基于plc的自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 出刷新階段 當所有指令執(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 PLC 的掃描全過程 PLC 的工作原理 與 特點 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)如圖 所示。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 [6]。 4 圖 各階段處理任務(wù) PLC 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，以用戶需要為主，又采用了先進的微型計算機技術(shù)，所以具有以下幾個顯著特點 [7]。 （ 1）可靠性高 PLC 由于選用了大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件和軟件的設(shè)計制造過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，所以具有很高的可靠性。 PLC 控制系統(tǒng)平均無故障時間可達 2 萬小時以上。高可靠性是 PLC 成 為通用自動控制設(shè)備的首選條件之一。 （ 2）編程簡單、使用方便 PLC 的編程采用類似繼電控制系統(tǒng)電器原理的梯形圖，用串聯(lián)、并聯(lián)、定時、計數(shù)等人們所熟悉的概念，使計算機語言大眾化，只要是比較熟練的電工和熟悉工業(yè)知識的人在幾天內(nèi)就能學(xué)會，這是 PLC 得到推廣的重要原因之一。 （ 3） 通用性好，具有在線修改能力 PLC 的硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以靈活的組合以適應(yīng)不同的控制對象、控制規(guī)模和控制功能的要求，為組成各種系統(tǒng)帶來極大的方便。同一臺 PLC 裝置用于不同受控對象時 ,只是輸入輸出組件、功能模塊和應(yīng)用軟件不同。同時， PLC 控制系統(tǒng)中的控制電路是由軟件編程完成的，只要對應(yīng)用程序進行修改就可以滿足不同的控制要求，因此 PLC 具有在線修改能力，功能易于擴展，給生產(chǎn)帶來了“柔性”，具有工業(yè)通用性。 （ 4） 設(shè)計、施工、投產(chǎn)試制周期短，維護容易 目前 PLC 產(chǎn)品已實現(xiàn)了系列化、標準化，正朝著通用化方向發(fā)展，設(shè)計人員只需要根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，選用相應(yīng)的模塊進行組件設(shè)計。同時，用軟件編程代替了機電控制的硬連線，大大的減輕了繁重的安裝和接線工作，這不僅提高了可靠性，還極大的縮短了施工周期。 PLC 還具有故障檢測及顯示的功能，使故障處理時間可縮短 為 10 分鐘，對維護人員的技術(shù)水平要求也不太高。 （ 5）體積小 由于采用了微型計算機技術(shù)，使 PLC 達到了小型和超小型化，很容易裝入機械設(shè)備內(nèi)部，便于實現(xiàn)機電一體化。 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 狀態(tài) 讀取輸入 處理通信要求 自診斷檢查 改寫輸出 STOP 狀態(tài) 5 由于上述特點， PLC 作為通用自動化控制設(shè)備，可用于單一機電設(shè)備的控制也可用于工藝過程的控制，而且控制精度相當高，操作簡便，又具有很大的靈活性和擴展性，使得 PLC 的應(yīng)用越來越廣泛。 PLC 與其它工業(yè)控制裝置的比較 (1) PLC 與集散控制系統(tǒng) PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期的功能是以數(shù)字量的順序控制為主。隨著微電子技術(shù)、計算機 技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展， PLC 在邏輯運算、璧還調(diào)節(jié)的功能，運算速度提高，輸入輸出規(guī)模擴大，并開始與小型計算機聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成以 PLC 為重要部件的初級分散控制系統(tǒng) [8]。 集散控制系統(tǒng)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期的功能以回路調(diào)節(jié)為主。隨著微處理器和單片機的出現(xiàn)，他把順序控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、過程控制的模擬量儀表和過程監(jiān)控裝置等有機的結(jié)合在一起，形成了新一代的集散型控制系統(tǒng)。 可見，不論是 PLC 還是集散系統(tǒng)，在發(fā)展過程中，始終是互相滲透，互相補充。新一代的 PLC 增強了模擬量控制功能，可配備各種智能模塊，具有了 PID調(diào)節(jié)功能和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、組成分級控制的功能。集散系統(tǒng)既有單回路控制功能，也有多回路控制功能，同時也有順序控制功能。因此，當今的 PLC 與集散控制系統(tǒng)的發(fā)展越來越接近，很多生產(chǎn)過程的控制既可用 PLC 實現(xiàn)，也可用集散系統(tǒng)來實現(xiàn)。 (2) PLC 與工業(yè)控制計算機 工業(yè)控制計算機是指能夠提供各種數(shù)據(jù)采集和控制功能，能夠和工業(yè)對象的傳感器、執(zhí)行機構(gòu)直接接口，能夠在惡劣的工業(yè)環(huán)境可靠運行的計算機系統(tǒng)。工業(yè)控制機是由通用微機推廣應(yīng)用發(fā)展而來，硬件結(jié)構(gòu)方面總線標準化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系 統(tǒng)的支持，故對要求快速，實時性強，模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，使用工業(yè)控制機的人員的技術(shù)水平要求較高，一般具有一定的計算機專業(yè)知識。工業(yè)控制機在整機結(jié)構(gòu)上尚不能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，因而，不如 PLC 那樣容易推廣。 PLC 是專為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計的，結(jié)構(gòu)上采用整體密封或插件組合型，并采用了一系列抗干擾措施，在工業(yè)現(xiàn)場使用有很高的可靠性； PLC 是由電氣控制廠家研制出來的，采用梯形圖語言編程，使熟悉電器控制的人員易學(xué)易懂，易于推廣。但是， 由于 PLC 的運行方式不同于工業(yè)微機，微機的很多軟件還不能直接應(yīng)用，且 PLC 的標準化程度較低，各廠家的產(chǎn)品不通用，因此在開發(fā)上不如工業(yè)控制機那樣有基礎(chǔ)。 PLC 的應(yīng)用場合 與選擇 隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展， PLC 的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強。目前在先進工業(yè)國家中 PLC 已經(jīng)成為工業(yè)控制的標準設(shè)備，應(yīng)用面幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)，諸如鋼鐵、冶金、采礦、水泥、石油、化工、輕工、電力、機械制造、汽車等等各行各業(yè)、特別是在輕工業(yè)中，因生產(chǎn)門類多，加工方式多變，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，所以 PLC 廣泛應(yīng)用在組合機床 自動線、專用機床、塑料機械、包裝機械、電梯等電器設(shè)備中。 PLC 已經(jīng)躍居現(xiàn)代工業(yè)自動化三大產(chǎn)柱（ PLC、 6 ROBOT、 CAD/CAM）的主導(dǎo)地位 [9]。 目前的 PLC 品牌很多，比較有名的有美國 AB， ABB，松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷等 。而不同的 PLC 其產(chǎn)品價格差價也是很大，在質(zhì)量和 I/O 點數(shù)幾乎相同的情況下可以相差較多 [10]。 三菱 FX2N 系列是作為一種小型機，其功能較為完善，性能價格比高，較為適合自動售貨機。另外在本設(shè)計中 PLC 需要接 11 個輸入點和 12 個輸出點，以及為了以后的擴展需 要，由以上三點因素，選擇了三菱 PLC， FX2N48MR 型。 三菱 PLC， FX2N48MR 是具有高級處理功能的型號，其輸入和輸出點數(shù)之和為 48 點，還可以擴展到 256 點，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高。其外觀如圖 所示。 圖 三菱 PLC FX2N48MR 三菱 PLC FX2N48MR 性能規(guī)格： （ 1）運轉(zhuǎn)控制方式：通過儲存的程序周期運轉(zhuǎn)。 （ 2）運轉(zhuǎn)處理時間：基本指令： ，應(yīng)用指令： 至幾百 181。s/指令。 （ 3）編程語言：邏輯梯形圖和指令清單。 （ 4）程式容量： 8000步內(nèi)置。 （ 5）指令數(shù)目：基本順序指令 27，步進梯形指令 2，應(yīng)用指令 128。 （ 6） I/O配置：最大硬件 I/O配置點 256。 （ 7）輔助繼電器（ M線圈）：一般： 500點，鎖定： 2572點，特殊： 256點。 （ 8）狀態(tài)繼電器（ S線圈）：一般： 490點，鎖定： 400點，初始： 10點， 信號報警器： 100點。 （ 9）定時器（ T）： 100毫秒，范圍 0至 （ 200點）； 10毫秒，范圍 0至（ 46點）； 1毫秒保持型，范圍 0至 （ 4點）。 （ 10）計數(shù)器（ C） :一般 16位，范圍 0至 32767數(shù) （ 200點），鎖定 16位，范圍100點，一般 32位，范圍 15點 ,鎖定 32位，范圍 15點。 7 第 三 章 自動售貨機的硬件 硬幣識別器 一、 硬幣識別器的原理 硬幣識別器 主 要識別現(xiàn)在國家發(fā)行的一元、五角、一角的硬幣。我國目前發(fā)行的 一 元 ，五 角和 一 角硬幣的金屬原材料是為 制 造 硬 幣而專門使用的特殊合金 ，因此在它通過投幣入口進入由電感和電容組成的特定傳感器 ， 金屬材質(zhì)和體積的差異對電容量和電感量的影響大小也出現(xiàn)微弱差異 。 電容量、電感量的變化引起電壓的變化 ， 再通過檢測電路將信號放大 ， 與設(shè)定值進行比較 ， 確 定某種硬幣種類 并對 PLC 的輸入單元發(fā)出信號， PLC 根據(jù)接收到的信號 ,對硬幣值進行累加計數(shù)。 二、 硬幣識別器的特點 根據(jù)對硬幣識別器的了解及選擇，確定使用 側(cè)投類 CPU 硬幣識別器（多幣值 ），其外觀結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 側(cè)投類 CPU 硬幣識別器 該硬幣識別器的特點： （ 1）根據(jù)硬幣的材質(zhì)、直徑來識別真假幣，準確度高。