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1、 电气控制与PLC综合训练说 明 书专业名称：电气自动化技术班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 日期：年月日 电气控制与PLC综合训练课程设计评阅书题目自动售货机的控制学生姓名学号指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日摘 要本实验设计基于西门子S7-200系列PLC进行自动售货机控制系统的设计，阐述了自动售货机系列设计的基本原理及工作流程，按后以一次交易过程为例，把交易分成了几个程序模块，分别用PLC进行编写。文中的梯形图使用西门子PC梯形图编译软件STEP7来进行编写，并完成了PLC外部接线图。利
2、用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。关键词： 售货机；PLC；控制系统 目 录1课题描述12设计过程2 2.1自动售货机的设计要求2 2.2控制系统的I/O点及地址分配2 2.3 PLC系统选型2 2.4 PLC外围接线图5 2.5系统程序设计63总结94参考文献101 课题描述自动售货机的概况自动售货机（vending machine），能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。近几年，随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不断提高，自动售货机也已悄然步入了我国的大中城市。在国
3、家相关政府部门的大力支持下，我国的自动售货机产业以超常规的速度迅猛发展，并带动了一批新的服务业、物流运输配送业的快速发展，丰富了我国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助服务时代。我国自动售货机市场到2008年以后将进入发展期。本文介绍一种能自动销售汽水和咖啡的售货机的PLC控制系统。主要从控制要求、控制系统的I/O点及地址分配、PLC系统选型、电气控制系统原理图、系统程序设计、PLC的安装、电源设计、系统的接地、PLC 输出端保护等方面来展开说明与论述。2 设计过程运用PLC的相关知识，结合PLC的应用技术，查找有关资料，选择电器元件，设计程序梯形图，借助计算机软件设计，用PLC模拟
4、程序运行，整理设计资料。2.1 自动售货机的控制要求(1)此自动售货机可投入1元、5元或10元硬币。(2)当投入的硬币总值等于或超过12元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总值超过15元时，汽水、咖啡按钮指示灯都亮。(3)当汽水按钮指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7秒后自动停止。汽水排出时相应指示灯闪烁。(4)当咖啡按钮指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7秒后自动停止。咖啡排出时相应指示灯闪烁。(5)若投入的硬币总值超过所需钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮。2.2、 控制系统的I/O点及地址分配 表2-1 I/O分配表名称代码地址编号输入信号1元投币口SA1I0.05元投币口S
5、A2I0.110元投币口SA3I0.2咖啡按钮SA4I0.3汽水按钮SA5I0.4计数手动复位SA6I0.7输出信号咖啡出口HL1（YV1）Q0.0汽水出口HL2（YV2）Q0.1咖啡按钮指示灯HL3Q0.2汽水按钮指示灯HL4Q0.3找钱指示灯HL5Q0.72.3、 PLC系统选型2.3.1 S7-200系列PLC简介S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： (1) 极高的可靠性和极其丰富的指
6、令集；(2) 易于掌握，便捷的操作；(3)丰富的内置集成功能；(4) 实时特性；(5)强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供使用。 (1) CPU单元设计 集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，
7、222具有180mA输出，CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。 (2)不同的设备类型 CPU 221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 (3)本机数字量输入/输出点 CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。 (4)本机模拟量输入/输出点 CPU 224XP具有2个输入点，1个输出点。 (5)中断输入 允许以极快的速度对过程信号的上升
8、沿作出响应。 (6)高速计数器 CPU 221/222 4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90的A/B相增量编码器；CPU224/224XP/226 6个高速计数器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。CPU 222/224/224XP/226可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。 (7)模拟电位器 CPU221/222 1个，CPU224/224XP/226 2个，CPU221/222/224/224XP/226还具有脉冲输出，2路高频率脉冲
9、输出（最大20KHz），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。 (8)实时时钟 例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。 (9)EEPROM存储器模块（选件） 可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。 (10)电池模块用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。 2.3.2 S7-200系列PLC编程STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件可以对所有的CPU 221/222/224/2
10、24XP/226功能进行编程。同时也可以使用STEP 7-Micro/WIN16 V2.1软件包，但是它只支持对S7-21x同样具有的功能进行编程。STEP 7-Micro/DOS不能对CPU 221/222/224/224XP/226编程。如果使用PG/PC的串口编程，则需要使用PC/PPI电缆。 如果使用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件，则也可以通过SIMATIC CP 5511或CP 5611编程。在这种情况下，通讯速率可高达187.5kbit/s。可以利用PC/PPI 电缆和自由口通讯功能把 S7-200 CPU 连接到许多和RS-232标准兼容的设备。 有两种不
11、同型号的 PC/PPI 电缆：带有RS-232口的隔离型 PC/PPI 电缆，用5个DIP开关设置波特率和其它配置项。带有RS-232口的非隔离型 PC/PPI 电缆，用4个DIP开关设置波特率。当数据从RS-232传送到RS-485口时，PC/PPI 电缆是发送模式。当数据从RS-485传送到RS-232口时，PC/PPI电缆是接收模式。当检测到RS-232的发送线有字符时，电缆立即从接收模式转换到发送模式。当RS-232发送线处于闲置的时间超过电缆切换时间时，电缆又切换到接收模式。这个时间与电缆上的DIP开关设定的波特率选择有关。2.3.3 S7-200系列PLC的特点(1)CPU 221
12、本机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。(2)CPU 222本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。(3)CPU 224本机集成1
13、4输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。(4)CPU 224XP本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K字节程序和数据存储空间，6个独立的
14、高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O,位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。(5)CPU 226本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，
15、具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。2.3.4 系统选型通过对系统控制要求的分析可知，系统共有开关量输入点6个，开关量输出点5个，此次选用CPU224。2.4、PLC外围接线图图2-1 PLC外围接线图.2.5、 系统程序设计2.5.1系统流程图图2-2 系统流程图数据寄存器上电清零或复位清零若1元投币，则数据寄存器内容加1若5元投币，则数据寄存器内容加5若10元投币，则数据寄存器内容加10大于1
16、2大于15若M0.0接通，且按下I0.3，则置位M0.2点亮（闪烁）Q0.2，延时7秒，接通Q0.0 7秒钟7秒钟延时到后，复位M0.3，数据寄存器减127秒钟延时到后，复位M0.2，数据寄存器减15若M0.0、M0.1接通，并且按下I0.4，则置位M0.3点亮（闪烁）Q0.3，延时7秒，接通Q0.1 7秒钟若数据寄存器内容0，则置位Q0.4，找钱计数复位按钮按下后，复位Q0.4END2.5.2 梯形图图2-2梯形图 总 结课程设计的过程是艰辛的，但是收获却是很大的。这次课程设计我主要是应用以前学习的PLC应用技术以及现实的理解，综合起来才完成了这次课程设计，虽然项目很小，但是付出却是艰辛的。
17、首先，综合课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，对已有知识有了更进一步的理解和认识，再次，我在课程设计中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍，资料，通过自己钻研，特别是得到了姚娜老师的谆谆教导，姚老师给予了我很大的帮助，不仅给了我思路上的开阔，还让我认识到了自己对以前所学知识的不足方面。随着社会发展，PLC应用技术涉及的领域十分广泛，人们对这种具有良好的控制系统的设计要求越来越迫切，需求日益增加，PLC应用技术已经成为了我们生活中必不可少的一部分。这次的课程设计我主要应用所学，当然，通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中，我会不断的完善自我，不断进取，能使自己PLC应用技术这方面有一个大的发展。参考文献1 程周 可编程控制器原理与应用【M】北京 高等教育出版社，2003年2 王永华 现代电器控制及PLC的应用技术 北京 2003年3 王兆义 可编程控制器教程 北京 2003年4 廖常初 S7-200 PLC基础教程 2006年
