基于PLC的自动售货机的设计说明

一、实训题目: 自动售货机控制

实训目的及要求:

1、掌握欧姆龙PLC的指令，具有独立分析和设计程序的能力

2、掌握PLC梯形图的基本设计方法

3、培养分析和解决实际工程问题的能力

4、培养程序设计及调试的能力

5、熟悉传输带控制系统的原理及要求

实训设备：PLC设备器

二、总体方案设计

自动售货机设计中，从控制角度来说可采用继电器控制、单片机控制和可编程控制器控制。

（一）方案论证

1．方案一继电器控制

它的控制思想是以继电器为核心，采用硬接线方式把各种继电器、定时器、接触器及其触点按照一定逻辑关系连接起来组成控制系统，控制相关生产机械工作。例如要通过接触器实现两台电机设备的同步运行,采用继电器控制,其控制系统简图如图1。

SF1 KF

电电

源源

母母

线线

图1 继电器控制系统简图

由图可知它的三条支路是并行工作的，当按下按钮SF1，中间继电器KF得电，KF的两个触点闭合，接触器QA1、QA2同时得电并产生动作，所以其控制逻辑关系为由继电器、接触器硬接线（硬件）方式。

2．方案二单片机控制

它的控制系统是基于芯片级的系统，设计开发一个单片机系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印刷电路板，购置各种所需的电子元器件，焊接电路板，进行硬件调试，进行抗干扰设计和测试的大量工作；需要使用专门的开发装置和低级编程语言编制控制程序，进行系统联调。

3．方案三可编程控制器控制

它的控制思想是采用可编程的存储器，用来在其部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，这种方案的控制功能接线图如图2。

图2 用PLC实现控制功能的接线示意图

由图可知CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按顺序依次完成相应各电器的动作，其控制逻辑关系为由部存储逻辑（软件）方式。

（二）方案比较

1．PLC与继电器控制系统的区别

继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。

PLC的梯形图与传统的电气原理图非常相似，主要原因是PLC梯形图大致上沿用了继电器控制的电路元件符号和术语，同时，信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的；但PLC的控制与继电器的控制又有根本的不同之处，主要表现在以下几个方面：

（1）控制逻辑

继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑，利用继电器机械触点的穿了或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有4 – 8对触点，因此灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，故称做“软接线”，因此灵活性和扩展性都很好。

（2）工作方式

电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合，它属于并行工作方式。而PLC的控制逻辑中，各部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数值输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算的出，所以它属于串行工作方式。

（3）可靠性和可维护性

继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和课维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员；还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

（4）控制速度

继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题；而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微妙数量级，且不会出现抖动。

（5）定时控制

继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时围窄，且易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时围最小可为0.001S，最长几乎没有限制，用户可根据需要在程序中设置定时值，然后由软件来控制定时时间。

（6）设计和施工

使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。

2．PLC与单片机控制系统的区别

PLC控制系统和单片机控制系统在很多方面有较大区别，是两个完全不同的概念。

（1）可靠性

单片机控制抗干扰能力较低，从理论所要求的I/O总数来看，不论是MCS51系列还是MCS96系列单片机，都必须进行大规模的扩展，这样系统电路更加复杂，进一步降低了系统的可靠性。而PLC应用于工业理论控制，PLC的可靠性得到了工控业界的认可。

（2）开发成本

单片机本身售价虽不高，但要购入单片机开发装置（如仿真器、烧录器、电源）和还要模拟制板等，都要不少的费用。加上开发周期中所投入的人力物力，其价钱就远远地超过用PLC开发的费用。另外，由于设备是专用特殊设备，其控制系统专用性强，通用性较差，为其投入过多的开发费用不划算。而用PLC进行的设备开发和控制费用都远远低于采用单片机的费用，其系统可大可小，小到几点，大到数千点，甚至上万点，很好解决工业控制过程。