PLC及嵌入式MCGS组态软件在自动售货机中的应用

PLC及嵌入式MCGS组态软件在自动售货机中的应用

文／祝常红·广东科学技术职业学院

本文以日本三菱公司FX2N——48MR可编程控制器为例，介绍PLC及嵌入式MCGS组态软件在自动售货机中的应用。1 引言

本论文设计的是由微机—PLC构成的自动售货机监控系统，本文阐述了自动售货机的控制系统，介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，对由微机—PLC构成的自动售货机系统整体设计过程进行较为细致的论述；特别是配上嵌入式全中文MCGS组态软件，可迅速构成下位机监控系统,运行于WinCE嵌入式实时操作系统，内置流程图功能，有庞大的标准工业器件设备图形库，支持各类型PLC等硬件设备，可以完成复杂逻辑控制，并可根据实际工况灵活组态，经生产实践表明，该自动售货机设计思路正确，运行可靠，能达到实际应用的要求。

的售货功能。（2）在外围设备方面，采用RS232通信或RS485通信方式与上位PC机连接，外部输入设备有行程开关，按钮等。外部输出设备有继电器，指示灯、电磁阀和电机等。输入/输出点分配见表1、2。

（3）编制程序时，要使用外部输入相应的端子设备号：外部输出接点闭合，操作指示灯亮、电磁阀和电机动作，输出断开，操作指示灯灭、电磁阀和电机停止。

（4）时间定时器当前值设为0，定时器的点数为246，预置值0.1—3276.7s，或0.01—327.67s，选用T0，T1等时间继电器。

3 自动售货机控制系统的设计

在设计中选择PC机作为主工作站的上位机，下位机采用PLC作控制器，为从工作站；详尽地介绍了自动售货机的各硬件组成，控制系统的组成示意图见图1。并完成了PLC外部接线图。文中制作了上位机用户管理界面，应用嵌入式MCGS组态软件对上位机用户管理界面的程序以及主工作站的通信程序进行编写并调试；在PLC梯形图的编写时，文中采用的是日本三菱公司FX2N---48MR可编程控制器PLC梯形图专用编译软件来进行编写。

表1　输入分配表

输入

X0

1角钱币入口5角钱币入口1元钱币入口汽水选择按钮咖啡选择按钮

X10X11X12X13X14

输入退币感应器汽水液量不足咖啡液量不足1元钱币不足5角钱币不足1角钱币不足启动急停

2 自动售货机简介

随着人民生活水平的提高,自动化程度越来越高,越来越多公共场所、商场、学校、企业等单位采用自动售货机来进行常用的商品出售。自动售货机最基本的功能是对投入的货币进行运算，并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品，并做出相应的反映。因此，售货机应能够辨识机内包含的商品,能够对所投入的币值进行累计，并提供所要购买的商品。当按下选择商品的按钮时，售货机根据投入的币值，起动电机，提取商品到出货口，顾客取出商品，完成此次交易。它还具有识币系统、货物和货币的传送系统来实现完整

图1　自动售货机控制系统组成

X3X4X5X6X7

X1X2

4 PLC选择及硬件设计：

（1）采用24V直流电源，型号选FX2n—48MR,输入为24点继电器接点，输出为24点，外部输入电源在机内，内存程序循环扫描控制，处理速度平均为5UμS/bit，程序容量950kbyt。

1元退币感应器X155角退币感应器X161角退币感应器X17

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Application case应用案例表2　输出分配表输出输出Y0钱币不足Y11没有汽水报警Y1汽水选择灯Y12没有咖啡报警Y2咖啡选择灯Y131元传动电机Y3汽水电机Y145角传动电机Y4汽水电磁阀Y151角传动电机Y5咖啡电机Y6咖啡电磁阀Y7无币报警5 软件程序设计（1）计币系统：充许计币系统进行叠加钱币，叠加钱币的数据存放在数据寄存器（D2）中，如不正确，是假币，则推出投币，等待新顾客。（2）比较系统：投入的钱币后，要把数据寄存器（D2）内钱币数据和可以购买饮料的价格进行比较，当投入的钱币小于2元，指示灯(Y0)亮，显示投入的钱币不足。此时可以再投币或退币。投入的钱币在2~3之间时，汽水选择指示灯亮。当大于3元，汽水和咖啡的指示灯同时长亮。此时选择饮料或退币。（3）选择系统：比较电路完成选择后指示灯长亮，当按下汽水和咖啡的选择，相应的选择指示灯由长亮转为1秒为周期的闪烁。当饮料的供应完毕后，闪烁同时停止。（4）饮料供应系统：当按下选择按钮时，相应的电磁阀（Y4、Y6）和电机（Y3、Y5）同时启动。在饮料输出的同时，减去相应的购买钱币。当饮料输出达8秒时，电磁阀首先关断，电机继续工作0.5秒后停机。此电机的作用：在饮料输出时，加快输出。在电磁阀关断时，给电磁阀加压，加速电磁阀关断。（5）退币系统：按下退币系统系统会把数据寄存器(D2)内钱币数据首先除以10得到整数部分，是1元需要的数量，存放在数据寄存器(D10)里。余数存放在数据寄存器(D11)里。再用D11除以5得到整数部分，是5角需要的数量，存放在数据寄存器(D12)里。余数存放在数据寄存522010.05INTERNATIONAL MECHATRONICS TECHNOLOGY图2　PLC的I/O分配图器(D13)里，最后D13里的数据是1角的退（8）用基本指令有LD, OR, AND, OUT, 回的数量。在选择退币的同时启动3个退ANI, ORB, END和功能指令ADDP, INCP, CMP, 币电机。3个感应器记录的个数等于数据ZRST。寄存器退回的币数时，退币电机停止运（9）用外围设备——电脑的三菱转。PLC软件将PLC梯形图程序用可写的形式（6）报警系统：如是非故障报警，将指令写入，输入后PLC就按设计思路准可通过网络通知送液车或退币车即可。确地完成各种操作。利用电脑的三菱PLC但故障报警可通知维修人员到现场维软件还可以完成每一条程序的读出，搜护，停止服务，避免造成损失。索所需要的输入/输出记号或指令，并可这样就完成一次商品提货过程，本以检查写入的程序中有无语法错误，正售货机自动控制都采用嵌入式MCGS组态确无误且用强制输出可以测试运行。软件运行监控。PLC输入、输出接线图如图2所示。 （7）按设计思路编制程序框图如图6 监控系统设计3和售货机自动控制程序梯形图如图4。嵌入式MCGS组态软件可根据实际情况增加、裁减相应的内容，可以组态出动画窗口、曲线、报表等，并可以设置用户权限、安全级别。其结构有主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图5所示。（1） 监控界面全中文工控嵌入式组态软件MCGS是一套基于Windows 平台，快速构成上位机监控系统的组态软件，可运行于Microsoft Windows95\\98\\图3　程序框图ME\\NT\\2000等操作系应用案例统，有宠大的标准的工业器件、设备、图形库，支持各类型PLC可编程器（单片机、智能仪表）等硬件设备,其软件使用简单，操作方便，Windows 图形功能完备，界面一次性好，共设计了5个界面，分别是主界面、流程监控、故障报警、报表输出、操作规程，图6是流程监控界面。流程监控：主要是系统的整个工作流程的动态显示，包括系统的每个按钮、电机的工作状态，每部分的指示灯、报警灯控制等。设计中对于I/O的配置选用串行口配置，选择串行口COM1，则弹出设备配置向导，选择PLC设备（三菱FX）系列。根据组态软件与PLC设备连接定义变量，图形对象与变量，数据库中的变量与现场同步变化的定义变量如表3： 图6　监控界面表3　数据库中变量与现场设备同步变化的参数表名字1角钱币入口5角钱币入口1元钱币入口汽水选择按钮咖啡选择按钮类型开关型开关型开关型开关型开关型开关型开关型开关型开关型开关型开关型开关型注释X0X1X2X3X4X16X17Y0Y1Y2Y3Y4图4　售货机自动控制程序梯形图启动急停钱币不足汽水选择灯咖啡选择灯汽水电机图5　嵌入式MCGS组态软件结构图汽水电磁阀中国机电一体化网WWW.CAMETA.ORG.CN53Application case应用案例续表名字类型注释咖啡电机开关型Y5咖啡电磁阀开关型Y6无币报警开关型Y7没有汽水报警开关型Y11没有咖啡报警开关型Y12当定义出变量名之后，还要进行组态软件与三菱——FX232通道的属性设置，如表4：表4　组态软件与三菱——FX232通道的属性设置序号PLC通道读写类型01X0读写PLC数据02X1读写PLC数据03X2读写PLC数据04X3读写PLC数据05X4读写PLC数据06X16读写PLC数据07X17读写PLC数据08Y0只读PLC数据09Y1只读PLC数据10Y2只读PLC数据11Y3只读PLC数据12Y4只读PLC数据13Y5只读PLC数据14Y6只读PLC数据15Y7只读PLC数据16Y11只读PLC数据17Y12只读PLC数据设计中动画连接命令语言为IF---ELSE---THEN。通过设置脚本程序可以形成一个按时间循环运行方式的过程。另外运用组态软件进行动画调试运行，会排除现场中很多问题，可对PLC的梯形图程序进行检测，大大缩短了现场调试周期，使设备运行可靠性大大增542010.05INTERNATIONAL MECHATRONICS TECHNOLOGY加。（2）智能化特点监控系统对智能化的要求越来越高，而此系统采用了嵌入式PC104。实时控制性指标很好。智能化程度高，PC104模块主要特点是采用低功耗嵌入式CPU，集成度高，功能很强，由于它的实时影响能力，可在第一时间内把控制信息的各种数据，指标准确无误的反映上来，通过MCGS软件以图形显示的形式表现出来，因此可视化程度非常高。独特的硬件“看门狗（watch-dog）”能对系统运行情况进行监视，及时对发生的异常情况，采取应急措施。（3）可靠性强工业监控系统在可靠性方面要求很高，计算机控制系统在发生故障和处于死机状态时对企业的安全性，高效生产方面带来严重的影响。可靠性主要指控制系统本身要连续稳定运行，一旦系统生产故障是要有保证其安全状态的能力。系统采用PC/104标准模块，具有极好的抗震性，能够在各种复杂、恶劣的环境正常运行；存储器采用Flash电子盘，不带硬盘，避免了硬盘的旋转机械故障；其操作系统Windows CE内核具有内存管理功能，可以检查出应用程序造成的系统异常，能很好的抑制由于应用方面的错误而直接破坏系统的危险性，因而比一般监控系统具有较高的可靠性。在通讯上，由通讯口（RS232C或RS422/485）读写PLC的内部数据。将输入、输出信号读出并送到TPC150L内存，根据TPC150L参数设置，通讯程序采用的协议为： 传输速率 1200 PPS 起始位数 1bit 数据长度 8bits 偶柱校 1bit 停止位数 2bit通讯口（RS232C或RS422/485）读写PLC的内部数据的接口程序如下： alngDat aFLag-Long型数组，设备对应通道的数据是否要处理，一般不用alngDataVaLue-Single型数组，设备对应的数值型通道的数值，当通道为字符型时，表示通道值在astrDataString数组中的位置astrDatsString-String型数组，设备对应字符型通道的值CollectDevDat=0-采集数据有效，但只对返回的输入数据进行处理CollectDevDat=1-采集数据有效，但对返回的输入数据都进行处理CollectDevDat=2-采集数据无效，不须进行处理。CollectDevDa t = -1-设备故障CollectDevDat=-100-设备故障，但把第0通道的值返回，使用0通道来表示故障的具体信息Dim strlommOrder As StringDim strReturn D As StringDim IngReturn As LongDim Inglndex As LongDim IngDo As Long Strcomm Order=“＄”+Right (“00”+Hex)(g_lngDeviceAddress),2)+“6” IngReturn=FetchDataFormComm[m_IngCheckFlag,m_objCommParent,strCommOrder,strReturnData]If lngReturn <>o Then GoTo PROC_EXIT7 结束语自动售货机控制是集机械、电气、传感器和PC机于一体的柔性化系统，采用嵌入式MCGS组态软件及其操作，作为良好的上位机人机界面，进行系统的监控和管理，PLC作为下位机执行可靠有效的控制，系统结构简洁，可靠性高，在生产自动化售货机设备中应用越来越广泛。□ 参考文献：1. 蔡德权编写，广东科技出版社出版《可编程序控制器技术与应用》[M]2. 余世明，《基于嵌入式系统和CAN总线技术的自动售货机控制系统开发》[J]，中国优秀硕士学位论文全文数据库3. 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，《MCGS全中文组态软件》[M]