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1、基于PLC自动售货机控制系统设计与仿真基于PLC自动售货机控制系统设计与仿真摘 要本文简要介绍了自动售货机的发展现状，又简要分析了自动售货机的基本功能及工作方式。针对现在自动售货机控制系统的优缺点，设计了一个基于PLC的自动售货机控制系统及用组态王对其仿真。本文的重点放在PLC程序的设计和组态王组态界面的制作。在进行PLC程序设计的时候，利用了梯形图的编程方式，采用了模块化的编程思想进行设计，按照自动售货机系统的内部工作过程来单独进行分析。因此该系统具有理解较容易，查找代码及调试方便等特点，并且能很好的达到自动售货机的各项控制性能指标，可以在实际中进行应用。最后用组态王组态软件进行监控系统的运
2、行画面的仿真，使自动售货机的工作的每一过程可以更直观的展现出来，同时节约了自动售货机的开发成本和不必要的开发原材料浪费。关键词：可编程控制器；自动售货机；梯形图Automat Control System Design and Simulations Based on PLCAbstractThis article briefly introduces the development of automat, and briefly analyses the automats basic functions and working methods, it designs a control sy
3、stem of automat based on PLC in allusion to the advantages and advantages of automat control system.This article focuses on the program design of PLC and making the configuration interface. When I design the PLC program, I introduce The Modular Design ideas, Use of the ladder diagram programming app
4、roach. I take analysis separately according to the internal work processes of automat. Therefore, the system is characterized in simplicity and convenience of understanding, looking up and debugging, and is able to satisfy all the work indicators required by automat. It can be applied in practice. F
5、inally,The kingview configuration software is used to monitor the operation of the screen, so the work process of automat can be more intuitive to present. at the same time saving development costs of the automat.Key words: PLC; Automat; T-figures; Configuration目 录论文总页数：35页1 引言11.1 课题背景11.2 国内外研究现状1
6、1.3 课题来源及意义21.4 课题研究方法21.5 文章内容22 PLC技术的简介32.1 PLC的概述32.1.1 PLC的定义32.1.2 PLC的发展32.1.3 PLC的特点42.1.4 PLC的硬件结构及作用52.2 欧姆龙CP1H可编程控制器的介绍72.2.1 CP1H的特点72.2.2 CP1H基本功能83自动售货机控制系统的设计93.1 系统方案设计93.1.1设计任务93.1.2系统流程93.1.3自动售货机的工作流程103.1.4 PLC的I/O地址分配103.2自动售货机的PLC程序设计113.2.1 余额比较过程123.2.2 投币过程133.2.3 饮品价格比较过程
7、153.2.4 选择商品过程163.2.5 退币过程183.2.6 强制复位过程193.2.7程序助记符204组态软件的设计224.1组态王软件的简介224.2组态王的突出特点224.3组态王与PLC的链接234.4实时监控系统的设计254.4.1 实时监控系统的内部参数设定254.4.2 软件命令语言的编程264.4.3 组态王组态图27结 论32参考文献33致 谢34声 明351 引言1.1 课题背景自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而异，主要有食品、饮料、香烟、邮票、车票、日用品等自动售货机。一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。钱币装置是售货机的核心，其主要功
8、能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。指示装置用以指示顾客所选商品的品种。贮藏售货装置保存商品，接收出售指示信号，把顾客选择的商品送至付货口。一般售货机的钱币装置由投币口、选别装置、确认钱币真伪的检查装置、计算金额的计算装置和找钱装置组成1。自动售货机是可完成无人自动售货，集光、机、电一体化的商业自动化设备。自动售货机不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h售货，近年来，我国的自动售货机行业突飞猛进，在汽车总站、商厦、医院、小区、学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹2。这种方便快捷的购物方式越来越受到人们的青睐，同时也是
9、现代化城市配套设施的需求。自动售货机的控制方式很多，但随着PLC技术逐步发展，使得它的运行稳定，为此提出基于PLC的自动售货机控制系统这个课题。1.2 国内外研究现状自动售货机作为一种集声、光、机电一体化的高智能化的产品，一般由识别系统、退币系统和传输系统、制冷、应用软件系统组成。随着防伪技术、数码技术、软件技术、制冷技术的发展，其可靠性大大提高，进一步提升了自动售货机行业的深度与广度3。从目前来看，国内外自动售货机的监控管理均不成熟，它组要分为有线和无线监控：有线的主要是电话线、ADSL或专线接入Internet的方式进行管理。也可采用485总线连接各售货机终端，而控制主机再接入Intern
10、et进行监控。无线的则采用GPRS、GSM、和CDMA等方式，再接入Internet进行监控。随着技术的发展，智能化的售货机更是陆续登台，拥有无线通信技术的实时库存管理系统，电子结算，LCD互动广告等，它集商品销售、广告展示、数据采集、交易结算多功能于一体。自动售货机的控制方式很多，目前采用单片机、EDA、FPGA、IC卡、PLC、VHDL等等。但是PLC控制系统的稳定性使PLC作为售货机的控制器成为最好的选择4。如今，日本的自动售货业已经有2000多种机型、6000多种商品。在美国，运营商就多达10800家，并且具有与大饮料商、大食品商的合作经验5。在日本，由于其无所不在， 24h供应，自动
11、售货机很受特别忙碌的人欢迎6。自动售货机科技含量越来越高，完全没有找钱币的苦恼，即使你身无分文，你大可以通过无线电话付费。芬兰街头有一款朱古力机，只要你下指令，然后打电话到一指定户口，帐目就会自动转到电话费帐单里，即使没有现金，也可以吃到朱古力。1.3 课题来源及意义在中国，自动售货机将成为一个潜在的巨大产业，继百货商店、超市之后掀起第三次零售业革命，其前景非常广阔,除了在故障诊断领域，在控制、建模、预测、综合评价、知识获取等领域，SVM也得到很多应用，说明其应用非常广泛，是一项很有发展前途的分类方法。自动售货机不仅可以更方便售卖货品，还可以作为一种传播广泛的广告宣传和信息宣传媒介。自动售货机
12、的机身有着天然的广告位，可以进行招商，收取广告费，为投资者增加额外收益。传统的自动售货机控制系统采用单片机或者FPGA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、自动控制技术和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、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛地应用。因为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，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。本文就详细地介绍一种用PLC实现的自动售货机控制系统的软件设计与组态仿真。1.4 课题研究方法本课题通过对自动售货机的了解，
13、制定了控制方式，采用欧姆龙PLC作为主控制器，并用亚控组态王对其运行全过程进行实时监控，通过仿真使售货机的售货过程直观的展现出来。通过对控制要求的分析，I/O点的分配，选用CP1H PLC作为主控制器，利用CX-programmer作为程序编程软件，程序采用梯形图的方式，并对程序进行在运行线调试，程序直观，简洁，容易理解。通过RS-232连接PLC于监控软件组态王，采集PLC的I/O数据，对售货机进行实时监控，并对售货过程进行仿真。1.5 文章内容（1）文中首先介绍了自动售货机控制系统的发展背景，又对自动售货机的基本功能及工作过程做了比较详细的分析。（2）接下来，通过对自动售货机的功能分析和现
14、在居民的生活状况，而制定出了本设计的具体设计方案。（3）在详细分析了自动售货机的设计方案后，绘制出了自动售货机系统的工作流程图。再根据自动售货机的工作流程图从而完成了PLC程序的编写与程序功能的在线运行调试。（4）文中最后介绍了自动售货机的组态王组态界面的设计。首先详细论述了组态王的各种窗口的应用，并编写出了自动售货机控制系统的命令语言。最后完成了自动售货机的组态图设计与仿真。2 PLC技术的简介2.1 PLC的概述2.1.1 PLC的定义在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：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
15、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及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计7。定义强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”8。2.1.2 PLC的发展世界上第一台P
16、LC由美国数字设备公司研究成功的，上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。PLC广泛地应用于汽车、航天、冶金、轻工、建材等行业。目前中国PLC市场95%以上被国外产品占领，目前国产PLC的市场占有率还不到3%，欧美产品在大中型PLC领域占有绝对优势，日本产品在小型PLC领域占有优势，中国本土自主品牌PLC的市场影响非常小，很难形成规模经济。如今PLC的指令越来越丰富，从单一的逻辑控制向时时通讯发展，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的D
17、CS系统。PLC今后将朝着体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的微小型PLC发展，另外一个方向将向大型、高速、多功能方向发展。在今后的工业应用中，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，
18、将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用9。2.1.3 PLC的特点PLC之所以越来越受自动控制界人士的重视，主要是由于它具有让通用计算机望尘莫及的特点：1、抗干扰能力强PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。2、控制系统结构简单PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。3、易于使用PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用
19、梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。4、功能完善PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。5、设计周期短PLC控制，由
20、于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。6、维护操作方便PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。7、易于实现网络化PLC可连成功能很强的网络系统。2.1.4 PLC的硬件结构及作用PLC结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和
21、指令的传输。PLC硬件结构如图2-1所示，是用微处理器实现的许多电子式继电器、定时器和计数器的组合体。 1、中央处理器CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下：（1）诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。（2）采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。（3）按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。（4）将存于寄存器中的处理结果送至输出端。
22、（5）应各种外部设备的工作请求。图2-1 PLC硬件结构图2、存储器PLC的存储器分为两大部分：一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。3、输入输出接口电路PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。4、电源PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。5、输入输出I/O扩展接口若主
23、机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相连接。6、PLC的基本工作原理1、可编程控制器的等效电路PLC的等效电路分为三部分：（1）输入部分，这部分的作用是收集被控设备的信息或操作指令输入端子是PLC与外部开关、敏感元件等交换信号的端口。（2）内部控制电路。这部分由用户根据实际的控制要求编写程序组成，其作用是按用户程序的控制要对输入信息进行运算处理，判断哪些信号需要输出，并将得到的结果输出给负载。（3）输出部分。这部分的作用是驱动外部负载。输出端子是PLC向外部负载输出信号的端子，PLC输出继电器触点与输出端子相连，通过输出端子驱动外部负
24、载，如接触器驱动线圈、信号灯、电磁阀等。2、可编程控制器的工作方式PLC采用的是串行循环扫描的工作方式，大致分为三个阶段：（1）输入采样阶段。在第N个扫描周期，首先进行的是读入现场信号，PLC依次读入所有输入状态和数据并将它们存入寄存器内，输入采样结果后，如果输入状态和数据发生变化，PLC不再响应，输入寄存器中的数据和状态保持不变，要等到N+1个扫描周期才能读入。（2）用户程序执行阶段。CPU将指令逐条调出并执行，其过程是从梯形图的第一个梯级开始自上而下依次扫描用户程序，在每一个梯级，又总是按先左后右、先上后下的顺序扫描。（3）输出刷新阶段。CPU将输出映像寄存器的状态和数据传送到输出锁存器，
25、在经过输出电路的隔离和功率放大，转换成合适的电压、电流或脉冲信号，驱动接触器、电磁铁、电磁阀等执行器，此时才是PLC的正真输出。3、扫描周期扫描周期会因为中断处理、诊断和故障处理等事件儿延长，为了缩短时间，可以采用“将不执行的任务转为待机”或者“将不执行程序区域插入JMP-JME指令跳转”的处理方法。4、中断中断分1）定时中断2）定时中断3）I/O中断4）快速响应10。2.2 欧姆龙CP1H可编程控制器的介绍经过从功能方面和价格方面两个方面的考虑，发现欧姆龙可变成序控制器产品CP1H比较适合自动售货机。因为它是一种功能很强的小型机，在设计的过程中采用先进的方法及组件使其通常只有在大型PLC中才
26、具有的功能，且具有其他控制器所不具备的功能。虽然是小型机。但是其功能较完善，性能价格比高，较适合自动售货机。现在就对欧姆龙CP1H可编程控制器的特点和基本性能做一个简单介绍。2.2.1 CP1H的特点CP1H型PLC属于小型PLC，使用USB端口与上位机通信，采用梯形图功能块的结构文本语言编程，多任务的编程模式，多协议宏服务端口，易于连网，拥有多路高速计数与多轴脉冲输出。CP1H具有与CS/CJ系列PLC相似的先进控制功能如下：（1）处理速度快CP1H PLC的CPU执行基本指令的时间一般为0.1us/条，执行MOV类高级指令的时间为0.3us/条，运行速度分别是小型机CP1H的6倍和26倍。
27、相应的系统管理、I/O刷新时间和外设服务所需时间大幅度减少。（2）程序容量与I./O容量大CP1H PLC的程序存储容量20K字，数据存储器（DM）的存储最大容量32K字，这些为复杂程序和各接口单元、通信及数据处理提供了充足的内存。（3）整体式机构CP1H PLC采用整体式结构，体积小巧且功能完备，大幅度提升了空间的利用率。CP1H PLC采用CX-P6.1版本作为编程软件，配有FA综合工具包CX-ONE，可实现PLC与各种外部元器件的结合。（4）系统扩展性好CP1H PLC 最多可以连接7个I/O扩展单元，每个单元具有40个I/O点，加上CPU单元本身内置的40个点，CP1H可以处理最大I/
28、O点位320点。（5）高速性能CP1H PLC 的cpu 单元具有模拟输入/输出功能，高速中断输入功能，高速计数功能和可调占空比的高频脉冲输出功能，可实现模/数与数/模转换。总之，CP1H PLC具有功能强，速度快，体积小，适用范围广等特点 11。2.2.2 CP1H基本功能CP1H是一部内建20、30、40或60点I/O端子的PLC，有三种输出可选用(继电器输出、PNP晶体管输出和NPN晶体管输出)和2种电源可供选用(100/240VAC或24VDC)。为了提供模拟输入和输出，可以连接最多7个模拟I/O模块。每个模块提供2种模拟输入和1种模拟输出，所以连接7个模拟I/O模块就能得到最多14种
29、模拟输入和7种模拟输出。(将模拟I/O与PID及PWM指令结合就能完成时间-比例控制)。模拟输入范围可以设定为0-10VDC、1-5VDC或4-20mA；分辨率为1/256。(1-5VDC和4-20mA设定可使用开路检测功能)。模拟输出范围可以设定为0-10VDC、-10-10VDC或4-20mA，分辨率为1/256。同步脉冲控制提供一个外接装置与主装置同步之简单方法，输出脉冲频率可以被控制成为输入脉冲频率的倍数，这样外接装置(如供料传输机)的速度能与主装置的速度同步。编程设备的多样性，如编辑器与支持软件可用于C200H、C200HS、C200、HX/HG/HE、CQM1、CPM1、CPM1A
30、、CPM2C和SRM1 (-V2) PC，所以可以有效地使用现有之阶梯图程序资源。中断输入(计数器模式)可用在递增计数器或递减计数器(2kHz)，而且在计数与目标值相同时触发中断(执行中断程序)。间隔定时器中断，间隔定时器可以设定在0.5和319,968 ms之间，而且能设定只产生一次中断(单次模式)或定时中断(预定中断模式)。CPU模块有两个控制器，可用来改变IR 250和IR 251内之模拟设定(0200 BCD)。这些控制器可用来方便改变或微调机器设定，如传输带之暂停时间或传输率。可以通过PLC的RS-232C通讯端口或外接埠可进行上位连接(Host Link)。在上位连接模式下连接之个
31、人计算机或人机界面，可以使用在如读/写PLC的I/O内存内之数据或读取/改变PLC操作模式之操作12。3自动售货机控制系统的设计3.1 系统方案设计3.1.1设计任务1、以1元、5元、10元人民币投入，自动销售橙汁和咖啡。2、当投入金额等于或超过2元时，橙汁指示灯亮；当投入金额等于或超过3元时，橙汁和咖啡指示灯同时亮。3、橙汁指示灯亮时，按橙汁按钮，则橙汁自动排出5S后自动停止，同时，橙汁指示灯闪烁5S后自动停止。4、咖啡指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡自动排出5S后自动停止，同时，咖啡指示灯闪烁5S后自动停止。5、当投入金额大于0元时候，退币指示灯亮。按退币按钮，则售货机以一元的人民币自动退出
32、剩余金额。6、用组态王软件对自动售货机进行实时监控，并对售货过程仿真。为了方便分析，我们以一次交易过程为例。初始状态：由电子标签显示各饮品价格，显示屏显示友好界面，此时不能购买任何饮品。投币状态：按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值，显示屏则显示投入总额及余额数值，当所投币值超过饮品价格时，相应饮品指示灯点亮，提示消费者可以购买饮品。购买状态：按下可以购买的饮品选择按钮，机器会将饮品排出在出货口中，同时显示屏中的示数根据消费情况相应变化。取走饮品后则饮品消失。退币状态：按下退币按钮，则退出机器中的剩余货币。取走货币后，则恢复初始状态。 3.1.2系统流程根据系统设计的任务要求，确定了系统的整
33、体流程，其框图如图3-1所示：图3-1系统流程图在清楚自动售货机运行工作过程的基础上，确定任务的目标，制定出合理的设计方案。首先，应该明确上位机与下位机之间的任务分工；上位机主要用来完成组态界面的制作工作，而下位机则主要用来完成PLC(可编程序控制器)程序的编写，和相关数据的上传。其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集，在进行组态界面的设计时可以真正售货机为模型，在进行PLC程序的编写时可以去参阅PLC的有关书籍，掌握OMRON PLC的I/O点的定义方法和个数，掌握梯形图和助记符的绘制方法。再次，对上位机和下位机分别进行设计工作，先进行上位机的设计，再进行下位机的设计。最后，进行上
34、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。无论在通讯中使用的变量，还是在组态中控制的对象都应该是一致的。3.1.3自动售货机的工作流程在确定了PLC控制自动售货机的设计任务后，根据本设计需要实现的功能，绘制出自动售货机的工作流程图。如图3-2所示。3.1.4 PLC的I/O地址分配开关量I/O模块的不同，直接关系到I/O点数的多少，对PLC的应用范围会产生影响，选择时主要考虑点数、外部电路的性质和结构、电压的形式和范围等。输入模块的电压应尽可能与现场有源输入设备一致，这样可免去转换的麻烦。如果是无源输入信号例如按钮、行程开关
35、等，可以根据现场与PLC的距离远近来选择电压的高低。输出模块所起的作用是将PLC内部低电平的控制信号隔离、转换为外部所需的输出信号，以驱动PLC的外部负载。在选择时应注意，模块与外部接线的方式、输出电压的额定限度、外部输出点同时接通的影响、选择输出方式等13。根据自动售货机的流程，列出了本系统的I/O分配表。本系统共7个输入，6个输出。具体分配见表3-1。表3-1 I/O分配表地址输入地址输出0.00投入1元人民币100.02橙汁指示灯0.01投入5元人民币100.03咖啡指示灯0.02投入10元人民币100.04橙汁排出口0.03选择橙汁按钮100.05咖啡排出口0.04选择咖啡按钮100.
36、06退币指示灯0.05退币按钮100.07退币排出口0.06复位按钮3.2自动售货机的PLC程序设计下位机程序的编制是利用欧姆龙专用编程软件CX-Programmer完成的。CX-Programmer是OMRON公司PLC的软件编程调试的工具程序，其运行在Windows98/NT操作系统下，具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。可实现梯形图的编程、监视和控制等功能，尤其擅长于大型程序的编写，弥补了手编程器编程效率低的不足。CX-Programmer编程软件支持模块化设计，在程序编写时可以直接将编写好的程序通过RS-232传送到PLC来控制现场设备。自动售货机的工作过程可分为以下几个主
37、要部分：(1)余额比较过程；(2)投币过程；(3)饮品价格比较过程；(4)选择商品过程；(5)退币过程；(6)强制复位过程。下面就各部分进行程序的编写，进行简要论述。图3-2 自动售货机工作流程图3.2.1 余额比较过程在自动售货机启动后，只要消费者投入人民币（即余额大于0元），就需要输出一个信号，提示用户可以退币。1、建立变量表余额比较的变量定义如表3-2所示。表3-2 价格比较的变量定义PLC程序接点对应地址退币指示灯100.062、编制程序余额比较过程的梯形图如图3-3所示。图3-3 余额比较梯形图3、程序解释在这段程序中，为了实现数据的实时比较，我们采用了CMP数据比较指令和CF005
38、大于标志位，用它们来确定消费者是否已经投入人民币，即当余额大于0元时，继电器211.02得电，从而使退币指示灯100.06点亮。3.2.2 投币过程在投币过程中，每投入一枚人民币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币值，先建立变量表，再编写程序。1、建立变量表投币过程的变量定义如表3-3所示。表3-3 投币过程变量定义PLC程序接点对应地址投入1元人民币0.00投入5元人民币0.01投入10元人民币0.022、编制程序根据上表所列出的变量进行编程，其梯形图如图3-4所示。图3-4 投币过程梯形图3、程序解释当按下投入一元人民币按钮时，通过一个上升沿微分指令DIFU，从而使加法器ADD接通
39、，被加数（DR15通道中的内容）加上加数（1元），并将运算结果（总金额）送到DR15通道中。从而实现投入投入一元功能。DIFU的功能是在输入脉冲的前（上升）沿使指定的继电器接通一个扫描周期之后释放。之所以用一个上升沿微分指令，就是要保证按下投入一元人民币时只检测一次，而不是循环执行加法动作。以保证不会出现多次执行加法器而产生错误。CLC是清进位标志指令，在执行任何加、减法或移位操作之前应先执行CLC指令，消除加、减法或移位指令对进位标志位CY产生的影响14。投入五元人民币、投入十元人民币的工作原理与投入一元人民币的工作原理相同。只是加数分别是整数5（五元）和整数10（十元）。3.2.3 饮品价
40、格比较过程价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于售货机中某种饮品的价格时，就需要输出一个信号，提示消费者可以购买该饮品。1、建立变量表价格比较的变量定义如表3-4所示。表3-4 价格比较的变量定义PLC程序接点对应地址橙汁指示灯100.02咖啡指示灯100.032、编制程序根据上表所列出的变量进行编程，其梯形图如图3-5A和图3-5B所示。图3-5A 饮品价格比较过程梯形图图3-5B 饮品价格比较过程梯形图3、程序解释在这段程序中，为了要实现数据的实时比较，我们用了CMP数据比较指令、CF005大于标志位和CF006等于标志位。用它们来比较余额和饮品的价格，在投币过程中已经提到，所有的投
41、币金额都将累加到DR15通道中，所以只需将DR15通道中的内容与售货机中饮品的价格相比较，就可以实现饮品价格比较的功能。100.02与100.03分别表示橙汁指示灯和咖啡指示灯，因为在下面的选择商品过程中也需要用到100.02与100.03继电器，所以在比较过程中我们使用了210.05与210.06继电器作为中间继电器。3.2.4 选择商品过程当投入的币值可以购买某种饮品时，按下选择该饮品按钮，该饮品会自动排出在出货口中。该饮品的指示灯同时也会闪烁，提示消费者饮品正在排出。5秒种后，指示灯会停止闪烁，提示消费者饮品已经排出完成。在按下选择饮品按钮的同时也要在总金额中减去该饮品需要消费掉的金额，
42、并要同时继续饮品价格的比较，判断是否可以继续购买饮品。1、建立变量表选择商品的变量定义如表3-5所示。表3-5 选择商品的变量定义PLC程序接点对应地址选择橙汁按钮0.03选择咖啡按钮0.04橙汁排出口100.04咖啡排出口100.052、编制程序 选择商品的梯形图如图3-6所示。图3-6 选择商品过程梯形图3、程序解释在选择过程中，需要完成三个工作过程。一是要实现饮品的5S排出过程，二是要实现饮品排出时，指示灯的闪烁5S过程，三是要实现内部货币的运算过程。实现饮品的排出5S过程：以选择橙汁为例，在前面的饮品价格比较过程中，已经提到210.05是用来输出比较余额和橙汁的价格的中间继电器，只有当
43、投入金额满足橙汁标价的条件时，CF005才会导通。此时按下橙汁选择按钮，通过保持继电器KEEP，使继电器210.07工作，这时橙汁排出100.04点亮。在继电器210.07工作的同时定时器TIM000开始计时5S，5S后定时器工作，与其对应的常开触电TIM000闭合，因为也只是一个扫描周期工作，所以使用DIFU上升沿微分指令，TIM000通过210.08使KEEP复位，这时210.07复位。从而完成橙汁排出5S的过程。实现饮品排出时，指示灯闪烁5S的过程：以选择橙汁为例，在橙汁指示灯100.02前分别用了210.07的常开和常闭触电。当继电器210.07没有工作的时候（即没有按下选择橙汁按钮的
44、时候），通过常闭210.07触电使橙汁指示灯100.02常亮。当继电器210.07开始工作的时候（即当按下选择橙汁按钮的时候），此时常开210.07触点开始工作，橙汁指示灯100.02通过常开触点210.07和1S时钟脉冲位CF102工作，所以就实现了橙汁指示灯100.02的闪烁功能。实现内部货币的运算：以选择橙汁为例，当定时器TIM000开始计时5S后，与其对应的常开触电TIM000闭合，通过中间继电器210.08和212.00，从而使减法器SUB接通，被减数（DR15通道中的内容）减去减数（橙汁的标价2元），并将运算结果（剩余金额）送到DR15通道中。从而实现自动售货机内部货币的运算过程。
45、咖啡的工作过程与橙汁的工作过程相同。3.2.5 退币过程在退币过程中，最主要的是要完成退币的运算过程，还要根据前面的运算结果（即剩余金额）以一元的形式退出货币，退币结束时还要给程序重新赋零，以便使自动售货机可以等待下一次的交易过程。1、建立变量表退币过程的变量定义如表3-6所示。表3-6 退币过程的变量定义PLC程序接点对应地址退币按钮0.05退币排出口100.072、编制程序 退币过程的梯形图如图3-7所示。3、程序解释当按下退币按钮0.05时，通过保持继电器KEEP,使继电器211.03工作。同时也将DR15通道中的内容送到CNT000中。再通过CF102，1S时钟脉冲位使CNT开始计数，
46、此时退币出口100.07开始闪烁（每闪烁一次，表示退出一元人民币）。当计数器全部计数完毕（即将余额全部退出后），计数器CNT000对应的触电开始工作，使KEEP复位，211.03复位。同时将零送给DR15通道。图3-7 退币过程梯形图3.2.6 强制复位过程当自动售货机运行时，出现不可预见错误，或者机主需要强制使自动售货机停止时，会需要一个使自动售货机强制停止的功能。1、建立变量表强制复位过程的变量定义如表3-7所示。表3-7 强制复位过程的变量定义PLC程序接点对应地址复位按钮0.062、编制程序 强制复位的梯形图如图3-8所示。图3-8 强制复位过程梯形图3、程序解释当按下强制复位按钮0.06时，通过一个上升沿微分指令DIFU，从而使数据传送指令MOV接通，将零送到DR15通道中。使所有功能停止，从而起到强制复位作用。3.2.7程序助记符LD 0.00DIFU(013) 210.02LD 0.01DIFU(013) 210.03LD 十元投入DIFU(013) 210.04LD 210.02CLC(041)+BC(406) DR15 #1 DR15LD 210.03CLC(041)+BC(406) DR15 #5 DR15LD 210.04CLC(041)+BC(406) DR15 #10 DR15LD P_OnCMP(020) DR15 #2LD P_EQOR
