完整版PLC课程设计(自动售货机).doc

自动售货机控制目 录摘要11 绪论21.1 设计任务21.2 设计要求21.3 PLC可编程控制器简介31.3.1 PLC的基本概念31.3.2 PLC的基本结构32 总体设计和系统框图42.1 控制程序流程图设计42.2 控制程序时序图设计42.3 控制程序设计思路53 设计方案63.1 PLC与上位监控软件通讯63.2 上位监控系统组态设计73.2.1 仿真系统组成73.2.2 仿真实验的售货分析73.3 系统变量定义及分配表84 系统仿真和调试94.1 硬件和软件调试94.2 梯形图10总结14致谢15参考文献16摘要本文简要介绍了PLC可编程控制器的基本概念和基本结构，又简要分析了自动售货机的基本功能及工作方式。设计了一个基于PLC的自动售货机控制系统。 本设计使用三菱公司开发的可编程控制器实现对自动售货机的控制，设计了1元、5元和10元三种投币方式。自动售货机内有12元、15元和20元三种商品，当投入币值大于或等于商品价格时，则可以购买该商品。当自动售货机内还有剩余钱额时，则可以实现退币功能。设计实现了货币的自动加、减和比较功能。关键词：自动售货机；PLC；可编程控制器 1 绪论1.1 设计任务设计一台完整的销售汽水和咖啡的自动售货机，具有硬币识别、币值累加，自动售货、自动找钱功能，此售货机可接受的硬币为1元、5元和10元。有三个钱币输入按钮，X0代表1元，X1代表5元，X2代表10元，当投入的硬币总值超过12元时，汽水指示灯Y3亮。当投入的硬币超过15元时，汽水指示灯Y3和花茶指示灯Y4亮。当投币超过20元时，汽水和花茶及咖啡指示灯Y5都亮。如果要汽水则按汽水按钮X3，这时汽水输出指示灯Y3亮，输出汽水，然后汽水指示灯闪烁，5 s后停止。如果要花茶则按花茶按钮X4，这时花茶输出指示Y4亮，输出花茶，然后花茶指示灯闪烁，5s后停止。如果要咖啡，则按咖啡按钮X5，这时咖啡输出指示灯Y5亮，输出咖啡，然后咖啡指示灯闪烁，5s 后也自动停止。当要完汽水、花茶或咖啡时，如有多余的钱，则找钱指示灯Y10亮，如果多余钱超过10元则找钱口Y7自动退出余额，2s 后停止，如果少于十元则找钱口Y8自动退出余额。X6为手动复位按钮。1.2 设计要求随着科技的发展和社会的进步, 自动化商业机械有了越来越广泛的应用, 自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所。人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡甚至鲜花和小宠物等物品。自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展, 又由原来只能出售有限商品品种, 转变为继百货公司、超级市场、便民店之后,以消费者与售货机“一对一”自动售货的无店铺销售业态。自动售货, 给人们的生活带来了极大的方便。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。售货机的最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:售货机应该能够显示已投入的币值，以及再投入货币累计显示;同时提示可以购买的商品(或商品的编号)。当按下选择商品的按钮时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去该商品的价格，同时起动相应的电机，提取该商品到出货口，此时售货机继续等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买，则按下退币按钮，售货机进行退币操作，退回相应的货币,并在程序中清零，完成此次交易。1.3 PLC可编程控制器简介1.3.1 PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。 1.3.2 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示： a. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。b、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 2 总体设计和系统框图2.1 控制程序流程图设计启动1元DM0+15元DM0+510元DM0+10DM20咖啡灯亮DM15花茶灯亮DM12汽水灯亮咖啡输出DM-20花茶输出DM-15汽水输出DM-10退币按钮DM1010元出口DM101元出口图2-1 控制程序流程图2.2 控制程序时序图设计以下时序图是按照设计思路再对应于梯形图来进行画图的。如图2.2 X6 Y3 Y4 Y5 X3 Y0 X4 Y1 X5 Y2 Y10 X7 Y6 Y7图2.2 时序图2.3 控制程序设计思路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，靠触摸控制按钮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。用自动控制系统替代现有的人工销售方式，节省人力，减少销售开支，扩大销售覆盖面。当投入的硬币总值超过12元时，汽水指示灯亮。当投入的硬币总值超过15元时，汽水和花茶的指示灯都亮。当投入的硬币总值超过20元时，汽水、花茶和咖啡的指示灯都亮。当汽水指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水从售货口自动售出，汽水指示灯闪烁（闪烁频率为1s ON，1s OFF），3秒后自动停止。当花茶指示灯亮时，按咖啡按钮，则花茶从售货口自动售出，花茶指示灯闪烁（闪烁频率1sON,1sOFF）,3秒后自动停止。当咖啡指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡从售货口自动售出，咖啡指示灯闪烁（闪烁频率为1sON,1sOFF）,3秒后自动停止。当按下汽水按钮、花茶按钮或咖啡按钮后，如果投入的硬币总值超过所需的钱数时，找钱指示灯亮，自动售货机自动退出多余的钱，3s后自动停止。动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元，如果小于10元则直接退1元的。初始状态投币状态购买状态退币状态投入硬币按下选择按钮是否剩余Y按下退币按钮N图2.3自动售货机工作流程图3 设计方案3.1 PLC与上位监控软件通讯本次课程设计涉及到欧姆龙PLC与力控组态软件的通讯。目前欧姆龙的小型PLC组要是CPM1A和CPM2A系列；PLC与组态软件通过串口RS232通信，那么就要了解PLC的通信协议是什么方式的。第一步：通过PLC的编程软件来了解通信协议，在欧姆龙PLC的“PLC设定”对话框中“外围端口”标签中设置“通信协议”为“标准”，模式是“Host Link”，单元号为“0”，在网络设置对话框的“驱动器”标签中，设置“端口名称”为“COM3”，“波特率”为“9600”，“数据位”为“7”，“校验”为“偶校验”，“停止位”为“2”，在“设备类型设置”的“通用”标签中，设置“CPU类型”为“CPU40”在“变更PLC”对话框中，“设备类型”为“CPM1（CPM1A）”，“网络类型”为“SYSMAC WAY”。第二步：与力控的通讯：在上位机力控组态软件的“设备配置第一步”的对话框中，设置“设备地址”为“0”，“通讯方式”为“串口（RS232/422/485）”，在“设备配置第二步”的对话框中，设置“串口”为“COM8”,点击“设置”按钮设置通信参数“波特率”为“9600”，“数据位”为“7”，“校验”为“偶校验”，“停止位”为“2”。3.2 上位监控系统组态设计3.2.1 仿真系统组成本仿真系统由上位机和下位机组成。上、下位机通过串行口进行通信交换数据。上位机内装北京组态软件FORCECONTROL2.6和CX-P编程软件。组态软件FORCECONTROL用以制作仿真画面、编写仿真程序并与下位机进行通信，是专用的自动化软件，集数据采集监控功能于一体。CX_P是可编程控制器与PC机联机的编程支持工具，用户利用它可以实现程序输入、程序注释、程序修改、程序编译、状态监控和测试以及设计系统寄存器和PLC 各种参数等。CX_P是WINDOWS操作系统下使用的软件，有多种编程方式，其中主要是梯形图和助记符编程。需要注意的一点是在进行程序的上传下传时一定要把PLC的COM口连接方式设置成“计算机链接”否则PLC将自锁，不再与外界通信，只有使用手持编程器才能再次开启。3.2.2 仿真实验的售货分析由于售货机的全部功能是在上位机上模拟的，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟代替的。如钱币识别系统，可以用按某个“仿真对象”输出一个脉冲直接给PLC发布命令，而传动系统也是由计算机直接模拟的，这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟实际自动售货机的运行。(1)实验状态假设a、由于是在计算机上模拟运行的，实验中有些区别于实际情况的假设：b、自动售货机只售出三种商品；c、自动售货机可以识别10元、5元、1元；d、自动售货机可以退币10元、5元、1元；e、自动售货机有液晶显示功能；f、试验中售货机忽略了各种故障以及缺货等因素；(2)一次交易过程分析为了方便分析，我们以一次交易过程为例a、初始状态：有电子标签显示各商品价格，显示屏显示界面，此时不能购买任何商品；b、投币状态：按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值，显示屏显示投入、消费、余额数值，当所投币值超过某商品价格时，相应商品选择按钮发生变化，提示可以购买。c、购买状态：按下可以购买的选择按钮，所选的 出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。取走商品则出货框消失。d、退币状态：按下退币按钮显示退币框，同时显示相应的退币值和数量，按下确认按钮则恢复初始状态。到此为止，自动售货机的一个完整工作结束。这也是本仿真系统的设计思想。3.3 系统变量定义及分配表以下对外部电路各按钮进行说明，如表3-1所示。硬件连结图的连结如图3.2所示。表3-1 输入输出分配表输入输出设备输入点设备输出点复位按钮SB1X6汽水指示灯LEDY31元SB2X0花茶指示灯LEDY45元SB3X1咖啡指示灯LEDY510元SB4X2汽水输出LEDY0汽水按钮SB5X3花茶输出LEDY1花茶按钮SB6X4咖啡输出LEDY2咖啡按钮SB7X5找钱指示灯LEDY10退币按钮SB8X7十元出钱口LEDY6一元出钱口LEDY7硬件连接如图3.1图3.1 硬件连接图4 系统仿真和调试4.1 硬件和软件调试硬件调试：(1)断电时检查电源是否接好，地线是否接好，各输入/输出点是否接好接牢。(2)接通PLC电源，确认“PWR”指示灯点亮，传入程序，检查“RUN”指示灯点亮。软件调试：(1)在梯形图编辑器中配合使用编译器查找、修改程序中的语法错误；(2)将编辑好的程序传入PLC运行，使用编辑器联机调试操作，检查各点工作状态，并配合观察PLC各点输入/输出指示LED或输入/输出设备工作是否符合程序功能要求。配合着上位机软件动画效果来观察硬件的连接。4.2 梯形图总结通过这次PLC课程设计，让我收获很多。初次拿到题目，心中还是有一些小彷徨的，因为没有接触过类似的课题设计，心中难免没有底。但是很快我就发现我的忧虑都是多余的，因为我相信我们指导老师，我相信我们同组的同学，我相信在我们团结一致，万众一心之下，没有克服不了的困难。在这次的课程设计中，让我明白了即使是学过的知识，也是要反复巩固与复习的。孔子曾说过，温故而知新，可以为师矣。在不断的使用老师所教导过的知识时，也使得曾经没有很明白，很清晰的问题变得清晰与明白。复习果然有很大益处。在设计中，也需要查阅大量资料。这样我意识到，渊博的学识是多么重要。我们就应该大量阅读书籍，丰富自己的涵养。此次设计过程中，也让我对“团队协作，团队精神”有了更进一步的了解。在设计过程中，全组人员互相帮助，相互协作，使得整体都有很大提高。组长发挥组长作用，在设计过程中任劳任怨，帮助他人，是我们学习的榜样，是我们的楷模。我们应该向他学习。这次的设计，让我意识到，理论结合实际是多么重要，同样的，也让我意识到理论联系实际是多么困难。这要考虑当地实际情况，要考虑很多因素，这就是对设计人员的素质，设计人员的细心程度有很高要求。我们应当从小事做起，认真做好每一件事，养成认真仔细的良好习惯。 路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。就让屈原的这种精神伴随着我们一路前行，去探索那未知的世界。谢谢！致谢首先，感谢我们的指导老师，感谢她的辛勤教导。她孜孜不倦的教诲和严格的责任心，永远印刻在我的脑海里。感谢我们组的组长组员，是大家的共同努力，才能有现在的成果。感谢大家的热情帮助。感谢校图书馆的工作人员，帮助我们查找相关书籍。在此向指导和帮助过我的老师们致以最诚挚的感谢。感谢学校的这次课程设计安排，使得我们能有机会提高发展自我。感谢这次设计所涉及的