基于西门子PLC的自动饮料售货机的控制系统的设计(DOC).doc
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1、基于西门子S7-200 PLC自动饮料售货机控制系统Beverage Vending Machines PLC Control System based on Siemens S7-200 Series 总计 毕业设计_39_页 表 格_3_个 插 图_10_幅摘 要 本论文是基于西门子S7-200 系列PLC进行自动饮料售货机控制系统的设计的。本文介绍了PLC的硬件基本组成,特点以及工作原理。阐述了自动饮料售货机的来源,发展及系统设计的基本原理及工作流程。在PLC梯形图的编写时,文中采用的是西门子PLC梯形图专用编译软件4.0版本的STEP7来进行编写,并完成了PLC外部接线图。利用PLC控
2、制的自动饮料售货机提高了系统的稳定性,且逻辑上保证无或者尽量减少漏洞,使自动售货机能够长期稳定运行,不需要经常有人维护。 关键词 :自动饮料售货机 PLC 梯形图 西门子ABSTRACT The design of Automatic Beverage Vending Machine PLC Control System is based on Siemens S7-200 series. The paper introduces the basic structure of PLC, characteristics and work principle. In the PLC trapezo
3、idal chart compilation, this paper adopts the Siemens PLC ladder special compiler software version 4 of the STEP7 to write, and completed the PLC external wiring diagram. To improve the stability of the system by using automatic beverage vending machine PLC control logic, and ensure no or little loo
4、pholes, the vending machine can have a long-term stable operation, not often need someone maintenanceKeywords: automatic beverage vending machine;PLC; ladder diagram ;Siemens 目录摘 要.IABSTRACT.II前 言.1第1章 可编程控制器PLC.3 1.1可编程控制器的产生和发展.3 1.1.1可编程控制器的概述.3 1.1.2 PLC的产生原因.3 1.1.3 PLC的发展前景.4 1.2可编程控制器的结构和工作原理
5、.41.2.1 PLC的工作原理.4 1.2.2 PLC的循环扫描.5 1.2.3 PLC的硬件组成.6 1.2.4 PLC的编程语言.7 1.2.5 PLC的特点.7 1.2.6 PLC的主要功能.81.3 PLC的选型原则及选型方法.9第2章 自动饮料售货机的系统设计.12 2.1自动饮料售货机的控制要求.12 2.1.1自动饮料售货机的控制要求.12 2.1.2自动饮料售货机的相关说明.13 2.1.3定时器.14 2.1.4数学运算指令 .15 2.2 自动饮料售货机I/O点的分配.162.3 自动饮料售货机的外部接线图.17 2.4 自动饮料售货机梯形图的编写.17 2.4.1梯形图
6、.17 2.4.2 自动饮料售货机设计的梯形图.18结 语.19参考文献.21程 序 图.22附 录 一.30致 谢.35前 言自动饮料售货机是集成物理光学,电气技术,机械技术等一体化的无人商业自动化设备。从自动售货机的发展原因来看,它的出现是由于随着科学技术的发展社会产业机构开始出现调整,工业由劳动密集型向技术密集型转变。这一时期人口膨胀带来的巨量消费、巨量产出,快节奏工作、生活以及消费方式的简单和拥挤的城市环境,要求出现新的贸易流通渠道;而相对的超市、百货购物中心等传统的流通渠道,由于人工费用不断上升,场地的无法普及的局限性以及购物的便利性等因素的制约,无人自动饮料售货机作为一种方便人们生
7、活简单,顺应了习惯变化的售货机器便应运而生了。自动饮料售货机可以充分减少人力资源的浪费,使人从一些技术含量低的工作中解脱出来,以便在其他方面创造出更多的价值。自动饮料售货机的系统可以24小时不间断的运营,且运营时需要的资本少、面积小,且相对新颖具有吸引人们购买好奇心的自身性能,可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。现在,伴随着信息化产业的发展,自动饮料售货机产业也正在走向信息化。例如通过互联网实行联机方式,通过网络将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中,从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且伴随着环保成为当代消费考虑的重要因素之一,为防止地球变暖,自动化设备厂
8、商也致力于节能型清凉饮料自动售货机的生产开发。在日常白天电力消费高峰时,某些节能型的自动售货机即使在关掉制冷机的状况下也能保持低温,与以往的自动饮料售货机相比,它能够节约12左右的电力。进入21世纪时,自动饮料售货机也将进一步向节能型以及多功能,人性化的方向发展。自动饮料售货机是一种全新的商业零售形式20世纪70年代自日本和欧美发展起来。自09年金融危机之后,世界经济缓慢发复苏,伴随着中国改革开放三十年,国民生活得到显著提高,人们对就业以及工作所提供的福利包括工作场所提供茶点饮料等福利事业更为关注。自动饮料售货机作为无人看护的机器不仅保障了惬意的工休时间,也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手
9、段。特别是在24小时无休工作状态中的办公场所,使用迷你型饮料冲饮机,解决了不间断提供汽水,果汁等饮品服务的问题,这种服务加速了自动售货机融入人们日常生活。本论文采用的是PLC为控制中心的自动饮料售货的设计,传统的电气设备往往采用继电器控制系统控制,但继电器控制系统体积会很大,且控制稳定性又很差,需要大量人员维护,除此之外还无法经行数学运算。除了继电器控制系统之外,还有以单片机为控制中心的控制系统,传统的自动饮料售货机往往采用单片机作为控制核心,但这样在输入输出接口上消耗很大,并且其不稳定性和抗干扰性差等因素也会让机器经常需要人员维护。而以单片机为核心的PLC则能避免很多干扰因素,其不但可实现类
10、似控制功能,还具有调试方便、可靠性高、能耗低、编程简单、功能强等优点。第1章 可编程控制器PLC1.1可编程控制器的产生和发展1.1.1 可编程控制器PLC的概述PLC全名可编程逻辑控制器,它是一种在传统继电器控制系统基础上与3C技术相结合而不断发展完善起来的新型自动控制器件。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具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。1.1.2 PLC的产生原因上个世纪60
11、年代,伴随着半可控和可控电子元件的发展,电子技术得到飞跃式的提升,控制电路电子化便成为趋势。60年代中后期,在过程控制领域随着小型计算机的应用,控制系统的性能得到大大的提升。后来随着西方世界出现了经济大萧条,作为工业标志的汽车工业收到沉重打击。美国通用电气公司为了在激烈的市场竞争中战胜对手,拜托困境,制定了推出小批量、多品种的车型来吸引顾客的战略。但是那时期作为控制系统的是由继电器和接触器等组成,灵活性差,不能满足工业不断更新的需要。GM为了改造传统控制汽车生产设备方式,提出了以下10条招标的技术指标。(1) 采用插件式结构,硬件维护方便。(2) 至少可扩展到4KB的用户程序存储器的容量.(3
12、) 输入可以是直流AC115V。(4) 输出在2A,直流AC115V以上,能直接驱动电磁阀和继电器等。(5) 可在现场修改程序,编程简单方便。(6) 体积小于继电器控制系统。(7) 要有高于继电器控制系统的可靠性。(8) 可将数据直接送入管理计算机。(9) 扩展时,只需改动很小的原程序。(10) 成本可与继电器控制系统竞争。至今PLC已经发展了三代,其性能由第一代早期的作为替代继电器控制系统,主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制和定时、计数控制等任务发展到因微处理器的出现而发生重大变化的第二代PLC。其功能大大增强,并且在软件方面增加了通信、算术运算、自诊断、数据的处理和传输等功能。进入
13、20世纪80年代以后,伴随着超大规模的集成电路技术的发展,微处理器的价格大幅下降,各种PLC采用的微处理器的性能普遍提高,PLC的软件和硬件再一次放生巨大变化,成本更低,I/O模块更丰富,指令功能更强,处理速度更快,体积更小。目前全球生产PLC的厂家有六十多家,其中最为有名的有日本的三菱、欧姆龙、富士、东芝;美国的通用、ABB、施耐德;德国的西门子;以及中国的台达,信捷等;这些厂商无不是工控业的代表。其中尤以德国西门子被视为工控业的方向标。1.1.3 PLC的发展前景PLC总的发展趋势是向大容量、高速度、高集成度、小体积、高性能易使用、易使用方向发展。具体表现在以下几个方面。(1)基于PC的编
14、程软件取代编程器(2)向大容量、高运行速度方向发展(3)智能型I/O模块的发展(4)PLC编程语言的标准化(5)向微小型化、专业化、低成本方向发展(6)PLC通信的易用化(7)开发新型特殊功能模块(8)组态软件与PLC的软件化(9)PLC与现场总线相结合 (10) CPU的处理速度进一步加快1.2可编程控制器的结构和工作原理1.2.1 PLC的工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的,可以简单地表述为在系统程序的管理下,通过运行应用程序完成用户任务。PLC通电后,首先对硬件和软件作一些初始化操作,初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务(见图1-1)。 读取输入执行用户程序处理通
15、信要求自诊断检查改写输出 RUN状态 读取输入处理通信要求自诊断检查改写输出 STOP状态 图1-1 各阶段处理任务1.2.2 PLC的循环扫描工作对于PLC每个程序CPU从第一条指令开始顺序执行,按指令的序号做周期性的程序循环扫描,如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至遇到结束符后又返回第一条指令,如此周而复始不断循环执行程序,每一个循环称为一个扫描周期。故而PLC工作时采用的是循环扫描的工作方式,其的扫描全过程如图1-2所示。(1) 输入刷新阶段PLC工作的第一个阶段叫做采样阶段也叫做输入刷新阶段,CPU扫描全部输入端口将所有的输入端信号状态读入缓冲区即输入状态寄存器
16、。完成后关闭输入端口,转入程序执行阶段。(2) 扫描用户程序 在程序执行阶段,CPU扫描用户程序,根据用户输入的控制程序,从用户第一条程序开始逐条扫描执行,并将相应的扫描的程序运算结果存入对应的内部输出寄存器和中间寄存器。(3) 输出刷新阶段当所有指令执行结束后,依次将输出状态寄存器中的内容送到外部锁存电路,并通过一定输出方式输出,驱动外部相应执行元件工作,这才形成PLC的实际输出。 图1-2 PLC的扫描全过程1.2.3 PLC的硬件组成PLC的硬件主要由存储器、通信接口、CPU、输出/输入单元、扩展接口等几部分组成。其中,CPU为PLC的控制中心通常有三类:1) 单片微处理器(如8031、
17、8096等)、2) 通用微处理器(如Z80、8086、80286等)、 3) 位片式微处理器(如AMD29W等);输入单元/输出单元则是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路;通信接口的主要用途是连接上位计算机、编程器等外部设备,其硬件构成图如图1-3。图1-3 PLC硬件结构图1.2.4 PLC的编程语言PLC为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常有以下5种:语句表(STL)、梯形图(LAD)、功能块图(FBD)、结构文本(ST)和顺序功能图(SFC)、。1.2.5 PLC的特点(1)抗干扰能力强,可靠性好工业现场的环境往往十分恶劣,高温,冲击,粉尘,潮湿,
18、振动和强电磁干扰等,单片机作为控制中心时,为了能够抵御以上恶劣环境,需要建设大量外部电路,即便如此,往往也无法达到控制要求,PLC作为专门为工业控制设计的,其内部已设计建设了大量抗干扰的电路这样使PLC接收,输出的信号控制变得更加稳定,能够很容易的适应工业现场的恶劣环境。(2)功能性强PLC是由微电子技术、通信技术和计算机技术综合而成,除了具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能之外,还具有经行各种算数运算、PID调节、过程监视、网络通信、远程I/O和高速数据处理能力,因此可以满足工业控制中的各种复杂的功能要求(3)编程方便,易于使用 PLC的程序设计大多采用的类似于继电器控制线路的梯形图语言。梯形
19、图主要是人们熟悉的常开/常闭触点,线圈、定时器、计数器符号等组成。对于使用者来说,只要具备电气控制方面的相关基础知识,很容易为一般的工程控制技术人员所理解掌握。(4)安装简单,维修方便PLC可以在各种工业环境下直接调试,安装,运行,使用时只需根据控制要求编写程序,将各种现场的I/O设备与PLC相应的I/O端相连接,系统便可以使用。同时由于PLC比较稳定,且有自诊断功能,故而损坏维修变得很方便。(5)采用模块化结构为了适应各种工业控制的需要,除了单元式的小型PLC之外,绝大多数PLC采用的是模块化结构,PLC中的CPU、直流电源、I/O模块等都采用模块化设计,由机架导轨,电缆连接起来。(6)接口
20、模块丰富PLC除了具有CPU和存储器之外,还有很多的I/O接口模块。对于工业现场的不同信号(直交流,开关量和模块量、电压和电流、脉冲或电位,强电或弱电等)(7)系统设计与调试周期短用PLC经行系统设计时,用程序代替继电器硬件继电器硬线接线,控制柜的设计安装接线工作量大为减少,设计和施工可同时经行,缩短了施工周期。1.2.6 PLC的主要功能(1)计数控制PLC具有计数功能,可为用户提供数十个到数千个定时器。(2)逻辑开关控制这是PLC最基本的功能,也是最广泛的应用。(3)步进控制PLC具有步进(顺序)控制功能。(4)定时控制PLC具有定时功能,可为用户提供数十个到数千个定时器。(5)数据处理P
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