基于PLC的自动售货机设计-毕业论文

本 科 毕 业 论 文（设 计）题目（中文）基于PLC 的自动售货机系统设计（英文）The design of vending machine system based on PLC学院 年级专业 学生姓名 学号 指导教师 完 成 日 期XX 年 XX 月XX 大学本科毕业论文（设计） 诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目基于 PLC 的自动售货机系统设计 是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文（设计） 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的法律责任。作者签名：日期：年月日I摘要本设计在西门子S7-200 系列PLC 基础上设计出来的自动售货机控制系统。下面文章将介绍自动售货机的起源，出生以及之后的发展，简述了它在国内和国外发展的现状。对常见自动售货机的设计方案进行了 PLC 的描述，简介了 PLC 的硬件基本的组成、性能特点以及其工作原理。同时含有以西门子S7-200 系列为基础的 PLC 构成的自动贩卖机系统的整个设计过程和思路的叙述。现在把一次交易过程作为例子，可以先将几个程序块组合起来成为交易过程，再分别对每个程序块进行设计。首先确认收到了货币的情况下，依靠顾客主动按下各控制按钮来输入信号使所对应的控制器启动按钮控制的机械装置最后完成所规定动作，将货物售卖。且当顾客按下与所需货品相对应的按钮时， 数码显示管上需要显示出该货品的价格，之后顾客需要将对应的硬币投入投币口，数码显示管同时显示出所投币额。当按下确认键，则系统将对投入的货币与商品价格两者进行比较。计较的结果如果是投入的货币大于商品的价格那么在售出货物的同时进行余款的找零计算，余款也会数码管上显示出来。如果两者币的相等，则直接送出商品。与当投入的币额不足时的情况下将无操作。以此完成一次交易。关键字：PLC；顺序功能图；梯形图；I/O 点的分配VAbstractVending machine controlsystem design in the design SiemensS7-200series based on PLC. This article will introduce the origin of the vending machine, anafterthe birth development, discusses its status in thedomestic and foreign developmednt. Design ofvending machine for the description of PLC, introduces the PLC hardware basic composition, characteristics and its working principle. At the same time with the whole design process and thought of vending machine system to Siemens S7-200 series based PLC consists of narrative.Now take a transaction process as an example, can be combined into several blocks thetransaction process, then each block design. We acknowledge receipt of the money,depending on the controller active customer press the control button to input signal to thecorresponding to the start button control mechanism at the end of the completion of the required action, the sale of goods. And when the customer presses the corresponding to the desired item button, digital display tube needs to show that the price of the goods, thenthe customer will need to correspond to the coins in the slot, the digital display tube anddisplay the amount of coin. When you press the Enter key, the system will put on thecurrency and commodityIXprice comparison. Regardless of the results if the input is greater than the money commodity prices then the balance at the same time to sell off the goodschange calculation, the balance will be displayed on the digital tube. If the two currencies are equal, then send goods directly. And when the amount of money invested is less thanthe case without operation. In order to complete a transaction.Keywords: PLC; sequential function chart; ladder diagram; distribution of I/O points目录上海师范大学本科毕业论文（设计）诚信声明I上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表II上海师范大学本科毕业论文（设计）指导记录表中文摘要及关键词英文摘要及关键词VI1 绪论11.1 自动售货机设计目的和意义11.2 自动售货机的发展历史和前景21.3 自动售货机的 PLC 控制设计原理31.4 自动售货机设计的基本方法42 PLC 的概述52.1 PLC 的定义52.2 PLC 的简介52.3 PLC 的工作原理62.4 PLC 的工作过程及过程图72.5 PLC 的循环扫描工作92.6 PLC 的编程语言1012.7 PLC 的硬件组成113 自动售货机 PLC 控制（系统）设计133.1 自动售货机控制系统设计原则133.2 自动售货机设计的基本思路133.3 硬件电路组成及设计143.3.1 常见自动售货机的观察及示意图143.3.2 自动售货机硬件设计163.4 软件设计任务的确定173.4.1 系统软件设计部分173.4.2 PLC 各 I/O 地址分配193.4.3 接线图213.4.4 自动售货机设计的梯形图23结论31参考文献321 绪论自动售货机是能根据顾客投入的一定数额的货币来完成人机间自动买卖的机械设备。自动售货机是商业活动减少人工参与自动化的代表设备， 其固有跨时代的意义。它不受限制于时间、地点远近，运输对外界环境的要求较低，还能节省人力资源、整个交易流程很简便。同时它可以出售的商品各种各样无很大的限制。从饮料、零食、香烟、糖果、牙刷、方便面等等。广义上说，手机，信用卡，二维码的背后就是销售产品的新的方法， 也是自动售货机的未来的方向。狭义的讲，自动售货机可以很大程度上的弥补某些人工人力不足的地方，这是完全跟随现代全新消费环境和消费理念和模式的改变，而且是全天 24 小时的自助系统无需过多分散商家的精力。需要的资本少，面积小，购买的自主性，解决人工费上涨问题等优点。所以近年来自动售货机在全球范围内得到大力的推广，广受好评。下面就较为精细地介绍一份以 PLC 完成自动售货机软件设计的方案。1.1 自动售货机设计目的和意义现如今，基于文明的发展以至于传统消费即将被淘汰，以及消费模式和销售环境的改变，也必将要出现新的销售模式；此外面对整体生活的节奏越来越快，人们也就越来越看重时间的价值，因此雇佣人工的花费也在不断升高；再加上一块场地的开发饱和买卖追求便利性，快速性等原因。伴随着现代各种高科技的出现发展和社会的整体进步, 商业机械设备的自动化更加被人们所接受也就有了更加宽阔的存在空间，有需求就有存在的价值。自动商业售卖设备作为商业自动化装置的前沿代表作品被广泛应用于各类地点公园，大型购物中心，火车站头等等。综上所述自动售货机的发展已经处于一个转折点，正呈现出一个迅速扩张的现象。通过自动售货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的购买习惯，快捷方便的购物方式既能满足人们在当今科技迅速发展的现代社会追求高品质生活的需要又能满足能源紧缺这一现状去节省能源。且自动售货机的附属功能很强打，9比如国外正在尝试带 wifi 的自动售货机，带导航定位的自动售货机等等， 都将进一步提升生活质量。1.2 自动售货机的发展历史和前景起源与发展：自动商业售货机的起源源头可以追溯到那远古的埃及。自动贩卖机的起源是大概在公元前 215 年左右，地点是安装在埃及寺，设备是用来售卖“神圣的水（圣水）”。人都是存在惰性的所以生活中是越方便越好。于是自动贩卖机的首个登场是在 20 世纪 60 年代的西欧。在那个时候在美国的地下轨道交通里， 人们花费 1 美分，可以冲自动售卖机买一块当时最火热的口香糖。真正开发了饮料的自动贩卖机是日本，当时的日本在接受第二次世界大战战败后，国内经济正刚刚恢复兴盛的 1957 年。当时和美国类似，不过贩卖的是饮料每当顾客往自动售货机投入 10 日元，杯子就会被注入一剂量的果汁。机械的从上部安装关注的喷水装置，这个自动贩卖机“喷水型果汁自贩机”，它爆炸性喷出果汁。那个喷水型果汁自贩机消费方式新奇，先锋的购买方法，后日本的自动贩卖机的高度普及起了重大作用。接下来登场的是可乐的自动贩卖机。之后美国一家大型商业公司即可乐公司在 1960 年代中期按照商业策略正式进入日本，同时推出用铁罐头承装饮料的自动售卖机。出人意料的自动售卖机的受到广泛的欢迎也就带动了可乐的销量， 为惊人可乐之后巨大市场做出了极为重要的贡献。此外，美国公司优秀的自动售卖机市场布局，设备设计技术等也同时提升日本国内的自动话商业装置的发展，造成了很深远的影响。1962 年，作为流通革命的使者，自动销售机的帷幕。最初是塑料瓶饮料自贩机。1967 年，在 100 日元以下的货币单位改变了一切硬币从而促进， 自动贩卖机产业的发展，直至今天这个发展。售货机的前景：供应的相同的外界条件下，一个自动售货机机可以充分弥补人工人力方面的短缺，淘汰过去陈旧腐朽的消费习惯和消费模式。也正符合全新消费环境和消费思想的转变。自动售货系统可以连续不断地工作，交易便捷， 所需要的操作少，占地面积小，对外界要求不高，美丽的外观随时随地吸引人们的购买欲望。因此既能解决劳动力成本上升的问题又能带来客观的销售量。自动贩卖机行业走向信息和更合理化。例如，在线模式的实施，通过电话线的自动贩卖机内的库存信息和电脑操作时立即传输，从而确保货物交付货物，补充和选定的顺利进行。另外，防止地球温暖化为了拯救，自动贩卖机的能源开发工作，以省能源的清凉饮料的自动贩卖机业界为主要方向。比如夏季用电高峰，这个类型的自动贩卖机保持耗电低水平，维持电力这块得节约。从二十一世纪以来，自动贩卖机更节约资源，能源和网络通信化发展。1.3 自动售货机的 PLC 控制设计原理众所周知自动售货机是一部以自动化来实现商业活动的机器其最终目的是完成销售货品。在已经接收到硬币已被投入传感器的信号下，客户依靠按下控制按扭来完成不同货品信号的输入使对应控制器来进行通断。相关位置机械装置完成动作，最后把顾客所选的货品售出。（1） 客户将硬币投入投币口，货币识别器识别所投的硬币面额；（2） 控制器以金额进行比较通过货品按键指示灯的明暗信号告诉顾客是否可以购买本商品，由客户进行选择想要购买哪个商品；（3） 通过客户按下所选商品的按钮传递信号给 PLC 系统以此来通断组件并且使得相应组件动作把客户选择的货品送达到取物口；（4） 假如之前所投的货币在第一次交易后还有多出的钱款，可以进行第二次交易。或者在 15 秒之内，自动售货机将自动退出余款，当然客户也可以自行通过旋转退币旋钮，来取出剩下的钱款。（5） 从退币口取出所余款结束此次交易。初始状态投币状态购买状态是否剩余退币状态图 1-3 自动售货机流程图1.4 自动售货机设计的基本方法由于本次所设计的课题是自动售卖机控制，大部分的控制是应用西门子 S7-200 型 PLC 的梯形图来设计并且来达到控制的目的的。因此简单介绍与其相互穿插的一些知识，如：PLC 的大概定义、PLC 所用到的编程语言、PLC 由哪些硬件组成等。同时要按照设计的功能内容和控制的要求画出顺序功能图和梯形图， 再根据 PLC 的相关标准来画出其接线图，结合程序梯形图和外部的接线图， 分析简述该设计的控制原理步骤。2 PLC 的概述2.1 PLC 的定义PLC 是一种产品，但这种产品具有不一样的地方。比如缺少程序员编制的控制程序的话，它无法实现任何控制功能，换句话说，假如没有对应的编写程序的 PLC 是无法发挥作用的。其实 PLC 实际上是专为大规模设备使用的通用控制平台，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的 IO 接口。它必须进行专业程序员的二次 编写研发才能完成达成控制目的，因此，它还要求具备程序编辑/调试软件的配合工作。PLC 在微电子技术的基础上，不仅结合了现代自动化应用控制技术还有计算机控制应用技术和通信应用技术，日益被开发出来的一套用于自动化设备控制的技术。当然其在和一些传统继电器组成的控制系统相比时它的体积更小，而且修理维护操作更加便捷，抗信号干扰能力很强，所以更为可靠方便。此外同时支持在线更改程序，而且 PLC 所需编程呈现方便，通用性很强，功能相较下更完善由此可以缩短设计、施工、调试的周期。除此之外 PLC 的价格低廉，在工业领域处于举重若轻的低位。它采用程序员的存储器存储程序内部逻辑运算，执行数电的同步异步时序控制，计时器以及定时器， 计数和数学操作等等由程序员编写的指令来完成数字以及模拟输入/输出信号来实现控制不同功能，类型的机械和生产过程。2.2 PLC 的简介PLC 是一般是采用程序自带的内存，在其内部进行相关的逻辑运算， 同步时序控制异步时序控制，以及定时器/计数和算术指令运算等等功能命令最后靠模拟式的输入与输出部分，实现型号各异的机械设备运作和生产过程。传统的接力控制系统主要有以下两个缺点存在，信赖性差，故障排除困难，那是，接触控制，所以触点磨损和断裂等损坏的情况是难对应处理；二是柔软性差，全体的成本很高。接力本身并不高，但控制柜内的安装，连接工作，技术的变化相应变更更复杂。所以，适应市场需求的变化时，PLC 出生了。当 PLC 的计算机控制技术和传统的流水线，皮带运输等等工业硬件控制技术相结合时，它能够避免继电器接触控制系统里的机械硬件的复杂交错的连接的，个个点之间关联性交差的问题，消耗电量高， 通用性不够有所局限以及灵活性不好的缺点。PLC 便是充分发挥了微型处理器的优越性，还可以方便到现场修理维人员的操作和电的使用方式。此外尤其是 PLC 的编程，不像基于 PC 的软件编程需要具备深入了解专业计算机编程语言知识例如 java,c#,c+等等，而是采用了一套类似梯形图的基础简单的框图加上相应的指令命令，便可以让用户实现编程控制，对模块分的较为细，方便检查，十分直观。2.3 PLC 的工作原理当 PLC 投入运行后，PLC 整个工作过程一般情况下包括了三个阶段， 分别为输入信号的抽样（既是信号在时间上的离散化）、预先程序员的编程的执行以及输出刷新状态更新状态这三个步骤。如果 PLC 完整的完成一次这三个步骤，那么我们称之为完成一个扫描周期。从 PLC 开始工作到最终停止工作，这段期间 PLC 的 CPU 一直以一定的扫描速度重复地进行一个个扫描周期每当 PLC 由于触发进行一个状态扫描时，便会集中进行输入信号的抽样采集，集中在对输出信号的进行更新。大概的说首先进入刷新输入信号的采集过程，然后关断输入端口这是无法采样输入信号，程序也就不受之后动作的干扰，开始执行预先编制的程序，输入端有新状态，新状态不能被读入。有且仅当 PLC 接收到进行下一次扫描信号时，之后的输入状态才可以被读入而完成下一次的程序执行。这是各个元件寄存器所存的状态模拟量是会通过执行所编写的程序的一次次执行而进行改变的。扫描周期的长短由以下三条决定。（1） CPU 在执行指令时的速度（2） 指令其本身所需要花费的时间（3） 指令的条数，目前 PLC 扫描速度基本都很迅速。此外由于 PLC 技术特点即要集中采样和集中输出的工作模式，所以存在一个滞后的现象，我们将其称为输入/输出响应延迟。总结的来说将 PLC 看作一个系统，外界输入的各种通断信号或模拟信号均为输入模拟量，模拟量被 输入到 PLC 内部的数据寄存器中，而后按用户程序要求进行逻辑运算或数据处理，最后以输出到输出接口，从而控制控制设备和机械外设。2.4 PLC 的工作过程及过程图（1） 首先处于在 PLC 内存内部处理的步骤，在此步骤时，PLC 必须查看 CPU 各个硬件组件是否工作正常，同时复位计时器，定时器，其他一些内部的工作也会在这个阶段完成将其称为 CPU 自诊断。（2） 接下来是连接服务阶段，PLC 与不同功能模块进行接通、响应编程器键入的命令，更新数码管或者显示屏的所展示的内容等。如果 PLC 正处于停状态，那则只需要处理内容和通信操作。（3） 接下来便是扫描周期的步骤即输入采集阶段，输入采集也叫输入抽样。在此阶段依次按照规定的先后读取所有输入端口的通断状态以模拟量表示，同时将所采样获取的信息储存输入映象寄存器中，这时输入印象器的内容被替换成这次采集的内容。（4） 当处于程序处理阶段，和其他编程一样从上至下的，从左到右的规定，对所编程的梯形图程序进行一条条指令的扫描，同时和已经更新内容的输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算，这个运算结果分别储存到相对应的映像寄存器中。如果遇到程序 JMP 指令，则先判断跳转条件的是否再来确定程序的下一步跳转地址。（5） 最后的便是输出刷新步骤，之前的所有程序按流程执行完毕后， 把每个输出映象寄存器中个个端点的最新状态，统统转存到输出锁存器中， 由外部驱动实现动作完成负载。开始上电初始化内部读取输入通讯请求时钟，寄存器更新NCPU 运行Y执行程序输出刷新执行自诊断检查YPLC 正常工作N存放自诊断结果N执行有误？YCPU 强制停止图 2-4 PLC 工作过程图2.5 PLC 的循环扫描工作这里详细介绍循环扫描工作。每当 PLC 处理一个新的程序，CPU 都由第一条用户指令开始执行，然后按着指令的顺序去做周期性的循环扫描。若此程序中无跳转指令，则会从由上至下的顺序开始逐个执行程序员编写的程序，除非遇上最终结束符后才会重新返回第一条指令，便照此反复地不停循环执行，我们将这每一个循环都被称为扫描周期。PLC 的扫描全过程下图所示。（1） 输入刷新阶段CPU 将扫描全部的输入端口，将其状态读出并写入输入状态寄存器。这个动作完成了就关闭输入端口，开始进行程序执行。（2） 程序执行阶段根据程序员提前输入的控制程序，将会从首跳指令开始按序号执行， 将个个输入寄存器里的运算结果分别更新到与其对应的内部辅助寄存器或者输出状态寄存器。（3） 输出刷新阶段执行完所有指令，把输出状态寄存器中储存的结果，送到输出锁存电路，通过输出电路来驱动外部硬件去相应执行组件工作，于是完成 PLC 的系统功能。PLC 的扫描全过程：用户输出设备输出锁存器程序执行用户输入设备输入锁存器 输入映像寄存器输出映像寄存器输入刷新程序执行输出刷新一个扫描周期图 2-5 循环扫描过程图2.6 PLC 的编程语言PLC 给用户提供了各种完善的编程语言来实现不同编制用户的要求。它所提供的程序语言基本有以下 5 种：梯形图（LAD）、语句表（STL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构文本（ST）。2.7 PLC 的硬件组成简单介绍下 PLC 的硬件组成，主要包括了下面几个部分，分别为中19央微型处理器（即 CPU）、内部寄存器内部存储器、输入单元（即由输入端口组成）、输出单元（即由输出端口组成）、与计算机相连的通信接口（用于接上位机或者打印机等等）、扩展接口以及电源等。在这些部件当中，最为重要的部分便是 PLC 的 CPU，同时不同的CPU 芯片也会带来不同功能实现不一样的控制。则输入单元和输出单元两个模块可以理解为把工业现场输入设备或者输出机械设备与CPU 相连接起来的接口电路他们由许多个端口组成。除此之外的通信接口主要的工作职责是与程序员的编程计算机、上位计算机等等程序外设的连接。我们把将绝大部分组件和部件都涵括在一个机械外壳内的称之为整体式 PLC；反之，将那个吧不同部件和组件分类并且独立封装成一个个不同模块的，用电路总线将部件与部件相互连接的最终安装在机械设备的 PLC 我们称之为模块式 PLC。其组成框图如下图所示。电源微 处 理 器（CPU） 运算器存储器输出端口扩展单元输出单元扩展接口输入单元通信单元输入端口编程器图 2-7 PLC 硬件构成图3 自动售货机PLC 控制（系统）设计3.1 自动售货机控制系统设计原则设计完成电气控制系统都是为了使被控对象（生产设备或生产过程） 在不影响生产效率和生产质量的前提下满足各种工业要求。所以在进行设计的时候应该要遵守以下几个原则：(1) 当理论和实际情况存在偏差时应最大程度地满足被控对象的。(2)设计前，先对机器工作的现场环境进行调查，对可能存在的外界影响有个了解。(3) 与此机械部分的设计人员和实际操作的工作人员共同商讨拟订以及修改电气控制方案，必须将可能遇到的问题都考虑周全，相互配合共同解决设计中出现的问题。(4) 设计的系统不仅要满足控制要求，还应该力求操作简单快捷、实用经济以及方便维修人员维修。（5） 保证控制系统的安全、可靠。（6） 在选择 PLC 容量时，应该考虑将来的技术更新和生产发展适当给 PLC 留出空间可以进行改进。3.2 自动售货机设计的基本思路其控制思路是：首要的就是能够对投入的钱币进行加法减法计算，然后根据运算结果做出正确的判断是否，通过结果来控制外设机械实现机械动作以此来完成交易。首先在接通电源的情况下顾客向机器投入硬币,然后顾客查看商品确定按下想要购买商品对应的选择按钮。顾客先前投入的硬币必须经钞票识别器后或者行程开关将代表硬币数额的信号送给 PLC 系统。在确定了硬币的真伪和面值之后,将这次顾客所投金额显示在显示屏上。显示的同时在系统内部将数值与个个不同商品设置的价格进行大小比较判断是否成立。每当顾客已经投入的硬币数额大于等于机械设置商品的购买价格后,则显示该商品为绿灯表示允许购买。在内部 PLC 系统通过加减运算后将余款最终数额在显示器上显示出来。再结束金额运算之后机械外设收到控制信号后开始动作,将商品送出。同时准备好与显示器显示的数额一样的硬币作为余款等待顾客的退款信号,最后顾客将按下找零旋转阀门后，机械外设动作打开退币口组件，退出余款。系统内部数码管开始进行清理和复位，采用从高位到低位的方法将整个显示器进行清零，此时一切恢复到初始状态，等待下一次交易。显示器商品键盘指示灯PLC钱币识别器退币口机械外设图 3-2 自动售货机控制原理图3.3 硬件电路组成及设计3.3.1 常见自动售货机的观察及示意图本次调查观察基于学校的自动售货机的外形和按钮功能。从上至下， 首先引入眼帘的是此售货机具有的各类商品其主要是售卖饮料，并且分为热饮和冷饮。相同饮料的热饮和冷饮都设有相对应的按钮可供选择。接着在个个按钮下面有灯泡表示此商品所处的状态：绿色表示可售，红色表示缺货或者投入硬币不够。在下面一点便是投币口和纸钞入口。投币口应该是考行程开关对硬币的大小进行分类在来判断其数额，纸钞入口的话应该是通过荧光扫描之类的进行判断。此外在投币口的旁边就设置了退币旋柄退币按钮十分显目，方便操作。在投币口的下方便是退币口，通过退币口退还钱币并且对退币口有个凹形的设计防止退钱的时候由于重力加速钱币掉出。最下面便是出货口，在底部镂空的同时装有玻璃外壳防止灰尘的堆积。整个设计十分人性化。货品按钮投币退币指示灯退币指示灯热饮指示灯冷饮指示灯出货指示灯货品出口图 3-3 自动售货观察图控制单元传感器硬币识别器3.3.2 自动售货机硬件设计本次设计的自动售货机的硬件设计思路是：先将所投硬币通过传感器进行判别数额，可以是光电传感器或者重力传感器。在通过模拟量传感器作为 PLC 的模拟量输入模块提供相应的输入信号。同时顾客对商品键盘的操作信号也输入到 PLC，接着 PLC 的 CPU 对顾客的按键操作和所投硬币进行加减法运算处理，在输出单元输出。其结果将控制所连接的控制单元接下来的动作包括电机转动使机械动作售出货品，退币阀门的退币，显示器显示，灯泡的明暗等等以实现与用户的交互及驱动出货装置。键盘转动电机取出货物自动售货机核心电路（CPU）找零执行机构动作硬币输入端显示器指 示灯图 3-3 硬件设计图3.4 软件设计任务的确定基于了解常见自动售货机整个工作流程以及各组件的动能的前提下，把设计计划确定下来，明确个个模块的想要达到的目的。首先，应该把设计分成两个大的对象分别是上位机和下位机：其中上位机主要用实现仿真界面以及和自动贩卖机假想工作时数据相关的分析， 而下位机则是对 PLC 的所需二次开发的程序进行编程。其次，要去搜寻合适的上位机与下位机现在机器繁多怎么根据相应的设计选择出合适的机器也是最终实现计划至关重要的一步。进行系统仿真的时候可以校园里观看现有的自动贩卖机的操作流程和外形设计此外在马路上也有很多种类：甚至可以特地去亲自尝试一下这样才会有比较直观的感受。当开始着手对PLC 编程时需要先明确个个PLC 的I/O 点代表的意义并和相关外设相连接以此实现功能。应该吧两大对象的设计结果相互结合去进行一次次的测试和修改进一步完善系统的设计。此外，设计出上位机与下位机应该是相关联的当控制同一个组件或者对象时候使用的模拟量/数字量的变量必须相同。总的来说通过仿真来模仿自动贩卖机（虚拟实物）然后通过程序员给 PLC 编写的程序指令来控制这个虚拟实物的完成一个个和指令对应的动作；以此来检测设计的系统内部各大部件的关系这个便是用仿真系统的最大目。这里主要负责是针对上下位机的下位机，也就是对 PLC 的所需二次开发的程序进行编程至于上位机暂不讨论。3.4.1 系统软件设计部分1. 本设计的自动售货机可以投入并且辨别五角、一元的硬币；2. 在自动贩卖机接通电源时，有顾客投入向机器投入钱币，但是没有按下任何按键也就无有效操作，从硬币进入机器开始计时如果时间达到 2 分钟则自动贩卖机自动打开退币功能将所投钱币退还；3. 当且仅当投入硬币的数额等于或超过物品购买的数额时，对应的商品可购买指示灯亮绿灯；4. 顾客如果选择按下想要购买的那个的按键，只要此商品满足商品购买且亮绿灯的条件下，则此交易就会完成商品会被售出。同时商品的提示灯闪烁表示商品即将售出提醒顾客注意出货口；5. 在顾客投入硬币数额总值超过所选商品的价格时，自动售货机会自动将多余的钱款退还顾客；6. 顾客可以先在投入钱币但没有按下任何购买按键的前提下想要放弃本次交易，只需按下退款旋钮柄，自动贩卖机就会把之前顾客所投等额的硬币退出；7. 假如顾客成功完成一次交易并且存在余款但交易之后并没有任何操作，那么将自动把之前交易所剩的余款退出到退币口；8. 找零时顾客可选择退一元的还是五角的；9. 当自动售货机内所存商品不足时，其相对应的商品指示灯亮红灯， 顾客如果按下相应的按键将会无反应（不出物品，不减余额）；系统流程图：比较价格投币计数累加币价符合条件的物品亮绿灯钱币 NY商品不足选择饮 料 选 择食品选择减去饮料用币减去食品用币N是否退币存在故障Y硬币不足退币计数商品短缺取 出钱币倒入退币箱物品灯闪红灯烁结束图 3-4 系统软件流程图3.4.2 PLC 各 I/O 地址分配将 PLC 与各种工业生产设备和机械设备相互接通的部件我们称之为输入/输出单元也即 I/O 单元。PLC 系统的 CPU 通过输入接口收到的被测对象组件的各种数据进行对比测试，通过将这些数据在 CPU 里进行运算出来再从输出接口传到对应的被控制对象，并且依靠这些数据完成 PLC 对这些监控对象的整个控制，来实现最终设计的目的；表 3-4本次设计的主要 I/O 分配：序号定义点符号功能1I0.0SB1找零按钮2I0.1SB2食品五角按钮3I0.2SB3食品一元按钮4I0.3SB4饮料一元按钮5I0.4SB5饮料二元按钮6I0.5SB6日用二元按钮7I0.6SB7日用三元按钮8I2.0SB8投五角硬币9I2.1SB9投一元硬币10I2.5SB10找零五角11I2.6SB11找零一元12I3.1SB12食品五角行程开关13I3.2SB13食品一元行程开关14I3.3SB14饮料一元行程开关15I3.4SB15饮料二元行程开关16I3.5SB16日用二元行程开关17I3.6SB17日用三元行程开关18Q3.1食品五角红灯(物品售完)19Q3.2食品一元红灯(物品售完)20Q3.3饮料一元红灯(物品售完)21Q3.4饮料二元红灯(物品售完)22Q3.5日用二元红灯(物品售完)23Q3.6日用三元红灯(物品售完)24Q0.0找零25Q0.1出食品五角26Q0.2出食品一元27Q0.3出饮料一元28Q0.4出饮料二元2929Q0.5出日用二元30Q0.6出日用三元31Q2.1食品五角绿灯（可以购买）32Q2.2食品一元绿灯（可以购买）33Q2.3饮料一元绿灯（可以购买）34Q2.4饮料二元绿灯（可以购买）35Q2.5日用二元绿灯（可以购买）36Q2.6日用三元绿灯（可以购买）3.4.3 接线图PLC 选型由控制 I/O 接口的数量、想要实现的功能，所编写程序的内容等因素决定。根据控制要求，I/O 点数在 40 个左右，选择性能价格比较高的西门子 S7-200 系列的-226cn，其中其输入点为 24 点，输出点为 16点，最多可接上 7 个扩展模块，最大可以扩展至 248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量I/O 点完全符合要求。此外还支持26K 字节程序和数据存储空间。了解各个控制对象的驱动要求，分析对象的控制要求，完成 PLC 硬件结构配置。在本设计中，设计的退币按钮、所售商品的按钮和出口（驱动电磁阀）等均为开关量。综上所述绘制出 PLC 控制电路接线图，如图所示：找零机构I0.0Q0.0 I0.1Q0.1I0.2Q0.2 商品取出机I0.3Q0.3 构I0.4Q0.4 I0.5Q0.5 I0.6Q0.6食品五角灯 I2.0Q2.1 I2.1Q2.2 I2.5Q2.3 I2.6Q2.4 I3.1Q2.5 I3.2Q2.6 Q3.1I3.3Q3.2I3.4Q3.3 Q3.4 I3.5Q3.5 I3.6Q3.6食品一元灯饮料一元灯饮料二元灯日常二元灯日用三元灯图 3-4 I/O 接口图3.4.4 自动售货机设计的梯形图本此设计自动售货机包括了食品、饮料、日常三个项目分类，其中食品有五角硬币和一元硬币，饮料的话有一元硬币和二元硬币，日常的有二元硬币和三元硬币。本次自动售货机的梯形图如下所示：首先是硬币识别通过传感器来吧硬币分类或者荧光扫描来区别，并通过正跳变指令产生脉冲。用加法指令计算产生 32 位结果到 OUT=in1+in2，通过正跳变指令产生脉冲。由 VD4 的结果通过比较指令去控制 Q0.1 即 5 角零食的通断并通过按钮的状态来进行减法的运算将结果输出到 OUT=in1-in2通过定时器控制食品五角灯使其闪烁的程序以MO.6 的中间继电器的通断来控制Q2.1 闪烁并且已按下Q0.1 此时表示正在售出食品当无按下 Q0.1 并且已经投入 5 角 VD4 比较后 Q2.1 长亮表示可以购买当行程开关打开时并且同时无 5 角零食 Q3.1 红灯长亮同时无按钮操作下的情况通过 T44 定时器的延时来完成 2 分钟的误操作退回投币的动作。33结论这是次难忘的经历，通过次对自动售货机 PLC 控制设计的制作，使我可以去深入了解 PLC 系统设计的基本步骤。可能这次的设计并不是什么重大的，有深度的项目，反而是比较简单贴近生活的一个。但是我亲身参与其中，这使我对将来或者以后接触到 PLC 设计的问题有个深入的感知。能知道大概的一个设计流程是怎么样的，如果有问题应该怎么解决。这会是我这分设计的意义所在，也是最大的收获。同时在专业知识这块对PLC 的控制指令有个更加深入的了解知道怎么去使指令配合完成想要完成的动作，对自动控制原理也有所感悟你必须协调程序和外部设备的工作。而且在进行任何设计之前，你设计的整体程序先要进行分块， 再通过编程去实现你的一个个块。我感觉对于 PLC 的编程最好是越精细越好，因为越是精确就越是方便的你的编程思路。而不是像其他事物你要考虑大的方向。与其说是完成这次课程设计，不如说对于之前所学知道的一次回炉总结和再次改造。以前学习了就学习并没有什么感受在里面但通过这次设计可以明显感受到认知的改变。参考文献1 陈瑞阳西门子工业自动化项目设计实践席巍宋柏青北京机械工业出版社2009年5月.2 殷兴光PLC应用与实践西安 西北工业大学出版社2009年8月.3 程周电气控制与PLC原理及应用北京电子工业出版社2009年6月.4 赵海峰.变频变压调速技术在电梯中的应用，新技术新工艺，1997，(4):9-10.5 崔纳新.变频调速器在电梯改造中的应用，电气传动自动化，2000，22(2):12-14.6 殷洪义.可编程控制器选择设计与维护. 北京:机械工业出版社，2004，233-237.7 郭宗仁、吴亦锋、郭永.可编程控制器应用系统设计及通信网络技术.人民邮电出 版社，241-245，36-37.致谢首先衷心感谢对本论文做出悉心指导的何珊以及何宏老师，从论文的选题，到系统的设计，再到论文最后的定稿都凝聚着何珊以及何宏老师的心血。在论文期间，何珊以及何宏老师耐心的指导和不断的鼓励给了我很大的帮助， 也让我重拾了信心。何宏老师认真负责的态度，严谨的学风、宽广的学术视野、诲人不倦的为师之道给留下了深刻的印象，使我受益匪浅。同时我还要感谢在大学期间教授过我的所有的老师们，是你们让我通过学习不断地充实自己，你们对我的关心和教诲我都会铭记于心。老师们严谨的学风，渊博的专业知识让我知道了学海无涯的道理，同样老师们的敬业精神让我由衷的感动。还要感谢辅导员对我学习和生活上的关怀，培养了执着和不断追求完美的精神。最后要感谢大学四年一直陪伴我的同学们，因为有你们的照顾和帮助才让我有了今天的成果，谢谢你们对我的支持！