杨朕杰毕业设计-自动售货机plc设计

杨朕杰毕业设计-自动售货机plc设计内容摘要：

（ 9）开发新型特殊功能模块 I/O组件可以提高 PLC的智能化、高密集度和增大处理能力。 (10) CPU 的处理速度进一步加快 目前， PLC的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的 CPU也不过 80486，将来会全面使用 64位的 RISC芯片，采用多 CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使 PLC的处理速度达到纳秒级。 PLC 的特点 （ 1）抗干扰能力强，可靠性好 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。 具体措施主要有以下几个方面： 1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。 PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。 这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于 PLC的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。 在 PLC 的电源电路和输入 /输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。 3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。 另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。 4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、 watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（ WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证 CPU可靠运行。 5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。 6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。 7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。 8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。 而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。 （ 2）控制系统结构简单，通用性强 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）编程方便，易于使用 9 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、施工、调试的周期短 用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。 而采用 PLC 控制，由于其硬软件齐全，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）体积小，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。 （ 8）可实现三电一体化 PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。 PLC 的主要功能 （ 1）条件控制功能 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用 PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。 （ 2）定时 /记数控 制功能 定时 /记数控制功能指用 PLC 提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。 （ 3）数据处理功能 数据处理功能是指 PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。 （ 4）步进控制功能 10 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 （ 5） A/D与 D/A 转换功能 A/D与 D/A 转换功能是指通过 A/D、 D/A模块完成模拟量和数字量之 间的转换。 （ 6）运动控制功能 运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。 （ 7）过程控制功能 过程控制功能是指通过 PLC的 PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。 （ 8）扩展功能 扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即 I/O扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 PLC的控制功能。 （ 9）远程 I/O功能 远程 I/O功能是指通过 I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与 PLC主机相连接，进行远程控制，接收 输入信号、传出输出信号。 （ 10）通信联网功能 通信联网功能是指通过 PLC之间的联网、 PLC与上位机的链接等，实现远程 I/O控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。 （ 11）监控功能 监控功能是指 PLC 能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制 I/O状态。 PLC 的基本结构及原理 PLC 的系统结构 目前 PLC 种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控 制的专用计算机，所以其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指令的传输。 如图 2所示， PLC控制系统由输入量 — PLC— 输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入量，它们经 PLC 外部输入端子，作为 PLC的输出量对外围设备进行各种控制。 由此可见， PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。 11 图 2 PLC硬件结构图 PLC 各部分的作用 （ 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。 ⑤ 执行各种外部设备的工作请求。 （ 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、 12 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） 设备通信接口 为了实现“人 机”或“机 机”之间的对话， PLC 配有多种通信接口。 PLC 通过这些通信接口可以与监视器、打印机、其他 PLC或计算机相连。 （ 7） 编程器 编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。 （ 8） 其他设备 PLC还可配置 EPROM写入器、存储器卡等其他外部设备。 PLC 的 基本工作原理 PLC采用的是循环扫描工作方式。 对每个程序， CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从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，每一个循环称为一个扫描周期。 PLC 的扫描全过程如图 3所示。 ① 输入采样阶段 在输入采样阶段， CPU 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。 完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 ② 程 序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 ③ 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，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。 13 图 3 PLC的扫描全过程 显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。 扫描周期越长，响应速度越慢。 由于每一个扫描周期只进行一次 I/O 刷新，即每一个扫描周期 PLC 只对输入 、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。 由此可见，若输入变量在 I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。 反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的 I/O 刷新期间输出才会发生变化。 这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。 这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行， PLC 在一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。 而工业现场的干扰常常是脉冲式的、 短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。 但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。 西门子公司可编程序控制器产品 — S7300 介绍 由于 请教老师，基本学 会使用 STEP 7 软件 （ 可编程逻辑控制程序 ） 对 PLC 进行编程，所以这次 自动售货机 PLC 设计 将采用西门子公司可编程序控制器产品 —S7300。 （ STEP 7 是一种 用于对西门子 PLC 进行组态和编程的专用集成软件包） 现在就对西门子公司 S7300系列 PLC做一个简单介绍。 西门子公司 S7300系列 PLC是一种通用型PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合。 S7300基于模块化、无风扇结构设计，采用 DIN标准导轨安装，配置灵活、安装简单、维护容易、扩展方便，各种。