电力水利]基于西门子plc的自动饮料售货机的控制系统的设计

电力水利]基于西门子plc的自动饮料售货机的控制系统的设计内容摘要：

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 803 8096 等）、 2) 通用微处理器（如 Z80、 808 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 13。 南昌工程学院本科毕业设计 7 图 13 PLC 硬件结构图 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）、。 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，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 第 1 章 可编程控制器 PLC 8 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。 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 PLC 具有数据处理能力，可进行数据比较、数据传送、算术运算、逻辑运算、数据转换，数据位移、数据显示等功能 南昌工程学院本科毕业设计 9 （ 6）模拟量处理与 PID 控制 PLC 具有 A/D 和 D/A 转换模块，转换的位数和精度可以根据用户要求选择，因此能警醒模拟量处理与 PID 控制。 （ 7）通信和互联网功能 现在的 PLC 具有 RS23 RS42 RS485 或现场总线等通信接口，可经行远程 I/O控制，可实现多台 PLC 联网和通信。 PLC的选型原则及选型方法 在 PLC 系统设计时，首先应将控制系统的控制方案确定下来，这之后的 下一步工作就是确定 PLC 的工程设计选型，确定选型前应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作。 确定 PLC 的功能、所需存储器容量、估算输入输出点数、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 一、确定控制方案 PLC 系统设计中的第一步，就是要明确整套设备的相关信息，包括是否需要做闭环控制，大机的机型特点，所有电机的类型，所有保护性元器件（包括低压设备、仪器仪表及限位等）的类型，种类，数量及其与系统的连接方式。 然后结合技术规格书等的要 求，确定 PLC 系统的品牌、系列和网络图概况，并对 PLC 系统所需要用到的通讯方式和特殊模块有一个大概的考虑。 二、输入输出（ I/O）点数的估算 通常根据统计的输入输出点数， I/O 点数估算时还应考虑适当的余量，所以要 再增加10%～ 20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。 另外 实际订货时，还需根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 三、存储器容量的估算 程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小， 存储器容量是 PLC本身能提供的硬件存储单元大小，因此 存储器容量大于 程序容量。 设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此， 设计阶段工程师是不知道 程序容量 的 ， 只要等到程序设计完成， 在程序调试之后 工程师 才知道。 为了设计选型时能对程序容量有一定估算， 一般情况下估算存储器容量 替代 程序容量。 存储器内存容量的估算 不定，许多文献资料中给出的 公式 也不尽相同 ，大体上都是按数字量 I/O 点数的 12 倍 左右 ，加上模拟 I/O 点数的 100 倍 左右 ，以此数为内存的总字数第 1 章 可编程控制器 PLC 10 （ 16 位为一个字），另外再按估算的这个数 的 四分之一 考虑余量。 四、 CPU 的选型 选择 CPU 首先要 考虑所需的存储器容量，必须确保 CPU 存储器容量大于所需。 其次，对于一些大型设备，在软件的设计上需要 CPU 有足够的运算速度和处理能力，比如做防摇系统，这时需要考虑采用双 CPU 冗余系统。 然后，有些 CPU 在通讯接口及支持的通讯方式上有所不同，本着系统经济性和可用性的考虑，选择已集成本系统需要用到的通讯方式，并且能支持需扩展的通讯方式的 CPU。 最后，还需考虑到整机 PLC 系统的网络布置，确保主站和各个分站能可靠对接。 五、输入输出模块的选择 在某个项目启动前， I\O 模块的选择应考虑与应用要求的统一。 例如对输入模块，应考虑高低 电平 信号、 传输 信号的 距离、 隔离 信号 之间的影响 等应用要求。 对输出模块，应考虑选用的输出模块类型， 比如 具有寿命短、 使用电压范围广、 响应时间较长 、价格低、等特点 的继电器输出模块 ；适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合 可控硅输出模块 ，过载能力较差 ，但价格较贵也是其缺电。 输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。 同时还要考虑扩展机架或远程 I/O 机架的布置等。 六、特殊 模块的选择 常用的特殊模块包括通讯模块，高速计数器模块和模拟量模块等。 对于通讯模块，需要考虑以下几点： 整套系统主站与分站间的通讯方式 PLC系统与变频器间的通讯方式 一般不同品牌的 PLC 在以上两点都有其常用的通讯方式，比如，在使用西门子 S7300系列 PLC 时，以上两点一般采用 Profibus 网络连接，而对于 AB 的 PLC 和变频器，以上两点一般采用 ControlNet 网络连接。 PLC系统与仪器仪表的通讯方式 现在很多设备都要求检测仪表具有通讯功能，而常用的检测仪表一般是串口通讯，所以需 要考虑串口设备接入整套系统的方式方法。 PLC系统与上位机等的通讯方式 南昌工程学院本科毕业设计 11 现在，很多设备，特别是大型设备，要求具有无线接收功能，常用的一般是无线以太网，同。