摘 要本論文設(shè)計的是基于三菱FX2N系列PLC構(gòu)成的自動售貨機監(jiān)控系統(tǒng)，本文闡述了自動售貨機的來源與發(fā)展，以及它在國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，對自動售貨機的方案進行了論證，介紹了PLC的基本組成、特點以及工作原理，對基于三菱FX2N 系列PLC構(gòu)成的自動售貨機系統(tǒng)整體設(shè)計過程進行較為細致的論述。文中詳盡地介紹了自動售貨機的各硬件組成，并完成了PLC外部接線圖。在PLC梯形圖的編寫時，文中采用的是三菱FX2N的梯形圖編譯軟件FXGPWIN來進行編寫。介紹了自動售貨機的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個程序塊，然后分別對程序塊進行編程。具體說明了可編程序控制器在自動售貨機中的作用。程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行。關(guān)鍵詞: PLC；梯形圖；I/O點的分配目 錄摘 要0第1章 緒論3 1.1 自動售貨機的理論背景與實際意義3 1.2 自動售貨機的主要內(nèi)容4 1.3 自動售貨機的設(shè)計思路4第2章 PLC概述5 2.1 PLC的定義5 2.2 PLC的簡介5 2.3 PLC的工作原理5 2.4 PLC的工作方式6 2.5 PLC的硬件組成7 2.6 PLC的編程語言8 2.7 PLC的特點8第3章 自動售貨機的設(shè)計9 3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計9 3.1-1 PLC的選型9 3.1-2 I/O分配表9 3.1-3 PLC的外部接線圖10 3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計11 3.2-1 主程序流程圖11 3.2-2 投幣、顯示子程序流程圖12 3.2-3 比較幣值子程序流程圖13 3.2-4 飲料選擇子程序流程圖13 3.2-5 退幣子程序流程圖14 3.3 程序梯形圖15 3.3-1 主程序梯形圖15 3.3-2 判鍵、顯示子程序P1及比較幣值子程序P216 3.3-3 飲料選擇子程序P317 3.3-4 退幣子程序P418 第4章 仿真與調(diào)試19 4.1 GX Developer的特點19 4.2 程序的仿真過程與步驟20 第五章 總結(jié)23 參考文獻23第1章 緒論1.1自動售貨機的理論背景與實際意義自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。在日本，70的罐裝飲料是通過自動售貨機售出的；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機。在中國,自動售貨機1999年開始進人中國市場如今，在機場、地鐵、商場、公園等客流較大的場所，已不難發(fā)現(xiàn)自動售貨機的身影。從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應(yīng)運而生了它的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機逐漸被越來越多的消費者所接受。但由于售貨機分布零散、范圍廣闊的特點，自動售貨機在為消費者帶來方便的同時，也為經(jīng)營者在監(jiān)控、管理、維護等方面帶來很大的不便。目前售貨機運行的各種情況都需要由人工判斷，包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機機械故障等，經(jīng)營者普遍采用人工定時巡回視察的管理辦法，既費時費力，又無法及時準(zhǔn)確獲取自動售貨機狀態(tài)報告，給經(jīng)營者增加了管理成本和難度，也有可能給消費者的正常消費造成不便。 本系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)可以使自動售貨機的經(jīng)營者可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計的銷售狀況進行商品銷售狀況分析，預(yù)測商品的銷售走勢，確定合理的采購和配送策略，以期獲得最高的投資回報率。同時售貨機的一些故障信息和警報信息可以實時的傳送到相應(yīng)運營人員，從而可以在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問題。1.2 自動售貨機的主要內(nèi)容 1 本次自動售貨機可以投入1元、5元、10元。 2 自動售貨機販賣的飲料共有3種，分別為汽水、花茶、咖啡。如果顧客投入的幣值超過12元，只可以選擇汽水；如果顧客投入的幣值超過15元，就可以選擇汽水和花茶2種；如果顧客投入的幣值超過20元，那么汽水、花茶、咖啡3種飲料都可以選。 3 當(dāng)一種飲料可以選擇時，對應(yīng)的指示燈會亮，表示此類飲料可以選擇購買。 4 當(dāng)按下飲料的選擇按鈕時，對應(yīng)的飲料指示燈會閃爍3秒，表示此類飲料已經(jīng)被選中。5 如果顧客不再想買物品，只需要按下退幣鍵，自動售貨機就會自動退出余額。如果余額超過10元，自動售貨機會先退10元，在退1元。如果余額小于10元，自動售貨機直接退1元。 1.3 自動售貨機的設(shè)計思路 這次設(shè)計的題目是自動售貨機，主要是采用三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC的梯形圖來進行程序設(shè)計，并簡單的介紹相關(guān)的專業(yè)知識。如： PLC的定義、PLC的編程語言、PLC的硬件組成等。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù)PLC的相關(guān)知識設(shè)計出它的外部接線圖，結(jié)合梯形圖和外部接線圖分析說明該設(shè)計的控制原理過程。 本次設(shè)計的主要內(nèi)容在第三章的設(shè)計部分，即自動售貨機的梯形圖程序的設(shè)計。首先根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和控制要求來畫出流程框圖，然后根據(jù)流程框圖來進行程序的編寫。第2章 PLC概述2.1 PLC的定義 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。2.2 PLC簡介 PLC是以CPU為核心，綜合了計算機技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。目前，世界上生產(chǎn)PLC的主要廠家有65個，其中最有名氣的廠家在日本、美國和德國。日本的幾個廠家為三菱、富士。日立、東芝、橫河、立石、光洋、夏普等公司。美國的幾個廠家為德州食品公司、通用電器公司、歌德公司、數(shù)字設(shè)備公司等。還有德國的西門子，荷蘭的飛利浦，香港的鷹達等公司也是很有名氣的。日本三菱電機公司（MITSUBISHI）于1971年開始研制PLC，目前主要有F1,F2,FX,K,A等十幾個系列幾十種產(chǎn)品，在我國（主要是華東和華南地區(qū)）的工業(yè)控制領(lǐng)域具有一定的市場占有率。2.3 PLC的工作原理 PLC的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖2-1）。但是PLC也有它自己的特點，PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。圖2-1 各階段處理任務(wù)讀取輸入處理通信要求自診斷檢查改寫輸出STOP狀體讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信要求自診斷檢查改寫輸出RUN狀體 2.4 PLC的工作方式 PLC的工作方式為循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖2-2所示。（1） 輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。（2） 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。（3） 輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。 圖2-2 PLC的掃描全過程 2.5 PLC的硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等幾部分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2-3。圖2-3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.6 PLC的編程語言PLC為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下5種：梯形圖（LAD）、語句表（STL）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)文本（ST）。2.7 PLC的特點 （1）抗干擾能力強，可靠性好I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。（3）編程方便，易于使用PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。（4）功能完善在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。（5）設(shè)計、施工、調(diào)試、的周期短PLC采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進行。（6）體積小，維護操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。（7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（8）可實現(xiàn)三電一體化PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體。11第3章 自動售貨機的設(shè)計3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1-1 PLC的選型 輸入口有7個， 分別是3個投幣口對應(yīng)的光電耦合開關(guān)，汽水、花茶、咖啡對應(yīng)3個飲料的按鈕選擇鍵以及1個退幣鍵。其中投幣口的工作原理是：正常情況下光電耦合開關(guān)是閉合的，當(dāng)其中一投幣口有硬幣投入是會切斷關(guān)電耦合開關(guān)，產(chǎn)生一個脈沖信號，以這個脈沖信號作為PLC輸入的開關(guān)信號。輸出口有13個，其中Y0Y7接四位共陰極數(shù)碼管，Y10Y12對飲汽水，花茶，咖啡的指示燈，Y13對應(yīng)10元退幣的指示燈，當(dāng)退幣一次，燈就閃爍一次，Y14對應(yīng)1元退幣的指示燈?？紤]到負載電流較小，且為直流，所以選擇晶體管輸出型比較適合。 綜上分析，且考慮到一定的I/O裕量，選擇的PLC類型為FX2N-24MT型3.1-2 I/O分配表輸入設(shè)備輸入端子輸出設(shè)備輸出端子1元投幣口SQ1X000共陰極數(shù)碼管Y000Y0075元投幣口SQ2X001汽水指示燈Y01010元投幣口SQ3X002花茶指示燈Y011汽水按鈕SQ4X003咖啡指示燈Y012花茶按鈕SQ5X00410元退幣指示燈Y013咖啡按鈕SQ6X0051元退幣指示燈Y014退幣按鈕SQ7X006 3.1-3 PLC接線圖 PLC接線圖(1)3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.2-1 主程序流程框圖 程序整個流程分為判斷投幣，比較總幣值，選擇飲料種類，退幣等部分。若沒有人投幣，則程序一直在調(diào)判鍵子程序，等待按鍵。一旦有鍵按下，則程序向下走，調(diào)顯示，比較幣值子程序，選擇飲料子程序，退幣子程序。顯示有人投幣比較投幣值選擇飲料種類開始退幣結(jié)束NY3.2-2 投幣、顯示流程框圖投幣、顯示子程序：投幣、顯示子程序首先是判斷有沒有鍵按下，如果有鍵按下，就將對對應(yīng)鍵的幣值存入到D0中,若投入的是 1元，D0就加1；若投入的是5元，D0就加5；若投入的是10元，D0就加10。D0內(nèi)存儲的就是總的幣值的大小。并且將D0內(nèi)的數(shù)值顯示在4位共陰極數(shù)碼管上。1元開始結(jié)束D0+15元10元D0+5D0+10D0送顯示YYYNNN3.2-3 比較幣值子程序流程圖若D0內(nèi)容大于或等于12，則汽水指示燈亮；若D0內(nèi)容大于或等于15，則花茶指示燈亮；若D0內(nèi)容大于或等于20，則咖啡指示燈亮。NNNYYY結(jié)束=20=15咖啡花茶汽水=12開始3.2-4 飲料選擇子程序流程框圖 選擇飲料子程序首先判鍵，若按下汽水按鈕，則汽水指示燈閃3秒，且D0減12；若按下花茶按鈕，則花茶指示燈閃3秒，且D0減15；若按下咖啡按鈕，則咖啡指示燈閃3秒，且D0減20；開始汽水花茶咖啡燈閃3秒，D0減12燈閃3秒，D0減15燈閃3秒，D0減20結(jié)束YYYNNNN3.2-5 退幣子程序流程框圖 退幣的值通過10元、1元退幣指示燈閃爍的次數(shù)來表示。 開始D0=10將D0轉(zhuǎn)化為BCD碼屏蔽D0低四位D0右移4位10元燈閃D0次1元燈閃D0次結(jié)束YN 3.3 程序梯形圖3.3-1 主程序梯形圖 通過主控指令將主程序部分與判鍵部分分開，如果沒有鍵按下，則程序一直在判鍵；如果X0X2有鍵按下，M50接通，主控指令運行，開始執(zhí)行主程序，分為判鍵,顯示子程序P1；比較幣值子程序P2；選擇飲料子程序P3;退幣子程序P4。3.3-2 判鍵、顯示子程序P1及比較幣值子程序P2 若X0按下，D0加1；若X1按下，D0加5；若X2按下，D0加10。比較幣值子程序是將D0的內(nèi)容分別與12，15，20比較。若D0的內(nèi)容大于或等于12，則汽水指示燈Y010亮，表示可以選擇汽水；若D0大于或等于15，則花茶指示燈Y011亮；若D0大于或等于20，則咖啡指示燈Y012亮。 3.3-3 飲料選擇子程序P3 若X3按下，D0內(nèi)容減12；若X4按下，D0內(nèi)容減15;若X5按下，D0內(nèi)容減20。同是用輔助繼電器M55來控制主控指令，這個主控指令是用來避免雙線圈Y010,Y011,Y012。當(dāng)X3X5有鍵按下，則輔助繼電器M55得電，主控指令運行。即有飲料選擇鍵按下時，對應(yīng)的指示燈閃爍3秒。3.3-4 退幣子程序P4 先將D0的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為BCD碼存到D2中，再比較D0的內(nèi)容是否大于或等于10。若D0的內(nèi)容大于10，根據(jù)要求，首先是先退10元，再退1元。所以先將十位個數(shù)分離出來，在將個位個數(shù)分離出來。將D2與H00F0相與，屏蔽低4位和高8位后再存到D3中，在將D3右移4位，此時D3的內(nèi)容就是十位的個數(shù)，將D3作為10元退幣指示燈的閃爍次數(shù)。再將D2與H000F相與，只保留低4位，存于D5中，將D5做為1元退幣指示燈的閃爍次數(shù)。若D0的內(nèi)容小于10，將D0內(nèi)容存于D5，將D5作為1元退幣指示燈的閃爍次數(shù)。第4章 仿真與調(diào)試GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控置七支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。 4.1 GX Developer的特點：1. 軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運動控制（SCPU）,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。 此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。 2. 利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進行復(fù)制，粘貼，并有效利用。 3. 程序的標(biāo)準(zhǔn)化 (1) 標(biāo)號編程 用標(biāo)號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。 用標(biāo)號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。 (2) 功能塊（以下，略稱作FB） FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 4. 能夠簡單設(shè)定和其他站點的鏈接 由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設(shè)定。 5. 能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接 (1) 經(jīng)由串行通訊口 (2) 經(jīng)由USB (3) 經(jīng)由MELSECNET/10(H)計算機插板 (4) 經(jīng)由MELSECNET()計算機插板 (5) 經(jīng)由CC-Link計算機插板 (6) 經(jīng)由Ethernet計算機插板 (7) 經(jīng)由CPU計算機插板 (8) 經(jīng)由AF計算機插板 6. 豐富的調(diào)試功能 (1) 由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。 (a) 沒有必要再和可編程控制器連接。 (b) 沒有必要制作條使用的順序程序。 (2) 在幫助中有CPU錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。 (3) 數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。4.2 程序的仿真過程與步驟 通過GX Developer對用FXGPWIN編程軟件編寫的程序進行仿真與調(diào)試，GX Developer編程軟件是比FXGPWIN更高級的一種編程軟件，所以可以兼容FXGPWIN編寫的