第一篇：自動售貨機PLC控制系統(tǒng)背景概述

自動售貨機PLC控制系統(tǒng)背景概述

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陳錦

自動售貨機是臺機電一體化的自動化裝置，在接受到貨幣已輸入的前提下，靠觸摸控制按 扭輸入信號使控制器啟動相關(guān)位置的機械裝置完成規(guī)定動作，將貨物輸出。

據(jù)說世界上最早的自動售貨機出現(xiàn)在公元前3世紀，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機。17世紀，英國的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動售貨機。在自動售貨機歷史的長河中，日本開發(fā)出實用型的自動售貨機，那是在進入本世紀后的事。日本第一臺自動售貨機是1904年問世的“郵票明信片自動出售機”，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機器。1925年美國研制出售香煙的自動售貨機，此后又出現(xiàn)了出售郵票、車票的各種現(xiàn)代自動售貨機。自動售貨機的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50年代，“噴水型果汁自動售貨機”大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來，由于美國的飲料大公司進入日本市場，1962年，出現(xiàn)了以自動售貨機為主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進了自動售貨機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。20世紀70以來，出現(xiàn)了采用微型計算機控制的各種新型自動售貨機和利用信用卡代替錢幣并與計算機連接的更大規(guī)模的無人售貨系統(tǒng)在日本和歐美發(fā)展起來。

在日本，70％的罐裝飲料是通過自動售貨機售出的；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機。在日本全國各地，共設(shè)有550萬臺自動售貨機（據(jù)1998年的統(tǒng)計），銷售額達6兆8969億4887萬日元，為世界第一。在售貨機的顯示屏幕上進行操作，輸入商品號碼和購買數(shù)量，并投入錢幣后，商品就會從取貨口出來，甚至從食品自動售貨機上還能買到熱呼呼的面條和米飯團。雖然日本的自動售貨機總臺數(shù)低于美國（據(jù)1997年的統(tǒng)計為689萬臺），但是，從人口占有數(shù)來看卻是世界上最高的，美國平均三十五人占有一臺，而日本為二十三人占有一臺。在一些國家，自動售貨機的商品銷售額占全國零售業(yè)的六成以上，并以每年10%的速度遞增。

從1992年開始有部分來自日、韓等國引進的舊機器擺放國內(nèi)市場，到自行研制和生產(chǎn)自動售貨機，我國各廠家、商家蹣跚起步，艱難創(chuàng)業(yè)，已為國內(nèi)零售業(yè)開辟了一片新天地。1999年以后，它逐步進人中國市場。如今，在機場、地鐵、商場、公園等客流較大的場所，不難發(fā)現(xiàn)自動售貨機的身影。顧客只要投入5元、10元、20元的紙幣或硬幣，就可以方便地買到諸如飲料、口香糖等小商品。作為一種前衛(wèi)的零售方式，自動售貨機受到了喜歡追逐時尚的年輕人的歡迎。中國自動售貨業(yè)的發(fā)展比較緩慢，國內(nèi)市場由于僅僅屬于市場導入期，幾乎還談不上競爭之說，滿眼望去，幾乎到處都是未開墾的國內(nèi)市場。目前，中國的自動售貨機擁有量約為4萬臺，相對于13億的人口，這個數(shù)字微不足道。即使是按現(xiàn)在中國城市人口3.9億人計算，平均每10000城市人口中才有一臺自動售貨機。

從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了?，F(xiàn)在，自動售貨機產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式，通過電話線路將自動售貨機內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)約10－15％的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。

現(xiàn)在還有些自動售貨機公司售賣的商品可根據(jù)擺放場所的需要量身定制，包括冷熱飲料、零食、電話卡及海外進口的特色商品等。更引人注目的是，透過這種智能售貨系統(tǒng)，存貨、銷售、物流信息可以準確及時反饋給客戶，此外，其還支持現(xiàn)金、銀行卡、儲值卡、代金卡等多種交易支付模式，從而使交易過程更加安全和便利，同時方便實現(xiàn)較大金額的支付和交易結(jié)算。這種新一代自動售貨機除了更方便售賣貨品之外，還被視為一種傳播廣泛的廣告媒介。除了機器機體本身可以成為廠商的平面廣告載體外，機器上所安裝的LCD顯示屏也可以播放動態(tài)廣告。

本系統(tǒng)也依然存在著一系列的問題，而且有很多是在實驗室很難發(fā)現(xiàn)的問題。盡管系統(tǒng)設(shè)計時，硬件設(shè)計和軟件設(shè)計上都采取了多種措施來提高容錯能力，但有時組態(tài)軟件和PLC也會發(fā)生一些連接和控制上無效的故障。

技術(shù)參數(shù)：貨道、容納數(shù)量、商品類型、制冷制熱功能（制冷劑）、識別幣種、找零幣種、耗電量、額定電壓（220V，50HZ）。

第二篇：自動售貨機PLC控制系統(tǒng)指令表的控制程序

黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）

指令表

LD X0 OR

M200 PLS M0 LD M0 ADD K1 D0 D0 LD X1 OR M201 PLS M1 LD M1 ADD K2 D0 D0 LD X2 OR M202 PLS M2 LD M2 ADD K5 DO D0 LD M8000 CMP K12 D0 M51 CMP K15 D0 M55 LD M52 OR M53 OUT M4 OUT Y7 LD M56 OR M57 OUT M5 LD X3 OR M203 OR Y1 MPS ANI Y3 PLS M103 MPP AND M103 AND M4 ANI Y3 SET M10 LD T0 RST M10 LD M10 OUT TO K70

黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）

LD M4 ANI M10 OR M10 MPS ANI T1 ANI M11 OUT Y0 MRD ANI T2 AND M10 OUT T1 K5 MPP AND T1 AND M10 OUT T2 K5 LD M10 ANI T0 ANI Y3 MPS ANI Y1 PLS M104 MPP AND M104 AND M5 ANI Y1 SET M11 LD T4 RST M11 LD M11 OUT T4 K70 LD M5 ANI M11 OR M11 MPS ANI T5 ANI M10 OUT Y2 MRD ANI T6 AND M11 OUT T5 K5

黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）

MPP AND T5 AND M11 OUT T6 K5 LD M11 ANI Y1 ANI T4 OUT Y3 LD M103 AND M4 SUB D0 K12 D0 LD M5 AND M104 SUB D0 K15 D0 LD M205 OR Y14 OUT Y14 LD X5 OR M205 OR Y14 MPS CMP K5 D0 M60 MRD LD M61 OR M62 ANB MPS AND M220 MRD AND T11 PLS M220 MRD ANI T10 OUT Y6 MRD ANI T11 OUT T10 K10 MPP AND T10 OUT T11 K10 MPP

黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）

AND M60 MPS CMP K2 D0 M65 MRD LD M66 OR M67 ANB MPS AND M221 SUB DO K2 D0 MRD AND T13 PLS M221 MRD ANI T12 OUT Y5 MRD ANI T13 OUT T12 K10 MPP AND T12 OUT T13 K10 MPP AND M65 MPS CMP K1 D0 M80 MRD LD M81 OR M82 ANB MPS AND M222 SUB D0 K1 D0 MRD AND T17 PLS M222 MRD ANI T16 OUT Y4 MRD ANI T17

黃石理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）

OUT T16 K10 MPP AND T16 OUT T17 K10 MPP AND M80 MPS ZRST M0 M300 MRD ZRST T0 T20 MRD RST D0 MPP RST Y14 END

第三篇：基于PLC自動售貨機控制系統(tǒng)畢業(yè)論文課題設(shè)計(精)

1、緒論 1.1、設(shè)計背景

公元1世紀,希臘人希羅制造的自動出售圣水的裝置是世界上最早的自動售貨機。1925年美國研制出售香煙的自動售貨機,此后又出現(xiàn)了出售郵票、車票的各種現(xiàn)代自動售貨機?，F(xiàn)代自動售貨機的種類、結(jié)構(gòu)和功能依出售的物品而異,主要有食品、飲料、香煙、郵票、車票、日用品等自動售貨機。一般的自動售貨機由錢幣裝置、指示裝置、貯藏售貨裝置等組成。錢幣裝置是售貨機的核心,其主要功能是確認投入錢幣的真?zhèn)?分選錢幣的種類,計算金額。如果投入的金額達到購買物品的數(shù)值即發(fā)出售貨信號,并找出余錢。指示裝置用以指示顧客所選商品的品種。貯藏售貨裝置保存商品,接收出售指示信號,把顧客選擇的商品送至付貨口。一般售貨機的錢幣裝置由投幣口、選別裝置、確認錢幣真?zhèn)蔚臋z查裝置、計算金額的計算裝置和找錢裝置組成。70年代以來,出現(xiàn)了采用微型計算機控制的各種新型自動售貨機和利用信用卡代替錢幣并與計算機連接的更大規(guī)模的無人售貨系統(tǒng),如無人自選商場、車站的自動售票和檢票系統(tǒng)、銀行的現(xiàn)金自動支付機等

1.2、應用前景

現(xiàn)在,自動售貨機產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式,通過電話線路將自動售貨機內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中,從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。并且,為防止地球暖化,自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省,節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時,這種機型的自動售貨機即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫,與以往的自動售貨機相比,它能夠節(jié)約10-15%的電力。進入21世紀時,自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。

從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看,大量生產(chǎn),大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化,要求出現(xiàn)新的流通渠道,而相對的超市,百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生,人工費用也

不斷上升,在加上場地的局限性和購物的便利性等這些因素的制約,無人自動售貨機作為一種必須的機器也就有了其相當可觀的前景。

1.3、設(shè)計的目的和意義

PLC的發(fā)展與計算機技術(shù)、半導體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān),這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了PLC的發(fā)展,而PLC得發(fā)展又對這些高新技術(shù)提出了更高更新的要求,促進了他們的發(fā)展。本次設(shè)計就在于結(jié)合PLC的種種優(yōu)點聯(lián)系實際情況來彌補原有系統(tǒng)的不足,利用PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,保證了自動售貨機能夠長期穩(wěn)定的運行。

2、總體設(shè)計方案 2.1、總體設(shè)計思路

自動售貨機的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進行計算,然后根據(jù)運算結(jié)果做出相應的判斷,看看哪種商品可以進行購買,哪種商品不能購買,本次課程設(shè)計的要求是可識別三種錢幣,分別是1元、2元、5元,采用三個按鈕進行模擬,自動售貨機共出售四種貨物,其價格分別定為1元、3元、4元、6元,當投幣數(shù)大于等于貨物價格時且售貨機里有這種貨物時,指示燈亮,表示可以進行購買,四種貨物分別用四個小燈代替進行模擬。除此之外,本次設(shè)計還涉及了顯示、找零、送貨等功能的實現(xiàn),其中顯示部分采用數(shù)碼管進行顯示,顯示投幣總數(shù)和購買后的余額;當按下找零按鈕后,數(shù)碼管顯示進行清零,采用從高到低遞減的形式進行清零,例如:當余額為17元時,按下找零按鈕后,先找三個五元數(shù)碼管分別顯示12、7、2,然后再找2元,清零。送貨部分采用小車直線運動進行模擬,將四種貨物分別送到四個不同的地點,采用四個光電開關(guān)分別代表四個不同的送貨地點,當按下不同的送貨按鈕后,小車會以其對應的光電開關(guān)為終點做直線往返運動,表示送貨過程由于售貨機的全部功能是在上位機上模擬的,所以售貨機的部分硬件是由計算機軟件來模擬替代的這些并不會影響實際程序的操作,完全能模擬現(xiàn)實售貨機的運行。

目錄

1、緒論.......................................................................................................................1.1、設(shè)計背景......................................................................................................1.2、應用前景......................................................................................................1.3、設(shè)計的目的和意義........................................................................................2、總體設(shè)計方案.........................................................................................................2.1、總體設(shè)計思路................................................................................................2.2、PLC總體設(shè)計流程.........................................................................................3、硬件設(shè)計................................................................................................................3.1、I/O地址分配................................................................................................3.2、中間繼電器分配...........................................................................................3.3、整體系統(tǒng)工作流程........................................................................................3.4、硬件接線圖..................................................................................................3.5、實物接線圖..................................................................................................4、軟件設(shè)計................................................................................................................5、程序調(diào)試..............................................................................................................6、結(jié)論.....................................................................................................................參考文獻....................................................................................................................2.2、PLC總體設(shè)計流程

以下為PLC的一般工作過程流程圖。分析評估控制任務 PLC機選型、I/O設(shè)備選擇 I/O地址分配

程序設(shè)計電器系統(tǒng)安裝 調(diào)試程序

設(shè)計硬件系統(tǒng)接線圖和 控制柜 檢查修改硬件 檢查硬件接線 滿足要求 聯(lián)機測試

滿足要求 現(xiàn)場安裝調(diào)試 交付使用 編制技術(shù)文件 N Y N N Y 圖一PLC工作過程流程圖

3、硬件設(shè)計

我們本次采用的是西門子公司的S7—200系列PLC,它可以提供4種不同的基本單元

和6種型號的擴展單元,其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。

3.1、I/O地址分配

本次課程設(shè)計的主要I/O分配如下: 表一I/O地址分配

輸入單元PLC地址輸出單元PLC地址

投幣1元I0.1 A貨物顯示Q1.0 投幣2元I0.2 B貨物顯示Q1.1 投幣5元I0.3 C貨物顯示Q2.0 送貨(A貨物I0.4 D貨物顯示Q2.1 送貨(B貨物I0.5 找零出口Q2.2 送貨(C貨物I0.6 出貨口Q2.3 送貨(D貨物I0.7 電機正轉(zhuǎn)Q2.6 找零I0.0 電機反轉(zhuǎn)Q2.5 數(shù)碼個位顯示I0.0—I0.3 數(shù)碼十位顯示I0.4—I0.7 限位開關(guān)S1 I1.0 限位開關(guān)S2 I1.1 限位開關(guān)S3 I1.2 限位開關(guān)S4 I1.3 3.2、中間繼電器分配 表二中間繼電器分配

中間繼電器功能中間繼電器功能 M0.0 送A貨M1.2 電機反轉(zhuǎn) M0.1 限位開關(guān)S1 M1.3 電機正轉(zhuǎn)

M0.2 限位開關(guān)S2 M1.4 電機正轉(zhuǎn) M0.3 送B 貨 M1.5 電機反轉(zhuǎn) M0.4 送C 貨 M1.6 電機正轉(zhuǎn) M0.5 限位開關(guān)S3 M2.0 送貨延時 M0.6 送D 貨 M2.1 送貨延時 M0.7 限位開關(guān)S4 M2.2 送貨延時 M1.0 電機反轉(zhuǎn) M20.0 找零 M1.1 電機正轉(zhuǎn)

3.3、整體系統(tǒng)工作流程

整個系統(tǒng)的整體工作流程如圖二所示 初始狀態(tài) 投幣狀態(tài) 購買狀態(tài) 退幣狀態(tài) 投 入 硬幣 按下選擇按鈕 是否有剩余 按下退幣按鈕 N Y 圖二 整體工作流程圖 清零按鈕

1元按鈕 2元按鈕 5元按鈕 購A貨按鈕 購B貨按鈕 購C貨按鈕

貨1、2限位開關(guān)貨3限位開關(guān)貨4限位開關(guān) 5V e d c b a g f CPU-224 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3

I0.4 I0.5 I0.6 A1 1 A2 2 3 /LT 4 /BI v cc f g a 16 15 14 13

LE 5 A3 6 7 A4 8 GND b c d e 12 11 10 9 CD4511 L+ M

24V 1M 1L+ 24V I1.0 I1.1 I1.3 A1 1 A2 2 3 /LT 4 /BI v cc f g a 15 14 13 LE 5 A3 6 7 A4 8 GND b c d e 12 11 10 Q0.4 Q0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.5 Q0.6 Q1.0 Q1.1 Q2.0 A貨指示燈 B貨指示燈 C貨指示燈 Q2.5 Q2.6正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) Q2.2退錢燈

5V Q2.1D貨指示燈 I0.7 購D貨按鈕 M M 24V 圖三硬件接線圖 投一元投二元投五元 購買A 貨物

購買B 貨物購買C 貨物找零 地 A 貨物顯示 B 貨物顯示 C 貨物顯示 D 貨物顯示

個位8個位4個位2個位15V 地 十位8 十位4 十位2 十位1 5V 地

I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.024V 5V 24V 地 Q0.0 Q0.1

Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q2.0Q2.2Q2.3Q2.6 S1 S2 S3 S4 正 反 24V 地

Q1.0Q1.1Q2.1I0.7購買D 貨物 Q2.5退錢燈 I1.0I1.3I1.2I1.1 圖四 實物接線圖

4、軟件設(shè)計

5、程序調(diào)試

在整個程序的調(diào)試過程中,我遇到了一些問題,最初的設(shè)計比較簡單,只是將投幣,購買的過程考慮進去,而沒有將購買之后送貨的過程加進設(shè)計的方案中,后來在老師的提醒之下,我又將送貨的過程采用了小車直線運動進行模擬,將四個光電開關(guān)模擬成四種貨物的送貨地點,分別在按下四個送貨按鈕之后,將貨物送到四種地點,使得整個系統(tǒng)更加完善,功能更加強大。

在數(shù)碼顯示的過程中也遇到了一些問題,數(shù)碼顯示時數(shù)據(jù)的傳輸所用到的中間繼電器和后來送貨時的中間繼電器發(fā)生了沖突,使得程序運行過程發(fā)生了紊亂,后來在同學的幫助下,我明白了問題的關(guān)鍵,將其解決,使數(shù)碼顯示功能順利實現(xiàn)。

在最后的送貨過程中,由于有四個地點,所以要對電機的正反轉(zhuǎn)分別進行控制,最初我是將所有的正轉(zhuǎn)輸入都采用了Q2.6進行驅(qū)動,所有的反轉(zhuǎn)輸入都采用了Q2.5進行驅(qū)動,當程序運行時,發(fā)現(xiàn)得不到預期的現(xiàn)象,經(jīng)檢查程序沒有問題,后來經(jīng)過考慮和同學的提醒,采用中間繼電器進行驅(qū)動,現(xiàn)象就出現(xiàn)了,實現(xiàn)了最初預想的送貨過程。

在找零階段,最初只是按下找零按鈕后直接將數(shù)碼顯示清零,后來經(jīng)過思考和老師的提醒,將找零部分又逐步進行了完善,將找零的過程在數(shù)碼管上顯示了出來先找大面額的錢幣,后找小面額的錢幣,其內(nèi)部進行減法運算,使得整個找零的過程清晰可見。

在購買貨物的過程中最初忽略了如果貨物售完該怎么辦,后來經(jīng)過完善將貨物的數(shù)量進行了設(shè)定,只有當投幣金額大于等于所要購買的貨物時,且貨物數(shù)量大于零時才能進行購買,這使得整個過程更加完善。

6、結(jié)論

通過本次PLC課程設(shè)計使得我對PLC的操作更加的熟練,同時掌握了自動售貨機的基本工作原理,對自動售貨機的發(fā)展也有了一定的了解更加充分的體會到了PLC在實際生活中的重要應用與在當今控制領(lǐng)域的重要地位。

與此同時,我也對S7—200系列的PLC有了更進一步的了解,同時對PLC的高效性和實用性有了更進一步的認識,在整個課程設(shè)計過程中,在遇到問題的時候,我學會了如何借助外界的幫助和自身的努力來解決實際問題,懂得如何進行獨立思考,如何冷靜的面對要解決的問題,這些都是今后學習生活的寶貴經(jīng)驗,在以后的各個方面都有著至關(guān)重要的作用。

參考文獻

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第四篇：自動售貨機的PLC系統(tǒng)設(shè)計

常工院畢業(yè)設(shè)計論文

自動售貨機的PLC系統(tǒng)設(shè)計

摘要：本文介紹了自動售貨機的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為了幾個程序塊，然后分別對程序塊進行編程。具體說明了可編程序控制在自動售貨機忠的作用。程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵字

自動售貨機；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)計論文

目錄

·摘要…………………………………………………………………………………1 ·前言…………………………………………………………………………………3 ·第一章 自動售貨機的介紹………………………………………………………...4 ·1.1自動售貨機功能分析…………………………………………………………..4 ·1.1.1自動售貨機的基本功能……………………………………………………...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……………………………………………………………...7 ·1.3.4 PLC的特點…………………………………………………………………...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………………………………………………………….14 ·2.1 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則………………………………………...14 ·2.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計原則…………………………………………………………14 ·2.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容…………………………………………………14 ·2.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟…………………………………………………15 ·2.1.4 編寫梯形圖的注意事項……………………………………………………15 ·2.1.5 程序設(shè)計的步驟……………………………………………………………15 ·第三章

自動售貨機PLC程序設(shè)計……………………………………………16 ·3.1 仿真實驗中的售貨機的分析………………………………………………...16 ·3.2 設(shè)計任務的確定……………………………………………………………...18 ·3.3 程序設(shè)計部分………………………………………………………………...18 ·3.3.1 程序設(shè)計說明………………………………………………………………19 ·3.3.2 PLC 程序設(shè)計………………………………………………………………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…………………………………………………………………………34 ·3.5.3 運行…………………………………………………………………………37 ·4 結(jié)束語…………………………………………………………………………38 ·致謝………………………………………………………………………………..39 ·參考文獻…………………………………………………………………………..39

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前言

從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。

從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供給的條件看，自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本小、面積小，有吸引人們購物的好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。

據(jù)說世界上最早的自動售貨機出現(xiàn)在公元前3世紀，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機。17世紀，英國的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動售貨機。在自動售貨機歷史的長河里，日本開發(fā)出實用型的自動售貨機，那是在進入本世紀后的事。日本第一臺自動售貨機是1904年問世的“郵票明信片自動售貨機“，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機器。自動售貨機的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50年代，”噴水型果汁自動售貨機“大手歡迎，果汁杯注入在紙杯里出售。后來，由于美國的飲料大公司進入日本市場，1962年，出現(xiàn)了以自動售貨機主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全改為硬幣，從而促進了自動售貨機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)在，自動售貨機產(chǎn)業(yè)正走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式，通過電話線路將自動售貨機內(nèi)的庫存信息及時地傳送到各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關(guān)掉冷卻器的狀態(tài)下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)省10—15%的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。因經(jīng)濟復蘇緩慢，社會對擴大就業(yè)與工作場所所提供的茶點飲料的福利事業(yè)更為關(guān)注。自動售貨機不僅保障了愜意的工作時間，也是最廉價、提高職工工作效率最有效的手段。特別是在24小時無休工作狀態(tài)中的辦公場所，使用獨具魅力的迷你型飲料沖飲機解決了不間斷提供咖啡飲料服務的問題，這種服務加速了自動售貨機與咖啡飲品服務的融合。1999年的全美自動售貨機協(xié)會和全美咖啡服務協(xié)會的合并使人們更直觀地看到了這種融合的現(xiàn)象。

日本是自動售貨機的天堂。出了雞蛋、米飯之外，報紙、雜志、一次性相機、干電池、磁帶、刮胡刀、襪子、花及寵物食品等各種商品都通過自動售貨機進行銷售。連熟知自動售貨機的美國游客在日本看到10臺自動售貨機排成一列的景象后，也是連聲稱奇。

韓國大約有78萬臺自動售貨機，是除了日本、美國、英國之外自動售貨機使用數(shù)量最多的國家。從不同的種類來看，咖咖啡茶的自動售貨機約占全部售貨機的40%以上；另外，還有冰飲料自動售貨機、聽裝飲料自動售貨機、成人用品自動售貨機、生活用品自動售貨機、煙、方便面自動售貨機等多種。主要的設(shè)置場所包括學校、樓房、公共機關(guān)、地鐵、公共汽車站、公園、體育場、展示場、工廠等。運營自動售貨機產(chǎn)業(yè)的公司全國大約有800余個，而銷售自動售貨機原料、商品流通、機械銷售的公司大約達到了1150個。

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第一章 自動售貨機的介紹

1.1自動售貨機功能分析

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

1.1.1自動售貨機的基本功能

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

在實際生活照，我們見到的售貨機可以銷售一些簡單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機的基本功能就是投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠買某種商品，并做出相應的反應。舉一個簡單的例子來說明，列如：售貨機中有8種商品，其中01號商品（代表第一種商品）價格為2.60元，02號商品為3.50元，其余類推?，F(xiàn)投入1個1元銀幣，當投入的貨幣超過01商品的價格時，01商品的選擇按鈕處應有變化，提示可以購買，其他商品同比。當按下選擇01商品的價格時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價格同時啟動相應的電機，提取01號商品到出貨口。此時售貨機繼續(xù)進行等待外部命令。如繼續(xù)交易，則同上。如果此時不在購買而按下退幣按鈕，售貨機則要進行退幣操作，退回相應的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的 出發(fā)運算，這是它內(nèi)部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的收獲、退幣功能。自動售貨機的工作流程圖如圖1所示。

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1.2 PLC的選型原則

當某一個控制任務決定由PLC來完成后，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的PLC及外設(shè)。

對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關(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?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(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)有可能呢大于實際點數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組公用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負載負載使用，則直流24V的負載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，成本增加。所以要盡可能所則相同等級和種類的負載，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，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。

對于第二問題，則有以下幾個方面的考慮:(1)功能方面

所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務。如對PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計算速度、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。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。

(2)價格方面

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

(3)PLC主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應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20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系聯(lián)系起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制機系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價格便宜，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)域中一直占主導地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設(shè)備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現(xiàn)較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復雜，當生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。

20世紀60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更換，它必要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(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，適應白熱化的市場競爭要求。1968年美國通用汽車公司向社會招標，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：

（1）編程方便，可現(xiàn)場修改程序（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

（5）數(shù)據(jù)可直接送人管理計算機（6）成本可與繼電器控制盤競爭（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)動接觸器、電磁閥等（9）擴展時原系統(tǒng)改變最小

（10）用戶存儲器至少能擴張到4KB（適應當時汽車裝備過程的需要）

十項指標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，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。

1.3.2 PLC的定義

美國國際電工委員會（IEC）在1987年對可編程序控制器做出以下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部進行存儲執(zhí)行邏輯運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或者生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓P(guān)外部設(shè)備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原理而設(shè)計。

定義強調(diào)了PLC應直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是去唄與一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。定義還強調(diào)了PLC是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，它也是一種計算機，它是“專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算

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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“擴充”。

1.3.3 PLC的發(fā)展趨勢

PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、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格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當于一本精裝書本的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、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，可同時進行多任務操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。

（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 隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于計算機上的編程軟件。編程軟件可以對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)置各框架各個插槽上的模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通用接口的參數(shù)等。（5）PLC編程語言的標準化

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

（6）PLC通信的易用化

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

個人計算機（PC）的價格便宜，有很強的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。

（8）PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合

現(xiàn)場總線I/O與PLC可以組成功能強大的、廉價的DCS系統(tǒng)。（9）開發(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的處理速度進一步加快

目前，PLC的處理速度與計算機相比還比較慢，其中高的CPU也不過80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進行處理、分時處理或者分任務處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達到納秒級。

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1.3.4 PLC的特點

（1）抗干擾能力強，可靠性好 PLC在電子線路、機械結(jié)構(gòu)以及軟件上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，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)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、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傳遞信號。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于PLC的影響，同時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，用以對高頻干擾信號進行有效的抑制。

3）對內(nèi)部電源采用了屏蔽、穩(wěn)壓等保護措施，以減少外界干擾，保護供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、WATCHDOG（看門狗）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)時間超過了警戒時鐘（WDT）規(guī)定時間（預示程序進入了死循環(huán)），立即報警，以保證CPU可靠運行。

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

6）對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份，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)，以適應工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。8）以集成電路為基礎(chǔ)元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點，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)簡單，通用性強 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)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習慣，PLC程序的編程，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可以在短時間內(nèi)學會。（4）功能完善

PLC的I/O功能完善，性能可靠，能適應于任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的I/O。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、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，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換以及順序控制功能，而且還具備模擬預算、顯示、監(jiān)控、掃描以及報表生成等功能。

（5）設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短

用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分方便。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到貨前進行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進行。（6）體積小，維護操作方便

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)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。（7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化

PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（8）可實現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）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，進行開關(guān)控制。（2）定時/記數(shù)控制功能

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

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

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

（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A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。

（6）運動控制功能

運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或者多軸運動控制。

（7）過程控制功能

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

拓展功能是指通過連接輸入輸出拓展單元（即I/O拓展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。（9）遠程I/O功能

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

通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠程

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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)各部分地進行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等設(shè)定值或強制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)控制的專用計算機，所有其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器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，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸出量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進行各種控制。由此可見，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是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進行算術(shù)運算和邏輯運算。控制器的作用是控制整個計算機的各個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)及編程中的語法錯誤。

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

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（2）存儲器

PLC的存儲器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(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器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。（3）輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。（4）電源

PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、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、若主機單元的I/O點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O拓展單元與主機單元相連接。（6）PLC的基本工作原理

PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序直至遇到結(jié)束信號后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖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，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結(jié)果存入對應的內(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，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實現(xiàn)輸出。

顯然掃描周期的長短取決于程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、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)的響應速度。由此可見，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相應地繁盛變化。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刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)相應較慢往往要幾個掃描周期菜響應一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較為嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯后等不良影響。

1.5 松下電工可編程序控制器產(chǎn)品—FR1-C24介紹

經(jīng)過從功能和價格兩個方面的考慮，發(fā)現(xiàn)松下電工可編程序控制器產(chǎn)品—FR1-C24比較適合自動售貨機。因為它是一種功能很強的小型機，在設(shè)計的過程中采用先進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，但是其功能較完善，性能價格比高，較適合自動售貨機。

現(xiàn)在就對FR1-C24的組成各部分和技能做一個簡單介紹。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是具有高級處理功能的型號。從型號可以看出FR1-C24可編程序控制器的輸入輸出點數(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機通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。（2）運行監(jiān)視指示燈

① 當運行程序時，“RUN”指示燈亮； ② 當控制單元終止執(zhí)行程序時，“PROG”指示燈亮； ③ 當發(fā)生自診斷錯誤時，“ERR”指示燈亮；

④ 當檢測到異常的情況時或出現(xiàn)“Watchdog”時，“ALARM”指示燈亮。（3）工作方式選擇開關(guān)

①“RUN”工作方式

當開關(guān)扳到這個檔位時，控制單元運行程序。②“REMOTE”工作方式

在這個工作方式下，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，則按出錯對待。可編程控制器鳴響報警，提示編程者將方式選擇開關(guān)切換至“PROG”工作方式。④輸出端子

C24型的輸出端子有8點。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)主機內(nèi)部均配有一個供輸入端使用的24V直流電源。⑥輸入端子

C24型的輸入端子有16點。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)專用外設(shè)電纜連接編程工具。⑧波特率選擇開關(guān)

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

電位器（V0、V1）這兩個電位器可用螺絲刀進行手動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)外部設(shè)定。當調(diào)節(jié)該點位器時，PLC內(nèi)部對應的特殊數(shù)據(jù)寄存器DT9040和DT9041的內(nèi)容在0~255之間變化，相當于輸入外部可調(diào)的模擬量。C24有兩個（V0、V1）。

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⑩ I/O點狀態(tài)指示燈和拓展單元接口插座

用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當某個輸入觸點閉合時，對應于這份觸點編號的輸入指示發(fā)光二極管點亮（下一排）；當某個輸出繼電器接通時，對應這個輸出繼電器編號的輸出只是發(fā)光二極管點亮（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I/O點數(shù)為16/8；最大I/O點數(shù)為104；運行速度為1.6μs/步；容量為2720步；基本指令數(shù)為80；高級指令數(shù)為111；內(nèi)部繼電器為1008點；特殊內(nèi)部繼電器為64點；定時器/記數(shù)器為144點；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；跳轉(zhuǎn)標記數(shù)為64點；步進數(shù)為128級；子程序個數(shù)為16個；中斷個數(shù)為9個程序；輸入濾波時間為1—128ms。

第二章 PLC系統(tǒng)設(shè)計

2.1 序控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則

2.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計原則

任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）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PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則：

（1）最大限度地滿足被控對象的控制對象。設(shè)計前，應深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料，并與機械部分的設(shè)計人員和實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)計中出現(xiàn)的各種問題。

（2）在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、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，在選擇PLC容量時，應適當留有余量。

2.1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(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)計的基本內(nèi)容應包括：

（1）用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及有輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、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對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標起到重要作用。選擇PLC，應包括機型選擇、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，繪制I/O梯形圖。

（4）設(shè)計控制程序。包括設(shè)計梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖。控制系統(tǒng)程序是控制整個系統(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)計必須經(jīng)過反復調(diào)試、修改，知道滿足要求為止。（5）必要時還需要設(shè)計控制臺。（6）編制程序系統(tǒng)的技術(shù)文件。

2.1.3 控制系統(tǒng)設(shè)計的一半步驟

（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。

（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點數(shù)。（3）選擇PLC系統(tǒng)。

（4）分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O接線圖。

（5）進行PLC程序設(shè)計，同時可進行控制大的設(shè)計和現(xiàn)場施工。

2.1.4 編寫梯形圖的注意事項

（1）輸入/輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時器。記數(shù)器等器件的觸點可以多次重復使用，無需復雜的程序結(jié)構(gòu)來減少觸點的使用次數(shù)。

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

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

2.1.5 程序設(shè)計的步驟

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

（2）設(shè)計梯形圖。是程序設(shè)計的關(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的用戶存儲器中，并檢查輸入的程序是否正確。（5）對程序進行調(diào)試和修改，知道滿足要求為止。

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（6）帶控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行聯(lián)機調(diào)試。若未滿足要求，再從新修改程序或檢查接線，知道滿意為止。（7）編寫技術(shù)文件。（8）交付使用。

控制系統(tǒng)設(shè)計步驟流程圖如圖4所示。

第三章

自動售貨機PLC程序設(shè)計

3.1 仿真實驗系統(tǒng)中售貨機的分析

由于售貨機的全部功能時在上位機上模擬的，所以售貨機的部分硬件是由計算機軟件來模擬

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圖4 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)置

替代的。如錢幣識別系統(tǒng)可以用按壓某個“仿真對象”輸出一個脈沖直接給PLC發(fā)布命令而傳動系統(tǒng)也是由計算機來直接模擬的，這些并不會影響實際程序的操作，完全能模擬現(xiàn)實中自動飲料售貨機的運行。（1）試驗狀態(tài)假設(shè)

由于是在計算機上模擬運行，試驗中有一些區(qū)別于實際情況的假設(shè)，本試驗中假設(shè)：

① 自動飲料售貨機只可售8種商品。

② 自動飲料售貨機可識別10元、5元、1元、5角、1角硬幣。

③ 自動飲料售貨機可退幣10元、5元、1元、5角、1角硬幣。

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④ 自動飲料售貨機有液晶顯示功能

⑤ 實驗中售貨機忽略了各種故障以及缺貨等因素。（2）一次交易過程分析

為了方便分析，我們以一次交易過程為例。

① 初始狀態(tài)。由電子標簽顯示各種商品價格，顯示屏顯示友好界面，此時不能購買任何商品。

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、余額數(shù)值，當所投幣值超過商品價格時，相應價格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購買。

③ 購買狀態(tài)。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品出現(xiàn)在出貨框中，同時顯示屏上的金額數(shù)字根據(jù)消費情況相應變化。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，同時顯示出應退幣值及數(shù)量。按下確認鈕，則恢復初始狀態(tài)。

到此為止，飲料自動售貨機的一個完整工作過程結(jié)束。

3.2 設(shè)計任務的確定

在清楚飲料自動售貨機運行工作過程的基礎(chǔ)上，制定出設(shè)計方案，確定任務的目標，以設(shè)計出合理的仿真系統(tǒng)。

首先，應該做上位機與下位機的任務分工：上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設(shè)計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設(shè)計飲料自動售貨機的外型：在進行PLC程序的編寫時需要先分配PLC的I/O點，確定上、下位機的接口。然后，對上、下位機分別進行設(shè)計工作。最后，進行上位機設(shè)計結(jié)果與下位機設(shè)計結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。

另外，上位機與下位機的設(shè)計工作是緊密配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應該是一致的。總體上講，仿真界面是被控對象，利用PLC來控制這個仿真的飲料自動售貨機，仿真的飲料自動售貨機接受PLC的控制指令并完成相應的動作；另一方面，仿真界面中的仿真飲料自動售貨機的運行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關(guān)系。

我主要是對飲料自動售貨機中的下位機，也就是主要是對PLC在其中的程序進行設(shè)計。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。清楚了仿真試驗的整體設(shè)計思路，下面就可以開始著手設(shè)計了。

3.3 程序設(shè)計部分

這個部分內(nèi)容是整個系統(tǒng)設(shè)計的主體部分。所要完成的任務是仿真系統(tǒng)的上位機與下位機的程序設(shè)計，即在上述功能分析的基礎(chǔ)上，有針對地進行設(shè)計。

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3.3.1 程序設(shè)計說明

下位機程序的編制則是利用松下PLC專用編程軟件FPWIN-GR完成的。

在設(shè)計的過程中，就像上面所敘述的那樣，并非孤立的分別進行上位機和下位機的設(shè)計工作，而是互相配合的。因此在以下的詳細設(shè)計過程中，并沒有將上位機的設(shè)計與下位機的設(shè)計整體分開來寫，而是相互交替，同時盡量清晰的敘述，在相應的設(shè)計部分中注明是上位機的設(shè)計還是下位機的設(shè)計。

3.3.2 PLC程序設(shè)計

可以把一次交易過程分為幾個程序塊：運行初期電子標簽價格的內(nèi)部傳遞；投幣過程；價格比較過程；選擇商品過程；退幣過程。（1）運行初期電子標簽價格的內(nèi)部傳遞程序的設(shè)計

仿真系統(tǒng)運行初期，要由PLC向仿真畫面相應對象傳遞已存儲好的價格，還要給投入顯示、消費顯示以及余額顯示存儲器清零，同時也要給存儲退幣幣值的存儲器清零。程序編制過程中，要用到運行初期閉合繼電器R9013、16位數(shù)據(jù)傳送指令F0，同時在上位機上ForceControl中，必須定義相應的變量，來實現(xiàn)與PLC程序的對接。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 運行初期電子標簽價格的內(nèi)部傳遞程序

在梯形圖程序圖5中，系統(tǒng)初始化時，通過運行初期閉合繼電器R9031在第一次掃描時將數(shù)值傳遞給上位機。給WR1-WR11及SV0-SV4賦初值，賦值功能通過高級指令F0實現(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）投幣過程

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

表2 投幣過程變量表

在圖中，當按下投入1角時，相當于讓R200接通，之所以用一個微分指令，就是要只在接通時檢測一次，不能永遠加下 去。投入1角要投入顯示、余額顯示

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都相應增加相同數(shù)值，加法是由16位加法指令E20來實現(xiàn)的。投入5角、1元、10元，原理同上。（3）價格比較過程

價格的比較要貫穿實驗的始終，只要余額大于某種商品價格時，就需要輸出一個信號，圖7 投幣過程梯形圖

提示可以購買。這里只要選擇燈代表此信號。所建立的變量表如表3所示。

表3 價格比較過程變量表

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根據(jù)變量表和控制要求編寫程序如圖8所示。

在梯形圖8中，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時比較，用了一個特殊內(nèi)部繼電器R9010，在程序執(zhí)行過程中，R9010始終保持閉合，F(xiàn)60是16位數(shù)據(jù)比較指令，用它來比較余額和商品價格，R900A是大于價格，R900B是等于標志。當余額大于等于某種商品價格時，程序使相應的指示燈閃爍表示可以購買該種商品。

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圖8 價格比較過程梯形圖

（4）選擇商品過程

當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應的“選擇”按鈕即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時消費顯示欄中顯示出已經(jīng)消費掉的金額，余額也將扣除已消費的幣值，接著余額繼續(xù)與價格相比較，判斷是否能繼續(xù) 購買。出現(xiàn)在出貨口的商品在沒有取走之前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標點擊該商品代表已經(jīng)取走，出貨口的商品隱藏。建立的變量表如表4所示。對應的梯形圖程序如圖9所示。

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表4 選擇商品過程變量表

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

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（5）退幣過程

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在退幣過程中，最主要的是完成退幣的運算過程，根據(jù)結(jié)果輸出相應的錢幣，退幣結(jié)束時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，對應的梯形圖程序如圖10所示。

表5 退幣過程變量表

整個退幣過程在按下按鈕（即R20F接通時）時執(zhí)行，同樣也用到一個微分指令，在接收到信號時產(chǎn)生一次開關(guān)脈沖，進而執(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，商存儲于SV0中，作為退幣10的輸出值。余數(shù)則存儲于特殊數(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），商且存儲于SV1中，余數(shù)繼續(xù)下傳，直至被1角除過，由于所投幣值最小是1角，并且商品價格也確定在整角，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程中能穩(wěn)定執(zhí)行，避免出現(xiàn)退幣錯誤。

為什么要除以1000呢？這主要是考慮到PLC的主要特點是執(zhí)行過程穩(wěn)定可靠，但執(zhí)行速度較慢，在計算時盡量將數(shù)值作為整數(shù)計算，因為是在計算機上模擬，可以把一部分功能交由計算機來實現(xiàn)，這里把1角當作

10、把5角當作50、1元當作100、5元當作500、10元當作1000，可以避免把這些數(shù)據(jù)當作有小數(shù)點的實數(shù)計算，這同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由計算機的任務將在以后敘述。

退幣過程結(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，防止下一次交易時出錯，還將中間量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5個過程，自動售貨機的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售貨機實現(xiàn)各種要求的功能。

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圖10 退幣過程梯形圖

3.4 仿真界面與PLC的配合定

在這一段中，將仔細分析仿真界面各部分是如何與PLC連接的。分析過程是按照一次交易的實際情況來進行的，即有初始狀態(tài)、投幣狀態(tài)、購買狀態(tài)、退幣狀態(tài)到交易結(jié)束。（1）初始狀態(tài)

通過分析得知，當電子標簽顯示各商品的價格、顯示屏顯示友好界面時，不能購買任何商品。因此先讓變量poiwindows=0（系統(tǒng)默認）。

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

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圖11所示。（2）投幣狀態(tài)

當投幣時，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”來到“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”框中作如下定義：按下鼠標時，poiwinJB=1,poiwinJB這個變量是控制投幣框的，當poiwinJB=1時，出現(xiàn)錢幣和提示框：poiwinJB=0時，錢幣和提示框隱藏。

圖11 數(shù)據(jù)初始化梯形圖

下面分別定義提示框和錢幣以及“確認”按鈕，雙擊提示框，來到“動畫連接”畫

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面，定義poiwinJB=1時顯示，各硬幣也用同樣的方法定義，這樣就使在按下漢字“投幣”時，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)，用鼠標點擊代替 了實際過程中的錢幣投入動作，最重要的任務是錢幣運算，下面介紹錢幣的定義方法。

以10為例：雙擊10硬幣，開到“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”中的“左鍵動作”，在動作描述中如下定義：按下鼠標時，poiwinJB=1；TR$100.PV=1時給PLC發(fā)出一個接通信號，由于TR$100.PV對應的PLC地址是R204，使得204繼電器導通，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應的加10元程序。同樣定義其他錢幣，注意其對應的PLC軟繼電器。最后還要定義“確認按鈕”。要實現(xiàn)的功能是按下“確認”按鈕時，所有的錢幣以及提示框均消失。當投幣以后，顯示屏要及時反映出投幣情況，同時“選擇”指示也要相應變化。下面來定義顯示屏和“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)碼管來顯示?，F(xiàn)在工具箱中點擊“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，再復制兩個，分別作為消費顯示、余額顯示。雙擊數(shù)碼管來到數(shù)碼管屬性設(shè)置畫面，在表達式中作如下定義:poiTR001.PV/100，poiTR001.PV連接的是PLC程序中的WR1軟繼電器，是用來存儲投入顯示數(shù)據(jù)的，除以100同樣是為了PLC數(shù)據(jù)計算的方便。這樣就可以用數(shù)碼管來顯示投入中的幣值。同樣定義消費顯示、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。定義過程如下：雙擊“選擇”按鈕，來到“動畫連接”畫面，在“顏色相關(guān)動作”中選擇“閃爍”項，分別定義屬性和頻率，在變量選擇中選擇相應的指示燈變量。以01商品的選擇指示燈為例，在變量選擇中選擇D01.PV=1,滿足條件時指示燈變色。這樣就定義好了投幣狀態(tài)的上位機仿真變量，配合PLC程序可以實現(xiàn)投幣功能。（3）購買狀態(tài)

定義了投幣狀態(tài)，就可以購買商品了。當選擇指示燈以后，按下它，在出貨口處出現(xiàn)我們要買的商品。這樣定義“選擇”按鈕：雙擊“選擇”按鈕，來到“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”中的“左鍵動作”，在動作描述中如下定義：按下鼠標時，XZ01.PV=1；釋放鼠標時，XZ01.PV=0.XZ01.PV與PLC程序中的R205相對應，按下可以購買商品的選擇鍵，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應的PLC程序，同時消費顯示增加相應的幣值，余額顯示減少相應的幣值，此時還要在出貨口出現(xiàn)相應的商品，這是用“顯示/隱藏”功能來定義在出貨口中出現(xiàn)相應的商品。以01為例，雙擊出貨口處的小商品，來到“動畫連接”，選擇“顯示/隱藏”項，定義CX01.PV=1時顯示。出貨口框架的隱藏/顯現(xiàn)是用程序來控制的。當有一種商品出現(xiàn)在出貨口，就會顯示

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框架；當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)

當按下“退幣”按鈕時，PLC進行退幣運算，所以按下“退幣”按鈕就要與PLC通信，執(zhí)行退幣計算。下面來定義退幣按鈕，出現(xiàn)“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”中的“左鍵動作”，動作描述為：按下鼠標，poiwinJB=0；poiwinTB=1；Tenter.PV=1.釋放鼠標，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對應。退幣框中要有5種硬幣，還要有表示硬幣個數(shù)的數(shù)字。由于計算中采用的算法使得退幣時按照幣值大小順序退幣，例如退5元，只退一個5元，而不是5個1元。定義表示硬幣個數(shù)的變量只用一位數(shù)即可。在退幣時，要退出的硬幣及個數(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

定義錢幣時（以10為例），雙擊10元硬幣，出現(xiàn)“動畫連接”畫面，選擇“顯示/隱藏”項，在“可見性定義”對話框中作出的表達式為TB$100.PV=0。其他硬幣定義方法同上。定義錢幣個數(shù)：雙擊10硬幣個數(shù)字符“a”，出現(xiàn)“動畫連接”畫面，選擇“數(shù)值輸出”中的“模擬”項，做出表達式為TB$100.PV。同時錢幣個數(shù)也要定義是否隱藏，定義方法和定義錢幣相同。定義“確認”鍵時，按下“確認”鍵，代表取走了所有硬幣，完成此次交易，因此退幣“確認”的定義很重要。雙擊“確認”鍵，出現(xiàn)“動畫連接”畫面，選擇“觸敏動作”中的“左鍵動作”，在動作描述欄中定義如下：按下鼠標

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poiwinTB=0； 功能：退幣框消失

TuiBiok.PV=1； 功能：給PLC信號，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

為了防止在未取走商品時退幣，按下“確認”鍵又不能返回原始狀態(tài)，在描述過程中加入以下一段程序，強行拋掉以購買的商品。CX01.PV=0 CX02.PV=0 CX03.PV=0 CX04.PV=0 CX05.PV=0 CX06.PV=0 CX07.PV=0 CX08.PV=0 釋放鼠標時，TuiBiok.PV=0.只是一個微分信號，不能將R0永遠置為1。還有一點要注意，“確認”鍵也要有隱藏的時候定義方法如錢幣。

定義退幣框架：按下“退幣”按鈕后就會出現(xiàn)退幣框架?？梢赃@樣定義：雙擊退幣框架，來到“動畫連接”畫面，選擇“顯示/隱藏”項，在“可見性定義”中定義poiwinTB=1時顯現(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)庫是從I/O驅(qū)動程序中獲取過程數(shù)據(jù)的，而數(shù)據(jù)庫同時可以與多個I/O驅(qū)動程序進行通信，一個I/O驅(qū)動程序也可以連接一個或多個設(shè)備。下面創(chuàng)建I/O設(shè)備。（1）在Draw導航器中雙擊“實時數(shù)據(jù)庫”項使其展開，在展開項目中選擇“PLC”項雙擊使其展開后，選擇項目雙擊并定義。（2）單擊“完成”按鈕返回，在“松下電工”項目下增加一項“PLC001”，如果要對I/O設(shè)備“PLC001”的配置進行修改，雙擊項目“PLC001”，會再次出現(xiàn)PLC001的“I/O設(shè)備定義”對話框。若要刪除I/O設(shè)備“PLC001”，用鼠標右鍵單擊項目“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)在的問題是如何將已經(jīng)創(chuàng)建的多個數(shù)據(jù)庫點與PLC聯(lián)系起來，以使這些點的PV參數(shù)值能與I/O設(shè)備PLC進行實時數(shù)據(jù)交換，這個過程就是建立數(shù)據(jù)連接的過程。由于數(shù)據(jù)庫可以與多個I/O設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，所以必須指定哪些點與哪些個I/O設(shè)備建立數(shù)據(jù)鏈接。為方便起見，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

飲料自動售貨機控制要求

（1）該自動售貨機可以同時投入5角、1元或5元硬幣，自動銷售汽水、果汁和咖啡。

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

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（3）當汽水按鈕燈亮時，按汽水按鈕，則汽水排出10s后自動停止，同時汽水按鈕指示燈閃爍10s。

（4）當果汁按鈕燈亮時，按果汁按鈕，則果汁排出10s后自動停止，同時果汁按鈕指示燈閃爍10s。

（5）當咖啡按鈕燈亮時，按咖啡按鈕，則咖啡排出10s后自動停止，同時咖啡按鈕指示燈閃爍10s。

（6）若投入的硬幣總值超過所購商品的價格（汽水1.5元，果汁3元，咖啡5元），則找錢指示燈亮，同時進行找錢動作。

圖13 飲料自動售貨機示意圖 I/O地址定義表

此控制系統(tǒng)可采用自動工作方式，輸入信號為汽水、果汁和咖啡按鈕，5角、1元或5元硬幣投入識別口記數(shù)手動復位按鈕；出入信號為汽水、果汁和咖啡排出電磁閥、找錢電磁閥及相應指示燈，共7個輸入點，8個輸出點，均為開關(guān)量。I/O地址定義如表8所示。

表8 飲料自動售貨機控制系統(tǒng)I/O地址定義表

常工院畢業(yè)設(shè)計論文 程序設(shè)計

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3.5.3 運行

保存所有組態(tài)內(nèi)容，然后關(guān)閉所有力控程序。將飲料自動售貨機的PLC程序下傳到PLC裝置中，在切換到離線狀態(tài)，然后再次啟動力控工程管理器，選擇本工程，并單擊“進入運行”按鈕啟動整個運行系統(tǒng)。

常工院畢業(yè)設(shè)計論文 結(jié)束語

經(jīng)過幾個月的學習、研究以及吳老師的指導，終于按時完成了畢業(yè)設(shè)計。設(shè)計主要研究的是自動售貨機有關(guān)PLC的部分。自動售貨機是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購物好奇新的自身性能，可以很好地解決人工費用的上升的問題等各項優(yōu)點。所以說，自動售貨機是今后飲料銷售方式的一個很好的發(fā)展趨勢。它的出現(xiàn)將極大的方便人們購買所需的飲品。

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致謝

經(jīng)過幾個月的努力工作，畢業(yè)設(shè)計在指導老師吳金的悉心指導下終于順利完成了，吳老師他待人和藹可親，在這幾個月里我們相處的非常融洽，吳老師他社會實踐經(jīng)驗豐富，工作認真踏實，治學態(tài)度嚴謹，而且他深厚的理論功底及設(shè)計能力更令我感到欽佩。設(shè)計期間，吳老師對我悉心的指導，認真查閱我的草圖和設(shè)計說明書，令我十分感動?？傊瑓抢蠋煹娜似芳爸螌W態(tài)度是我學習的楷模和榜樣，在此，我要向指導老師吳金表示感謝。

在此次設(shè)計中，也需要感謝的是我的同學。大家在一起共同奮斗，互相討論，對我的畢業(yè)設(shè)計有很大幫助，并且，我們在一起共同營造了一個融洽的學習生活環(huán)境，建立了良好的友誼。

參考文獻 程周·可編程序控制器原理與應用·北京：高等教育出版社，2003年 2王永華·現(xiàn)代電機控制及PLC應用技術(shù)·北京：北京航空航天大學出版社，2000年 周美蘭、周封、王岳宇·PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計·北京：科學出版社，2003年 吳建強、蔣三勇·可編程控制器原理及應用·哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000年 吳中俊、黃永紅·可編程序控制器原理及應用·北京：機械工業(yè)出版社，2003年 張萬忠、劉明芹·電器與PLC控制技術(shù)·北京：化學工業(yè)出版社，2003年 7 王兆義·可編程序控制器教程·北京：機械工業(yè)出版社，2001年

第五篇：軟件工程_自動售貨機

自動售貨機

信息1101 施敏宇 18號

下面是自動售貨機系統(tǒng)的需求陳述，試建立它的對象模型、動態(tài)模型和功能模型： 自動售貨機系統(tǒng)是一種無人售貨系統(tǒng)。售貨時，顧客把硬幣投入機器的投幣口中，機器檢查硬幣的大小、重量、厚度及邊緣類型。有效的硬幣是一元幣、五角幣、五分幣、二分幣、一分幣。其他貨幣被認為是假幣。機器拒絕接受假幣，并將其從退幣孔退出。當機器接受了有效的硬幣之后，就把硬幣送入硬幣儲藏器中。顧客支付的貨幣根據(jù)硬幣的面值進行累加。自動售貨機裝有貨物分配器。每個貨物分配器中包含零個或多個價格相同的貨物。顧客通過選擇貨物分配器來選擇貨物。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格，貨物將被分配到貨物傳送孔送給顧客，并將適當?shù)牧沐X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格，機器將等待顧客投進更多的貨幣。如果顧客決定不買所選擇的貨物，他投放進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（對象模型，動態(tài)模型和功能模型），來獲得關(guān)于問題域的全面認識。

這三個模型從不同的角度對系統(tǒng)進行描述，其中：對象模型描述了系統(tǒng)靜態(tài)的、結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)性質(zhì)；動態(tài)模型描述了系統(tǒng)順勢的、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)面反應系統(tǒng)的實質(zhì)內(nèi)容，綜合起來則全面反映了目標系統(tǒng)的需求。

對象模型是三個模型中最關(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)的類和對象、它們的屬性和操作以及它們之間的聯(lián)系。UML中類圖適用于建立對象模型，狀態(tài)圖適用于建立動態(tài)模型。每個類的動態(tài)行為用一張狀態(tài)圖來表示，各個類的狀態(tài)圖通過事件合并起來，構(gòu)成系統(tǒng)的動態(tài)模型。也就是說，動態(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。建立對象模型大體上按照下列順序進行:尋找問題域內(nèi)的對象，識別出對象間的關(guān)系、定義屬性和服務。事實上，分析工作不可能嚴格按照預定順序進行，系統(tǒng)的模型往往需要反復構(gòu)造多遍才能建成。

注：對象硬幣計算器和對象硬幣檢測器可以作為對象自動售貨器的一部分，它們的屬性作為自動售貨器的屬性。

建立動態(tài)模型

對于僅存數(shù)靜態(tài)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)來說，動態(tài)模型并沒有什么實際意義。然而在開發(fā)交互式系統(tǒng)時，動態(tài)模型卻起著很重要的作用。如果收集輸入信息是目標系統(tǒng)的一項主要工作，則在開發(fā)這類應用系統(tǒng)時建立正確的動態(tài)模型是至關(guān)重要的。

建立動態(tài)模型的步驟：

(1)編寫典型的對話腳本；

(2)從腳本中提取出事件，聯(lián)系該事件與其目標對象；

(3)組織事件的順序和狀態(tài)(采用狀態(tài)圖描繪)；

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

提示投幣投幣購買提示是假幣，退幣假幣檢查硬幣否真幣存儲硬幣，計算貨幣總值確認投完硬幣是請求選擇貨物選擇貨物檢測貨物存量無貨提示無貨計算比較貨幣總值和貨物價格確認確認顧客購買小于提示貨物不足，確認顧客購買不購買送出貨物，請求取貨不購買退幣請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)的所有計算。功能模型指出發(fā)生了什么，動態(tài)模型確定什么時候發(fā)生，而對象模型確定發(fā)生的客體。功能模型表明一個計算如何從輸入值得到輸出值，它不考慮計算的次序。功能模型由多張數(shù)據(jù)流圖組成。數(shù)據(jù)流圖用來表示從源對象到目標對象的數(shù)據(jù)值的流向，它不包含控制信息，控制信息在動態(tài)模型中表示，同時數(shù)據(jù)流圖也不表示對象中值的組織，值的組織在對象模型中表示。

數(shù)據(jù)流圖中包含有處理、數(shù)據(jù)流、動作對象和數(shù)據(jù)存儲對象。

1.處理

數(shù)據(jù)流圖中的處理用來改變數(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)流將對象的輸出與處理、處理與對象的輸入、處理與處理聯(lián)系起來。在一個計算機中，用數(shù)據(jù)流來表示一中間數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)流不能改變數(shù)據(jù)值。

3.動作對象

動作對象是一種主動對象，它通過生成或者使用數(shù)據(jù)值來驅(qū)動數(shù)據(jù)流圖。

4.數(shù)據(jù)存儲對象

數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)存儲是被動對象，它用來存儲數(shù)據(jù)。它與動作對象不一樣，數(shù)據(jù)存儲本身不產(chǎn)生任何操作，它只響應存儲和訪問的要求。

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藏器計算面值貨物價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買，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貨分配貨物，找零貨物，硬幣硬幣退幣