自动售货机设计说明书

唐山工业职业技术学院毕业设计说明书题目 基于 PLC 的自动售货机控制系统的设计 系别 自动化工程系 班级 机电班 姓名 学号 指 导 教 师 2015 年 03 月 02 日基于 PLC 的自动售货机控制系统设计 王雪健 2目 录摘要 .3关键字 .3一、概述 .41.1自动售货机设计目的和意义.41.2 PLC 在自动售货控制系统中的应用.41.3自动售货机实现的基本功能.5二、功能需求分析 .62.1课题研究背景 .62.2自动售货机的应用与现状 .72.3自动售货机的PLC控制设计原理 .7三、具体设计 .83.1 PLC各I/O地址分配.83.2 PLC的选择.93.3自动售货机设计的基本内容.103.4 流程设计.103.5 PLC的外部接线图.123.6 自动售货机设计的梯形图.123.7 MCGS组态程序设计说明.203.8 调试结果、调试中出现的问题及解决方法.20总结.21参考文献.22基于 PLC 的自动售货机控制系统设计 王雪健 3标题：基于 PLC 的自动售货机控制系统设计摘 要本论文设计的是基于西门子 S7-200 系列 PLC 构成的自动售货机监控系统，本文阐述了自动售货机的来源与发展，以及它在国内外发展的现状，对自动售货机的方案进行了论证，介绍了 PLC 的基本组成、特点以及工作原理，对基于西门子 S7-200 系列 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。文中详尽地介绍了自动售货机的组成部分，并完成了 PLC 外部接线图，在 PLC 梯形图的编写时，文中采用的是西门子 PLC 梯形图专用编译软件STEP7 来进行编写。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。具体的说明了可编程控制器在自动售货机中的作用。关键字：自动售货机 程序 PLC基于 PLC 的自动售货机控制系统设计 王雪健 4一、概述1.1 自动售货机设计目的和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。PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了他们的发展。本次设计就在于结合PLC的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足，利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证了自动售货机能够长期稳定的运行。1.2 PLC 在自动售货控制系统中的应用本次设计的题目是自动售货机，主要是应用西门子S7-200型PLC的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识1.2.1 PLC 的硬件组成PLC的硬件主要由中央处理器（CPU） 、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中，CPU是PLC的核心；输入单元/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备，其硬件构成图如图基于 PLC 的自动售货机控制系统设计 王雪健 5图 1-1 硬件构成图1.2.2 PLC 的优点（1）抗干扰能力强，可靠性好,I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。（2）控制系统结构简单，通用性强，PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。（3）编程方便，易于使用PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。（4）功能完善，在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。（5）设计、施工、调试的周期短，PLC采用模块化积木式结构，故仅需按性能、容量等选用组装，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。（6）体积小，维护操作方便，PLC体积小，质量轻，便于安装。（7）易于实现网络化PLC可连成功能很强的网络系统。（8）可实现三电一体化，PLC将电控（逻辑控制） 、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体。1.3自动售货机功能分析在进行上、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。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。自动售货机的工作流程图如图1.1所示。基于 PLC 的自动售货机控制系统设计 王雪健 6初始状态投币状态购买状态退币状态按下退币按钮投入硬币按下选择按钮是否有剩余NY图1-2自动售货机工作流程二、功能需求分析2.1 课题研究背景自动售货机是可完成无人自动售货,集光、机、电一体化的商业自动化设备。随着当前城市规模的增大，很多公共场合都放置有自动售货机，极大的满足了人们的即时性需求，为人们进行简单物品的采购提供了一种便利。自动售货机行业长期以来在美国、日本等国家得到迅猛发展，目前已在45个国家得到广泛普及。据业内人士估计，中国的自动售货机拥有量仅有2万台，相对于13亿的人口大国和零售业态发展的趋势而言，中国自动售货机行业的发展空间将更加广阔。传统的自动售货机多采用单片机控制方案，系统硬件设计复杂，抗干扰能力相对较差，很难保证系统的可靠性和稳定性，维护维修困难。可编程序控制器( PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它具有可靠性高、程序简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛地应用，因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率基于 PLC 的自动售货机控制系统设计 王雪健 7高。本文就详细地介绍一种用西门子PLC-200 实现的自动售货机控制系统的硬件设计和软件设计，并编写了系统程序总框图和一个具体的梯形图，经实践验证该控制系统是可行的。2.2自动售货机的应用与研究现状随着中国经济的发展、行业运作的变革和入世的到来，自动售货机在中国的普及和应用是必然趋势。纵观近年来国内自动售货机市场，从92年开始从日、韩等国引进旧机器摆放国内市场以来，到自行研制和生产国产化自动售货机，各厂家、商家蹒跚起步、艰难守业，已为国内零售业撑起一片蔚蓝的晴空。据来自国内自动售货机市场行情分析报告表明：目前国内自动售货机市场走势已逐渐明晰，自动售货机逐步从沿海经济发达地区和各大中城市向内陆和次发达地区延伸，逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所向高中档社区普及，大有星火燎原之势。自动售货机的普及在某种程度上能反映一个国家的科技发展水平，是一个国家文明程度的象征。实践和直觉告诉我们，自助服务在中国的横空出世，必将为国内的电信、公用事业、食品、香烟、饮料等诸多行业发展带来新的契机，中国的现代文明又将自助服务设备的应用和普及开启一个新的里程碑！2.3自动售货机的PLC控制设计原理自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按 扭输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出用户将货币投入投币口，货币识别器对所投货币进行识别； 控制器根据金额将商品可售卖信息通过选货按键指示灯提供给用户，由用户自主选择欲购买的商品； 按下用户选择商品所对应的按键，控制器接收到按键所传递过来的信息，驱动相应部件，售出用户选择的商品到达取物口； 如果还有足够的余额，则可继续购买。在15秒之内，自动售货机将自动找出零币或用户旋转退币旋钮，退出零币。 从退币口取出零币完成此次交易。基于 PLC 的自动售货机控制系统设计 王雪健 8图 2-1 自动售货机系统流程图三、具体设计本次设计的自动售货机主要销售食品、饮料、日用三大类，而食品有五角和一元，饮料有一元和二元，日用有二元和三元。3.1 PLC各I/O地址分配输入/输出单元通常也称I/O单元，是PLC与工业生产之间的连接部件。 PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC 对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给本控制对象，已实现控制目的。本次设计的主要I/O分配： 序号 定义点 符号 功能1 I0.0 SB1 找零按钮2 I0.1 SB2 食品五角按钮3 I0.2 SB3 食品一元按钮4 I0.3 SB4 饮料一元按钮5 I0.4 SB5 饮料二元按钮6 I0.5 SB6 日用二元按钮7 I0.6 SB7 日用三元按钮8 I2.0 SB8 投五角硬币9 I2.1 SB9 投一元硬币10 I2.5 SB10 找零五角11 I2.6 SB11 找零一元基于 PLC 的自动售货机控制系统设计 王雪健 912 I3.1 SB12 食品五角行程开关13 I3.2 SB13 食品一元行程开关14 I3.3 SB14 饮料一元行程开关15 I3.4 SB15 饮料二元行程开关16 I3.5 SB16 日用二元行程开关17 I3.6 SB17 日用三元行程开关18 Q3.1 食品五角红灯(物品售完)19 Q3.2 食品一元红灯(物品售完)20 Q3.3 饮料一元红灯(物品售完)21 Q3.4 饮料二元红灯(物品售完)22 Q3.5 日用二元红灯(物品售完)23 Q3.6 日用三元红灯(物品售完)24 Q0.0 找零25 Q0.1 出食品五角26 Q0.2 出食品一元27 Q0.3 出饮料一元28 Q0.4 出饮料二元29 Q0.5 出日用二元30 Q0.6 出日用三元31 Q2.1 食品五角绿灯（可以购买）32 Q2.2 食品一元绿灯（可以购买）33 Q2.3 饮料一元绿灯（可以购买）34 Q2.4 饮料二元绿灯（可以购买）35 Q2.5 日用二元绿灯（可以购买）36 Q2.6 日用三元绿灯（可以购买）表 3-1 分配图3.2 PLC的选择目前，自动售货机的核心是单片机，可是一但输出电压不稳定，单片机就容易发热造成爆裂，可靠性低等缺点，而PLC不但可以实现类似的控制功能，还具有性能可靠，电压使用范围广，灵活通用，易于编程，使用方便等特点，并且提高了自动售货机系统的稳定性，能够保证自动售货机能够长期稳定运行；基于 PLC 的自动售货机控制系统设计 王雪健 10因此近年来工业自动控制，机电一体化，改造传统产业等方面得到普遍应用。再根据I/O口的数量。此次，我选择的PLC是西门子公司的PLC，S7-200，CPU-224CN。3.3 自动售货机设计的主要内容1.此自动售货机可以投入五角、一元的硬币；2.如果顾客投入硬币在限定的时间内（2分钟）不按任何按键，自动售货机将退还所投硬币；3.当投入硬币的总值等于或超过物品价值时，对应的物品指示灯亮绿灯；4.当物品对应的指示灯亮绿灯时，按下相应的按键，相应的物品排出，同时指示灯绿灯闪烁；5.如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时，自动售货机会自动将余款退还顾客；6.当顾客成功购买完一件物品后20秒无操作，自动售货机会自动将余款退还顾客；7.如果顾客投入硬币后又不想买物品，