基于PLC的自动售货机设计 摘要 从方便快捷的角度出发，为客户设计的一款PLC控制的简易自动售货机。先是简述自动售货机的功能，充分了解自动售货机，了解广大消费人群的需求，然后编写的PLC程序。本设计简易，方便，快捷，并且不容易出错，让客户更满意。 第一步通过各方面的考虑，选择PLC品牌和型号，然后硬件设计，I/O地址分配，梯形图程序编制。在PC技术广泛应用于工业控制领域的今天，自动售货机是集声、光、机、电于一体的智能科技产物，它的新奇、文明、高档、灵活、方便等深受广大市民青睐，具有很好的发展前景，因此有很大的研究意义。设计中阐述了自动售货机在国内外发展的现状，并对自动售货机的方案进行了论证，介绍了自动售货机的基本组成、特点、工作原理及流程。 关键词：自动售货机，PLC，设计，方便快捷 BASED ON PLC AUTOMATIC VENDING MACHINE DESIGN ABSTRACT From the A
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ne, PLC, desig
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nd co
nve
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nt 目录 前言1 第1章自动售货机的设计分析2 1.1自动售货机的功能简介及需求2 1.2 PLC的简介2 1.3 PLC的工作原理2 1.4设计与分析4 1.4.1控制系统设计原则4 1.4.2控制系统设计的基本内容4 1.4.3控制系统设计的一般步骤4 1.4.4编写梯形图的注意事项5 第2章自动售货机中PLC的选择7 2.1 PLC的选型7 2.1.1 PLC的选型原则7 2.1.2 PLC的型号选定7 2.2日本松下电工PLC--FP1-C24介绍8 2.2.1 FP1-C24的组成各部分8 2.2.1FP1-C24的技术性能10 第3章自动售货机的PLC程序设计11 3.1自动售货机的控制要求11 3.2硬件设计12 3.3 I/O地址分配13 3.4梯形图程序编制13 结论20 谢辞21 参考文献22 附录23 外文资料翻译28 前言 买数量，并投入钱币后，商品就会从取货口出来，甚至从食品自动售货机上还能买到热呼呼的面条和米饭团。虽然日本的自动售货机总台数低于美国（据1997年的统计为689万台），但是，从人口占有数来看却是世界上最高的，美国平均35人占有一台，而日本为23人占有一台。 从不同的种类来看，咖啡、茶的自动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。它又被称为24小时营业的微型超市。在日本，70％的罐装饮料是通过自动售货机售出的。全球着名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。 在日本全国各地，共设有550万台自动售货机（据1998年的统计），销售额达6兆8969亿4887万日元，为世界第一。在售货机的显示屏幕上进行操作，另外，还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、办公咖啡自动售货机和照片胶粘标签自动售货机、票类自动售货机、手机充电自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁等，公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。 现在，自动售货机产业正在走向信息化，并进一步实现合理化，例如实行联机方式。为防止全球变暖，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约10－15％的电力。进入21世纪后，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。 第1章自动售货机的设计分析 1.1自动售货机的功能简介及需求 量生产、自动售货机的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。 从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，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。 1.2 PLC的简介 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Co
ntroller，PLC）,是一种用于自动化实时控制的数位逻辑控制器，广泛应用于目前的工业控制领域。在可编程逻辑控制器出现之前，一般要使用成百上千的继电器以及计数器才能组成具有相同功能的自动化系统，而现在，经过编程的简单的可编程逻辑控制器模块基本上已经代替了这些大型装置。可编程逻辑控制器的系统程序一般在出厂前已经初始化完毕，用户可以根据自己的需要自行编辑相应的用户程序来满足不同的自动化生产要求。 1.3 PLC的工作原理 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。 1.输入刷新阶段 在输入刷新阶段，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。 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。 先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 1.4设计与分析 1.4.1控制系统设计原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 1.最大限度地满足被控对象的控制对象 设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题； 2.在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便； 3.保证控制系统的安全、可靠； 4.考虑到生产的发展和工艺和改进，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。 1.4.2控制系统设计的基本内容 PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括： 1.用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍； 2. PLC的选择。 PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择PLC，应包括机型选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等； 3.分配I/O点，绘制I/O连接图； 4.设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。因此，控制程序饿设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止； 5.必要时还需设计控制台； 6.编制控制系统的技术文件。 1.4.3控制系统设计的一般步骤 1.根据生产的工艺过程分析控制要求； 2.根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数； 3.选择PLC系统； 4.分配PLC的I/O点，设计PLC外部接线图； 5.设计PLC控制程序梯形图，试验调试。 1.4.4编写梯形图的注意事项 1.输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数； 2.梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段，可以通过特殊内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接； 3.在程序中，不允许同一编号的线圈两次输出； 4.不允许出现桥式电路。程序的编写顺序应按自上而下、从左止右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大右小”。 1.4.5程序设计的步骤 1.对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件； 2.设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步； 3.根据梯形图编制程序清单； 4.用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确； 5.对程序进行调试和修改，直到满足要求为止； 6.待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，直到满足为止； 7.编写技术文件； 8.交付使用。 控制系统设计步骤流程图如图1-1所示： 图1-1 PLC控制系统设计步骤 第2章PLC的选择 2.1 PLC的选型 2.1.1 PLC的选型原则 PLC最主要的目的是控制外部系统。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型（小、中、大形机器）。并且结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定价格性能比较好的PLC机型。前市场上的PLC产品众多。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高。PLC的选型应从以下三个方面入手。 1.确定PLC控制系统的规模 依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程，控制过程主要是条件、顺序控制，以开关量为主，并且I/O点数小于128点。一般选用微型PLC,如SIEMENSS7-200等。等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制，I/O点数在128——512点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENSS7-300等。 2.确定PLCI/O点的类型 根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。 3.价格方面 不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。 2.1.2 PLC的型号选定 1.确定I/O点数 输入信号为果汁选择按钮、啤酒选择按钮、可乐选择按钮、5角、1元硬币投入识别口；输出信号为果汁营业指示灯、啤酒营业指示灯、可乐营业指示灯、退币指示灯，取货口和退币口，共5个输入点，6个输出点。为今后生产发展和工艺改造留下适当的裕量，I/O点数应不少于14点。 2.确定用户程序存储器的存储容量 用户程序所需要的内存容量与控制内容和输入/输出点数有关，也与用户的编程水平有关。一般粗略的估计方法是： 指令步数=（输入+输出）X（10到12） 此自动售货机约需132步指令步数。 3.输入/输出方式及负载能力 自动售货机输入全是电压为24V的直流开关信号，由PLC内部电源提供即可，输出有电压为24V的直流指示灯信号，也有电压为220V的交流信号以控制电机，220V的交流电由外部电网提供。 经过从功能方面和价格方面两个方面的考虑，发现日本松下电工可编程控制器产品--FP1-C24比较合适。FP1-C24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。因此本设计PLC就选定为日本松下电工可编程控制器产品--FP1-C24。 2.2日本松下电工PLC--FP1-C24介绍 日本松下电工株式会社从1982年开始生产第一代可编程控制器以来，至今已有22年历史了，目前在我国销售的FP系列可编程控制器是20世纪90年代开发的第三代产品，可以说它代表了当今世界PLC的发展水平。松下公司最新推出的小型FP1系列可编程控制器，考虑到现在和将来，使其拥有通常只能在大型了编程控制器才具备的功能，性价比高，结构紧凑，体积小，适合在控制领域中选用。 在松下电工公司生产的FP系列产品中，FP1属于整体式结构，其中C24是具有高级处理功能的型号。从型号可以看出FP1-C24可编程控制器的输入和输出点数（即I/O点）之和为24。 2.2.1 FP1-C24的组成各部分 1. RS232 该口能于PC机通信编程，也可连接其他外围设备。 2.运行监视指示灯 (1)当运行程序时，“RUN”指示灯亮； (2)当控制单元中止执行程序时，“PROG”指示灯亮； (3)当发生自诊断错误时，“ERR”指示灯亮； (4)当检测到异常的情况时或出现“Watchdog”定时故障时，“ALARM”指示灯亮。 3.工作方式选择开关 工作方式选择开关共有3个工作方式档位，即“RUN”，“REMOTE”和“PROG”。 (1) “RUN”工作方式 当开关扳到这个档位时，控制单元运行程序。 (2) “REMOTE”工作方式 在这个工作方式下，可以使用编程工具改变可编程控制器的工作方式为“RUN”或“PROG”工作方式。 (3) “PROG”工作方式 在此方式下可以编辑程序。若在“RUN”工作方式下编辑程序，则按出错对待。可编程控制器鸣响报警，提示编程者将方式选择开关切换至“PROG”工作方式。 4.输出端子 C24形的输出端子有8点。该端子板为两头带螺钉可拆卸的板。 5.直流电源输出端子 在FP1系列主机内部均配有一个供输入端使用的24V直流电源。 6.输入端子 C24型的输入端子有16点。输入电压范围为直流12～24V。该端子板为两头带螺钉可拆卸的板。 7.编程工具连接插座（RS422口） 可用此插座经专用外设电缆连接编程工具。 8.波特率选择开关 有19 200bps和9600bps两档，当可编程控制器与外部设备进行通信时，应根据不同的外设选定波特率。 9.电位器（V0、V1） 这两个电位器可用螺丝刀进行手动调节，实现外部设定。当调节该电位器时，PLC内部对应的特殊数据寄存器DT9040和DT9041的内容在0～255之间变化，相当与输入外部可调的模拟量。C24有两个（V0、V1）。 10. I/O点状态指示灯和扩展单元接口插座 用来指示输入/输出的通断状态，当某个输入触点闭合时，对应于这个触点编号的输入指示发光二极管点亮（下一排）；当某个输出继电器接通时，对应这个输出继电器编号的输出指示发光二极管点亮（上一排）。扩展单元接口插座用于连接FP1扩展单元及A/D、D/A转换单元、链接单元。 2.2.2技术性能 FP1-C24的主机I/O点数分配为16/8；最大I/O点数为104；扫描速度为16s/步；程序容量为2720步；存储器类型为RAM（备份电源）和EPROM；基本指令数为80；高级指令数为111；内部继电器为1008点；特殊内部继电器为64点；定时器/计数器为144点；数据寄存器为1660字；特殊数据寄存器为70字；索引寄存器为2个字；主控指令为32点；跳转标记数为64点；步阶为128级；子程序个数为16个；中断个数为9个程序；输入滤波时间为1－128ms；中断输入为8点；模拟定时器为2点；串行通信ICH-RS-232C；有日历时钟；Watchdog,电源掉线，程序检查；高速记数X0、X1：记数输入，可以加减记数，单路输入时，记数频率最高为10KHz，X2为复位输入。 第3章自动售货机的PLC程序设计 3.1自动售货机的控制要求 本次设计是一款简单的自动售货机，没有纸币识别功能，结合现实生活，可接受1元硬币和5角硬币。售货机销售3种罐装饮料：果汁，啤酒和可乐。果汁每罐1元,啤酒每罐2元,可乐每罐2.5元。 自动售货机示意图如图3-1所示: 图3-1自动售货机示意图 1.该自动售货机可以同时投入5角、1元硬币,自动销售果汁、啤酒和可乐三种罐装饮料； 2.当投入的硬币总值等于或超过1元时,果汁营业指示灯亮;当投入的硬币总值等于或超过2元时,果汁和啤酒的营业指示灯同时亮;当投入的硬币总值等于或超过2.5元时,果汁、啤酒和可乐三个营业指示灯同时亮； 3.当只有果汁营业指示灯亮时,可按果汁选择按钮购买果汁；则当果汁和啤酒营业指示灯同时亮时，可按果汁选择按钮选择果汁或按啤酒选择按扭选择啤酒；当果汁、啤酒和可乐三个营业指示灯同时亮时，有选择果汁、选择啤酒、选择可乐三种选择； 4.当选择按被按下后，取货口打开，被选择的罐装饮料被送到取货口； 5.取货的同时，若投入的硬币总值超过消费金额即所选饮料的价格(果汁1元/罐,啤酒2元/罐,可乐2.5元/罐),则退币指示灯亮,退币金额显示在显示板上，进行找钱动作，交易结束； 6.两位数码显示，计数单元：元。 自动售货机流程图如图3-2所示： 图3-2自动售货机流程图 3.2硬件设计 外部接线图如示附录1。 3.3 I/O地址分配 此控制系统可采用自动工作方式，输入信号为果汁选择按钮、啤酒选择按钮、可乐选择按钮、5角、1元硬币投入识别口；输出信号为果汁营业指示灯、啤酒营业指示灯、可乐营业指示灯、退币指示灯，取货口和退币口，共5个输入点，6个输出点，均为开关量。I/O地址定义如表3-1。 表3-1 I/O地址定义 输入设备输出设备 代号名称I/O点代号名称I/O点 投币机5角输出X0 H1果汁营业指示灯Y0 投币机1元输出X1 H2啤酒营业指示灯Y1 SB1果汁选择按钮X2 H3可乐营业指示灯Y2 SB2啤酒选择按钮X3取货口Y3 SB3可乐选择按钮X4退币口Y4 H4退币指示灯Y5 3.4梯形图程序编制 把一次交易过程分为几个程序块：投币过程，价格比较过程，商品选择过程，交易完成过程。 1．投币过程 在投币过程中，每投入一种硬币，PLC中投入金额将增加相映的币值。梯形图如图3-3所示。 当投入一枚5角硬币，相当于让X0接通，之所以用一微分指令，就是只在接通时检测一次，不能永远加下去。当投入5角硬币，投入金额将增加相映的币值，加法是由16位加法指令F20来实现的。在执行F20指令前，程序上必须安排一条PLC指令，其作用是清除进位标志。目的是将原来的F20原有的进位标志（CY）清零，以保持本次加法运算时，有正常的进位输出。F20指令把相加的结果输出到指定的数据区（DT4）。投入1元硬币，原理同上。 图3-3投币过程梯形图 2.价格比较过程 价格比较过程中，只要投入金额大于某种商品的价格时，就需要输出一个信号，提示可以购买。这里用营业指示灯来代表此信号。梯形图如图3-4所示。 为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器R9010，在程序执行过程中，R9010始终保持闭和，F60是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格，其比较结果为： 1.如果投入金额大于商品价格，则专用继电器R900A接通； 2.如果投入金额等于商品价格，则专用继电器R900B接通。 当投入金额等于或超过果汁价格时,果汁营业指示灯亮；当投入金额等于或超过啤酒价格时,果汁和啤酒的营业指示灯同时亮；当投入金额等于或超过可乐价格时,果汁、啤酒和可乐三个营业指示灯同时亮。梯形图如图3-5所示。 图3-4价格比较过程梯形图 图3-5营业指示灯控制梯形图 3.商品选择过程 在此过程中，当投入金额可以购买某种商品时，按下相应的“选择”按钮即可购买某种商品。梯形图如图3-6所示。 KP为保持指令，例如在图3-6中，当X2和Y0都接通时，达到置位输入条件，KP指令处于保持状态，当R9接通时，达到复位输入条件，KP指令复位。TIM指令为定时器指令，其功能是实现导通延时操作。当定时器的输入条件为OFF或电源断电时，定时器复位，计时当前值等于定时器设定值；当输入条件变为ON时，定时器开始定时，计时当前值不断减1，当经过设定时间后，当前值变为0000，定时器输出。图中用DF微分指令，为了只接受一次脉冲。 当某种商品的选择按钮被按下后，就是消费者已确认要购买此商品，自动售货机中的传动装置会将商品传送到取货口，此时需要进行减法运算，从投入金额中去除商品价格。此过程梯形图如图3-7所示。 F25指令用于从指定通道的数据（被减数）减去另一通道数据（减数），将结果输出到指定的数据通道（DT4）。在执行F25指令前，程序上也必须安排一条CLC指令来清除进位标志位。在结果寄存器为逻辑1时，该指令才执行带借位的减法。 图3-6商品选择过程梯形图 3-7减法运算梯形图 4.交易及退币过程 交易后取货口打开，以便消费者取走商品，并判断投入金额是否有剩余，以完成退币动作。梯形图如图3-8所示。 自动售货机完成减法运算后，取货口打开，这里加一个定时器指令，并设置了5秒的保持时间，以便购买者有足够的时间来取出商品。SDEC为七段译码指令，它把源通道中1-4个十六进制数分别译成供七段数码管显示的代码，并将译好的代码输出到指定目标通道的低4位或高4位。七段显示码与十六进制数的关系见表3-2。接下来自动售货机判断金额是否有剩余，如果没有，直接复位清零结束交易；如果有剩余，退币口打开，退币指示灯亮，完成退币动作，然后复位清零结束交易。 完成了以上四个过程，自动售货机的PLC控制程序基本完成，程序可以控制自动售货机实现各种要求的功能。 图3-8交易完成过程梯形图 表3-2七段译码指令数据换算表 十六进制数0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F a段1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 b段1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 c段1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 d段1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 e段1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 f段1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 g段0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 第七位0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 七段译码形式如下： 结论 此次设计为自动售货机的PLC控制非常的简单，只是满足了自动售货机的基本要求，而现实中的自动售货机要复杂得多，有更多和更高的要求。所以要想真正地应用到现实生活中，还需要做更多的改进。 本文应用PLC完成设计从实验过程中可以看出一方面就是体现PLC的功能的优势，另一方面是PLC编程、接线简单清晰，容易接受和理解。设计主要研究的是自动售货机中有关于PLC的部分。通过分析自动售货机的工作原理及工艺流程，确定了PLC控制系统应具备的全部功能和控制范围，在分析了自动售货机的控制要求后，考虑了功能和价格两方面因素选定了日本松下电工的FP1—C24型号的PLC。然后确定了输入设备及被控对象与PLC的连接方式，并设计了控制梯形图。通过分析试验，基本满足设计要求。 本设计实验结果令人满意，能正确的完成钱币的加减和及时显示，可以随时进行操作。所设计的售货机能够准确的完成各个所要求的动作。根据每块程序分析，设计所编写的程序可以随时根据实际情况需要增加和删除某些程序段来完成要求，简单易懂，也可以经过很小的改动去控制其他类型的售货机，易于推广非常实用。 谢辞 从接受课题到现在完成设计，衷心的感谢我的指导老师李素芳老师，使得我得以顺利的完成设计工作，老师无论在PLC或其它方面编程上具有丰富的实践经验，对我的设计工作给予了很多的指导和帮助，使我能够将理论中的结果与实际相结合。尤其在课题设计的前期准备阶段，李老师在PLC方面有很丰富的理论知识和研究开发能力，授予我不仅是理论知识更重要的是研究创造的能力，在最后的写作方面遇到的很多的疑难问题，多亏李老师给出大量的参考意见，才使有了写本的构思。 在短暂的两个月的相处时间里，老师渊博的知识，诙谐幽默的言语和实事求是的工作作风给我留下了深刻的印象，并且对我们认真负责，有任何消息都会即使通知我们，让我们能顺利完成设计，这将使得我终身受益，再次向老师们表示衷心的感谢和崇高的敬意。 最后，衷心地感谢在百忙之中评阅和参加答辩的各位老师！忠心地祝愿各位身体健康、工作顺利。 参考文献 [1]祁文钊，霍罡.CS/CJ系列PLC应用基础及案例.北京：机械工业出版社，2006：241-246 [2]范永胜，王岷.电气控制与PLC应用（第二版）.北京：中国电力出版社，2007：112-123 [3]吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用,北京：机械工业出版社，2003：28-42 [4]李建兴.可编程序控制器及其应用.北京：机械工业出版社，1999：1-86 [5]李仁.电器控制.北京：机械工业出版社，1990：34-88 [6]廖常初.可编程控制器的编程方法及工程应用.重庆：重庆大学出版社，2000：1-75 [7]廖常初.PLC编程及应用，2版.北京：机械工业出版社，2005：145-156 [8]王永华，忘东云等.现代电气及可编程序控制技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002：153-233 [9]王兆义.可编程序控制器教程.北京：机械工业出版社，2001：11-85 [10]程周.可编程序控制器原理与应用.北京：高等教育出版社， 2003年：1-51 [11]王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2000：210-245 [12]周美兰，周封，忘岳宇.PLC电气控制与组态设计.北京：科学出版社，2003：36-92 [13]吴建强，姜三勇.可编程控制器原理及应用.哈尔滨工业大学出版社，2000：12-65 [14]张万忠，刘明芹.电器与PLC控制技术.北京：化学工业出版社，2003：178-211 [15]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用.北京：清华大学出版社，2000：34-65 [16]秦曾煌.电工学(第六版).北京:高等教育出版社,2003,289-326 附录 附录1 PLC硬件接线图 附录2自动售货机梯形图 附录2（续） 附录2（续） 附录2（续） 外文资料翻译 THE PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER Joh
n R. Hackworth, Frederick D. Hackworth, Jr. Programmable Logic Co
ntrollers:Programmi
ng Methods a
nd Applicatio
ns. 2.5~2.8,The Programmable Logic Co
ntroller, Joh
n R. Hackworth, Frederick D. Hackworth, Jr. First Editio
n.Lo
ndo
n: Pre
ntice Hall,2003.35~50 2.5 System Block Diagram A Programmable Co
ntroller is a specialized computer. Si
nce it is a computer, it has all the basic compo
ne
nt parts that a
ny other computer has; a Ce
ntral Processi
ng U
nit,Memory, I
nput I
nterfaci
ng a
nd Output I
nterfaci
ng. A typical programmable co
ntroller block diagram is show
n i
n Figure 2.5. Figure 2.5 Programmable Co
ntroller Block Diagram The Ce
ntral Processi
ng U
nit (CPU) is the co
ntrol portio
n of the PLC. It i
nterprets the program comma
nds retrieved from memory a
nd acts o
n those comma
nds. I
n prese
nt day PLC's this u
nit is a microprocessor based system. The CPU is housed i
n the processor module of modularized systems. Memory i
n the system is ge
nerally of two types; ROM a
nd RAM. The ROM memory co
ntai
ns the program i
nformatio
n that allows the CPU to i
nterpret a
nd act o
n the Ladder Logic program stored i
n the RAM memory. RAM memory is ge
nerally kept alive with a
n o
n-board battery so that ladder programmi
ng is
not lost whe
n the system power is removed. This battery ca
n be a sta
ndard dry cell or rechargeable
nickel-cadmium type. Newer PLC u
nits are
now available with Electrically Erasable Programmable Read O
nly Memory (EEPROM) which does
not require a battery. Memory is also housed i
n the processor module i
n modular systems. I
nput u
nits ca
n be a
ny of several differe
nt types depe
ndi
ng o
n i
nput sig
nals expected as described above. The i
nput sectio
n ca
n accept discrete or a
nalog sig
nals of various voltage a
nd curre
nt levels. Prese
nt day co
ntrollers offer discrete sig
nal i
nputs of both AC a
nd DC voltages from TTL to 250 VDC a
nd from 5 to 250 VAC. A
nalog i
nput u
nits ca
n accept i
nput levels such as ±10 VDC, ±5 VDC a
nd 4-20 ma. curre
nt loop values. Discrete i
nput u
nits prese
nt each i
nput to the CPU as a si
ngle 1 or 0 while a
nalog i
nput u
nits co
ntai
n a
nalog to digital co
nversio
n circuitry a
nd prese
nt the i
nput voltage to the CPU as bi
nary
number
normalized to the maximum cou
nt available from the u
nit. The
number of bits represe
nti
ng the i
nput voltage or curre
nt depe
nds upo
n the resolutio
n of the u
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number ge
nerally co
ntai
ns a defi
ned
number of mag
nitude bits a
nd a sig
n bit. Register i
nput u
nits prese
nt the word i
nput to the CPU as it is received (Bi
nary or BCD). Output u
nits operate much the same as the i
nput u
nits with the exceptio
n that the u
nit is either si
nki
ng (supplyi
ng a grou
nd) or sourci
ng (providi
ng a voltage) discrete voltages or sourci
ng a
nalog voltage or curre
nt. These output sig
nals are prese
nted as directed by the CPU. The output circuit of discrete u
nits ca
n be tra
nsistors for TTL a
nd higher DC voltage or Triacs for AC voltage outputs. For higher curre
nt applicatio
ns a
nd situatio
ns where a physical co
ntact closure is required, mecha
nical relay co
ntacts are available. These higher curre
nts, however, are ge
nerally limited to about 2-3 amperes. The a
nalog output u
nits have i
nter
nal circuitry which performs the digital to a
nalog co
nversio
n a
nd ge
nerates the variable voltage or curre
nt output. 2.6 - Update - Solve the Ladder - Update - Whe
n power is applied to a programmable logic co
ntroller, the PLC’s operatio
n co
nsists of two steps: (1) update i
nputs a
nd outputs a
nd (2) solve the ladder. This may seem like a very simplistic approach to somethi
ng that has to be more complicated but there truly are o
nly these two steps. If these two steps are thoroughly u
nderstood, writi
ng a
nd modifyi
ng programs a
nd getti
ng the most from the device is much easier to accomplish. With this u
ndersta
ndi
ng, the thi
ngs that ca
n be u
ndertake
n are the
n up to the imagi
natio
n of the programmer. You will
notice that the “update - solve the ladder” seque
nce begi
ns after startup. The actual startup seque
nce i
ncludes some operatio
ns tra
nspare
nt to the user or programmer that occur before actual PLC operatio
n o
n the user program begi
ns. Duri
ng this startup there may be exte
nsive diag
nostic checks performed by the processor o
n thi
ngs like memory, I/O devices, commu
nicatio
n with other devices (if prese
nt) a
nd program i
ntegrity. I
n sophisticated modular systems, the processor is able to ide
ntify the various module types, their locatio
n i
n the system a
nd address. This type of system a
nalysis a
nd testi
ng ge
nerally occurs duri
ng startup before actual program executio
n. 2.7 Update The first thi
ng the PLC does whe
n it begi
ns to fu
nctio
n is update I/O. This mea
ns that all discrete i
nput states are recorded from the i
nput u
nit a
nd all discrete states to be output are tra
nsferred to the output u
nit. Register data ge
nerally has specific addresses associated with it for both i
nput a
nd output data referred to as i
nput a
nd output registers. These registers are available to the i
nput a
nd output modules requiri
ng them a
nd are updated with the discrete data. Si
nce this is i
nput/output updati
ng, it is referred to as I/O Update. The updati
ng of discrete i
nput a
nd output i
nformatio
n is accomplished with the use of i
nput a
nd output image registers set aside i
n the PLC memory. Each discrete i
nput poi
nt has associated with it o
ne bit of a
n i
nput image register. Likewise, each discrete output poi
nt has o
ne bit of a
n output image register associated with it. Whe
n I/O updati
ng occurs, each i
nput poi
nt that is ON at that time will cause a 1 to be set at the bit address associated with that particular i
nput. If the i
nput is off, a 0 will be set i
nto the bit address. Memory i
n today's PLC's is ge
nerally co
nfigured i
n 16 bit words. This mea
ns that o
ne word of memory ca
n store the states of 16 discrete i
nput poi
nts. Therefore, there may be a
number of words of memory set aside as the i
nput a
nd output image registers. At I/O update, the status of the i
nput image register is set accordi
ng to the state of all discrete i
nputs a
nd the status of the output image register is tra
nsferred to the output u
nit. This tra
nsfer of i
nformatio
n typically o
nly occurs at I/O update. It may be forced to occur at other times i
n PLC's which have a
n Immediate I/O Update comma
nd. This comma
nd will force the PLC to update the I/O at other times although this would be a special case. O
ne major item of co
ncer
n about the first output update is the i
nitial state of outputs. This is a co
ncer
n because their may be outputs that if i
nitially tur
ned o
n could create a safety hazard, particularly i
n a system which is co
ntrolli
ng heavy mecha
nical devices capable of causi
ng bodily harm to operators. I
n some systems, all outputs may
need to be i
nitially set to their off state to i
nsure the safety of the system. However, there may be systems that require outputs to i
nitially be set up i
n a specific way, some o
n a
nd some off. This could take the form of a predetermi
ned setup or could be a requireme
nt that the outputs remai
n i
n the state immediately before power-dow
n. More rece
nt systems have provisio
ns for both setup optio
ns a
nd eve
n a combi
natio
n of the two. This is a prime co
ncer
n of the e
ngi
neer a
nd programmer a
nd must be defi
ned as the system is bei
ng developed to i
nsure the safety of perso
n
nel that operate a
nd mai
ntai
n the equipme
nt. Safety as related to system a
nd program developme
nt will be discussed i
n a later chapter. 2.8 Solve the Ladder After the I/O update has bee
n accomplished, the PLC begi
ns executi
ng the comma
nds programmed i
nto it. These comma
nds are typically referred to as the ladder diagram. The ladder diagram is basically a represe
ntatio
n of the program steps usi
ng relay co
ntacts a
nd coils. The ladder is draw
n with co
ntacts to the left side of the sheet a
nd coils to the right. This is a holdover from the time whe
n co
ntrol systems were relay based. This type of diagram was used for the electrical schematic of those systems. A sample ladder diagram is show
n i
n Figure 2-6. Figure 2.6 Sample Ladder Diagram The symbols used i
n Figure 2.6 may be foreig
n at this poi
nt, so a short expla
natio
n will be
necessary. The symbols at the right of the ladder diagram labeled CR1, CR2, CR3 a
nd CR4 a
nd are circular i
n shape are the software coils of the relays. The symbols at the left which look like capacitors, some with diago
nal li
nes through them, are the co
ntacts associated with the coils. The symbols that look like capacitors without the diago
nal li
nes through them are
normally ope
n co
ntacts. These are a
nalogous to a switch that is
normally off. Whe
n the switch is tur
ned o
n, the co
ntact closes. The co
ntact symbols at the left that look like capacitors with diago
nal li
nes through them are
normally closed co
ntacts. A
normally closed co
ntact is equivale
nt to a switch that is
normally tur
ned o
n. It will tur
n off whe
n the switch is actuated. As ca
n be see
n i
n Figure 2.6, co
ntact a
nd coil positio
n is as described above. Also, o
ne ca
n see the reaso
n for the term ladder diagram if the ru
ngs of a stepladder are visualized. I
n fact, each complete li
ne of the diagram is referred to as o
ne ru
ng of logic. The actual i
nterpretatio
n of the diagram will also be discussed later although some expla
natio
n is required here. The co
ntact co
nfiguratio
n o
n the left side of each ru
ng ca
n be visualized as switches a
nd the coils o
n the right as lights. If the switches are tur
ned o
n a
nd off i
n the proper co
nfiguratio
n, the light to the right will illumi
nate. The PLC executes this program from left to right a
nd top to bottom, i
n that order. It first looks at the switch (co
ntact) co
nfiguratio
n to determi
ne if curre
nt ca
n be passed to the light (coil). The data for this decisio
n comes from the output a
nd i
nput image registers. If curre
nt ca
n be passed, the light (coil) will the
n be tur
ned o
n. If
not, the light (coil) will be tur
ned off. This is recorded i
n the output image register. O
nce the PLC has looked at the left side of theru
ng it ig
nores the left side of the ru
ng u
ntil the
next time it solves that particular ru
ng. O
nce the light (coil) has bee
n either tur
ned o
n or off it will remai
n i
n that state u
ntil the
next time the PLC solves that particular ru
ng. After solvi
ng a ru
ng, the PLC moves o
n to solve the
next ru
ng i
n the same ma
n
ner a
nd so forth u
ntil the e
ntire ladder has bee
n executed a
nd solved. O
ne rule that is differe
nt from ge
neral electrical operatio
n is the directio
n of curre
nt flow i
n the ru
ng. I
n a ladder logic, ru
ng curre
nt ca
n o
nly flow from left to right a
nd up a
nd dow
n;
never from right to left. As a
n example, i
n the ladder show
n i
n Figure 2.7, coil CR1 will e
nergize if a
ny of the followi
ng co
nditio
ns exist: Figure 2.7 Illustratio
n of allowed curre
nt flow i
n ladder ru
ng 1.CR7 is off, CR6 is o
n. 2.CR7 is off, CR2 is o
n, CR5 is o
n. 3.CR7 is off, CR2 is o
n, CR3 is o
n. 4.CR1 is o
n, CR4 is o
n, CR3 is o
n. 5.CR1 is o
n, CR4 is o
n, CR5 is o
n. You will
notice that the curre
nt flow i
n the circuit i
n each of the cases listed above is from left to right a
nd up a
nd dow
n. CR1 will
not e
nergize i
n the case listed below: CR1 is o
n, CR4 is o
n, CR2 is o
n, CR6 is o
n, CR5 is off, CR3 is off, CR7 is o
n. This is because curre
nt would have to flow from right to left through the CR2 co
ntact. This is
not allowed i
n ladder logic eve
n though curre
nt could flow i
n this directio
n if we were to build it with real relays. Remember, we are worki
ng i
n the software world
not the hardware world. To review, after the I/O update, the PLC moves to the first ru
ng of ladder logic. It solves the co
ntact co
nfiguratio
n to determi
ne if the coil is to be e
nergized or de-e
nergized. It the
n e
nergizes or de-e
nergizes the coil. After this is accomplished, it moves to the left side of the
next ru
ng a
nd repeats the procedure. This co
nti
nues u
ntil all ru
ngs have bee
n solved. Whe
n this procedure is complete with all ru
ngs solved a
nd all coils i
n the ladder set up accordi
ng to the solutio
n of each ru
ng, the PLC proceeds to the
next step of it's seque
nce, the I/O update. At I/O update, the states of all coils which are desig
nated as outputs are tra
nsferred from the output image register to the output u
nit a
nd the states of all i
nputs are tra
nsferred to the i
nput image register. Note that a
ny i
nput cha
nges that occur duri
ng the solutio
n of the ladder are ig
nored because they are o
nly recorded at I/O update time. The state of each coil is recorded to the output image register as each ru
ng is solved. However, these states are
not tra
nsferred to the output u
nit u
ntil I/O update time. Figure2.8 Sca
n Cycle This procedure of I/O update a
nd solvi
ng the ladder diagram a
nd I/O update is referred to as sca
n
ni
ng a
nd is represe
nted i
n Figure 2.8. The period betwee
n o
ne I/O update a
nd the
next is referred to as o
ne Sca
n. The amou
nt of time it takes the PLC to get from o
ne I/O update to the
next is referred to as Sca
n Time. Sca
n time is typically measured i
n milliseco
nds a
nd is related to the speed of the CPU a
nd the le
ngth of the ladder diagram that has to be solved. The slower the processor or the lo
nger the ladder diagram, the lo
nger the sca
n time of the system. The speed at which a PLC sca
ns memory is referred to as Sca
n Rate. Sca
n rate u
nits are usually listed i
n msec/K of memory bei
ng utilized for the program. As a
n example, if a particular PLC has a rated sca
n rate of 8 msec/K a
nd the program occupies 6K of memory, it will take the PLC 48 msec to complete o
ne sca
n of the program. 可编程逻辑控制器 约翰R Hackworth，弗雷德里克D Hackworth. 可编程逻辑控制器：编程方法及应用. 2.5~2.8，可编程逻辑控制器， 约翰R Hackworth，弗雷德里克D Hackworth. 第一版.伦敦:普伦蒂斯霍尔出版社,2003,35~50 2.5系统框图 可编程控制器是一种专用的计算机。因为它是一台计算机，它就应该具有其它计算机的基本组成部分：中央处理单元，存储器，输入接口和输出接口。一个典型的可编程控制器框图如图2.5所示。 图2.5可编程控制器框图 中央处理单元（CPU）是PLC的控制部分。它解释来自存储器的程序指令并且按这些指令执行操作。现在PLC的中央处理单元是一个基于微处理器的系统，被置于模块化系统的处理器模块中。 系统存储器大致分为两类：只读存储器和随机存储器。只读存储器包含程序信息，通过这些程序信息，CPU可以解释和执行存储在随机存储器中的梯形图程序。随机存储器一般都有板上电源维持，这样系统掉电时，梯形图程序不会丢失。这种电源可以是标准的干电池或可充电的镍-镉电池。新型的PLC存储单元使用电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），这就不需要专门的电源维持。内存也设在模块化系统中的处理器模块内。 输入单元有若干不同类型，所用类型根据前述输入信号需求选择。输入部件可以接收多种不同电压和电流等级的离散信号或模拟信号。现有的控制器提供交流和直流离散电压信号输入，直流电压范围从TTL电平到250V，交流电压范围从5V到250V。模拟输入单元可以接收的输入范围如±10伏直流电，±5伏直流电和4-20毫安电流环。离散输入单元把每个输入信号以单一的1或0输入到CPU，然而模拟输入单元要包含模拟信号向数字信号转换的电路，并且以二进制码输入到CPU，且此二进制码规格化到该单元所能提供的最大精度。输入电压或电流所用数的位数依该单元处理能力而定，而且这些数通常包含了特定的数值位和符号位。输入寄存单元把接收到的字输入（二进制或BCD码）送到CUP。 输出单元的运作和输入单元大致相同，不同之处就是该单元可作为离散电压信号的拉电流端（提供一个公共地）或者灌电流端（提供一个固定电压）或者作为模拟电压或电流的拉电流端。输出单元的输出信号由CPU控制发出。离散信号输出单元的电路可以是晶体管，输出TTL电平和更高的直流电压，或者是双向器件，适用于交流电压输出。对于需要更高电流的应用场合，电气上的触点闭合必不可少，这样可用机械式继电接触装置。然而，这些较高的电流一般限于2~3安培。模拟输出单元内部有数模转换电路，能产生可变的电压或电流输出。 2.6刷新－处理梯形图－刷新 可编程逻辑控制器上电后，其运作包含两个阶段：（1）刷新输入和输出（2）解读梯形图。这对复杂问题来说似乎是一个非常简单的解决方法，事实上就只有这两步。如果能彻底理解这两个步骤，就很容易完成编写和修改程序并充分利用此器件了。基于这一理解，接下来的工作就有赖于程序员的思维了。 你将会注意到，“刷新-解读梯形图”流程在启动后就开始。事实上，启动流程还包括一些对用户或程序员透明的操作，这些操作在PLC运行用户程序前就开始运行。在启动期间，处理器可能会进行大范围的故障诊断，诊断的项目诸如存储器、输入输出设备、与其它设备（如果有）的交互状态和程序的完整性等。在先进的模块化系统中，处理器能够识别的各种模块的类型，及它们在系统中的位置和地址。这类系统分析和测试操作一般发生在真正执行程序之前的启动过程中。 2.7刷新 PLC开始运作时的首要操作就是刷新I/O。这就意味着通过输入单元，所有的离散输入状态被记录，而且所有将要输出的离散状态被转移到输出单元。通常有一些特定地址来寄存数据，这些地址与输入和输出数据相关，称为输入和输出寄存器这些寄存器与输入和输出模块相连并且通过离散数据来更新。由于这是输入/输出的更新，因而它被称为I/O刷新。离散输入和输出信息的刷新是利用PLC存储器中开辟的输入和输出映像寄存器来完成的。对于每一个离散输入点，在输入映像寄存器中都有一位与之相联。同样，对于每一个离散输出点，在输出映像寄存器中都有一位与之相联。当I/O刷新时，如果输入点输入的是“开”信号，那么与之相联的位地址内容被置“1”。如果输入点输入的是“关”信号，那么相应的位地址内容被置“0”。现在，PLC存储器字长大都是16位。这意味着，内存的一个字可存储16个离散输入点的状态信息。因而，内存中可能会有一定数量的字被预留，作为输入和输出映像寄存器。在I/O刷新时，输入映像寄存器的状态根据所有离散输入的状态信息变化，输出映像寄存器的状态被送至输出单元。这种状态信息的转变通常只发生在的I/O刷新阶段。但是，在PLC工作的其它时段，当有I/O立即刷新命令时，状态信息的转变也可以被强制进行。作为一种特殊情况，这条命令将会迫使PLC在其它任何时候刷新I/O 。 对于初次输出刷新，需要注意的主要一项是输出的初始状态。这是因为，如果初始状态为“开启”，输出点可能的输出就有可能产生安全隐患，特别是在重型机械装置的控制系统中，机械装置可能会对操作员造成人生伤害。在一些系统中，为确保系统安全，所有的输出可能都需初始化为“关闭”状态。然而，也有一些系统的输出需要以特殊方式初始化──一些开启，一些关闭。这可以采取预先设定的方式或要求输出保持掉电前一瞬间的状态来实现。最近一些系统提供这两个设置选项而且甚至提供两者的组合。这是工程师和程序员首要关注的问题，并且开发系统时，应对此详细说明，以确保操作和维护设备人员的安全。有关系统和程序开发的安全问题将在后续章节讨论。 2.8梯形图程序处理 输入输出刷新完成后，PLC开始执行编入的指令。这些指令通常称为梯形图，该梯形图基本上使用继电器触点和线圈编程。画梯形图时触点放在页面左侧，线圈放在页面右侧。这是基于继电器的控制系统的延续。以前，这类图作为系统的电气原理图。一个示例梯形图如图2.6所示。 图2.6梯形图示例 图2.6中使用的符号在这里可能不好理解，这样一个简要解释是必要的。梯形图右侧标有CR1, CR2, CR3和CR4的圆形符号是继电器的软线圈。在梯形图左侧，看起来像电容器而且一些还加有斜线的符号是与线圈相关的接点。那些与电容器相似并且没有斜线通过的符号为常开接点，就类似于关闭的开关。当开关开时，接点就闭合。那些与电容器相似并且有斜线通过的符号为常闭接点。一个常闭接点就相当于一个一直打开的开关，如果开关开动接点就关闭。 在图2.6中可以看到接点和线圈的位置如图上所述。同样，如果你注意到活梯的横档，就会明白为什么称之为梯形图。事实上，图中每一个完整的横线条都指代一个有逻辑意义的梯级。梯形图的阐述也将会在后面讨论，在这也需要进行一些必要的解释。每个横档左边的接点可被视作开关，右边的线圈可被视作灯。如果对应的开关打开或关闭，右边的灯就会亮。PLC按从左至右、从上至下的顺序执行此程序。它首先检查开关（接点）配置，然后判定是否有电流通过灯（线圈）。判定的依据来源于输入输出映像寄存器中的数据。如果有电流通过，灯（线圈）将会得电。反之，灯（线圈）将会失电。这也将会记录到输出映像寄存器。一旦PLC对横档左侧元件检查完毕，它就会跳过检查，直到再次处理时又开始检查。而且一旦灯（线圈）得电或失电，此状态将一直保持，直到下次PLC处理此横档为止。处理完一个阶梯后，PLC用同样的方式处理下个阶梯，如此反复进行直到整个梯形图被执行和处理完毕。在此，一个不同于一般电气运作的原则就是横档中电流的流向。在梯形逻辑中，电流流向只能是从左至右，从上至下，绝不能从右至左。 作为一个例子，在图2.7所示的梯形图中，如果下列任何一个条件满足线圈CR1将会得电： 图2.7梯形横档中电流允许流向 1.CR7关，CR6开 2.CR7关，CR2开，CR5开 3.CR7关，CR2开，CR3开 4.CR1开，CR4开，CR3开 5.CR1开，CR4开，CR5开 你将会注意到，对于以上列表中每种情况，电路中电流流向都是从左至右，从上至下。在如下所列情况中CR1将不会得电： CR1开， CR4开，CR2开， CR6开， CR5关，CR3关， CR7开 这是因为电流将不得不从右至左流经CR2接点。即使我们用真正继电器来搭建，电流可以有这种流向，但在梯形逻辑中这是不允许的。应当记住，我们是在软件环境下工作而不是硬件环境。 如前所述，输入输出刷新完毕后，PLC转向梯形逻辑中的第一个阶梯，处理接点元件，判定线圈将得电或失电，然后使线圈得电或失电。完成此操作后，PLC转向下个阶梯，重复前面步骤，这样持续到所有阶梯被处理完毕。当处理所有阶梯的过程完毕，并且梯形图中所有的线圈都已根据处理的每个阶梯设定，那么PLC就进入到其下一个阶段──I/O刷新。 I/O刷新阶段，所有输出线圈的状态从输出映像寄存器转移到到输出单元，同时所有输入状态被转移到输入映像寄存器。注意，在处理梯形图期间，输入的任何变化将被忽略，因为它们只有在I/O刷新阶段才被记录。在处理每一阶梯时，每个线圈的状态将被记录至输出映像寄存器。然而，这些状态直到I/O刷新阶段才被转移至输出单元。 图2.8循环扫描 这种I/O刷新、处理梯形图再到I/O刷新的过程称为扫描，其描述如图2.8 。前一次I/O刷新和下次刷新之间的时段称为一次扫描。PLC从前一次I/O刷新到下次刷新所用的时间称为扫描时间。扫描时间通常以毫秒为单位来衡量，而且扫描时间与CPU的运行速度和所要处理的梯形图的长度有关。PLC扫描存储器的速度称为扫描速度。扫描速度单位通常为毫秒/K程序正在使用的内存。例如，如果某一PLC扫描速度为8毫秒/K，程序占用8K的内存，那么PLC将会用48毫秒完成一次程序扫描。