基于PLC自动售货机系统设计Word文档格式.docx
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3.5数据连接……………………………………………………………………………………..24
4结论……………………………………………………………………………………….........31
致谢………………………………………………………………………………………………32
参考文献………………………………………………………………………………………...33
1绪论
随着社会的不断发展,科学技术的不断进步,人们已经对越来越多的事物不是进行手动操作,而是进行人工智能控制。
电器控制技术随着发展起来了,他是科学技术的不断发展和生产工艺不断的提出新的要求的产物。
在控制方法上,主要是从手动到自动控制的过程。
在控制功能上,是从简单的控制设备到复杂的控制系统。
在操作上,由笨重到轻巧。
在控制原理上,从有触点的继电接触式控制系统到计算机为核心的“软”控制系统。
随着新的电器元件的不断出现和计算机技术的发展,点测量等许多先进科学技术成果,并得到飞速的发展。
现在PLC和CAD/CAM以及Robot组成了当代工业自动华应用技术领域的三大支柱。
通过学习PLC,为加快培养一大批数量充足,机构合理,素质优良的技术技能型,复合型和知识技能型人才,为“中国制造”制造千万能工巧匠作出准备
1.1自动售货机的基本功能
在进行上、下位机程序编写之前,首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。
在实际生活中,我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品,如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。
售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算,并根据货币数值判断是否能够购买某种商品,并作出相应的反应。
举一个简单的例子来说明,例如:
售货机中有8中商品,其中01号商品(代表第一种商品)价格为2.60元,02商品为3.50元,其余类推。
现投入1个1元硬币,当投入的货币超过01商品的价格时,01商品的选择按钮处应有变化,提示可以购买,其他商品同比。
当按下选择01商品的价格时,售货机进行减法运算,从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机,提取01号商品到出货口。
此时售货机继续进行等待外部命令,如继续交易,则同上,如果此时不再购买而按下退币按钮,售货机则要进行退币操作,退回相应的货币,并在程序中清零,完成此次交易。
由此看来,售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算,这是它的内部功能。
还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。
自动售货机的工作流程图如图1所示。
图1自动售货机工作流程图
2PLC系统设计
2.1可编程序控制系统设计的基本原则
2.1.1控制系统设计原则
任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。
因此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则:
(1)最大限度地满足被控对象的控制对象。
设计前,应深入现场进行调查研究,收集资料,并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合,共同拟订电气控制方案,协同解决设计中出现的各种问题。
(2)在满足控制系统要求的前提下,力求使控制系统简单、经济,使用及维修方便。
(3)保证控制系统的安全、可靠。
(4)考虑到生产的发展和工艺和改进,在选择PLC容量时,应适当留有裕量。
2.1.2控制系统设计的基本内容
PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的,因此,PLC控制系统设计的基本内容应包括:
(1)用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。
这些设备属于一般的电气元件,其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。
(2)PLC的选择。
PLC是PLC控制系统的核心部件,正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。
选择PLC,应包括机型选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。
(3)分配I/O点,绘制I/O连接图。
(4)设计控制程序。
包括设计梯形图、语句表(即程序清单)和控制系统流程图。
控制系统程序是控制整个系统工作的软件,是保证系统工作安全、可靠的关键。
因此,控制程序饿设计必须经过反复调试、修改,直到满足要求为止。
(5)必要时还需设计控制台
(6)编制控制系统的技术文件。
2.1.3控制系统设计的一般步骤
(1)根据生产的工艺过程分析控制要求。
(2)根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备,据此确定PLC的I/O点数。
(3)选择PLC系统。
(4)分配PLC饿I/O点,设计I/O连接图。
(5)进行PLC程序设计,同时可进行控制太的设计和现场施工。
2.1.4程序设计的步骤
(1)对于较复杂的控制系统,需绘制系统控制流程土,用以清楚地表明动作的顺序和条件。
(2)设计梯形图。
这程序设计的关键一步,也是比较困难的一步。
(3)根据梯形图编制程序清单。
(4)用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中,并检查输入的程序是否正确。
(5)对程序进行调试和修改,直到满足要求为止。
(6)待控制台及现场施工完成后,就可以进行联机调试。
若未满足要求,再从新修改程序或检查接线,直到满足为止。
(7)编写技术文件。
(8)交付使用。
控制系统设计步骤流程图如图2所示。
图2PLC控制系统设计步骤
3自动售货机PLC程序设计
3.1仿真实验系统中售货机的分析
由于售货机的全部功能时在上位机上模拟的,所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟替代的。
如钱币识别系统可以用按压某个“仿真对象”输出一个脉冲直接给PLC发布命令,而传动系统也是由计算机来直接模拟的,这些并不会影响实际程序的操作,完全能模拟现实中自动售货机的运行。
(1)试验状态假设
由于是在计算机上模拟运行,试验中有一些区别于实际情况的假设,本试验中假设:
1)自动售货机只售8种商品。
2)自动售货机可识别10元、5元、1元、5角、1角硬币。
3)自动售货机可退币10元、5元、1元、5角、1角硬币。
4)自动售货机有液晶显示功能。
5)实验中售货机忽略了各种故障以及缺货等因素。
(2)一次交易过程分析
为了方便分析,我们以一次交易过程为例。
1)初始状态。
由电子标签显示各商品价格,显示屏显示友好界面,此时不能购买任何商品。
2)投币状态。
按下投币按钮,显示投币框,按下所投币值显示屏显示投入、消费、余额数值,当所投币值超过商品价格时,相应价格选择按钮发生变化,提示可以购买。
3)购买状态。
按下可以购买的选择按钮,所选的商品出现在出货框中,同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。
取走商品后出货框消失。
4)退币按钮。
按下退币按钮,显示退币框,同时显示出应退币值及数量。
按下确认钮,则恢复初始状态。
到此为止,自动售货机的一个完整工作过程结束。
3.2设计任务的确定
在清楚自动售货机运行工作过程的基础上,制定出设计方案,确定任务的目标,以设计出合理的仿真系统。
首先,应该做上位机与下位机的任务分工:
上位机主要用来完成仿真界面的制作过程,而下位机则主要用来完成PLC程序的编写。
其次,要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集。
例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观,必要时可以借助一些宣传图片来设计自动售货机的外型;
在进行PLC程序的编写时需要先分配PLC的I/O点,确定上、下位机的接口。
然后,分别对上、下位机分别进行设计工作。
最后,进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作,经调试后完成整个系统的设计
另外,上位机与下位机的设计工作是密切配合的。
它们无论在通信中使用的变量,还是在仿真中控制的对象都应该是一致的。
总体上讲,仿真界面是被控对象,利用PLC来控制这个仿真的自动售货机,仿真的自动售货机接受PLC的控制指令并完成相应的动作;
另一方面,仿真界面中的仿真自动售货机的运行,都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。
这是整个仿真系统内部各大部件之间的内在关系。
我主要是对自动售货机中的下位机,也就是主要是对PLC在其中的程序进行设计。
仿真程序只做了解,虽然只做了解,但是也将在下面有所介绍。
清楚了仿真实验的整体设计思路,下面就可以开始着手设计了。
3.3程序设计部分
这部分内容是整个系统设计的主体部分。
所要完成的任务是仿真系统的上位机与下位机的程序设计,即在上述功能分析的基础上,有针对性地进行设计。
3.3.1程序设计说明
下位机程序的编制则是利用松下PLC专用编程软件FPWIN-GR完成的。
在设计的过程中,就像上面所叙述的那样,并非孤立地分别进行上位机和下位机的设计工作,而是互相配合的。
因此在以下的详细设计过程中,并没有将上位机的设计与下位机的设计整体分开来写,而是相互交替,同时尽量清晰地叙述,在相应的设计部分中注明是上位机的设计还是下位机的设计。
3.3.2PLC程序设计
可以把一次交易过程分为几个程序块:
运行初期电子标签价格的内部传递;
投币过程;
价格比较过程;
选择商品过程;
退币过程。
(1)运行初期电子标签价格的内部传递程序的设计仿真系统运行初期,要由PLC向仿真画面相应对象传递已经存储好的价格,还要给投入显示、消费显示及余额显示存储器清零,同时也要给存储退币币值的存储器清零。
程序编制过程中,要用到运行初期闭合继电器R9013、16位数据传送指令FO,同时在上位机ForceControl中,必须定义相应的变量,来实现与PLC程序的对接。
所定义的变量如表1所示。
表1初始状态变量表
说明
上位机ForceControl变量
对应PLC地址
投入显示
POITR001.PV
WR1
消费显示
POITR002.PV
WR2
余额显示
POITR003.PV
WR3
01商品价格
JG01.PV
WR4
02商品价格
JG02.PV
WR5
03商品价格
JG03.PV
WR6
04商品价格
JG04.PV
WR7
05商品价格
JG05.PV
WR8
06商品价格
JG06.PV
WR9
07商品价格
JG07.PV
WR10
08商品价格
JG08.PV
WR11
退币10元
TB$100.PV
SV0
退币5元
TB$50.PV
SV1
退币1元
TB$10.PV
SV2
退币5角
TB$5.PV
SV3
退币1角
TB$1.PV
SV4
根据表1编制PLC程序如图3所示。
R9013
F0MV,K0,WR1
F0MV,K0,WR2
F0MV,K250,WR3
F0MV,K170,WR4
F0MV,K180,WR5
F0MV,K150,WR6
F0MV,K1200,WR7
F0MV,K320,WR8
F0MV,K300,WR9
F0MV,K230,WR10
F0MV,K0,WR11
F0MV,K0,WR12
F0MV,K0,WR13
F0MV,K0,WR14
F0MV,K0,WR15
F0MV,K0,WR16
F0MV,K0,WR17
F0MV,K0,WR18
F0MV,K0,WR19
F0MV,K0,WR20
F0MV,K0,SV0
……,……,……
图3运行初期电子标签价格的内部传递程序
在梯形图程序图3中,系统初始化时,通过运行初期闭合继电器R9013在第一次扫描时将数值传递给上位机。
给WR1-WR11及SV0-SV4赋初值,赋值功能通过高级指令FO实现。
至于为什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20,在以后的程序中将介绍它们的作用。
(2)投币过程
在投币的过程中,每投下一枚硬币,投入显示将增加相应的币值,余额也增加同样币制。
先建立变量表,在编写程序。
变量表如表2所示。
对应的梯形图程序如图4所示。
表2投币过程变量表
投入1角
TR$1.PV
R200
投入5角
TR$5.PV
R201
投入1元
TR$10PV
R202
投入5元
TR$50.PV
R203
投入10元
TR$100PV
R204
在图中,当按下投入1角时,相当于让R200接通,之所以用一个微分指令,就是要只在接通时检测一次,不能永远加下去。
投入1角要投入显示、余额显示都相应增加相同数值,加法是由16位加法指令E20来实现的。
投入5角、1元、5元、10元,原理同上。
(3)价格比较过程
价格的比较要贯穿实验过程的始终,只要余额大于某种商品价格时,就需要输出一个信号,
R200
DF1
1F20+,K10,WR1
F20+,K10,WR3
R201
DF1
R202
R203
R204
图4投币过程梯形图
提示可以购买。
这里只要选择灯来代表此信号。
所建立的变量表如表3所示。
表3价格比较过程变量表
01商品灯亮
D01.PV
Y1
02商品灯亮
D02.PV
Y2
03商品灯亮
D03.PV
Y3
04商品灯亮
D04.PV
Y4
05商品灯亮
D05.PV
Y5
06商品灯亮
D06.PV
Y6
07商品灯亮
D07.PV
Y7
08商品灯亮
D08.PV
Y8
根据变量表和控制要求编写的程序如图5所示。
在梯形图8中,为了实现数据的实时比较,用了一个特殊内部继电器R9010,在程序执行过程中,R9010始终保持闭合,F60是16位数据比较指令,用它来比较余额和商品的价格,R900A是大于价格,R900B是等于标志。
当余额大于等于某种商品价格时,程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。
R9010
F60CMP,WR3,WR4
R900AY0
R900B
F60CMP,WR3,WR5
R900AY1
R900B
F60CMP,WR3,WR6
R900AY2
F60CMP,WR3,WR7
R900A
Y3
F60CMP,WR3,WR8
R900AY4
F60CMP,WR3,WR9
R900AY5
R900B
图5价格比较过程梯形图
(4)选择商品过程
当投入的币值可以购买某种商品时,按下相应的“选择”按纽即可在出货框中出现该种商品,同时消费显示栏中显示出已经消费掉的金额,余额也将扣除已消费的币值,接着余额继续与价格相比较,判断是否能继续购买。
出现在出货口的商品在没有取走前,一直保持显示状态,用鼠标点击该商品代表已经取走,出货口中的商品隐藏。
建立的变量表如表4所示。
对应的梯形图程序如图6所示。
表4选择商品过程变量表
选择01商品
XZ01.PV
R205
选择02商品
XZ02.PV
R206
选择03商品
XZ03.PV
R207
选择04商品
XZ04.PV
R208
选择05商品
XZ05.PV
R209
选择06商品
XZ06.PV
R20A
选择07商品
XZ07.PV
R20B
选择08商品
XZ08.PV
R20C
01商品出现
CX01.PV
02商品出现
CX02.PV
Y9
03商品出现
CX03.PV
YA
04商品出现
CX04.PV
YB
05商品出现
CX05.PV
YC
06商品出现
CX06.PV
YD
07商品出现
CX07.PV
YE
08商品出现
CX08.PV
YF
取01商品
Q01.PV
R230
取02商品
Q02.PV
R231
取03商品
Q03.PV
R232
取04商品
Q04.PV
R233
取05商品
Q05.PV
R234
取06商品
Q06.PV
R235
取07商品
Q07.PV
R236
取08商品
Q08.PV
R237
在梯形图6中,一是要使商品出现在出货框中,二是要实现内部货币的运算。
以第一步为例,按下选择01商品键,相当于给R205加一个信号(只接受一次脉冲,所以用DF微分指令),当YO接通(01商品灯亮)时,则系统显示可以购买01商品。
由于取01商品R230是常闭触点,故Y8输出,代表在出货框中出现01商品,购买成功。
当按下取01商品按钮时,R230断开,不能输出Y8,代表01商品被取走。
内部币值的计算和是否取走商品无关,只要按下选择按钮,并且可以购买此商品就要从余额中扣除相应的金额,显示消费的币值。
加法由F20指令实现,减法由F25实现。
R205Y0R230Y8
DF
Y8
R205Y0
1F25-,WR4,WR3
F20+,WR4,WR2
R206Y1R231Y9
DF
Y9
R206Y1
1F25-,WR5,WR3
F20+,WR5,WR2
R207Y2R232YA
YA
R207Y2
1F25-,WR6,WR3
F20+,WR6,WR2
R208Y3R233YB
YB
R208Y3
1F25-,WR7,WR3
F20+,WR7,WR2
R209Y4R234YC
YC
R209Y4
1F25-,WR8,WR3
F20+,WR8,WR2
R20AY5R235YD
YD
R20AY5
1F25-,WR9,WR3
F20+,WR9,WR2
R20BY6R236YE
YE
R20BY6
1F25-,WR10,WR3
F20+,WR10,WR2
R20CY7R237YF
YF
R20CY7
1F25-,WR11,WR3
F20+,WR11,WR2
图6选择商品梯形图
(5)退币过程
在退币过程中,最主要的是完成退币的运算过程,根据结果输出相应的钱币,退币结束时还要使用到的某些寄存器重新赋零。
所建立的变量如表5所示。
对应的梯形图程序如图7所示。
表5退币过程变量表
上位机EorceControl
退币按钮
TENTER
R20F
S
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