我知道在设计期间我有时会因设计上的受阻而闷闷不乐，影响了大家，在此，容我真诚地对大家说声对不起。
参考文献（递增引用，引用相关内容）
1程周《可编程序控制器原理与应用》北京：
高等教育出版社，2003年
2王永华《现代电气控制及PLC应用技术.》北京：
北京航空航天大学出版社，2000
3周美兰，周封，忘岳宇《PLC电气控制与组态设计》北京：
科学出版社，2003
4吴建强，姜三勇《可编程控制器原理及应用》哈尔滨工业大学出版社，2000
5吴中俊，黄永红《可编程序控制器原理及应用》北京：
机械工业出版社，2003
6张万忠，刘明芹《电器与PLC控制技术》北京：
化学工业出版社。
2003
7王兆义《可编程序控制器教程》北京：
机械工业出版社，2001
8.练伟新基于PLC自动售货机电控系统改造《电气时代》2006年
9.钱林利PLC控制系统运行扰动的分析与探讨《信息科学》2006年
10.李振胜在工业自动化生产过程中PLC控制系统的设计方法《工业仪表与自动化装置》2007年
11.史国生《电气控制与可编程控制器技术》2版北京：
化工工业出版社2005年
12.Babb.PLCusersgetsomenewpackagingoptions.ControlEngineering.V41（3）,Mar1994
附录（程序、电路图等）
基于MCGS组态软件自动售货机PLC程序
基于MCGS组态软件自动售货机图形界面
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