第一篇：基于EDA的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告

畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

課題名稱(chēng)：基于學(xué)院： 專(zhuān)業(yè)： EDA的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 電子電氣工程學(xué)院 電子信息工程

一 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

自動(dòng)售貨是20世紀(jì)70年代在日本、歐美發(fā)展起來(lái)的一種全新的消費(fèi)方式，自動(dòng)售貨機(jī)又被稱(chēng)為24小時(shí)營(yíng)業(yè)的微型自助超市，它的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國(guó)家商品零售的一種主要方式。自動(dòng)售貨機(jī)作為一種先進(jìn)的消費(fèi)方式，已經(jīng)成為城市現(xiàn)代文明發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志，其新穎、時(shí)尚的購(gòu)物方式，24小時(shí)營(yíng)業(yè)的特點(diǎn)給人們生活帶來(lái)了便利，美化了城市環(huán)境，受到消費(fèi)者的歡迎。但是在我國(guó)自動(dòng)售貨機(jī)的普及還不及發(fā)達(dá)國(guó)家，主要原因是我國(guó)EDA技術(shù)的應(yīng)用水平長(zhǎng)期落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。

本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能，如投幣處理、商品選擇、購(gòu)貨撤銷(xiāo)、異常退幣、計(jì)算存貨等功能。利用Altera公司的開(kāi)發(fā)軟件QUARTUS II平臺(tái)，采用Verilog hdl硬件描述語(yǔ)言編程的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)核心電路的硬件程序，與一般的軟件開(kāi)發(fā)不同，Verilog hdl編程更需要熟悉一些底層的硬件知識(shí)，特別是數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)，因此Verilog hdl編程的方法、思路都要更多的與硬件電路聯(lián)系起來(lái)。完成系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的硬件程序設(shè)計(jì)后，在軟件平臺(tái)上進(jìn)行編譯和電路仿真，最后生成的目標(biāo)文件下載到實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)的FPGA芯片以實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。（1）自動(dòng)售貨機(jī)主要功能

自動(dòng)售貨機(jī)控制要求對(duì)機(jī)內(nèi)商品信息進(jìn)行識(shí)別，對(duì)投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)所投入的貨幣數(shù)值判斷是否能夠購(gòu)買(mǎi)某種商品，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)主要可以實(shí)現(xiàn)投幣處理、計(jì)算投幣總額、輸出商品，輸出找零等功能，系統(tǒng)工作流程如圖1 所示。

（2）自動(dòng)售貨機(jī)的幾個(gè)過(guò)程

在自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程中，可分為三個(gè)狀態(tài)：初始狀態(tài)、投幣狀態(tài)和找零狀態(tài)。在每一個(gè)狀態(tài)中完成特定的功能。

首先，在初始狀態(tài)下，自動(dòng)售貨機(jī)通電，初始化機(jī)內(nèi)商品信息（包括商品種類(lèi)、每種商品的數(shù)量以及價(jià)格）。當(dāng)顧客購(gòu)買(mǎi)商品時(shí)，可根據(jù)自己需要通過(guò)按鍵選擇其中一種商品（且只限一種），然后進(jìn)入下一狀態(tài)，即投幣狀態(tài)。

在投幣狀態(tài)下，當(dāng)投入硬幣總額大于或等于商品價(jià)格，并且按確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)鍵后將進(jìn)入找零狀態(tài)；若按取消鍵，售貨機(jī)退出所投硬幣，返回到初始狀態(tài)。

投幣結(jié)束，若投入的硬幣等于或大于商品單價(jià)，且確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)，則商品將送出送貨口，并計(jì)算輸出找零硬幣。出貨找零結(jié)束時(shí)表示一次自動(dòng)售貨過(guò)程完成，重新返回到初始狀態(tài)，計(jì)算此時(shí)商品信息，并等待下一次售貨過(guò)程的到來(lái)。

（3）自動(dòng)售貨機(jī)的基本模塊

自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的功能模塊邏輯上劃分為商品信息存儲(chǔ)模塊、商品選擇模塊、投幣處理模塊，找零模塊和顯示模塊。商品信息存儲(chǔ)模塊

該模塊的功能是將商品的單價(jià)、數(shù)量存儲(chǔ)到自動(dòng)售貨機(jī)中，price、quantity 分別表示商品的單價(jià)與數(shù)量數(shù)據(jù)信號(hào)，item 為商品的種類(lèi)。商品選擇模塊

該模塊功能是對(duì)商品進(jìn)行選擇與購(gòu)買(mǎi)。當(dāng)對(duì)四種商品進(jìn)行選擇時(shí)，由sel 的選擇信號(hào)的個(gè)數(shù)來(lái)表示所選擇的商品類(lèi)型。get 為對(duì)商品進(jìn)行確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)的信號(hào)。投幣處理模塊

該模塊是對(duì)投入的硬幣進(jìn)行處理的過(guò)程，輸出參數(shù)coin 為投幣數(shù)值計(jì)數(shù)器，以0.5 元為單位進(jìn)行計(jì)算。整個(gè)模塊功能類(lèi)似于計(jì)錢(qián)器，可準(zhǔn)確計(jì)算投入的硬幣數(shù)，記錄并保存投入的總幣值。找零模塊

該模塊主要完成找零操作。通過(guò)計(jì)錢(qián)器coin 計(jì)算余額，然后輸出找零的控制信號(hào)act5、act10。顯示模塊

該模塊用來(lái)顯示錢(qián)數(shù)和商品數(shù)量。用于錢(qián)數(shù)顯示時(shí)，將計(jì)錢(qián)器coin轉(zhuǎn)換成BCD 碼，然后經(jīng)譯碼器譯碼并顯示。用于商品數(shù)量顯示時(shí)，將計(jì)算得出的最終商品數(shù)量quantity 先轉(zhuǎn)換成BCD 碼，然后經(jīng)譯碼器譯碼并顯示。

二

國(guó)內(nèi)外EDA技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介

EDA概述

人類(lèi)社會(huì)已進(jìn)入到高度發(fā)達(dá)的信息化社會(huì)，信息社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)電子產(chǎn)品的進(jìn)步。現(xiàn)代電子產(chǎn)品在性能提高、復(fù)雜度增大的同時(shí)，價(jià)格卻一直呈下降趨勢(shì)，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐也越來(lái)越快，實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)步的主要原因就是生產(chǎn)制造技術(shù)和電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。前者以微細(xì)加工技術(shù)為代表，目前已進(jìn)展到深亞微米階段，可以在幾平方厘米的芯片上集成數(shù)千萬(wàn)個(gè)晶體管；后者的核心就是EDA技術(shù)。EDA是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作：IC設(shè)計(jì)，電子電路設(shè)計(jì)以及PCB設(shè)計(jì)。沒(méi)有EDA技術(shù)的支持，想要完成上述超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)制造是不可想象的，反過(guò)來(lái)，生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步又必將對(duì)EDA技術(shù)提出新的要求。2 EDA技術(shù)簡(jiǎn)介

EDA（Electronic Design Automation），即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是指利用計(jì)算機(jī)完成電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)是以計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)為先導(dǎo)的，匯集了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)、邏輯學(xué)、微電子工藝與結(jié)構(gòu)學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)等多種計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)科最新成果的先進(jìn)技術(shù)。EDA技術(shù)以計(jì)算機(jī)為工具，代替人完成數(shù)字系統(tǒng)的邏輯綜合、布局布線和設(shè)計(jì)仿真等工作。設(shè)計(jì)人員只需要完成對(duì)系統(tǒng)功能的描述，就可以由計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理，得到設(shè)計(jì)結(jié)果，而且修改設(shè)計(jì)如同修改軟件一樣方便，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率。2.1 EDA技術(shù)的發(fā)展概況

從20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始，人們就不斷開(kāi)發(fā)出各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。電路理論和半導(dǎo)體工藝水平的提高，對(duì)EDA技術(shù)的發(fā)展起到了巨大的作用，使EDA作用范圍從PCB板設(shè)計(jì)延伸到電子線路和集成電路設(shè)計(jì)，直至整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也使IC芯片系統(tǒng)應(yīng)用、電路制作和整個(gè)電子生產(chǎn)過(guò)程都集成在一個(gè)環(huán)境之中。根據(jù)電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展特征，EDA技術(shù)發(fā)展大致分為三個(gè)階段。（1）CAD階段

第一階段的特點(diǎn)是一些單獨(dú)的工具軟件，主要有PCB布線設(shè)計(jì)、電路模擬、邏輯模擬、以及版圖的繪制等，通過(guò)計(jì)算機(jī)的使用，從而將設(shè)計(jì)人員從大量繁重重復(fù)的計(jì)算和繪圖工作中解脫出來(lái)。20世紀(jì)80年代，隨著集成電路規(guī)模的增大，EDA技術(shù)有了較快的發(fā)展。許多軟件公司等進(jìn)入市場(chǎng)，開(kāi)始供應(yīng)帶電路圖編輯工具和邏輯模擬工具的EDA軟件。這個(gè)時(shí)期的軟件產(chǎn)品主要針對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，按照設(shè)計(jì)、分析、生產(chǎn)和測(cè)試等多個(gè)階段，不同階段分別使用不同的軟件包，每個(gè)軟件只能完成其中一項(xiàng)工作，通過(guò)順序循環(huán)使用這些軟件，可完成設(shè)計(jì)的全過(guò)程。（2）CAE階段

這個(gè)階段在集成電路與電子設(shè)計(jì)方法學(xué)以及設(shè)計(jì)工具集成化方面取得了許多成果。各種設(shè)計(jì)工具，如原理圖輸入、編譯與連接、邏輯模擬、測(cè)試碼生成、版圖自動(dòng)布局已齊全。由于采用了統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理技術(shù)，因而能夠?qū)⒏鱾€(gè)工具集成為一個(gè)CAE系統(tǒng)。按照設(shè)計(jì)方法學(xué)制定的設(shè)計(jì)流程，可以實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)輸入到版圖輸出的全程設(shè)計(jì)自動(dòng)化。這個(gè)階段主要采用基于單元庫(kù)的半定制設(shè)計(jì)方法，采用門(mén)陣列與標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)的各種ASIC得到了極大的發(fā)展，將集成電路工業(yè)推入了ASIC時(shí)代。（3）EDA階段

20世紀(jì)90年代以來(lái)，微電子技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，其工藝水平達(dá)到了深亞微米級(jí)，此階段主要出現(xiàn)了以高級(jí)語(yǔ)言描述、系統(tǒng)仿真和綜合技術(shù)為特征的第三代EDA技術(shù)，不僅極大地提高了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，而且使設(shè)計(jì)人員擺脫了大量的輔助性及基礎(chǔ)性工作，將精力集中于創(chuàng)造性的方案與概念的構(gòu)思上。它的特征為：第一，高層綜合的理論與方法取得較大進(jìn)展，將EDA設(shè)計(jì)層次由RT級(jí)提高到了系統(tǒng)級(jí)（又稱(chēng)行為級(jí)），并劃分為邏輯綜合和測(cè)試綜合。第二，采用硬件描述語(yǔ)言HDL來(lái)描述10萬(wàn)門(mén)以上的設(shè)計(jì)，并形成了VHDL和VerilogHDL兩種標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言。第三，采用平面規(guī)劃技術(shù)對(duì)邏輯綜合和物理版圖設(shè)計(jì)進(jìn)行聯(lián)合管理，作到在邏輯綜合早期設(shè)計(jì)階段就考慮到物理設(shè)計(jì)信息的影響。第四，可測(cè)性設(shè)計(jì)。第五，為帶有嵌入IP模塊ASIC設(shè)計(jì)提供軟硬件協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具。2.2 EDA技術(shù)的基本特征

EDA技術(shù)代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向，它的基本特征是：設(shè)計(jì)人員按照“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和功能劃分，系統(tǒng)的關(guān)鍵電路用一片或幾片專(zhuān)用集成電路（ASIC）實(shí)現(xiàn)，然后采用硬件描述語(yǔ)言（HDL）完成系統(tǒng)行為級(jí)設(shè)計(jì)，最后通過(guò)綜合器和適配器生成最終的目標(biāo)器件[3]。這樣的設(shè)計(jì)方法被稱(chēng)為高層次的電子設(shè)計(jì)方法。下面介紹與EDA基本特征有關(guān)的幾個(gè)概念。

（1）“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法

10年前，電子設(shè)計(jì)的基本思路還是選擇標(biāo)準(zhǔn)集成電路“自底向上”（Bottom-Up）的構(gòu)造出一個(gè)新的系統(tǒng)，這樣的設(shè)計(jì)方法就如同一磚一瓦地建造金字塔，不僅效率低、成本高而且還容易出錯(cuò)。（2）高層次設(shè)計(jì)

高層次設(shè)計(jì)提供了一種“自頂向下”（Top-Down）的全新的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法首先從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在方框圖一級(jí)進(jìn)行仿真、糾錯(cuò)，并用硬件描述語(yǔ)言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證。然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門(mén)電路的網(wǎng)表，其對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)級(jí)可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?。由于設(shè)計(jì)的主要仿真和調(diào)試過(guò)程是在高層次上完成的，這不僅有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，避免設(shè)計(jì)工作的浪費(fèi)，而且也減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設(shè)計(jì)的一次成功率。（3）硬件描述語(yǔ)言 硬件描述語(yǔ)言（HDL-Hardware Description Language）是一種用于設(shè)計(jì)硬件電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，它用軟件編程的方式來(lái)描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接形式，與傳統(tǒng)的門(mén)級(jí)描述方式相比，它更適合大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

本次設(shè)計(jì)使用VERILOG HDL語(yǔ)言，Verilog HDL語(yǔ)言最初是于1983年由Gateway Design Automation公司為其模擬器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的硬件建模語(yǔ)言。那時(shí)它只是一種專(zhuān)用語(yǔ)言。由于他們的模擬、仿真器產(chǎn)品的廣泛使用，Verilog HDL 作為一種便于使用且實(shí)用的語(yǔ)言逐漸為眾多設(shè)計(jì)者所接受。在一次努力增加語(yǔ)言普及性的活動(dòng)中，Verilog HDL語(yǔ)言于1990年被推向公眾領(lǐng)域。Open Verilog International（OVI）是促進(jìn)Verilog發(fā)展的國(guó)際性組織。1992年，OVI決定致力于推廣Verilog OVI標(biāo)準(zhǔn)成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。這一努力最后獲得成功，Verilog 語(yǔ)言于1995年成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為IEEE Std 1364－1995。完整的標(biāo)準(zhǔn)在Verilog硬件描述語(yǔ)言參考手冊(cè)中有詳細(xì)描述。

下面列出的是Verilog硬件描述語(yǔ)言的主要能力： * 基本邏輯門(mén)，例如and、or和nand等都內(nèi)置在語(yǔ)言中。

* 用戶定義原語(yǔ)（UDP）創(chuàng)建的靈活性。用戶定義的原語(yǔ)既可以是組合邏輯原語(yǔ)，也可以是時(shí)序邏輯原語(yǔ)。

* 開(kāi)關(guān)級(jí)基本結(jié)構(gòu)模型，例如pmos 和nmos等也被內(nèi)置在語(yǔ)言中。* 提供顯式語(yǔ)言結(jié)構(gòu)指定設(shè)計(jì)中的端口到端口的時(shí)延及路徑時(shí)延和設(shè)計(jì)的時(shí)序檢查。

* 可采用三種不同方式或混合方式對(duì)設(shè)計(jì)建模。這些方式包括：行為描述方式—使用過(guò)程化結(jié)構(gòu)建模；數(shù)據(jù)流方式—使用連續(xù)賦值語(yǔ)句方式建模；結(jié)構(gòu)化方式—使用門(mén)和模塊實(shí)例語(yǔ)句描述建模。

* Verilog HDL中有兩類(lèi)數(shù)據(jù)類(lèi)型：線網(wǎng)數(shù)據(jù)類(lèi)型和寄存器數(shù)據(jù)類(lèi)型。線網(wǎng)類(lèi)型表示構(gòu)件間的物理連線，而寄存器類(lèi)型表示抽象的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件。

* 能夠描述層次設(shè)計(jì)，可使用模塊實(shí)例結(jié)構(gòu)描述任何層次。

* 設(shè)計(jì)的規(guī)?？梢允侨我獾?；語(yǔ)言不對(duì)設(shè)計(jì)的規(guī)模（大?。┦┘尤魏蜗拗?。* Verilog HDL不再是某些公司的專(zhuān)有語(yǔ)言而是IEEE標(biāo)準(zhǔn)。

* 人和機(jī)器都可閱讀Verilog 語(yǔ)言，因此它可作為EDA的工具和設(shè)計(jì)者之間的交互語(yǔ)言。

* Verilog HDL語(yǔ)言的描述能力能夠通過(guò)使用編程語(yǔ)言接口（PLI）機(jī)制進(jìn)一步擴(kuò)展。PLI是允許外部函數(shù)訪問(wèn)Verilog 模塊內(nèi)信息、允許設(shè)計(jì)者與模擬器交互的例程集合。

* 設(shè)計(jì)能夠在多個(gè)層次上加以描述，從開(kāi)關(guān)級(jí)、門(mén)級(jí)、寄存器傳送級(jí)（RTL）到算法級(jí)，包括進(jìn)程和隊(duì)列級(jí)。

* 能夠使用內(nèi)置開(kāi)關(guān)級(jí)原語(yǔ)在開(kāi)關(guān)級(jí)對(duì)設(shè)計(jì)完整建模。* 同一語(yǔ)言可用于生成模擬激勵(lì)和指定測(cè)試的驗(yàn)證約束條件，例如輸入值的指定。

* Verilog HDL 能夠監(jiān)控模擬驗(yàn)證的執(zhí)行，即模擬驗(yàn)證執(zhí)行過(guò)程中設(shè)計(jì)的值能夠被監(jiān)控和顯示。這些值也能夠用于與期望值比較，在不匹配的情況下，打印報(bào)告消息。

* 在行為級(jí)描述中，Verilog HDL不僅能夠在RTL級(jí)上進(jìn)行設(shè)計(jì)描述，而且能夠在體系結(jié)構(gòu)級(jí)描述及其算法級(jí)行為上進(jìn)行設(shè)計(jì)描述。

* 能夠使用門(mén)和模塊實(shí)例化語(yǔ)句在結(jié)構(gòu)級(jí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述。

* Verilog HDL 的混合方式建模能力，即在一個(gè)設(shè)計(jì)中每個(gè)模塊均可以在不同設(shè)計(jì)層次上建模。

* Verilog HDL 還具有內(nèi)置邏輯函數(shù)，例如&（按位與）和|（按位或）。* 對(duì)高級(jí)編程語(yǔ)言結(jié)構(gòu)，例如條件語(yǔ)句、情況語(yǔ)句和循環(huán)語(yǔ)句，語(yǔ)言中都可以使用。

* 可以顯式地對(duì)并發(fā)和定時(shí)進(jìn)行建模。* 提供強(qiáng)有力的文件讀寫(xiě)能力。

* 語(yǔ)言在特定情況下是非確定性的，即在不同的模擬器上模型可以產(chǎn)生不同的結(jié)果；例如，事件隊(duì)列上的事件順序在標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有定義。

三

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 四

進(jìn)度安排

五 主要參考文獻(xiàn)

第二篇：自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)程序

Coin類(lèi)：

#include #include #include

using namespace std;

class Coin { public: /** Constructs a coin with a given name and value @param n the coin name @param v the coin value */ Coin(string n, double v);/** Gets the coin name.@return the name */ string get_name()const;/** Gets the coin value @return the value */ double get_value()const;private: string name;double value;};

Coin::Coin(string n, double v){ name = n;value = v;}

string Coin::get_name()const { return name;}

double Coin::get_value()const { return value;}

Product類(lèi)： #include #include #include

using namespace std;

class Product { public: /** Constructs a product with a given name, price and quantity @param n the product name @param p the price @param q the quantity */ Product(string n, double p, int q);/** Gets the product name @return the name */ string get_name()const;/** Gets the product price @return the price */ double get_price()const;/** Gets the product quantity @return the quantity */ int get_quantity()const;/** Adds to the product quantity @param amount the amount to add */ void add_quantity(int amount);private: string name;double price;int quantity;};

Product::Product(string n, double p, int q){ name = n;price = p;quantity = q;}

string Product::get_name()const { return name;}

double Product::get_price()const { return price;}

int Product::get_quantity()const { return quantity;}

void Product::add_quantity(int amount){ quantity = quantity + amount;}

VendingMachine類(lèi)：

class VendingMachine { public: /** Constructs a vending machine with no current product selection.*/ VendingMachine();/** Adds product to the machine.@param p the product to add */ void add_product(Product p);/** Sets the currently selected product @param name the product name @return true if the machine has a product with the given name */ bool select_product(string name);void chaxun_product();//查詢當(dāng)前售貨機(jī)內(nèi)的商品

/** Adds a coin to pay for the currently selected product.@param c the coin to add @return true if sufficient coins have been added to pay for the selected product.*/ bool add_coin(vector current_pay);/** Removes all coins that were added to pay for the current product.@return the value of the returned coins */ double return_coins();/** Removes all money that was paid for products.@return the value of the money */ double remove_money();double add_coinbijiao(vector current_pay);//對(duì)投入的金錢(qián)和所購(gòu)買(mǎi)的商品的價(jià)格進(jìn)行比較

double return_yiyoucoins();//統(tǒng)計(jì)售貨機(jī)中已有的貨款 void setcurrent_product();//把當(dāng)前選擇的商品代號(hào)置為-1 int getcurrent_product();//得到當(dāng)前選擇的商品代號(hào) private: vector

products;int current_product;vector current_payment;vector coins;};

VendingMachine::VendingMachine(){ current_product =-1;}

void VendingMachine::add_product(Product p)//添加商品 { for(int i = 0;i < products.size();i++){ if(products[i].get_name()== p.get_name()&& products[i].get_price()== p.get_price()){ products[i].add_quantity(p.get_quantity());cout<<“添加成功！”<

{

cout<<“已存在該商品，與您輸入的價(jià)格不同！”<

return;

} } products.push_back(p);cout<<“添加成功！”<

bool VendingMachine::select_product(string name)//選擇商品 {

int i;for(i = 0;i < products.size();i++){

if(products[i].get_name()== name && products[i].get_quantity()> 0){ current_product = i;return true;} else { if(products[i].get_name()== name && products[i].get_quantity()== 0){ cout << “對(duì)不起，該商品已售完！n”;return false;} } } if(i==products.size()){ cout<<“對(duì)不起，不存在該商品！”<

double VendingMachine::return_yiyoucoins()//統(tǒng)計(jì)售貨機(jī)當(dāng)前的金錢(qián)總額 { double total = 0;for(int i = coins.size()1;i >= 0;i--){ coins.push_back(current_payment[i]);current_payment.pop_back();} products[current_product].add_quantity(-1);current_product =-1;cout<<“交易成功！”<

{ return false;} }

double VendingMachine::add_coinbijiao(vector current_pay){ if(current_product ==-1)return false;double total = 0;for(int k=0;k < current_pay.size();k++){ total = total + current_pay[k].get_value();

} double m=products[current_product].get_price()-total;if(m>0)return m;else return-1;}

double VendingMachine::return_coins()//統(tǒng)計(jì)當(dāng)前投入的金錢(qián)總額 { double total = 0;for(int i = current_payment.size()1;i >= 0;i--){ total = total + coins[i].get_value();coins.pop_back();} return total;}

void VendingMachine::chaxun_product(){

if(products.size()==0){ cout<<“暫時(shí)沒(méi)有添加商品!”<void VendingMachine::setcurrent_product(){ current_product=-1;}

int VendingMachine::getcurrent_product(){ return current_product;}

Main函數(shù)：

#include #include #include #include“coin.h” #include“product.h” #include“machine.h” using namespace std;

void main(){ vector coins;vector current_pay;coins.push_back(Coin(“nickel”, 0.05));coins.push_back(Coin(“dime”, 0.1));coins.push_back(Coin(“quarter”, 0.25));coins.push_back(Coin(“rmb”, 1.00));

VendingMachine machine;bool more = true;machine.chaxun_product();while(more){ cout << “a)添加商品 x)查詢商品 s)選擇商品 p)投幣 c)取消 e)查詢當(dāng)前金額 r)取款 q)退出: ”;string command;cin>>command;if(command == “a”){ cout << “商品名: ”;string name;cin>>name;

cout << “價(jià)格: ”;double price;cin >> price;cout << “數(shù)量: ”;int quantity;cin >> quantity;machine.add_product(Product(name, price, quantity));} else if(command == “s”){

double total1;

total1=machine.return_yiyoucoins();

if(total1>=5000)//當(dāng)售貨機(jī)中的貨款大于等于5000時(shí)，暫停售貨

{

cout<<“對(duì)不起，現(xiàn)在暫停售貨！”<

}

else

{ machine.setcurrent_product();cout << “商品名: ”;string name;cin>>name;machine.select_product(name);

} } else if(command == “p”){

if(machine.getcurrent_product()!=-1)//如果當(dāng)前已選擇商品，才可以投幣

{ bool panduan=false;while(!panduan)//多次投幣的實(shí)現(xiàn)

{ cout << “所投錢(qián)幣名稱(chēng)(以 # 結(jié)束投幣過(guò)程):”;string name;cin>>name;while(name!=“#”){ bool found = false;for(int i = 0;!found && i < coins.size();i++){ if(coins[i].get_name()== name){ current_pay.push_back(coins[i]);found=true;} } if(!found){ cout << “不存在該貨幣，請(qǐng)重新投入：n”;} cin>>name;

}

double k=machine.add_coinbijiao(current_pay);if(k==-1)

{ machine.add_coin(current_pay);for(int i = current_pay.size()1;i >= 0;i--){ total = total + current_pay[i].get_value();current_pay.pop_back();} cout << “Returned(退還)” <

else

cout<<“您還沒(méi)有選擇商品！”<

{

machine.setcurrent_product();

double total=0;

for(int i = current_pay.size()1;i >= 0;i--){ total = total + coins[i].get_value();coins.pop_back();} return total;}

void VendingMachine::chaxun_product(){

if(products.size()==0){ cout<<“暫時(shí)沒(méi)有添加商品!”<void VendingMachine::setcurrent_product(){ current_product=-1;}

int VendingMachine::getcurrent_product(){ return current_product;} }

JAVA

import Input.touqian;import java.*;class shangpin {

} class fenpeiqi {

}

class xianshichanpin {

fenpeiqi fpq[]=new fenpeiqi[3];public xianshichanpin(){

fpq[0]=new fenpeiqi(3.0);fpq[0].sp[0]=new shangpin(“玉米烤腸

”,10);fpq[0].sp[1]=new shangpin(“可口可樂(lè)

”,15);fpq[0].sp[2]=new shangpin(“百事可樂(lè)

”,10);fpq[1]=new fenpeiqi(5.0);fpq[1].sp[0]=new shangpin(“哈德門(mén)香煙”,10);fpq[1].sp[1]=new shangpin(“將軍香煙

”,15);fpq[1].sp[2]=new shangpin(“紅梅香煙

”,10);fpq[2]=new fenpeiqi(10.0);fpq[2].sp[0]=new shangpin(“一支筆香煙”,10);fpq[2].sp[1]=new shangpin(“紅塔山香煙”,10);fpq[2].sp[2]=new shangpin(“泰山香煙

”,15);double price;shangpin sp[]=new shangpin[3];public fenpeiqi(double price){ } this.price=price;String name;int num;public shangpin(String name,int num){

} this.name=name;this.num=num;

#“);#”);#“);#”);#“);

} } void show(){ System.out.println(”===============

System.out.println(“#

System.out.println(”#

System.out.println(“#

歡迎使用自動(dòng)售貨機(jī)

System.out.println(”#

System.out.println(“#

=================”);System.out.println(“===============

System.out.println();System.out.println(”編號(hào)tt“+”名稱(chēng)ttt“+”價(jià)格tt“+”數(shù)量t“);for(int i=0;i

} if(fpq[i]!=null){

} for(int j=0;j

} } if(fpq[i].sp[j]!=null){ =================”);System.out.println((i+1)*10+j+1+“tt”+fpq[i].sp[j].name+“tt”+fpq[i].price+“tt”+fpq[i].sp[j].num);System.out.println(“=============== } =================”);class panduan { boolean ying()

} {

} boolean zhi(){

}

int z=touqian.in();

if(z==5||z==10){ } else { } return false;return true;double y=touqian.dou();if(y==1||y==0.5){ } else { } return false;return true;class jiabi {

switch(touqian.in())void ceshi(){ System.out.println(“請(qǐng)選擇投放錢(qián)的類(lèi)型 ”);System.out.println(“1 表示投放 硬幣”);System.out.println(“2 表示投放 紙幣”);System.out.println(“請(qǐng)輸入您選擇的錢(qián)的類(lèi)型 ：”);

panduan pd=new panduan();

{ case 1:

System.out.println(“請(qǐng)您投入有效的面值”);

if(pd.ying())

{

System.out.println(“您投入的是有效地硬幣”);

System.out.println();

// System.out.println(“^_^ 請(qǐng)選擇您所需要的物品^_^”);

}

else

}

class chanpin {

{

System.out.println(“您投入的不是有效地硬幣,請(qǐng)您重新投入”);

}

break;

case 2 :

System.out.println(“請(qǐng)您投入有效的面值”);

if(pd.zhi())

{

//

}

else

{

}

break;

default :

System.out.println(“請(qǐng)您重新投入有效地貨幣”);

} }

System.out.println(“您投入的不是有效的紙幣，請(qǐng)您重新投入”);System.out.println(“您投入的是有效的紙幣”);System.out.println();System.out.println(“^_^ 請(qǐng)選擇您所需要的物品^_^”);

} } public static void main(String args[]){

System.out.println(“請(qǐng)輸入您想要產(chǎn)品的編碼：”);int bianma;bianma=touqian.in();System.out.println(“請(qǐng)輸入您想要產(chǎn)品的數(shù)量：”);int shuliang;shuliang=touqian.in();System.out.println(“您一共要付：”);double sumjine;sumjine= xianshichanpin xscp=new xianshichanpin();xscp.show();

第三篇：自動(dòng)售貨機(jī)的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

自動(dòng)售貨機(jī)的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過(guò)程為例，把交易過(guò)程分為了幾個(gè)程序塊，然后分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。具體說(shuō)明了可編程序控制在自動(dòng)售貨機(jī)忠的作用。程序涉及到了自動(dòng)售貨機(jī)工作的絕大部分過(guò)程。利用PLC控制的自動(dòng)售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵字

自動(dòng)售貨機(jī)；可編程控制器；梯形圖

Abstact: This articke introduced vending machine?s basic principle as well as the work flow, then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, the carries on the programming separately to the block.Explained the programmable controller?s in vending machine function specifically.The procedure involved the vending machine work major part process.Enhanced system?s stability using the PLC control?s vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement.Key word vending machine;programmable controller;trapezoidal chart

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

目錄

·摘要…………………………………………………………………………………1 ·前言…………………………………………………………………………………3 ·第一章 自動(dòng)售貨機(jī)的介紹………………………………………………………...4 ·1.1自動(dòng)售貨機(jī)功能分析…………………………………………………………..4 ·1.1.1自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能……………………………………………………...4 ·1.2 PLC的選型原理………………………………………………………………..5 ·1.3 PLC的概論……………………………………………………………………..6 ·1.3.1 PLC的產(chǎn)生…………………………………………………………………...6 ·1.3.2 PLC的定義…………………………………………………………………...6 ·1.3.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………………...7 ·1.3.4 PLC的特點(diǎn)…………………………………………………………………...8 ·1.3.5 PLC的基本功能……………………………………………………………...9 ·1.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)和原理………………………………………………………10 ·1.4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)…………………………………………………………….10 ·1.4.2 PLC各部分的作用………………………………………………………….10 ·1.5 松下電工可編程序控制器產(chǎn)品—FP1-C24介紹……………………………12 ·1.5.1 FP1-C24的組成各部分……………………………………………………..13 ·1.5.2 技術(shù)性能……………………………………………………………………14 ·第二章

PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………….14 ·2.1 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則………………………………………...14 ·2.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則…………………………………………………………14 ·2.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容…………………………………………………14 ·2.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟…………………………………………………15 ·2.1.4 編寫(xiě)梯形圖的注意事項(xiàng)……………………………………………………15 ·2.1.5 程序設(shè)計(jì)的步驟……………………………………………………………15 ·第三章

自動(dòng)售貨機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)……………………………………………16 ·3.1 仿真實(shí)驗(yàn)中的售貨機(jī)的分析………………………………………………...16 ·3.2 設(shè)計(jì)任務(wù)的確定……………………………………………………………...18 ·3.3 程序設(shè)計(jì)部分………………………………………………………………...18 ·3.3.1 程序設(shè)計(jì)說(shuō)明………………………………………………………………19 ·3.3.2 PLC 程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………19 ·3.4 仿真界面與PLC……………………………………………………………...28 ·3.5 數(shù)據(jù)連接……………………………………………………………………...32 ·3.5.1 定義I/O設(shè)備……………………………………………………………….32 ·3.5.2 設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………34 ·3.5.3 運(yùn)行…………………………………………………………………………37 ·4 結(jié)束語(yǔ)…………………………………………………………………………38 ·致謝………………………………………………………………………………..39 ·參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………..39

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

前言

從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，它的出現(xiàn)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷(xiāo)售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對(duì)的超市、百貨購(gòu)物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再加上場(chǎng)地的局限性以及購(gòu)物的便利性等因素的制約，無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。

從廣義來(lái)講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷(xiāo)售商品的機(jī)械，從狹義來(lái)講就是自動(dòng)銷(xiāo)售商品的機(jī)械。從供給的條件看，自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24小時(shí)無(wú)人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要的資本小、面積小，有吸引人們購(gòu)物的好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用上升的問(wèn)題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

據(jù)說(shuō)世界上最早的自動(dòng)售貨機(jī)出現(xiàn)在公元前3世紀(jì)，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機(jī)。17世紀(jì)，英國(guó)的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動(dòng)售貨機(jī)。在自動(dòng)售貨機(jī)歷史的長(zhǎng)河里，日本開(kāi)發(fā)出實(shí)用型的自動(dòng)售貨機(jī)，那是在進(jìn)入本世紀(jì)后的事。日本第一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)是1904年問(wèn)世的“郵票明信片自動(dòng)售貨機(jī)“，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機(jī)器。自動(dòng)售貨機(jī)的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50年代，”噴水型果汁自動(dòng)售貨機(jī)“大手歡迎，果汁杯注入在紙杯里出售。后來(lái)，由于美國(guó)的飲料大公司進(jìn)入日本市場(chǎng)，1962年，出現(xiàn)了以自動(dòng)售貨機(jī)主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全改為硬幣，從而促進(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)在，自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過(guò)電話線路將自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的庫(kù)存信息及時(shí)地傳送到各營(yíng)業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ)充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動(dòng)售貨機(jī)的開(kāi)發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動(dòng)售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費(fèi)高峰時(shí)，這種機(jī)型的自動(dòng)售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀態(tài)下也能保持低溫，與以往的自動(dòng)售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)省10—15%的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。因經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢，社會(huì)對(duì)擴(kuò)大就業(yè)與工作場(chǎng)所所提供的茶點(diǎn)飲料的福利事業(yè)更為關(guān)注。自動(dòng)售貨機(jī)不僅保障了愜意的工作時(shí)間，也是最廉價(jià)、提高職工工作效率最有效的手段。特別是在24小時(shí)無(wú)休工作狀態(tài)中的辦公場(chǎng)所，使用獨(dú)具魅力的迷你型飲料沖飲機(jī)解決了不間斷提供咖啡飲料服務(wù)的問(wèn)題，這種服務(wù)加速了自動(dòng)售貨機(jī)與咖啡飲品服務(wù)的融合。1999年的全美自動(dòng)售貨機(jī)協(xié)會(huì)和全美咖啡服務(wù)協(xié)會(huì)的合并使人們更直觀地看到了這種融合的現(xiàn)象。

日本是自動(dòng)售貨機(jī)的天堂。出了雞蛋、米飯之外，報(bào)紙、雜志、一次性相機(jī)、干電池、磁帶、刮胡刀、襪子、花及寵物食品等各種商品都通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行銷(xiāo)售。連熟知自動(dòng)售貨機(jī)的美國(guó)游客在日本看到10臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)排成一列的景象后，也是連聲稱(chēng)奇。

韓國(guó)大約有78萬(wàn)臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，是除了日本、美國(guó)、英國(guó)之外自動(dòng)售貨機(jī)使用數(shù)量最多的國(guó)家。從不同的種類(lèi)來(lái)看，咖咖啡茶的自動(dòng)售貨機(jī)約占全部售貨機(jī)的40%以上；另外，還有冰飲料自動(dòng)售貨機(jī)、聽(tīng)裝飲料自動(dòng)售貨機(jī)、成人用品自動(dòng)售貨機(jī)、生活用品自動(dòng)售貨機(jī)、煙、方便面自動(dòng)售貨機(jī)等多種。主要的設(shè)置場(chǎng)所包括學(xué)校、樓房、公共機(jī)關(guān)、地鐵、公共汽車(chē)站、公園、體育場(chǎng)、展示場(chǎng)、工廠等。運(yùn)營(yíng)自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的公司全國(guó)大約有800余個(gè)，而銷(xiāo)售自動(dòng)售貨機(jī)原料、商品流通、機(jī)械銷(xiāo)售的公司大約達(dá)到了1150個(gè)。

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

第一章 自動(dòng)售貨機(jī)的介紹

1.1自動(dòng)售貨機(jī)功能分析

這部分闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的各種動(dòng)作功能和控制要求，給出了完整的自動(dòng)售貨機(jī)操作規(guī)章，并介紹了自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)所包括的人工操作步驟。

1.1.1自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能

在進(jìn)行上、下位機(jī)程序編寫(xiě)之前，首先要做的工作是確定自動(dòng)售貨機(jī)本身所具備的功能及在進(jìn)行某種操作后具有的狀態(tài)。

在實(shí)際生活照，我們見(jiàn)到的售貨機(jī)可以銷(xiāo)售一些簡(jiǎn)單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機(jī)的基本功能就是投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠買(mǎi)某種商品，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明，列如：售貨機(jī)中有8種商品，其中01號(hào)商品（代表第一種商品）價(jià)格為2.60元，02號(hào)商品為3.50元，其余類(lèi)推。現(xiàn)投入1個(gè)1元銀幣，當(dāng)投入的貨幣超過(guò)01商品的價(jià)格時(shí)，01商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購(gòu)買(mǎi)，其他商品同比。當(dāng)按下選擇01商品的價(jià)格時(shí)，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取01號(hào)商品到出貨口。此時(shí)售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令。如繼續(xù)交易，則同上。如果此時(shí)不在購(gòu)買(mǎi)而按下退幣按鈕，售貨機(jī)則要進(jìn)行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來(lái)，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的 出發(fā)運(yùn)算，這是它內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的收獲、退幣功能。自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程圖如圖1所示。

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1.2 PLC的選型原則

當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來(lái)完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC，另一方面是選擇哪個(gè)的PLC及外設(shè)。

對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或者是可控硅型。控制系統(tǒng)輸出點(diǎn)的類(lèi)型非常關(guān)鍵，如果他們之間既有交流220V的接觸器、電磁閥、又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出端數(shù)有可能呢大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組公用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類(lèi)和等級(jí)。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用，則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，成本增加。所以要盡可能所則相同等級(jí)和種類(lèi)的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出的PLC了。

對(duì)于第二問(wèn)題，則有以下幾個(gè)方面的考慮:(1)功能方面

所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對(duì)PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求‘或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。

(2)價(jià)格方面

不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類(lèi)似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因素。

(3)PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。

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1.3 PLC的 概述

1.3.1 PLC的產(chǎn)生

20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系聯(lián)系起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制機(jī)系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易掌握，價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在空也控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤(pán)就要更換，所以通用性和靈活性較差。

20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車(chē)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車(chē)型號(hào)不斷更換，它必要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開(kāi)展系統(tǒng)重新配置，為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求。1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車(chē)流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來(lái)是：

（1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)（3）可靠性高于繼電接觸器控制系統(tǒng)（4）體積小于繼電器控制盤(pán)

（5）數(shù)據(jù)可直接送人管理計(jì)算機(jī)（6）成本可與繼電器控制盤(pán)競(jìng)爭(zhēng)（7）輸入可以是交流150V以上

（8）輸出為交流115V容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小

（10）用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車(chē)裝備過(guò)程的需要）

十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。

1.3.2 PLC的定義

美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出以下定義：可編程序控制器是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或者生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原理而設(shè)計(jì)。

定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是去唄與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，它也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專(zhuān)門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算

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等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。

1.3.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)

PLC總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下方面：

（1）向小型化、專(zhuān)業(yè)化、低成本方向發(fā)展

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當(dāng)于一本精裝書(shū)本的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來(lái)大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。（2）向大容量、高速度方向發(fā)展

大型PLC多采用微處理器系統(tǒng)，有的采用32位微處理器，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲(chǔ)容量大大增加。

（3）智能型I/O模塊的發(fā)展

智能型I/O模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。（4）基于PC的編程軟件取代編程器 隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來(lái)越多的用戶使用基于計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對(duì)PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上的模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通用接口的參數(shù)等。（5）PLC編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化

與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開(kāi)放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問(wèn)題，IEC制定了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語(yǔ)言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語(yǔ)言，這使編程能夠選擇不同的語(yǔ)言來(lái)適應(yīng)特殊的工作。

（6）PLC通信的易用化

PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信號(hào)，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。（7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化

個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。

（8）PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合

現(xiàn)場(chǎng)總線I/O與PLC可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的DCS系統(tǒng)。（9）開(kāi)發(fā)新型特殊功能模塊

I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。（10）CPU的處理速度進(jìn)一步加快

目前，PLC的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其中高的CPU也不過(guò)80486，將來(lái)會(huì)全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時(shí)處理或者分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門(mén)陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級(jí)。

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1.3.4 PLC的特點(diǎn)

（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面：

1）隔熱：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來(lái)傳遞信號(hào)。這種光電隔離措施，是外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾對(duì)于PLC的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。

2）濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制。

3）對(duì)內(nèi)部電源采用了屏蔽、穩(wěn)壓等保護(hù)措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、WATCHDOG（看門(mén)狗）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)時(shí)間超過(guò)了警戒時(shí)鐘（WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即報(bào)警，以保證CPU可靠運(yùn)行。

5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。

6）對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或者信息部丟失。

7）采用密封、防塵、防震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。8）以集成電路為基礎(chǔ)元件，內(nèi)部處理過(guò)程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。

（3）編程方便，易于使用

PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編程，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖類(lèi)似，這種編程語(yǔ)言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。（4）功能完善

PLC的I/O功能完善，性能可靠，能適應(yīng)于任何形式和性質(zhì)的開(kāi)關(guān)量和模擬量的I/O。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及位移寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換以及順序控制功能，而且還具備模擬預(yù)算、顯示、監(jiān)控、掃描以及報(bào)表生成等功能。

（5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短

用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫(huà)出電氣原理圖，然后畫(huà)出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分方便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且以商品化，故

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僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。（6）體積小，維護(hù)操作方便

PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的I/O系統(tǒng)能夠直接的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過(guò)各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。（7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化

PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活的組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。

1.3.5 PLC的主要功能

（1）條件控制功能

條件控制（或稱(chēng)邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)及其他各種邏輯連接，進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。（2）定時(shí)/記數(shù)控制功能

定時(shí)/記數(shù)控制功能是指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。（3）數(shù)據(jù)處理功能

數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、比較、位移、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。（4）步進(jìn)控制功能

步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序的操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。

（5）A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能

A/D與D/A轉(zhuǎn)化功能是指通過(guò)A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。

（6）運(yùn)動(dòng)控制功能

運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過(guò)高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或者多軸運(yùn)動(dòng)控制。

（7）過(guò)程控制功能

過(guò)程控制功能是指通過(guò)PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。（8）拓展功能

拓展功能是指通過(guò)連接輸入輸出拓展單元（即I/O拓展單元）模塊來(lái)增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過(guò)附加各種智能單元及特殊功能單元來(lái)提高PLC的控制功能。（9）遠(yuǎn)程I/O功能

遠(yuǎn)程I/O功能是指通過(guò)I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸出、輸入設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)、傳出輸出信號(hào)。（10）通信聯(lián)網(wǎng)功能

通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過(guò)PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程

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I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。（11）監(jiān)控功能

監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分地進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。

1.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理

1.4.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前PLC種類(lèi)繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，所有其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O拓展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。

如同2所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸出量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見(jiàn)，PLC的基本結(jié)構(gòu)由控制部分輸入和輸出組成。

1.4.2 PLC各部分的作用

（1）中央處理器

CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱(chēng)為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。控制器的作用是控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取出指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下：

① 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。

② 采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。③ 按用戶程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。④ 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。⑤ 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。

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（2）存儲(chǔ)器

PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。二大部分是用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。（3）輸入輸出接口電路 PLC通過(guò)輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過(guò)PLC的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。（4）電源

PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。

（5）輸入輸出I/O拓展接口、若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過(guò)此接口用扁平電纜線將I/O拓展單元與主機(jī)單元相連接。（6）PLC的基本工作原理

PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序直至遇到結(jié)束信號(hào)后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。PLC的掃描全過(guò)程如圖3所示。

① 輸入刷新階段

在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫(xiě)入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。② 程序執(zhí)行階段

在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開(kāi)始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。③ 輸出刷新階段

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當(dāng)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(guò)一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)現(xiàn)輸出。

顯然掃描周期的長(zhǎng)短取決于程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見(jiàn)，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會(huì)相應(yīng)地繁盛變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會(huì)發(fā)生變化。這對(duì)于一般的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是完全允許的，不但不會(huì)造成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)相應(yīng)較慢往往要幾個(gè)掃描周期菜響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對(duì)于控制時(shí)間要求較為嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。

1.5 松下電工可編程序控制器產(chǎn)品—FR1-C24介紹

經(jīng)過(guò)從功能和價(jià)格兩個(gè)方面的考慮，發(fā)現(xiàn)松下電工可編程序控制器產(chǎn)品—FR1-C24比較適合自動(dòng)售貨機(jī)。因?yàn)樗且环N功能很強(qiáng)的小型機(jī)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中采用先進(jìn)的方法及組件使其通常只有在大型PLC中才具有的功

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能，且具有其他控制器所不具備的功能。雖然是小型機(jī)，但是其功能較完善，性能價(jià)格比高，較適合自動(dòng)售貨機(jī)。

現(xiàn)在就對(duì)FR1-C24的組成各部分和技能做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。在松下電工公司生產(chǎn)的FR系列產(chǎn)品中，F(xiàn)R1屬于小型的PLC產(chǎn)品，其中C24是具有高級(jí)處理功能的型號(hào)。從型號(hào)可以看出FR1-C24可編程序控制器的輸入輸出點(diǎn)數(shù)（即I/O）之和為24.1.5.1 FR1-C24的組成各部分

（1）RS232 該端口能于PC機(jī)通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。（2）運(yùn)行監(jiān)視指示燈

① 當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，“RUN”指示燈亮； ② 當(dāng)控制單元終止執(zhí)行程序時(shí)，“PROG”指示燈亮； ③ 當(dāng)發(fā)生自診斷錯(cuò)誤時(shí)，“ERR”指示燈亮；

④ 當(dāng)檢測(cè)到異常的情況時(shí)或出現(xiàn)“Watchdog”時(shí)，“ALARM”指示燈亮。（3）工作方式選擇開(kāi)關(guān)

①“RUN”工作方式

當(dāng)開(kāi)關(guān)扳到這個(gè)檔位時(shí)，控制單元運(yùn)行程序。②“REMOTE”工作方式

在這個(gè)工作方式下，可以使用編程工具改變可編程序控制器的工作方式為“RUN”或“PROG”工作方式。③“PROG”工作方式

在此方式下可以編輯程序。若在“RUN”工作方式下編輯程序，則按出錯(cuò)對(duì)待。可編程控制器鳴響報(bào)警，提示編程者將方式選擇開(kāi)關(guān)切換至“PROG”工作方式。④輸出端子

C24型的輸出端子有8點(diǎn)。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。⑤直流電源輸出端子

在FP1系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)部均配有一個(gè)供輸入端使用的24V直流電源。⑥輸入端子

C24型的輸入端子有16點(diǎn)。輸入電壓范圍為直流12~24V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。⑦編程工具連接插座（RS422口）

可用此插座經(jīng)專(zhuān)用外設(shè)電纜連接編程工具。⑧波特率選擇開(kāi)關(guān)

有19 200bp和9 600sbps兩檔，當(dāng)可編程控制器與外部設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的外設(shè)選定波特率。⑨電位器（V0、V1）

電位器（V0、V1）這兩個(gè)電位器可用螺絲刀進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)外部設(shè)定。當(dāng)調(diào)節(jié)該點(diǎn)位器時(shí)，PLC內(nèi)部對(duì)應(yīng)的特殊數(shù)據(jù)寄存器DT9040和DT9041的內(nèi)容在0~255之間變化，相當(dāng)于輸入外部可調(diào)的模擬量。C24有兩個(gè)（V0、V1）。

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⑩ I/O點(diǎn)狀態(tài)指示燈和拓展單元接口插座

用來(lái)指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)輸入觸點(diǎn)閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)于這份觸點(diǎn)編號(hào)的輸入指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮（下一排）；當(dāng)某個(gè)輸出繼電器接通時(shí)，對(duì)應(yīng)這個(gè)輸出繼電器編號(hào)的輸出只是發(fā)光二極管點(diǎn)亮（上一排）。拓展單元接口插座用以連接FP1拓展元件及A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。

1.5.2 技術(shù)性能

FP1—C24的主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為16/8；最大I/O點(diǎn)數(shù)為104；運(yùn)行速度為1.6μs/步；容量為2720步；基本指令數(shù)為80；高級(jí)指令數(shù)為111；內(nèi)部繼電器為1008點(diǎn)；特殊內(nèi)部繼電器為64點(diǎn)；定時(shí)器/記數(shù)器為144點(diǎn)；數(shù)據(jù)寄存器為1660字；特殊數(shù)據(jù)寄存器為70字；索引寄存器為2字；主控指令為32點(diǎn)；跳轉(zhuǎn)標(biāo)記數(shù)為64點(diǎn)；步進(jìn)數(shù)為128級(jí)；子程序個(gè)數(shù)為16個(gè)；中斷個(gè)數(shù)為9個(gè)程序；輸入濾波時(shí)間為1—128ms。

第二章 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

2.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：

（1）最大限度地滿足被控對(duì)象的控制對(duì)象。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。

（2）在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。

（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。

（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余量。

2.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括：

（1）用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及有輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電

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磁閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關(guān)數(shù)據(jù)中已有介紹。

（2）PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要作用。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）分配I/O點(diǎn)，繪制I/O梯形圖。

（4）設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制程序的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，知道滿足要求為止。（5）必要時(shí)還需要設(shè)計(jì)控制臺(tái)。（6）編制程序系統(tǒng)的技術(shù)文件。

2.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一半步驟

（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求。

（2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，以此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。（3）選擇PLC系統(tǒng)。

（4）分配PLC的I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O接線圖。

（5）進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制大的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。

2.1.4 編寫(xiě)梯形圖的注意事項(xiàng)

（1）輸入/輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器。記數(shù)器等器件的觸點(diǎn)可以多次重復(fù)使用，無(wú)需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來(lái)減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)。

（2）梯形圖每一行都是從左母線開(kāi)始，線圈終止于右母線。觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。除步進(jìn)程序外，任何線圈、定時(shí)器、記數(shù)器、高級(jí)指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時(shí)候都被執(zhí)行的程序段，可以通過(guò)特殊內(nèi)部常閉繼電器或者一個(gè)沒(méi)有使用過(guò)的內(nèi)部繼電器的常閉觸點(diǎn)來(lái)連接。（3）在程序中，不允許同以編號(hào)的線圈兩次輸出。（4）不允許出現(xiàn)橋式電路。

程序的編寫(xiě)順序應(yīng)該按照自上而下、從左至右的方式編寫(xiě)。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大下小”。

2.1.5 程序設(shè)計(jì)的步驟

（1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。

（2）設(shè)計(jì)梯形圖。是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。（3）根據(jù)梯形圖編制程序清單。（4）用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查輸入的程序是否正確。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，知道滿足要求為止。

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（6）帶控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。若未滿足要求，再?gòu)男滦薷某绦蚧驒z查接線，知道滿意為止。（7）編寫(xiě)技術(shù)文件。（8）交付使用。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖如圖4所示。

第三章

自動(dòng)售貨機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中售貨機(jī)的分析

由于售貨機(jī)的全部功能時(shí)在上位機(jī)上模擬的，所以售貨機(jī)的部分硬件是由計(jì)算機(jī)軟件來(lái)模擬

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圖4 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)置

替代的。如錢(qián)幣識(shí)別系統(tǒng)可以用按壓某個(gè)“仿真對(duì)象”輸出一個(gè)脈沖直接給PLC發(fā)布命令而傳動(dòng)系統(tǒng)也是由計(jì)算機(jī)來(lái)直接模擬的，這些并不會(huì)影響實(shí)際程序的操作，完全能模擬現(xiàn)實(shí)中自動(dòng)飲料售貨機(jī)的運(yùn)行。（1）試驗(yàn)狀態(tài)假設(shè)

由于是在計(jì)算機(jī)上模擬運(yùn)行，試驗(yàn)中有一些區(qū)別于實(shí)際情況的假設(shè)，本試驗(yàn)中假設(shè)：

① 自動(dòng)飲料售貨機(jī)只可售8種商品。

② 自動(dòng)飲料售貨機(jī)可識(shí)別10元、5元、1元、5角、1角硬幣。

③ 自動(dòng)飲料售貨機(jī)可退幣10元、5元、1元、5角、1角硬幣。

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④ 自動(dòng)飲料售貨機(jī)有液晶顯示功能

⑤ 實(shí)驗(yàn)中售貨機(jī)忽略了各種故障以及缺貨等因素。（2）一次交易過(guò)程分析

為了方便分析，我們以一次交易過(guò)程為例。

① 初始狀態(tài)。由電子標(biāo)簽顯示各種商品價(jià)格，顯示屏顯示友好界面，此時(shí)不能購(gòu)買(mǎi)任何商品。

② 投幣狀態(tài)。按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值顯示屏顯示投入、消費(fèi)、余額數(shù)值，當(dāng)所投幣值超過(guò)商品價(jià)格時(shí)，相應(yīng)價(jià)格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購(gòu)買(mǎi)。

③ 購(gòu)買(mǎi)狀態(tài)。按下可以購(gòu)買(mǎi)的選擇按鈕，所選的商品出現(xiàn)在出貨框中，同時(shí)顯示屏上的金額數(shù)字根據(jù)消費(fèi)情況相應(yīng)變化。取走商品后出貨框消失。

④ 退幣按鈕。按下退幣按鈕，顯示退幣框，同時(shí)顯示出應(yīng)退幣值及數(shù)量。按下確認(rèn)鈕，則恢復(fù)初始狀態(tài)。

到此為止，飲料自動(dòng)售貨機(jī)的一個(gè)完整工作過(guò)程結(jié)束。

3.2 設(shè)計(jì)任務(wù)的確定

在清楚飲料自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行工作過(guò)程的基礎(chǔ)上，制定出設(shè)計(jì)方案，確定任務(wù)的目標(biāo)，以設(shè)計(jì)出合理的仿真系統(tǒng)。

首先，應(yīng)該做上位機(jī)與下位機(jī)的任務(wù)分工：上位機(jī)主要用來(lái)完成仿真界面的制作過(guò)程，而下位機(jī)則主要用來(lái)完成PLC程序的編寫(xiě)。其次，要分別對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行資料的查找與收集。例如在進(jìn)行仿真界面的設(shè)計(jì)時(shí)可以去觀看一下真正售貨機(jī)的外觀，必要時(shí)可以借助一些宣傳圖片來(lái)設(shè)計(jì)飲料自動(dòng)售貨機(jī)的外型：在進(jìn)行PLC程序的編寫(xiě)時(shí)需要先分配PLC的I/O點(diǎn)，確定上、下位機(jī)的接口。然后，對(duì)上、下位機(jī)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。最后，進(jìn)行上位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果與下位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

另外，上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作是緊密配合的。它們無(wú)論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對(duì)象都應(yīng)該是一致的。總體上講，仿真界面是被控對(duì)象，利用PLC來(lái)控制這個(gè)仿真的飲料自動(dòng)售貨機(jī)，仿真的飲料自動(dòng)售貨機(jī)接受PLC的控制指令并完成相應(yīng)的動(dòng)作；另一方面，仿真界面中的仿真飲料自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語(yǔ)言來(lái)完成的。這是整個(gè)仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關(guān)系。

我主要是對(duì)飲料自動(dòng)售貨機(jī)中的下位機(jī)，也就是主要是對(duì)PLC在其中的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。仿真程序只做了解，雖然只做了解，但是也將在下面有所介紹。清楚了仿真試驗(yàn)的整體設(shè)計(jì)思路，下面就可以開(kāi)始著手設(shè)計(jì)了。

3.3 程序設(shè)計(jì)部分

這個(gè)部分內(nèi)容是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主體部分。所要完成的任務(wù)是仿真系統(tǒng)的上位機(jī)與下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)，即在上述功能分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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3.3.1 程序設(shè)計(jì)說(shuō)明

下位機(jī)程序的編制則是利用松下PLC專(zhuān)用編程軟件FPWIN-GR完成的。

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就像上面所敘述的那樣，并非孤立的分別進(jìn)行上位機(jī)和下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作，而是互相配合的。因此在以下的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中，并沒(méi)有將上位機(jī)的設(shè)計(jì)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)整體分開(kāi)來(lái)寫(xiě)，而是相互交替，同時(shí)盡量清晰的敘述，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)部分中注明是上位機(jī)的設(shè)計(jì)還是下位機(jī)的設(shè)計(jì)。

3.3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

可以把一次交易過(guò)程分為幾個(gè)程序塊：運(yùn)行初期電子標(biāo)簽價(jià)格的內(nèi)部傳遞；投幣過(guò)程；價(jià)格比較過(guò)程；選擇商品過(guò)程；退幣過(guò)程。（1）運(yùn)行初期電子標(biāo)簽價(jià)格的內(nèi)部傳遞程序的設(shè)計(jì)

仿真系統(tǒng)運(yùn)行初期，要由PLC向仿真畫(huà)面相應(yīng)對(duì)象傳遞已存儲(chǔ)好的價(jià)格，還要給投入顯示、消費(fèi)顯示以及余額顯示存儲(chǔ)器清零，同時(shí)也要給存儲(chǔ)退幣幣值的存儲(chǔ)器清零。程序編制過(guò)程中，要用到運(yùn)行初期閉合繼電器R9013、16位數(shù)據(jù)傳送指令F0，同時(shí)在上位機(jī)上ForceControl中，必須定義相應(yīng)的變量，來(lái)實(shí)現(xiàn)與PLC程序的對(duì)接。所定義的變量如表1所示。

表1初始狀態(tài)變量表

根據(jù)表1編制PLC程序如圖5所示。

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圖5 運(yùn)行初期電子標(biāo)簽價(jià)格的內(nèi)部傳遞程序

在梯形圖程序圖5中，系統(tǒng)初始化時(shí)，通過(guò)運(yùn)行初期閉合繼電器R9031在第一次掃描時(shí)將數(shù)值傳遞給上位機(jī)。給WR1-WR11及SV0-SV4賦初值，賦值功能通過(guò)高級(jí)指令F0實(shí)現(xiàn)，至于為什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20，在以后的程序中將介紹他們的作用。（2）投幣過(guò)程

在投幣過(guò)程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應(yīng)的幣值，余額也增加同樣幣制。先建立變量表，在編寫(xiě)程序。變量表如表2所示。對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖7所示。

表2 投幣過(guò)程變量表

在圖中，當(dāng)按下投入1角時(shí)，相當(dāng)于讓R200接通，之所以用一個(gè)微分指令，就是要只在接通時(shí)檢測(cè)一次，不能永遠(yuǎn)加下 去。投入1角要投入顯示、余額顯示

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都相應(yīng)增加相同數(shù)值，加法是由16位加法指令E20來(lái)實(shí)現(xiàn)的。投入5角、1元、10元，原理同上。（3）價(jià)格比較過(guò)程

價(jià)格的比較要貫穿實(shí)驗(yàn)的始終，只要余額大于某種商品價(jià)格時(shí)，就需要輸出一個(gè)信號(hào)，圖7 投幣過(guò)程梯形圖

提示可以購(gòu)買(mǎi)。這里只要選擇燈代表此信號(hào)。所建立的變量表如表3所示。

表3 價(jià)格比較過(guò)程變量表

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根據(jù)變量表和控制要求編寫(xiě)程序如圖8所示。

在梯形圖8中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)比較，用了一個(gè)特殊內(nèi)部繼電器R9010，在程序執(zhí)行過(guò)程中，R9010始終保持閉合，F(xiàn)60是16位數(shù)據(jù)比較指令，用它來(lái)比較余額和商品價(jià)格，R900A是大于價(jià)格，R900B是等于標(biāo)志。當(dāng)余額大于等于某種商品價(jià)格時(shí)，程序使相應(yīng)的指示燈閃爍表示可以購(gòu)買(mǎi)該種商品。

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圖8 價(jià)格比較過(guò)程梯形圖

（4）選擇商品過(guò)程

當(dāng)投入的幣值可以購(gòu)買(mǎi)某種商品時(shí)，按下相應(yīng)的“選擇”按鈕即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時(shí)消費(fèi)顯示欄中顯示出已經(jīng)消費(fèi)掉的金額，余額也將扣除已消費(fèi)的幣值，接著余額繼續(xù)與價(jià)格相比較，判斷是否能繼續(xù) 購(gòu)買(mǎi)。出現(xiàn)在出貨口的商品在沒(méi)有取走之前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該商品代表已經(jīng)取走，出貨口的商品隱藏。建立的變量表如表4所示。對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖9所示。

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表4 選擇商品過(guò)程變量表

在梯形圖9中，一是要使商品出現(xiàn)在出貨框中，而是要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的貨幣運(yùn)算。以第一步為例，按下選擇01 商品鍵，相當(dāng)于給R205加一個(gè)信號(hào)（只接受一次脈沖，所以用DF微分指令），當(dāng)Y0接通（01商品燈亮)時(shí)，則系統(tǒng)顯示可以購(gòu)買(mǎi)01商品，購(gòu)買(mǎi)成功。當(dāng)按下取01商品按鈕時(shí)，R230斷開(kāi)，不能輸出Y8，代表01商品被取走。內(nèi)部幣值的計(jì)算和是否取走商品無(wú)關(guān)，只要按下選擇按鈕，并且可以購(gòu)買(mǎi)此商品就要從余額中扣除相應(yīng)的金額，顯示消費(fèi)的幣值。加法由F20指令實(shí)現(xiàn)，減法由F25實(shí)現(xiàn)。

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（5）退幣過(guò)程

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在退幣過(guò)程中，最主要的是完成退幣的運(yùn)算過(guò)程，根據(jù)結(jié)果輸出相應(yīng)的錢(qián)幣，退幣結(jié)束時(shí)還要使用到的某些寄存器重新賦零，所建立的變量如表5所示，對(duì)應(yīng)的梯形圖程序如圖10所示。

表5 退幣過(guò)程變量表

整個(gè)退幣過(guò)程在按下按鈕（即R20F接通時(shí)）時(shí)執(zhí)行，同樣也用到一個(gè)微分指令，在接收到信號(hào)時(shí)產(chǎn)生一次開(kāi)關(guān)脈沖，進(jìn)而執(zhí)行一次其下面的指令。F32是除法指令，第一次將余額的幣值除以1000，商存儲(chǔ)于SV0中，作為退幣10的輸出值。余數(shù)則存儲(chǔ)于特殊數(shù)據(jù)寄存器DT9015中，下次將不能被1000（10元）整除的余數(shù)除以100（5元），商且存儲(chǔ)于SV1中，余數(shù)繼續(xù)下傳，直至被1角除過(guò)，由于所投幣值最小是1角，并且商品價(jià)格也確定在整角，所以最終能被1角整除。在程序的初始化時(shí)曾給WR13、WR15、WR17、WR19和WR20賦零，WR13、WR15、WR17、WR19和WR20是程序的中間量，為的只是程序在使用過(guò)程中能穩(wěn)定執(zhí)行，避免出現(xiàn)退幣錯(cuò)誤。

為什么要除以1000呢？這主要是考慮到PLC的主要特點(diǎn)是執(zhí)行過(guò)程穩(wěn)定可靠，但執(zhí)行速度較慢，在計(jì)算時(shí)盡量將數(shù)值作為整數(shù)計(jì)算，因?yàn)槭窃谟?jì)算機(jī)上模擬，可以把一部分功能交由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里把1角當(dāng)作

10、把5角當(dāng)作50、1元當(dāng)作100、5元當(dāng)作500、10元當(dāng)作1000，可以避免把這些數(shù)據(jù)當(dāng)作有小數(shù)點(diǎn)的實(shí)數(shù)計(jì)算，這同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由計(jì)算機(jī)的任務(wù)將在以后敘述。

退幣過(guò)程結(jié)束后，PLC要將寄存器中的數(shù)值置回原定得初值0，完成一次交易，防止下一次交易時(shí)出錯(cuò)，還將中間量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5個(gè)過(guò)程，自動(dòng)售貨機(jī)的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售貨機(jī)實(shí)現(xiàn)各種要求的功能。

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圖10 退幣過(guò)程梯形圖

3.4 仿真界面與PLC的配合定

在這一段中，將仔細(xì)分析仿真界面各部分是如何與PLC連接的。分析過(guò)程是按照一次交易的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行的，即有初始狀態(tài)、投幣狀態(tài)、購(gòu)買(mǎi)狀態(tài)、退幣狀態(tài)到交易結(jié)束。（1）初始狀態(tài)

通過(guò)分析得知，當(dāng)電子標(biāo)簽顯示各商品的價(jià)格、顯示屏顯示友好界面時(shí)，不能購(gòu)買(mǎi)任何商品。因此先讓變量poiwindows=0（系統(tǒng)默認(rèn)）。

電子標(biāo)簽中的字符?J.01?（以01商品為例）對(duì)應(yīng)的變量JG01.PV與PLC程序中的地址WR4相匹配，WR4中的存儲(chǔ)器據(jù)為250，即讓字符顯示2.5元。對(duì)應(yīng)的梯形圖如

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圖11所示。（2）投幣狀態(tài)

當(dāng)投幣時(shí)，按下“投幣”提示字，出現(xiàn)投幣框。如何定義“投幣”呢？雙擊漢字“投幣”來(lái)到“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)面，選擇“觸敏動(dòng)作”框中作如下定義：按下鼠標(biāo)時(shí)，poiwinJB=1,poiwinJB這個(gè)變量是控制投幣框的，當(dāng)poiwinJB=1時(shí)，出現(xiàn)錢(qián)幣和提示框：poiwinJB=0時(shí)，錢(qián)幣和提示框隱藏。

圖11 數(shù)據(jù)初始化梯形圖

下面分別定義提示框和錢(qián)幣以及“確認(rèn)”按鈕，雙擊提示框，來(lái)到“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)

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面，定義poiwinJB=1時(shí)顯示，各硬幣也用同樣的方法定義，這樣就使在按下漢字“投幣”時(shí)，變量poiwinJB=1，從而出現(xiàn)投幣框，以及硬幣等。我們只是定義了投幣框的顯示狀態(tài)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊代替 了實(shí)際過(guò)程中的錢(qián)幣投入動(dòng)作，最重要的任務(wù)是錢(qián)幣運(yùn)算，下面介紹錢(qián)幣的定義方法。

以10為例：雙擊10硬幣，開(kāi)到“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，在動(dòng)作描述中如下定義：按下鼠標(biāo)時(shí)，poiwinJB=1；TR$100.PV=1時(shí)給PLC發(fā)出一個(gè)接通信號(hào)，由于TR$100.PV對(duì)應(yīng)的PLC地址是R204，使得204繼電器導(dǎo)通，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的加10元程序。同樣定義其他錢(qián)幣，注意其對(duì)應(yīng)的PLC軟繼電器。最后還要定義“確認(rèn)按鈕”。要實(shí)現(xiàn)的功能是按下“確認(rèn)”按鈕時(shí)，所有的錢(qián)幣以及提示框均消失。當(dāng)投幣以后，顯示屏要及時(shí)反映出投幣情況，同時(shí)“選擇”指示也要相應(yīng)變化。下面來(lái)定義顯示屏和“選擇”按鈕。

顯示屏要顯示3種數(shù)據(jù)，分別為：投入顯示、消費(fèi)顯示、余額顯示。三種顯示均用力控軟件自帶的附件—數(shù)碼管來(lái)顯示?，F(xiàn)在工具箱中點(diǎn)擊“選擇子圖框”，在子圖框中找到儀表中的數(shù)碼管，放在顯示屏中，作為投入顯示，再?gòu)?fù)制兩個(gè)，分別作為消費(fèi)顯示、余額顯示。雙擊數(shù)碼管來(lái)到數(shù)碼管屬性設(shè)置畫(huà)面，在表達(dá)式中作如下定義:poiTR001.PV/100，poiTR001.PV連接的是PLC程序中的WR1軟繼電器，是用來(lái)存儲(chǔ)投入顯示數(shù)據(jù)的，除以100同樣是為了PLC數(shù)據(jù)計(jì)算的方便。這樣就可以用數(shù)碼管來(lái)顯示投入中的幣值。同樣定義消費(fèi)顯示、余額顯示。“選擇”按鈕要根據(jù)余額的數(shù)值發(fā)生閃爍和變色。定義過(guò)程如下：雙擊“選擇”按鈕，來(lái)到“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)面，在“顏色相關(guān)動(dòng)作”中選擇“閃爍”項(xiàng)，分別定義屬性和頻率，在變量選擇中選擇相應(yīng)的指示燈變量。以01商品的選擇指示燈為例，在變量選擇中選擇D01.PV=1,滿足條件時(shí)指示燈變色。這樣就定義好了投幣狀態(tài)的上位機(jī)仿真變量，配合PLC程序可以實(shí)現(xiàn)投幣功能。（3）購(gòu)買(mǎi)狀態(tài)

定義了投幣狀態(tài)，就可以購(gòu)買(mǎi)商品了。當(dāng)選擇指示燈以后，按下它，在出貨口處出現(xiàn)我們要買(mǎi)的商品。這樣定義“選擇”按鈕：雙擊“選擇”按鈕，來(lái)到“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，在動(dòng)作描述中如下定義：按下鼠標(biāo)時(shí)，XZ01.PV=1；釋放鼠標(biāo)時(shí)，XZ01.PV=0.XZ01.PV與PLC程序中的R205相對(duì)應(yīng)，按下可以購(gòu)買(mǎi)商品的選擇鍵，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的PLC程序，同時(shí)消費(fèi)顯示增加相應(yīng)的幣值，余額顯示減少相應(yīng)的幣值，此時(shí)還要在出貨口出現(xiàn)相應(yīng)的商品，這是用“顯示/隱藏”功能來(lái)定義在出貨口中出現(xiàn)相應(yīng)的商品。以01為例，雙擊出貨口處的小商品，來(lái)到“動(dòng)畫(huà)連接”，選擇“顯示/隱藏”項(xiàng)，定義CX01.PV=1時(shí)顯示。出貨口框架的隱藏/顯現(xiàn)是用程序來(lái)控制的。當(dāng)有一種商品出現(xiàn)在出貨口，就會(huì)顯示

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框架；當(dāng)全部商品均消失后框架隱藏。程序如圖12所示。圖中R210是控制出貨口框架是否出現(xiàn)的繼電器。（4）退幣狀態(tài)

當(dāng)按下“退幣”按鈕時(shí)，PLC進(jìn)行退幣運(yùn)算，所以按下“退幣”按鈕就要與PLC通信，執(zhí)行退幣計(jì)算。下面來(lái)定義退幣按鈕，出現(xiàn)“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，動(dòng)作描述為：按下鼠標(biāo)，poiwinJB=0；poiwinTB=1；Tenter.PV=1.釋放鼠標(biāo)，Tenter.PV=0；內(nèi)部變量poiwinJB=1是讓投幣框消失，poiwinTB=1是讓退幣框出現(xiàn)，Tenter.PV與PLC程序中的R20F對(duì)應(yīng)。退幣框中要有5種硬幣，還要有表示硬幣個(gè)數(shù)的數(shù)字。由于計(jì)算中采用的算法使得退幣時(shí)按照幣值大小順序退幣，例如退5元，只退一個(gè)5元，而不是5個(gè)1元。定義表示硬幣個(gè)數(shù)的變量只用一位數(shù)即可。在退幣時(shí)，要退出的硬幣及個(gè)數(shù)顯式，而不退的硬幣隱藏。

圖12 出貨口框架的隱藏/顯現(xiàn)梯形圖

定義錢(qián)幣時(shí)（以10為例），雙擊10元硬幣，出現(xiàn)“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)面，選擇“顯示/隱藏”項(xiàng)，在“可見(jiàn)性定義”對(duì)話框中作出的表達(dá)式為T(mén)B$100.PV=0。其他硬幣定義方法同上。定義錢(qián)幣個(gè)數(shù)：雙擊10硬幣個(gè)數(shù)字符“a”，出現(xiàn)“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)面，選擇“數(shù)值輸出”中的“模擬”項(xiàng)，做出表達(dá)式為T(mén)B$100.PV。同時(shí)錢(qián)幣個(gè)數(shù)也要定義是否隱藏，定義方法和定義錢(qián)幣相同。定義“確認(rèn)”鍵時(shí)，按下“確認(rèn)”鍵，代表取走了所有硬幣，完成此次交易，因此退幣“確認(rèn)”的定義很重要。雙擊“確認(rèn)”鍵，出現(xiàn)“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)面，選擇“觸敏動(dòng)作”中的“左鍵動(dòng)作”，在動(dòng)作描述欄中定義如下：按下鼠標(biāo)

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poiwinTB=0； 功能：退幣框消失

TuiBiok.PV=1； 功能：給PLC信號(hào)，閉合R0，完成數(shù)據(jù)的初始化

Poiwindows=0 功能：顯示屏顯示友好界面時(shí)

為了防止在未取走商品時(shí)退幣，按下“確認(rèn)”鍵又不能返回原始狀態(tài)，在描述過(guò)程中加入以下一段程序，強(qiáng)行拋掉以購(gòu)買(mǎi)的商品。CX01.PV=0 CX02.PV=0 CX03.PV=0 CX04.PV=0 CX05.PV=0 CX06.PV=0 CX07.PV=0 CX08.PV=0 釋放鼠標(biāo)時(shí)，TuiBiok.PV=0.只是一個(gè)微分信號(hào)，不能將R0永遠(yuǎn)置為1。還有一點(diǎn)要注意，“確認(rèn)”鍵也要有隱藏的時(shí)候定義方法如錢(qián)幣。

定義退幣框架：按下“退幣”按鈕后就會(huì)出現(xiàn)退幣框架?？梢赃@樣定義：雙擊退幣框架，來(lái)到“動(dòng)畫(huà)連接”畫(huà)面，選擇“顯示/隱藏”項(xiàng)，在“可見(jiàn)性定義”中定義poiwinTB=1時(shí)顯現(xiàn)即可。

3.5 數(shù)據(jù)連接

3.5.1 定義I/O設(shè)備

數(shù)據(jù)庫(kù)是從I/O驅(qū)動(dòng)程序中獲取過(guò)程數(shù)據(jù)的，而數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)可以與多個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通信，一個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)程序也可以連接一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。下面創(chuàng)建I/O設(shè)備。（1）在Draw導(dǎo)航器中雙擊“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”項(xiàng)使其展開(kāi)，在展開(kāi)項(xiàng)目中選擇“PLC”項(xiàng)雙擊使其展開(kāi)后，選擇項(xiàng)目雙擊并定義。（2）單擊“完成”按鈕返回，在“松下電工”項(xiàng)目下增加一項(xiàng)“PLC001”，如果要對(duì)I/O設(shè)備“PLC001”的配置進(jìn)行修改，雙擊項(xiàng)目“PLC001”，會(huì)再次出現(xiàn)PLC001的“I/O設(shè)備定義”對(duì)話框。若要?jiǎng)h除I/O設(shè)備“PLC001”，用鼠標(biāo)右鍵單擊項(xiàng)目“PLC001”，在彈出的右鍵菜單中選擇“刪除”。

① 數(shù)據(jù)連接

剛剛創(chuàng)建了一個(gè)名為“PLC001”的I/O設(shè)備，而且它連接的正是假想的PLC設(shè)備?，F(xiàn)在的問(wèn)題是如何將已經(jīng)創(chuàng)建的多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)與PLC聯(lián)系起來(lái)，以使這些點(diǎn)的PV參數(shù)值能與I/O設(shè)備PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，這個(gè)過(guò)程就是建立數(shù)據(jù)連接的過(guò)程。由于數(shù)據(jù)庫(kù)可以與多個(gè)I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以必須指定哪些點(diǎn)與哪些個(gè)I/O設(shè)備建立數(shù)據(jù)鏈接。為方便起見(jiàn)，我們將數(shù)據(jù)列整理成如表

6、表7所示。

表6 數(shù)字I/O

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續(xù)表 6

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表7 模擬I/O表

3.5.2 設(shè)計(jì)

飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制要求

（1）該自動(dòng)售貨機(jī)可以同時(shí)投入5角、1元或5元硬幣，自動(dòng)銷(xiāo)售汽水、果汁和咖啡。

（2）當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過(guò)1.5元時(shí)，汽水按鈕指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過(guò)3元時(shí)，汽水按鈕和果汁按鈕同時(shí)亮；當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過(guò)5元，汽水按鈕、果汁按鈕和咖啡按鈕同時(shí)亮。

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（3）當(dāng)汽水按鈕燈亮?xí)r，按汽水按鈕，則汽水排出10s后自動(dòng)停止，同時(shí)汽水按鈕指示燈閃爍10s。

（4）當(dāng)果汁按鈕燈亮?xí)r，按果汁按鈕，則果汁排出10s后自動(dòng)停止，同時(shí)果汁按鈕指示燈閃爍10s。

（5）當(dāng)咖啡按鈕燈亮?xí)r，按咖啡按鈕，則咖啡排出10s后自動(dòng)停止，同時(shí)咖啡按鈕指示燈閃爍10s。

（6）若投入的硬幣總值超過(guò)所購(gòu)商品的價(jià)格（汽水1.5元，果汁3元，咖啡5元），則找錢(qián)指示燈亮，同時(shí)進(jìn)行找錢(qián)動(dòng)作。

圖13 飲料自動(dòng)售貨機(jī)示意圖 I/O地址定義表

此控制系統(tǒng)可采用自動(dòng)工作方式，輸入信號(hào)為汽水、果汁和咖啡按鈕，5角、1元或5元硬幣投入識(shí)別口記數(shù)手動(dòng)復(fù)位按鈕；出入信號(hào)為汽水、果汁和咖啡排出電磁閥、找錢(qián)電磁閥及相應(yīng)指示燈，共7個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)，均為開(kāi)關(guān)量。I/O地址定義如表8所示。

表8 飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)I/O地址定義表

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3.5.3 運(yùn)行

保存所有組態(tài)內(nèi)容，然后關(guān)閉所有力控程序。將飲料自動(dòng)售貨機(jī)的PLC程序下傳到PLC裝置中，在切換到離線狀態(tài)，然后再次啟動(dòng)力控工程管理器，選擇本工程，并單擊“進(jìn)入運(yùn)行”按鈕啟動(dòng)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)。

常工院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的學(xué)習(xí)、研究以及吳老師的指導(dǎo)，終于按時(shí)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要研究的是自動(dòng)售貨機(jī)有關(guān)PLC的部分。自動(dòng)售貨機(jī)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24小時(shí)無(wú)人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要的資本少、面積小，有吸引人們購(gòu)物好奇新的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用的上升的問(wèn)題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。所以說(shuō)，自動(dòng)售貨機(jī)是今后飲料銷(xiāo)售方式的一個(gè)很好的發(fā)展趨勢(shì)。它的出現(xiàn)將極大的方便人們購(gòu)買(mǎi)所需的飲品。

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致謝

經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力工作，畢業(yè)設(shè)計(jì)在指導(dǎo)老師吳金的悉心指導(dǎo)下終于順利完成了，吳老師他待人和藹可親，在這幾個(gè)月里我們相處的非常融洽，吳老師他社會(huì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，工作認(rèn)真踏實(shí)，治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，而且他深厚的理論功底及設(shè)計(jì)能力更令我感到欽佩。設(shè)計(jì)期間，吳老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，認(rèn)真查閱我的草圖和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，令我十分感動(dòng)?？傊瑓抢蠋煹娜似芳爸螌W(xué)態(tài)度是我學(xué)習(xí)的楷模和榜樣，在此，我要向指導(dǎo)老師吳金表示感謝。

在此次設(shè)計(jì)中，也需要感謝的是我的同學(xué)。大家在一起共同奮斗，互相討論，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大幫助，并且，我們?cè)谝黄鸸餐瑺I(yíng)造了一個(gè)融洽的學(xué)習(xí)生活環(huán)境，建立了良好的友誼。

參考文獻(xiàn) 程周·可編程序控制器原理與應(yīng)用·北京：高等教育出版社，2003年 2王永華·現(xiàn)代電機(jī)控制及PLC應(yīng)用技術(shù)·北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000年 周美蘭、周封、王岳宇·PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)·北京：科學(xué)出版社，2003年 吳建強(qiáng)、蔣三勇·可編程控制器原理及應(yīng)用·哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000年 吳中俊、黃永紅·可編程序控制器原理及應(yīng)用·北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003年 張萬(wàn)忠、劉明芹·電器與PLC控制技術(shù)·北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003年 7 王兆義·可編程序控制器教程·北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001年

第四篇：軟件工程_自動(dòng)售貨機(jī)

自動(dòng)售貨機(jī)

信息1101 施敏宇 18號(hào)

下面是自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的需求陳述，試建立它的對(duì)象模型、動(dòng)態(tài)模型和功能模型： 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)是一種無(wú)人售貨系統(tǒng)。售貨時(shí)，顧客把硬幣投入機(jī)器的投幣口中，機(jī)器檢查硬幣的大小、重量、厚度及邊緣類(lèi)型。有效的硬幣是一元幣、五角幣、五分幣、二分幣、一分幣。其他貨幣被認(rèn)為是假幣。機(jī)器拒絕接受假幣，并將其從退幣孔退出。當(dāng)機(jī)器接受了有效的硬幣之后，就把硬幣送入硬幣儲(chǔ)藏器中。顧客支付的貨幣根據(jù)硬幣的面值進(jìn)行累加。自動(dòng)售貨機(jī)裝有貨物分配器。每個(gè)貨物分配器中包含零個(gè)或多個(gè)價(jià)格相同的貨物。顧客通過(guò)選擇貨物分配器來(lái)選擇貨物。如果貨物分配器中有貨物，而且顧客支付的貨幣值不小于該貨物的價(jià)格，貨物將被分配到貨物傳送孔送給顧客，并將適當(dāng)?shù)牧沐X(qián)返還到退幣孔。如果分配器是空的，則和顧客支付的貨幣值相等的硬幣將被送回到退幣孔。如果顧客支付的貨幣值少于所選擇的分配器中貨物的價(jià)格，機(jī)器將等待顧客投進(jìn)更多的貨幣。如果顧客決定不買(mǎi)所選擇的貨物，他投放進(jìn)的貨幣將從退幣孔中退出。

面向?qū)ο蟮姆治?/p>

面向?qū)ο蠓治龇椒ǖ暮诵乃枷胧抢妹嫦驅(qū)ο蟾拍詈头椒檐浖枨髽?gòu)造一組相關(guān)模型（對(duì)象模型，動(dòng)態(tài)模型和功能模型），來(lái)獲得關(guān)于問(wèn)題域的全面認(rèn)識(shí)。

這三個(gè)模型從不同的角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述，其中：對(duì)象模型描述了系統(tǒng)靜態(tài)的、結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)性質(zhì)；動(dòng)態(tài)模型描述了系統(tǒng)順勢(shì)的、行為化的控制性質(zhì)；功能模型描述了變化的系統(tǒng)的功能性質(zhì)。這三個(gè)模型都涉及到數(shù)據(jù)。控制和操作等共同的概念，但每種模型描述的側(cè)重有所不同。它們各自以不同側(cè)面反應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，綜合起來(lái)則全面反映了目標(biāo)系統(tǒng)的需求。

對(duì)象模型是三個(gè)模型中最關(guān)鍵的。它的作用是描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，包括構(gòu)成系統(tǒng)的類(lèi)和對(duì)象、它們的屬性和操作以及它們之間的聯(lián)系。UML中類(lèi)圖適用于建立對(duì)象模型，狀態(tài)圖適用于建立動(dòng)態(tài)模型。每個(gè)類(lèi)的動(dòng)態(tài)行為用一張狀態(tài)圖來(lái)表示，各個(gè)類(lèi)的狀態(tài)圖通過(guò)事件合并起來(lái)，構(gòu)成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。也就是說(shuō)，動(dòng)態(tài)模型是基于事件共享而相互關(guān)聯(lián)的一組狀態(tài)圖的集合。建立對(duì)象模型大體上按照下列順序進(jìn)行:尋找問(wèn)題域內(nèi)的對(duì)象，識(shí)別出對(duì)象間的關(guān)系、定義屬性和服務(wù)。事實(shí)上，分析工作不可能?chē)?yán)格按照預(yù)定順序進(jìn)行，系統(tǒng)的模型往往需要反復(fù)構(gòu)造多遍才能建成。

注：對(duì)象硬幣計(jì)算器和對(duì)象硬幣檢測(cè)器可以作為對(duì)象自動(dòng)售貨器的一部分，它們的屬性作為自動(dòng)售貨器的屬性。

建立動(dòng)態(tài)模型

對(duì)于僅存數(shù)靜態(tài)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)模型并沒(méi)有什么實(shí)際意義。然而在開(kāi)發(fā)交互式系統(tǒng)時(shí)，動(dòng)態(tài)模型卻起著很重要的作用。如果收集輸入信息是目標(biāo)系統(tǒng)的一項(xiàng)主要工作，則在開(kāi)發(fā)這類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)建立正確的動(dòng)態(tài)模型是至關(guān)重要的。

建立動(dòng)態(tài)模型的步驟：

(1)編寫(xiě)典型的對(duì)話腳本；

(2)從腳本中提取出事件，聯(lián)系該事件與其目標(biāo)對(duì)象；

(3)組織事件的順序和狀態(tài)(采用狀態(tài)圖描繪)；

(4)比較各個(gè)不同對(duì)象的狀態(tài)圖，檢查對(duì)象之間的一致性，確保事件之間的匹配。

提示投幣投幣購(gòu)買(mǎi)提示是假幣，退幣假幣檢查硬幣否真幣存儲(chǔ)硬幣，計(jì)算貨幣總值確認(rèn)投完硬幣是請(qǐng)求選擇貨物選擇貨物檢測(cè)貨物存量無(wú)貨提示無(wú)貨計(jì)算比較貨幣總值和貨物價(jià)格確認(rèn)確認(rèn)顧客購(gòu)買(mǎi)小于提示貨物不足，確認(rèn)顧客購(gòu)買(mǎi)不購(gòu)買(mǎi)送出貨物，請(qǐng)求取貨不購(gòu)買(mǎi)退幣請(qǐng)求取退幣提示顯示交易完畢

功能模型

功能模型描述了系統(tǒng)的所有計(jì)算。功能模型指出發(fā)生了什么，動(dòng)態(tài)模型確定什么時(shí)候發(fā)生，而對(duì)象模型確定發(fā)生的客體。功能模型表明一個(gè)計(jì)算如何從輸入值得到輸出值，它不考慮計(jì)算的次序。功能模型由多張數(shù)據(jù)流圖組成。數(shù)據(jù)流圖用來(lái)表示從源對(duì)象到目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)值的流向，它不包含控制信息，控制信息在動(dòng)態(tài)模型中表示，同時(shí)數(shù)據(jù)流圖也不表示對(duì)象中值的組織，值的組織在對(duì)象模型中表示。

數(shù)據(jù)流圖中包含有處理、數(shù)據(jù)流、動(dòng)作對(duì)象和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)象。

1.處理

數(shù)據(jù)流圖中的處理用來(lái)改變數(shù)據(jù)值。最低層處理是純粹的函數(shù)，一張完整的數(shù)據(jù)流圖是一個(gè)高層處理。

2.數(shù)據(jù)流

數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)流將對(duì)象的輸出與處理、處理與對(duì)象的輸入、處理與處理聯(lián)系起來(lái)。在一個(gè)計(jì)算機(jī)中，用數(shù)據(jù)流來(lái)表示一中間數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)流不能改變數(shù)據(jù)值。

3.動(dòng)作對(duì)象

動(dòng)作對(duì)象是一種主動(dòng)對(duì)象，它通過(guò)生成或者使用數(shù)據(jù)值來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流圖。

4.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)象

數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是被動(dòng)對(duì)象，它用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它與動(dòng)作對(duì)象不一樣，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)本身不產(chǎn)生任何操作，它只響應(yīng)存儲(chǔ)和訪問(wèn)的要求。

有效幣特征假幣退假幣假幣檢查硬幣有效幣硬幣送入硬幣儲(chǔ)藏器計(jì)算面值貨物價(jià)格有貨貨幣總值硬幣顧客投幣顧客不足等待顧客投幣顧客取消購(gòu)買(mǎi)，退幣顧客判斷貨幣是否足夠足夠選擇貨物判斷分配器貨物存量無(wú)貨分配貨物，找零貨物，硬幣硬幣退幣

第五篇：自動(dòng)分揀系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告解析

自動(dòng)分撿系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

一、課題介紹

1.課題名稱(chēng)：自動(dòng)分撿系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.課題背景：

自動(dòng)分揀系統(tǒng)（Automated Sorting System)是二次大戰(zhàn)后率先在美國(guó)、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家大中型物流中心不可缺少的一部分。該系統(tǒng)的作業(yè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單描述如下：流動(dòng)中心每天接收成百上千家供應(yīng)商或貨主通過(guò)各種運(yùn)輸工具送來(lái)的成千上萬(wàn)種商品，在最短的時(shí)間內(nèi)將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲(chǔ)位或發(fā)送地點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類(lèi)，將這些商品運(yùn)送到指定地點(diǎn)(如指定的貨架、加工區(qū)域、出貨站臺(tái)等)，同時(shí)，當(dāng)供應(yīng)商或貨主通知物流中心按配送指示發(fā)貨時(shí)，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)從龐大的高層貨架存儲(chǔ)系統(tǒng)中準(zhǔn)確找到要出庫(kù)的商品所在位置，并按所需數(shù)量出庫(kù)，將從不同儲(chǔ)位上取出的不同數(shù)量的商品按配送進(jìn)點(diǎn)的不同運(yùn)送到不同的理貨區(qū)域或配送站臺(tái)集中，以便裝車(chē)配送。

3.國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：

縱觀國(guó)內(nèi)外物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)傾向于采用自動(dòng)化程度很高的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)。而在我國(guó)，由于起步晚，物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)中人工作業(yè)的比例也較高。國(guó)外物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的廣泛使用，以美國(guó)、日本及歐洲為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家，在物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用上呈現(xiàn)出自動(dòng)化程度越來(lái)越高的特點(diǎn)。物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)已成為發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化不可缺少的一部分。主要應(yīng)用在大中型物流中心、配送中心、流通中心、郵局分揀信件等等隨著交流自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用。自動(dòng)分揀技術(shù)在20世紀(jì)70年代被引入國(guó)內(nèi)，我國(guó)的郵政系統(tǒng)最早并已多年使用自動(dòng)分揀設(shè)備，并在長(zhǎng)期的實(shí)踐中不斷創(chuàng)新、不斷進(jìn)步。例如，郵電部相關(guān)部門(mén)相繼開(kāi)發(fā)和研制出具國(guó)際水平的CORE-NT物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)，性價(jià)比很高的扁平郵件高速物料自動(dòng)分揀系統(tǒng);上海郵政通用技術(shù)設(shè)備公司研制成功了速遞郵件網(wǎng)絡(luò)化物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)等。郵政系統(tǒng)還推出了新的信封標(biāo)準(zhǔn)以更好的配合自動(dòng)化的信件物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)。

3.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

在物流中心分揀系統(tǒng)的研究中,主要有三方面內(nèi)容。一方面是物流分揀設(shè)備和控制技術(shù)的研究,如用于郵政系統(tǒng)的交叉帶式分揀機(jī)研究、應(yīng)用于煙草行業(yè)的通道式分揀機(jī)研究等等。第二方面是對(duì)物流中心存儲(chǔ)策略和分揀路徑優(yōu)化的研究,如用BOM表進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)位置優(yōu)化的研究,用蟻群算法實(shí)現(xiàn)分揀路徑的優(yōu)化等等。第三方面是對(duì)分揀作業(yè)數(shù)據(jù)信息與分析決策問(wèn)題,華南理工大學(xué)、中國(guó)人民大學(xué)、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)等國(guó)內(nèi)高等院校的學(xué)者都進(jìn)行了定性與定量的研究。如馬士華、文堅(jiān)的分批策略根據(jù)時(shí)間延遲思想,綜合考慮了揀貨作業(yè)環(huán)節(jié)和分揀包裝環(huán)節(jié)的工作效率,提出了一種消除因時(shí)窗分批不平衡而導(dǎo)致的等待時(shí)間和閑忙不均的動(dòng)態(tài)時(shí)窗設(shè)計(jì)與判斷方法,從而保證分揀系統(tǒng)的連續(xù)性和均衡性。李凱就卷煙分揀的幾種優(yōu)化模型展開(kāi)了較深入的探討,并以仿真的手段進(jìn)行了驗(yàn)證。朱巖就卷煙分揀機(jī)的控制策略和不同設(shè)備參數(shù)下的分揀系統(tǒng)整體性能進(jìn)行了研究,并通過(guò)仿真程序模擬驗(yàn)證。

如今，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，為了發(fā)展我國(guó)物流業(yè)，國(guó)內(nèi)的許多企業(yè)和政府部門(mén)也在做更大的努力，也已取得了一定的成效。例如，郵電部相關(guān)部門(mén)相繼開(kāi)發(fā)和研制出具國(guó)際水平的CORE-NT物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)，性價(jià)比很高的扁平郵件高速物料自動(dòng)分揀系統(tǒng);上海郵政通用技術(shù)設(shè)備公司研制成功了速遞郵件網(wǎng)絡(luò)化物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)等。郵政系統(tǒng)還推出了新的信封標(biāo)準(zhǔn)以更好的配合自動(dòng)化的信件物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)。太原剛玉倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備公司和貴陽(yáng)普天通信機(jī)械廠已設(shè)計(jì)生產(chǎn)貨架電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)、小車(chē)式數(shù)字顯示揀選系統(tǒng)、郵件自動(dòng)分揀系統(tǒng)等;珠海普天慧科信息技術(shù)有限公司研發(fā)出PTL（Pick-to-light&Put-to-light）電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)，除具備電子標(biāo)簽揀選系統(tǒng)的一般優(yōu)點(diǎn)之外，還具有彈性控制揀貨作業(yè)流程、即時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、緊急訂單處理和缺貨通知等強(qiáng)大的功能。

雖然在郵政系統(tǒng)外的其它行業(yè)，國(guó)內(nèi)對(duì)物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的使用還非常少，但有關(guān)部門(mén)和企業(yè)正在為此做出不懈的努力?？梢钥隙ǎS著物流大環(huán)境的逐步改善，物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)在我國(guó)流通領(lǐng)域一定會(huì)大有用武之地。3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

以美國(guó)、日本及歐洲為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家，在分揀系統(tǒng)的應(yīng)用上呈現(xiàn)出自動(dòng)化程度越來(lái)越高的特點(diǎn)。自動(dòng)分揀系統(tǒng)已成為發(fā)達(dá)國(guó)家大中型物流中心、配送中心或流通中心不可缺少的一部分。在分揀系統(tǒng)等物流中心子系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中,各發(fā)達(dá)國(guó)家的規(guī)劃原則有很大的差異。日本的物流中心大都規(guī)模適中,采用先進(jìn)的自動(dòng)分揀系統(tǒng)和無(wú)線通訊設(shè)備,美國(guó)主要采用立體倉(cāng)庫(kù)以節(jié)約地價(jià)支出,但分揀等設(shè)備大都采用機(jī)械化或半自動(dòng)化,不盲目采用全自動(dòng)設(shè)備。他們共同的特點(diǎn)是均實(shí)現(xiàn)較成熟的電腦網(wǎng)絡(luò)化管理,保證了配送的及時(shí)準(zhǔn)確性,節(jié)約勞動(dòng)力成本。國(guó)外的學(xué)者專(zhuān)家如Goetschalckx和Ratliff提出利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法來(lái)求解寬通道內(nèi)的揀貨路徑問(wèn)題,Roodbergen和Koster研究在多橫向通道倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)環(huán)境下,針對(duì)各種分揀策略比較在不同通道數(shù)目、不同貨物品項(xiàng)及不同通道寬度的揀貨路徑的問(wèn)題,Elizabeth Jewkes等對(duì)商品儲(chǔ)存位置等對(duì)分揀的影響展開(kāi)研究,Loon C.Tang等論述了分批與存儲(chǔ)分配策略對(duì)分揀的影響,Richard L.Daniels等對(duì)倉(cāng)庫(kù)訂單分揀的研究,M.I.Johansson對(duì)貨物存儲(chǔ)位置的分配對(duì)減少分揀時(shí)間的作用進(jìn)行了研究,美國(guó)麻省理工學(xué)

院

Dimitris.Bertsimas

和

Robert.M.Freund

和March.J.G.A),W.L.Winston,Jeremy.Shapiro,Lacksonen T).Whitley等學(xué)者也做了部分相關(guān)內(nèi)容的研究工作。

就目前來(lái)講,國(guó)外的自動(dòng)分揀系統(tǒng)發(fā)展極為迅速。如：Aughan,Mark將分揀系統(tǒng)歸納為5個(gè)子系統(tǒng):訂單挑選、感應(yīng)、合并前聚集、合并、搬運(yùn)分揀，以此使訂單與不同傳送帶有機(jī)地的結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)高效的物料分揀系統(tǒng)。MaselD.T研究了如今關(guān)于評(píng)估環(huán)形物料分揀系統(tǒng)的分揀時(shí)間的解析公式，這個(gè)類(lèi)型的分揀系統(tǒng)主要是用來(lái)分揀固定形狀的貨物；NormanSaeneJR從配送中心里物料搬運(yùn)這個(gè)方面研究了如何構(gòu)建物料分揀系統(tǒng)傳送帶、如何搭配傳送帶以及如何構(gòu)建一個(gè)良好的物流分揀搬運(yùn)系統(tǒng)。

4.工作內(nèi)容和要求：（擬設(shè)計(jì)方案）

系統(tǒng)利用各類(lèi)傳感器對(duì)待測(cè)材料進(jìn)行識(shí)別并分類(lèi)。當(dāng)材料經(jīng)由下料裝置進(jìn)入傳送帶，依次由各類(lèi)傳感器檢測(cè)。如果被某種傳感器測(cè)中，通過(guò)相應(yīng)的氣動(dòng)裝置將其推入料箱；否則，繼續(xù)前行。其控制要求有如下9個(gè)方面：

(1)系統(tǒng)送電后，光電編碼器便可發(fā)生所需的脈沖(2)電機(jī)運(yùn)行，帶動(dòng)傳輸帶傳送物體向前運(yùn)行(3)有物料時(shí)，下料汽缸動(dòng)作，將物料送出(4)當(dāng)電感傳感器檢測(cè)到鐵物料時(shí)，推汽缸1動(dòng)作(5)當(dāng)電容傳感器檢測(cè)到鋁物料時(shí)，推汽缸2動(dòng)作(6)塑料物料在傳送帶運(yùn)動(dòng)到尾端時(shí)，掉入料槽；(7)汽缸運(yùn)行應(yīng)有動(dòng)作限位保護(hù)(8)下料槽內(nèi)無(wú)下料時(shí)，延時(shí)后自動(dòng)停機(jī)

4.1本課題的研究思路和方法

本系統(tǒng)能對(duì)不同的材料如物料性質(zhì)（鐵、鋁、塑料）的材料進(jìn)行傳送和分揀。整個(gè)系統(tǒng)的控制由一只可編程控制器，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和無(wú)人化管理。傳送帶用一只三相異步電機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)使用變頻器驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，加快分揀時(shí)的效率。物料性質(zhì)的判斷及機(jī)械部件的情況由傳感器檢測(cè)出并將信息傳送給PLC。分揀部件使用氣缸，結(jié)合氣動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)加入了人機(jī)界面，充分實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化設(shè)備相接軌。

4.2．本課題的預(yù)期效果

1、研究物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的特點(diǎn)及主要應(yīng)用的場(chǎng)合；

2、本系統(tǒng)可以完成的任務(wù)要求：物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)能高速對(duì)不同的材料如物料性質(zhì)（鐵、鋁、塑料）的材料進(jìn)行傳送和分揀;

3、本系統(tǒng)制作完成后的實(shí)物示意圖1;

圖1

4、制作并調(diào)試，使之能完成規(guī)定的工作任務(wù)及要求;

5、整理制作調(diào)試過(guò)程資料，完成畢業(yè)論文的編寫(xiě)。

5.課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)：

主要解決問(wèn)題：

1、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

2、解決三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制的原理，會(huì)設(shè)置變頻器的參數(shù)；

3、了解氣壓傳動(dòng)的原理和特點(diǎn)；

4、機(jī)械安裝；

5、了解傳感器的原理及分類(lèi)；

6.可能用到的主要知識(shí)和技能：

設(shè)計(jì)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的控制需用到單片機(jī)和計(jì)算機(jī)編程的知識(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零件設(shè)計(jì)需用到機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)，部件圖及裝配圖繪制需用到工程圖學(xué)和CAD，三維模型建立需掌握CATIA建模技能

工作計(jì)劃（進(jìn)度安排）

第七學(xué)期

第１０教學(xué)周：完成并提交外文翻譯； 第１５教學(xué)周：完成并提交文獻(xiàn)綜述； 第２０教學(xué)周：完成并提交開(kāi)題報(bào)告。第八學(xué)期

第７教學(xué)周：完成總體設(shè)計(jì)、計(jì)算或數(shù)學(xué)、仿真模型； 第１２教學(xué)周：完成圖紙繪制或仿真分析； 第１４教學(xué)周：完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)或論文撰寫(xiě)； 第１５教學(xué)周：準(zhǔn)備答辯。

二、參考文獻(xiàn)

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