电气专业论文-基于PLC控制的自动售货机的设计

南通农业职业技术学院 毕 业 论 文 （ 设 计 ）毕 业 论 文 （ 设 计 ） 课 题 名课 题 名 称称 基于 PLC 控制的自动售货机的设计 专 业 及 班专 业 及 班 级级电气自动化 3101 学学号号1062306104 姓姓名名陆娟 指 导 老指 导 老 师师顾诚甦 年月日 基于基于 PLCPLC 控制的自动售货机的设计控制的自动售货机的设计 摘摘要要 随着社会的发展，以前固定的人工售货方式在运用中暴露了许多劣势：服务地点比 较固定；大量消费以及消费模式和销售环境的变化，如超市、百货购物中心等人工费用 不断上升。而自动售货机的出现解决了上面这些难题，节省了能源，充分补充人力资源 的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24 小时无人售货的系统可以更省力，运营时 需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用 上升的问题等各项优点。 目前 PLC 渗透了我们生活的各个角落，几乎每个领域都能看见运用了 PLC 的运用， 像平常的电梯、中央空调、自动化控制等等，今天我根据 PLC 的特性设计了一个自动售 货机。 本文讨论的 PLC 自动售货机在清楚自动售货机运行工作过程的基础上， 制定出设计 方案，确定任务的目标。 关键词PLC 自动售货机 梯形图 TheThe DesignDesign OfOf VendingVending MachineMachine BasedBased OnOn PLCPLC ControlControl AbstractAbstract With the development of society, previously fixed vending method in the use ofexposedmanydisadvantages:servicelocationrelativelyfixed;mass consumption and consumption patterns and the marketing environment changes, and the relative supermarket, department store shopping center new distribution channels, labor costs are rising. And the vending machine to solve the above problem, save the energy, the full complement of the lack of human resources, adapt to the consumption environment and changes in consumption patterns,24 hours self-service system can more easily, operation required less capital, small area, attract people to buy the curiosity of their performance, can be very good to solve the problem of artificial costs advantages. The current PLC permeated every aspect of our lives, almost every area, can see the use of the PLC application, like ordinary elevator, central air conditioning,automaticcontrolandsoon,todayIaccordingtothe characteristics of PLC design a vending machine works. This article discusses the PLC vending machine in clear vending machine operation process based on, develop design options, determine the target, in order to design a reasonable simulation system. KeywordPLCvending machineladder diagram 目目录录 1引言 1 1.1 自动售货机介绍 1 1.2 自动售货机的发展 2 1.3 自动售货机的基本功能 2 2PLC 控制系统设计3 2.1 PLC 控制系统设计编程要求3 2.2PLC 控制系统设计的基本原则 4 3自动售货机 PLC 控制5 3.1 自动售货机 PLC 控制设计任务书 5 3.2 自动售货机 PLC 控制方案设计 6 3.3 自动售货机 PLC 控制电路设计 7 3.4 自动售货机 PLC 控制程序设计 8 全文结论13 致谢14 参考文献15 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 1 页 共 19 页 1 1 1 引言引言 从自动售货机的发展趋势来看， 它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集 型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新 的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上 升；再加上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。 自动售货机从广义来讲是投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从 狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资 源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24 小时无人售货的系统可以更省力，运营 时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费 用上升的问题等各项优点。 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库存信息及时地传送各营业点的电脑中， 从而确保了商 品的发送、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，这种机型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，它能够节约 1015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。 1 1.1.1 1 自动售货机介绍自动售货机介绍 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。 自动 售货机不受任何场地限制,方便快捷,可以每天24h售货,因此深受上班族的欢迎,很多城 市的公共场所里面都放置有自动售货机,出售的商品五花八门,从饮料、零食、香烟、糖 果,到牙刷、方便面、自动照相机。近年来,我国的自动售货机行业突飞猛进:在汽车总 站、商厦、医院、小区、学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹。这种方便快捷的购 物方式越来越受到人们的青睐,同时也是现代化城市配套设施的需求。传统的自动售货 机控制系统采用单片机作为控制核心,这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作,而 且系统的抗干扰性也比较差。可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller） ， 简称PLC。可编程序控制器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 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 2 页 共 19 页 2 的一种新型的工业控制装置,它具有可靠性高、编程简单、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、稳定和执行效率高。PLC是以CPU为核心,综合了计算机技术 和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置,是现代工业控制的三大支柱 ( PLC、 机器人和CAD/CA M )之一。 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。 但是PLC也有它 自己的特点, PLC在确定了工作任务, 装入了专用程序后成为一种专用机, 它采用循环 扫描工作方式,系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。目前， 可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、 轻纺、交通运输、环保等各行各业。 自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐。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,自动售货机根据投入的 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的售货功能。 2 1.21.2 自动售货机的发展自动售货机的发展 自动售货机是现代社会中的一种商务工具，2004 年以后，中国的自动售货机产业将 实现快速增长， 奥运会和世博会为自动售货机市场带来了巨大商机， 2008 年后已进入发 展期。自动售货即将在中国零售业掀起继百货商店、超市之后的第三次零售业革命。 中国自动售货机市场将在 2012 年后进入成熟期，同时随着金融支付手段的增多， IC 卡、 手机移动支付等技术才可以使自动售货机提供便利服务成为可能， 这些自动售卖 平台的创新模式，无疑为国内的自动售货业迅速成长创造了条件。 3 1.31.3 自动售货机的基本功能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： 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 3 页 共 19 页 3 售货机中有 8 中商品，其中 01 号商品（代表第一种商品）价格为 2.60 元，02 商品为 3.50 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。自动售货机的工作流程图如图 1.1 所示。 图 1.1自动售货机工作流程图 4 2 2PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 2.12.1 PLCPLC 控制系统设计编程要求控制系统设计编程要求 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 4 页 共 19 页 4 量。 因此，在设计PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： 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。 5 2.22.2 PLCPLC 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 1、所编的程序要合乎所使用的 PLC 的有关的规定 主要是对指令要准确地理解，正确地使用。各种 PLC 指令多有类似之处，但还有些 差异。对于有 PLC 使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程设计时，一定 要对新型号 PLC 的指令重新理解一遍，否则容易出错。 2、要使所编的程序尽可能简洁 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 5 页 共 19 页 5 简短的程序可以节省内存，简化调试，而且还可节省执行指令的时间，提高对输入 的响应速度。要使所编的程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧指令，还要能 优化结构。要实现某种功能，一般而言，在达到的目的相同时，用功能强的指令比用功 能单一的指令，程序步数可能会少些。 3、要使所编的程序尽可能清晰 这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂程序。要想使程序清 晰，就要注意程序的层次，讲究模块化、标准化。特别是在编制复杂的程序时，更要注 意程序的层次，可积累自己的与吸收别人的经验，整理出一些标准的具有典型功能的程 序，并尽可能使程序单元化，像计算机中的常用的一些子程序一样，移来移去都能用， 这样，设计起来简单，别人也易了解。 4、要使所编的程序合乎 PLC 的性能指标及工作要求 所编程序的指令条数一定少于所选用的PLC内存的容量， 即程序在PLC中能放得下， 所用的输入、输出点数要在所选用 PLC 的 I/O 点数范围之内，PLC 的扫描时间要少于所 选用 PLC 的程序运行监测时间。PLC 的扫描时间不仅包括运行用户程序所需的时间，而 且还包括运行系统程序，（如 I/O 处理、自监测）所需的时间。 5、所编程序能够循环运行 PLC 的工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。它的运行从初始化后的状态 开始，待控制对象完成了工作循环（完整程序执行一次），则又返回初始化状态继续运 行。因为只有这样才能使控制对象在新的工作周期中也得到相同的控制。 6 3 3 自动售货机自动售货机 PLCPLC 控制控制 3.13.1 自动售货机自动售货机 PLCPLC 控制设计任务书控制设计任务书 控制要求如下: (1) 自动售货机可投入五角、一元和五元的钱币。 (2) 所售饮料的价格为：可乐3 元，绿茶3.5 元，奶茶4.5 元。 (3) 当投入的钱币总值超过所购饮料的标价时，所有可购买饮料的指示灯均亮，作 为购买提示（当投入的钱币总值超过 3 元，可乐指示灯亮；当投入的钱币总值超过 3.5 元时，绿茶和可乐指示灯亮；当投入的钱币总值超过 4.5 元时奶茶、绿茶和可乐的指示 灯都会亮） 。 (4) 当可乐指示灯亮时，按选择可乐按钮，则排出可乐，8s 后自动停止。 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 6 页 共 19 页 6 (5) 当绿茶指示灯亮时，按选择绿茶按钮，则排出绿茶，8s 后自动停止。 (6) 当奶茶指示灯亮时，按选择奶茶按钮，则拍出奶茶，8s 后自动停止。 (7) 系统根据顾客投入的钱币，判断钱币是否足够，若足够则根据顾客的要求自动 售货，投币不足则给出提示。 (8) 购买饮料后，系统自动计算剩余钱币，若投入的钱币总值超过所需的钱数，则 找钱指示灯亮自动售货机自动退出多余的钱。动作停止后按退币按钮，可以退回余额， 退回余额如果大于 5 元，则先退 5 元，再比较余额如果大于 1 元，再退 1 元，如果小于 1 元则直接退 0.5 元的。 (9) 当退币或报警时则不能再投入钱币。 7 3.23.2 自动售货机自动售货机 PLCPLC 控制方案设计控制方案设计 5 RMB 显示屏1RMB 0.5 RMB 可乐绿茶奶茶可乐指示灯及按钮 绿茶指示灯及按钮 奶茶指示灯及按钮 电磁阀退币按钮 杯子 出口 图 3.1 饮料自动售货机工作框图 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 7 页 共 19 页 7 图 3.2 自动售货机 PLC 控制流程图 8 3.33.3 自动售货机自动售货机 PLCPLC 控制电路设计控制电路设计 表 3.3 I/0 分配表 输入输出 设备输入设备输出 开始按钮SB0X000可乐指示灯HL2Y010 0.5 元SB1X001绿茶指示灯HL3Y011 1 元SB2X002奶茶指示灯HL4Y012 5 元SB3X003找钱指示灯HL5Y016 可乐按钮SB4X004可乐输出YV1Y013 绿茶按钮SB5X005绿茶输出YV2Y014 奶茶按钮SB6X006奶茶输出YV3Y015 退币按钮SB7X0070.5 元退币口YV4Y020 1 元退币口YV5Y021 5 元退币口YV6Y022 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 8 页 共 19 页 8 图 3.4 I/O 接线图 9 3.43.4 自动售货机自动售货机 PLCPLC 控制控制程序设计控制控制程序设计 图 3.5自动售货机 PLC 控制梯形图 10 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 9 页 共 19 页 9 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 10 页 共 19 页 10 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 11 页 共 19 页 11 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 正文第 12 页 共 19 页 12 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 13 正文第 13 页 共 19 页 全全 文文 结结 论论 通过这次对自动售货机 PLC 控制设计制作，让我了解了 PLC 设计的基本步骤， 也让我了解了关于自动售货机的原理与设计理念。通过这次学习，让我对各种电路 都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手 实际操作才会有深刻理解。 PLC 设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼 实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次 设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在短短的一个月 的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以 巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这 次设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只 有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际 动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这 毕竟第一次做毕业设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现 了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 南通农业职业技术学院学生毕业论文 陆娟：基于 PLC 控制的自动售货机的设计 14 正文第 14 页 共 19 页 致致谢谢 这次毕业设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤 指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识。总体来说, 这次设计我受益匪浅.在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有 趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时, 更让我体会到成功的喜悦和快乐. 这次售货机 PLC 课程设计,虽然短暂但是让我得 到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设