河北化工医药职业技术学院毕业论文
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。
（3）开发周期
从电路设计、模拟制板、编程、仿真、调试等经历非常长的周期，设计中往往要花大部分的时间在硬件设计和编程调试处理上，而对最为重要的工艺工程往往没有更多的时间考虑。而用PLC进行设备控制，不会花太多精力在硬件处理上，采用积木式结构很快可以形成系统电路。大部分精力集中在工艺的了解和程序编写上，有利于设备的快速开发，程序的编辑修改、调试都可随时进行，缩短了开发时间。
（4）修改和维护
利用单片机开发的设备往往是专用的特殊设备，在市场往往不能找到替代的配件，所以不便于维护。而随微电子控制技术，PLC的处理能力也越来越强，其通信能力，运算处理、容量（I/O容量和程序容量）等都有充足的发展。
（三）方案选择
根据以上比较可知，PLC在性能上比继电器控制和单片机控制逻辑优异，特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便等优点，我们决定选择方案三，以PLC为控制核心设计了自动售货机装置PLC控制系统。
第三章 可编程控制器的简单介绍
6
河北化工医药职业技术学院毕业论文
（一）PLC的基本结构
1．PLC的系统结构
目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM,输人输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输.
如图3所示,PLC控制系统由输人量 — PLC — 输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输人量，它们经PLC外部输人端子输人到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算，处理后送到输出端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构由控制部分、输人和输出部分组成。
图3 PLC硬件结构图
2．PLC各部分的作用
（1）中央处理器(central processing unit, CPU)
CPU是由控制器和运算器组成的。是整个PLC的核心，起着总指挥的作用，是PLC的运算和控制中心。其主要功能：
① 诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 ② 采集由现场输人装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。 ③ 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按
7
河北化工医药职业技术学院毕业论文
指令规定的任务完成各种运算和操作。
④ 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。 ⑤ 响应各种外部设备的工作请求。 （2）存储器
PLC的存储器分为两大部分:
一部分是系统程序存储器。另一部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。 （3）输入输出接口电路
PLC通过输人输出(I/O)接口电路实现与外围设备的连接。 （4）电源
为PLC提供CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的电源。 （5）编程设备
编程设备是人与PLC联系和对话的工具，是PLC重要的外围设备。用户可以利用编程设备来输入、读出、检查、修改和调试用户程序，也可用它监视PLC的工作状态、显示错误代码或修改系统寄存器的设置参数等。 （6）输入输出I/O扩展接口
输入输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后。才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。 （二）PLC的基本工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式。每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素:一是CPU执行指令的速度；二是执行海条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。 一个循环扫描周期主要可分为3个阶段。 （1）输入采样阶段
在输人采样阶段，CPU扫描全部输人端口，读取其状态并写人输人状态寄存器。完成输人端采样工作后，将关闭输人端口，转人程序执行阶段。
（2）程序执行阶段
在程序执行阶段，根据用户输人的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存人对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转人输出刷新阶段。
（3）输出刷新阶段
当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实
8
河北化工医药职业技术学院毕业论文
际输出。
由此可见，输人采样、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此环往复，因此称为循环扫描工作方式。PLC的扫描工作过程如图4所示。
图4 PLC的扫描工作过程
采用循环扫描的工作方式是PLC区别干微机和其他控制设备的最大特点，在使用中应引起特别的注意。
（三）PLC的应用场合
随着微电子技术的快速发展,PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。目前在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业，诸如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保、交通、建筑、食品、娱乐等各行各业。特别是在轻工行业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，所以PLC广泛应用在组合机床自动线、专用机床、塑料机械、包装机械、灌装机械、电镀自动线、电梯等电气设备中。PLC已跃居现代工业自动化三大支柱(PLC,ROBOT,CAD/CAM)的主导地位可编程控制器所具有的功能，使它既可用于开关量控制，又可用于模拟量控制既可用于单机控制，又可用于组成多级控制系统既可控制简单系统，又可控制复杂系统，甚至实现整个工厂生产的自动化。
它的应用可大致归纳为如下几类: (1)逻辑控制 (2)运动控制 (3)过程控制 (4)数据处理
(5)多级控制
9
河北化工医药职业技术学院毕业论文
（四）可编程控制器的发展趋势
目前PLC技术发展总的趋势是系列化、通用化和高性能化，主要表现在:
(1)在系统构成规摸上向大、小两个方向发展 (2)功能不断增强，各种应用模块不断推出
(3)产品更加规范化、标准化
（五）PLC的编程语言
PLC作为专为工业控制而开发的自控装置，其主要使用者为工厂的广大电气技术人员，考虑到他们的传统习惯以利于使用推广普及，通常采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图语言、布尔代数语言等。在这些语言中，尤以梯形图、指令助记符语言最为常用。 （1）梯形图语言
PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器一接触器控制图，是在原继电器-接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将PLC内部的各种编程元件(如继电器的触点、线圈、定时器、计数器等)和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连接规律组合和排列，从而构成了表示PLC输人、输出之间控制关系的图形。由于它在继电接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将计算机的特点结合进去，使逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能大大超过传统的继电接触控制电路，所以很受用户欢迎。它是目前用得最多的PLC编程语言。 （2）指令助记符语言
助记符语言类似于计算机汇编语言，它用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。对于同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符语言常用于手持编程器中，因其显示屏幕小不便输入和显示梯形图。特别是在生产现场编制、调试程序时，经常使用手持编程器。而梯形图语言则多用于计算机编程环境中。
（六）小结
通过本章对PLC的基本概念、基本结构、工作原理、功能及特点的分析，对 自动售货机采用PLC控制的方案有了更明确的认识和目标，同时确立了方案实施的具体措施。
10