基于PLC自动售货机控制系统设计论文.doc

XX市职业技师鉴定论文 XX市职业技师鉴定论文 基于PLC自动售货机控制系统设计姓 名： X X X所报工种： 维修电工申报等级： 技 师身份证号： 所在单位： 目录摘要 1关键词 1前言 1第一章 自动售货机概论 11.1 自动售货机的设计概念 11.2 自动售货机的研究意义 .21.3 自动售货机的发展历史 2第二章 plc的介绍 22.1 PLC的概论 2 2.1.1 plc的产生 32.1.2 plc的定义 32.1.3 plc的发展趋势 .42.1.4 plc的特点 42.2 PLC的基本结构和原理 5第三章 自动售货机功能分析 73.1 自动售货机的基本功能 73.2 自动售货机控制要求 7第四章 自动售货机控制系统的PLC设计 94.1 整体系统工作流程 .94.2 I/O地址分配表 94.3 硬件接线图 104.4 程序设计 114.5 程序调试 16结束语18参考文献 19 摘要在今天的工业生产中，可编程序控制器已经成为实现工业自动化的关键。 本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程,然后以一次交易过程为例,把交易过程分为几个程序块,然后分别对程序块进行编程。论文阐述了自动售货机各主要部件的选择,具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。本文程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。利用西门子PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性,保证自动售货机能够长期稳定运行,可实现类似控制功能,还具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点。关键词：自动售货机； S7-200PLC； PLC设计； 基于PLC自动售货机控制系统设计 前言 自动售货机是能够根据投入的钱币自动复活的机器，它是商业自动化的常用设备，不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。现代的自动售货机的种类、结构和功能依出售的商品而异。钱币装置是售货机的核心，其主要功能是确认投入钱币的个数计算金额。如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。自动售货机自动输出顾客所要的商品。因此，自动售货机在商业，食品行业越来越普及，更方便消费者购买自己所需的商品。使用方便、可靠、节省人力的自动售货机将在社会生活中成为一种趋势。 第一章自动售货机的概论1.1自动售货机的设计概论  本设计是一套结构简单，操作方便，性能可靠的自动售货机产品。自动售货机计币系统、选择系统、选择系统、饮料供应系统、退避系统。自动售货机在接受投入钱币后，通过与商品价格比较，确定是否能够售出商品和把算出剩余的钱找回。当商品输出后售货机自动把上次傅卖商品的价格和投入的钱币的总和清零，这是才可以进行下次交易。自动售货机还应满足商家查看销售商品的总和及使其清零，和控制该售货机进行整体复位。该售货机可以帮助商家更好的销售商品，并且节省人力，获得更大的利润。 1.2自动售货机的研究意义 面对当前快速商品社会，人们的时间观念越来越重，如何才能更快的购买到顾客自己所需的商品，这都是顾客和商家共同面临的问题。随着科技的发展及人们生活水平的提高，自动售货机市场的发展越来越呈现出多元化及个性化的需求。通过自动售货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的消费时尚，快捷方便的购物方式满足了人们在当今科技高速发展的现代社会追求高品质生活的需要。自动售货机在城市商业区、写字楼大厅、风景区、车站、码头、繁华街道等公共场所的布设能够美化亮化城市环境，方便群众生活，已经成为城市各角落的一道亮丽风景线。自动售货机已在国内普及，并成为城市现代文明程度的一种象征性标志1.3自动售货机的发展历史 自动售货机是本世纪70年代在日本、欧美发展起来的高新技术现代应用产品，被称为24小时营业的微型超市，售货领域已扩展至小食品、小用品、香烟、电话卡、车票、邮票等。目前在40多个国家已经广泛使用，日本平均每23人一台，美国平均每40人一台，欧洲平均每60人一台。在邻国日本，70%份额的罐装饮料市场是通过自动售货机售出的；美国可口可乐公司拥有五十余万台饮料自动售货机分布在世界各地。通过自动售货机销售将成为商品零售业不可分割的重要组成部分第二章 PLC的介绍2.1 PLC的概论PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。2.1.1 PLC的产生20世纪20年代起，人们把各种继电器，定时器，接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定的范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是机电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与现实较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是： 1， 编程方便，可现场修改程序 2， 维修方便，采用插件式结构 3， 可靠性高于继电器控制盘 4， 体积小于继电器控制盘 5， 数据可直接送入管理计算机 6， 成本可与继电器控制盘竞争 2.1.2 PLC的定义美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器作出以下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入活输出，控制各种类型的机械或产生过程。可编程序控制器及其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展的原则而设计。 定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力。并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。2.1.3 PLC的发展趋势 PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。 （1）向小型化、专用化、低成本方向发展 （2）向大容量、高速度方向发展 （3）智能型I/O模块的发展 （4）基于PC的编程软件取代编程器 （5）PLC编程语言的标准化 （6）PLC通信的易用化 （7）组态软件与PLC的软件化 （8）PLC与现场总线相结合 （9）开发新型特殊功能模块 （10）CPU的处理速度进一步加快 2.1.4 PLC的特点 （1）抗干扰能力强，可靠性好 （2）控制系统结构简单，通用性强 （3）编程方便，易于使用 （4）功能完善 （5）体积小，维护操作方便 （6）易于实现网络化 （7）可实现三电一体化 2.2 PLC的基本结构和原理 PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。如图2-1所示。 图2-1 PLC工作原理（1）中央处理器 CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊的工作，它的基本功能是从内存中取出指令和执行性指令。它的重要功能如图2-2所示。 图2-2 结构图（2）存储器 PLC的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。 而大部分使用户存储器，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通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。 （4）电源 PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。 （5）输入输出I/O扩展接口 若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相连接。 （6）PLC的基本工作原理 PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序,COU从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，知道遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。 第三章 自动售货机功能分析3.1 自动售货机的基本功能在进行上、下位机程序编写之前,首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。 在实际生活中,我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品,如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算,并根据货币数值判断是否能够购买某种商品,并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明,例如,售货机中有4中商品,其中01号商品代表第一种商品,价格为1元,02商品为3元,其余类推。现投入1个1元硬币,当投入的货币超过01商品的价格时,01商品的选择按钮处应有变化,提示可以购买,其他商品同比。当按下选择01商品的价格时,售货机进行减法运算,从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机,提取01号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令,如继续交易,则同上,如果此时不再购买而按下退币按钮,售货机则要进行退币操作,退回相应的货币,并在程序中清零,完成此次交易。由此看来,售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算,这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。本次自动售货机控制系统采用PLC作为控制核心,具有抗干扰能力强,可靠性好,控制系统结构简单,通用性强,编程方便,易于使用,功能完善,设计、施工、调试的周期短,体积小,维护操作方便,易于实现网络,可实现三电一体化等功能,这在现代化商业社会的今天尤为重要。3.2 自动售货机控制要求该自动售货机可识别三种钱币，分别是1元、2元、5元，采用三个按钮进行模拟，自动售货机共出售四种货物，其价格分别定为1元、3元、4元、6元，当投币数大于等于货物价格时且售货机里有这种货物时，指示灯亮，表示可以进行购买，四种货物分别用四个小灯代替进行模拟。除此之外，本次设计还涉及了显示、找零、送货等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，显示投币总数和购买后的余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零，采用从高到低递减的形式进行清零，例如：当余额为17元时，按下找零按钮后，先找三个五元数码管分别显示12、7、2，然后再找2元，清零。送货部分采用小车直线运动进行模拟，将四种货物分别送到四个不同的地点，采用四个光电开关分别代表四个不同的送货地点，当按下不同的送货按钮后，小车会以其对应的光电开关为终点做直线往返运动，表示送货。22天津市职业技师鉴定论文 第四章 自动售货机控制系统的PLC设计4.1 整体系统工作流程 图4-1 工作流程4.2 I/O地址分配表 表4.1 I/O分配表输入单元PLC地址输出单元PLC地址投币1元I0.1A货物显示Q1.0投币2元I0.2B货物显示Q1.1投币5元I0.3C货物显示Q2.0送货（A货物）I0.4D货物显示Q2.1送货（B货物）I0.5找零出口Q2.2送货（C货物）I0.6出货口Q2.3送货（D货物）I0.7电机正转Q2.6找零I0.0电机反转Q2.5数码个位显示Q0.0Q0.3数码十位显示Q0.4Q0.7限位开关S1I1.0限位开关S2I1.1限位开关S3I1.2限位开关S4I1.34.3 硬件接线图 图4-2 硬件接线图 4.4 程序设计 4.4.1 中间辅助继电器分配表 表4.2 中间辅助继电器分配表 辅助继电器功 能辅助继电器功 能M0.0送A货M1.2电机反转M0.1限位开关S1M1.3电机正转M0.2限位开关S2M1.4电机正转M0.3送B货M1.5电机反转M0.4送C货M1.6电机正转M0.5限位开关S3M2.0送货延时M0.6送D货M2.1送货延时M0.7限位开关S4M2.2送货延时M1.0电机反转M20.0找零M1.1电机正转4.4.2 典型程序分析 开始程序，先进行程序初始化，具体程序如图4-3所示。 图4-3 初始化程序每投入一种钱币就执行一次与MW3里面的数相应的加一次，并在此寄存在MW3中，直到投币结束为止，具体程序如图4-4所示。 图4-4 钱币相加程序显示当前投入的钱币可以购买的货物程序如图4-5所示。 图4-5 显示程序确定购买货物后，进行延时等待再将货物送到出货口处，如图4-6所示。 图4-6 送货程序每当购买某种货物一次，就进行一次这种货物的计数，分别由计数器C1、C2、C3进行计数，具体程序如图4-7所示。 图4-7 货物计数程序购买货物后如有剩余钱币，按下找零按钮I0.0，程序立即会将所投进的总钱数与购买的货物花费的钱数相减，将剩余的钱进行区间比较，最后再将相应的钱数进行I_BCD码的转换，通过传送指令由数码管QB0输出显示. 4.5 程序调试在整个程序的调试过程中，我遇到了一些问题，最初的设计比较简单，只是将投币，购买的过程考虑进去，而没有将购买之后送货的过程加进设计的方案中，后来在老师的提醒之下，我又将送货的过程采用了小车直线运动进行模拟，将四个光电开关模拟成四种货物的送货地点，分别在按下四个送货按钮之后，将货物送到四种地点，使得整个系统更加完善，功能更加强大。在数码显示的过程中也遇到了一些问题，数码显示时数据的传输所用到的中间继电器和后来送货时的中间继电器发生了冲突，使得程序运行过程发生了紊乱，后来在同学的帮助下，我明白了问题的关键，将其解决，使数码显示功能顺利实现。在最后的送货过程中，由于有四个地点，所以要对电机的正反转分别进行控制，最初我是将所有的正转输入都采用了Q2.6进行驱动，所有的反转输入都采用了Q2.5进行驱动，当程序运行时，发现得不到预期的现象，经检查程序没有问题，后来经过考虑和同学的提醒，采用中间继电器进行驱动，现象就出现了，实现了最初预想的送货过程。在找零阶段，最初只是按下找零按钮后直接将数码显示清零，后来经过思考和老师的提醒，将找零部分又逐步进行了完善，将找零的过程在数码管上显示了出来先找大面额的钱币，后找小面额的钱币，其内部进行减法运算，使得整个找零的过程清晰可见。在购买货物的过程中最初忽略了如果货物售完该怎么办，后来经过完善将货物的数量进行了设定，只有当投币金额大于等于所要购买的货物时，且货物数量大于零时才能进行购买，这使得整个过程更加完善。 第五章 总结现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的存储信息及时地送往各个营业点的电脑中，从而确保商品的发送和补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，与以往的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能节约10-15%的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。 通过这次课程设计，我体会到很多，也让我懂得了不少知识，让我知道在学习方面还是有欠缺的，这次的课程设计包括许多方面的知识，主要是可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的工业控制装置。它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有可靠性，灵活通用，易于编程，使用方便等特点，因此在近几年在工业控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。 总结这次的毕业设计，它对我来说是对大学三年的学习成果的总结和考核，通过对本次课题的设计，使自己学会调研和查阅文献资料，达到对所学知识的综合运用。提高了分析问题的能力，解决问题和独立工作的能力，为将来的工作打下良好的基础。我认真的拟写了毕业设计，针对老师提出的问题进行了调整和补充，完成了自动售货机的系统设计。 参考文献1 王国海.可编程序控制器及其应用第二版M . 中国劳动社会保 障出版2007 2 瞿彩萍.PLC应用技术三菱M. 中国劳动社会保障出版社 20063 程周.可编程序控制器原理与应用M. 北京 高等教育出版社 2003年 4 王永华.现代电气控制及PLC 应用技术M. 北京航空航天大学出版社 20005 周美兰,周封,忘岳宇.PLC电气控制与组态设计M.北京 科学出版社 20036 吴建强,姜三勇.可编程控制器原理及应用M.哈尔滨工业大学出版社 2000 7 吴中俊,黄永红.可编程序控制器原理及应用M.北京 机械工业出版社 2003 8 张万忠,刘明芹.电器与PLC控制技术M.北京 化学工业出版社。20039 王兆义.可编程序控制器教程M.北京 机械工业出版社 2001 10 贺哲荣,石帅军.流行PLC实用程序及设计M. 北京 机械工业出版社 200111 殷洪义.可编程控制器选择设计与维护M. 北京:机械工业出版社 2004 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