自动售货机的控制设计

电气控制与可编程控制技术课程设计题目自动售货机的控制设计系（部）院物理与机电工程学院专业电气工程及其自动化作者姓名指导教师职称副教授完成日期2011年12月29日课程设计任务书2011年秋季学期学生姓名学号专业方向电力系统班级题目名称自动售货机的控制设计一、设计要求1自动售货机有3个投孔币，分别为1元、5元和10元。2售货共有3种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。3如投币总额超过销售价格，将可由退币按钮找回余额。4投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水5投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水6投币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。7按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3S后自动停止，表示饮料已掉出。8动作停止后按退币扭，可退回余额，退回余额如果大于10元，则先退10元再退5元或者1元，如果小于5元则直接退1元的。二、设计任务学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自动售货机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。3、设计说明书的编写要求1设计出硬件系统的接线图、梯形图等2系统有启动、停止功能3运用功能指令进行PLC控制程序设计；4进行系统仿真调试，实现自动售货机的控制要求。四、设计进度及安排第一周星期一、二讲解设计课题内容、布置任务及要求星期三、四PLC输入输出接线图，初步设计星期五梯形图，控制面板图初步设计第二周星期一、二PLC输入输出接线图，梯形图，控制面板的修改星期三、四绘图，系统仿真调试，写说明书及操作使用说明星期五完善上述设计内容，装订设计说明书，答辩指导教师签字目录一、引言1二、设计目的1三、设计任务及要求131设计要求132设计任务2四、系统的硬件电路设计241计币系统242比较系统243选择系统244饮料供应系统245退币系统3五、PLC的选型351PLC的选型原则352PLC选型4六、硬件外部接线图4七、系统的程序设计471I/O分配表572程序设计的流程图根据673程序设计梯形图6八、系统仿真与调试10九、设计总结12十、参考文献12一、引言自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来。它的出现是劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。消费模式和销售环境的变化，要求新的流通渠道，相对于超市、百货购物中心等流通渠道而言，场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。自动售货机的售货领域非常广泛，是发达国家商品零售的一种主要方式。近几年，自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。采用可编程控制器实现自动售货机的系统设计，不仅编程方便，而且增强了系统的抗干扰能力。二、设计目的通过对自动售货机PCPLC控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。三、设计任务及要求31设计要求1自动售货机有3个投孔币，分别为1元、5元和10元。2售货共有3种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。3如投币总额超过销售价格，将可由退币按钮找回余额。4投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水5投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶6投币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。7按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3S后自动停止，表示饮料已掉出。8动作停止后按退币扭，可退回余额，退回余额如果大于10元，则先退10元再退5元或者1元，如果小于5元则直接退1元的。32设计任务学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自动售货机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统仿真调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括1设计出硬件系统的接线图、梯形图等；2系统有启动、停止功能；3运用功能指令进行PLC控制程序设计；4进行系统调试，实现自动售货机的控制要求。四、系统的硬件电路设计售货机的自动控制系统主要包括计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统和退币系统。41计币系统当有顾客买饮料时，投入的钱币经过感应器，感应器记录1元、5元或10元钱的个数，通过个数与币值相加，把最终叠加的钱币数据存放在MW12中。42比较系统投入钱币完毕后,系统会把MW12内的钱币数据和可以购买饮料的价格进行区间比较,如果投入的钱币不足则没有指示灯亮，要求继续投入钱币，或者退币。当投入的钱币总值超过12元时，汽水指示灯亮。当投入的钱币总值超过15元时，汽水和花茶指示灯都亮，当投入的钱币总值超过20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯都亮，此时可以选择饮料或选择退币。43选择系统比较电路完成后选择电路指示灯亮，当按下汽水、花茶或者咖啡选择按钮，相应的指示灯转为1秒为周期的闪烁。当相应的饮料取出后，闪烁同时停止。44饮料供应系统当按下饮料选择按钮时，相应的电机启动。在饮料输出的同时，减去相应的购买钱币数。当饮料输出达到5秒时,电机停机。45退币系统当顾客购完饮料后，多余的钱币只要按下退币按钮。系统就会把数据寄存器MW12中的钱币退回。五、PLC的选型51PLC的选型原则1最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如应该保证PLC控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。3力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。52PLC选型S7200PLC它有四种不同的型号，由于设计要求有9个输入点和10个输出点，因而选择S7CPU226最为合适。CPU224主机数字量I/O点为14输入/10输出共24个；扩展能力强，可连续7个扩展模块，最大扩展至168个数字量I/O点或35路模拟量I/O点；13KB程序和数据存取空间；6个独立的30KHZ高数计数器，2路独立的20KHZ高数缓冲输出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整体拆卸，是具有将强控制能力的控制器。6、L硬件外部接线图根据设计任务要求PLC主机的硬件接线图如图1所示。NLI00I01I02I03I04I05I06I07COMQ00Q01Q02Q04Q03Q05COMST1ST2ST3SB2SB3SB4SB5SB11元投币光电开关5元投币光电开关10元投币光电开关汽水按钮花茶按钮咖啡按钮找钱按钮汽水指示灯花茶指示灯咖啡指示灯汽水出货电磁阀花茶出货电磁阀咖啡出货电磁阀S7200CPU224Q06Q07Q10Q11可退币指示灯退十元钱电磁阀退五元钱电磁阀退一元钱电磁阀启动按钮HL1HL2HL3HL4YB1YB2YB3YB4YB5YB6ST4托盘开关图1自动售货机控制系统的PLC硬件线图7、系统的程序设计71I/O分配表此次设计的PLC控制的自动售货机控制系统的I/O分配表如下表表1I/O分配表名称地址说明输入信号启动按钮I00开始1元光电开关I01检测投入的1元硬币的数量5元光电开关I02检测投入的5元硬币的数量10元光电开关I03检测投入的10元硬币的数量汽水按钮I04选择购买汽水花茶按钮I05选择购买花茶咖啡按钮I06选择购买咖啡退钱按钮I07选择退钱托盘开关I10检测选择的饮料是否取出输出信号汽水指示灯L1Q00指示所投入的币值购买汽水花茶指示灯L2Q01指示所投入的币值购买花茶咖啡指示灯L3Q02指示所投入的币值购买咖啡汽水出口Q03控制商品执行机构执行送出汽水的动作花茶出口Q04控制商品执行机构执行送出花茶的动作咖啡出口Q05控制商品执行机构执行送出咖啡的动作可退币指示灯Q06指示售货机机内有钱可退10元硬币退币机构Q07可退出时元的纸币5元硬币退币机构Q10可推出五元的纸币1元硬币退币机构Q11可推出一元的硬币72程序设计的流程图根据根据对饮料自动售货机工作过程的描述，可以设计出饮料自动售货机控制系统PLC程序的程序流程图，如图2所示。开始投币计数比较钱币选择饮料钱不足咖啡减20花茶减15汽水减12是否找零找钱结束图2程序流程图73程序设计梯形图梯形图语言是在传统电气控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电气控制线路图相似，继承了传统电气控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入、输出形式，具有形象、直观、使用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。设计梯形图指令语句表见附录1。8、系统仿真与调试采用S7_200仿真对设计系统进行仿真及调试,采集的图如下图所示输入一元的纸币后可退币指示灯亮。当输入的钱的总额大于20元时三种饮料的指示灯都亮。当总额大于20元时，按下咖啡饮料键后则咖啡执行机构动作。当余额大于10元时则先退10元的纸币9、设计总结通过本次论文设计，使我对PLC控制的知识有了更深层次的认识，同时通过多次上机操作，我对计算机的应用能力也有很大的提高，而在论文设计中通过查阅文献，搜集资料，综合分析等方面的训练，使我综合应用各方面知识，分析解决实际问题的能力也得到了很大的提高。在具体的设计过程中，通过老师和同学的帮助和自己的不断摸索，掌握了不少的工程技术方法，同时也培养了自己的工程设计思想，为以后的实际工作打下了一定的基础。10、参考文献1张晓锋，张静电气控制与可编程控制技术及应用北京国防工业出版社，20102宋伯生PLC编程控制指南北京机械工业出版社，20073史国生电气控制与可编程控制技术北京化学工业出版社，20044张万忠可编程控制器入门与应用实例（西门子S7200系列北京清华大学出版社，20075王