课程设计（论文）-基于PLC的自动售货机.doc

自动售货机摘 要自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器。本文主要采用PLC实现对自动售货机的下位机控制，并通过组态软件对上位机进行实时监控。文中设计的是西门子S7-200系列PLC构成的自动售货机，阐述了自动售货机的发展，对自动售货机的设计方案进行了论证，介绍了PLC的基本组成、特点及工作原理，包括组态界面的制作方案，功能语言的实现，实现自动售货的过程。关键词：自动售货；PLC；实时监控目 录1、绪论12、系统工作原理13、自动售货机的硬件配置23.1 PLC简介23.2 CPU处理模块23.3 自动售货机的I/O分配33.4自动售货机的外部接线54、自动售货机软件设计64.1编程软件介绍64.2自动售货机程序设计及分析74.2.1 投币的设计74.2.2显示投币的设计85、自动售货机控界面的设计95.1 组态软件的概述95.2 定义数据词典95.3 用户界面的制作106、程序调试127、实验体会13参考文献13附录14201、绪论自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。是一种全新的商业零售形式，又被称为24小时营业的微型超市。能分为三种：饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机。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。它又被称为24小时营业的微型超市。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。2、系统工作原理1投币，并显示钱数（5角、1元、2元、5元），投币数可累加显示。2售货机共有4种货物，当投入的货币大于其售价时，表示可以购买。3当可以购买时，按相应的货物按钮，进行送货。4购买以后，显示当前的余额，并根据剩余金额继续提示可购买饮料，也可按退币按扭退出多余的钱，找零后，数码显示自动清零。5系统退币箱中只有5角、1元硬币，退币时系统根据剩余金额首先退出1元硬币， 然后是5角硬币。3、自动售货机的硬件配置3.1 PLC简介 PLC是Programmable Logic Controller的缩写，是可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有以下特点：(1) 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回 路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。(2) 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。(3) 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。3.2 CPU处理模块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1。图1 PLC硬件结构图CPU224模块输入、输出单元的接线图如图2所示。图2 CPU224模块输入、输出单元的接线图3.3 自动售货机的I/O分配本系统需要9个输入点和14个输出点。根据PLC的特点和系统设计的需要，其I/O分配如表1所示。表1 元件地址I/O分配 PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明I0.0I0.0投币5角I0.1I0.1投币1元I0.2I0.2投币2元I0.3I0.3投币5元I0.4I0.4选择1元商品I0.5I0.5选择2元商品I0.6I0.6选择3元商品I0.7I0.7选择4元商品I1.0I1.0退币Q0.0Q0.0（1）可购买1元商品Q0.1Q0.1（1）可购买2元商品Q0.2Q0.2（1）可购买3元商品Q0.3Q0.3（1）可购买4元商品Q0.6Q0.4（1）1元退币提示Q0.7Q0.5（1）5角退币提示Q2.0Q0.0（2）元显示1Q2.1Q0.1（2）元显示2Q2.2Q0.2（2）元显示4Q2.3Q0.3（2） 元显示8Q2.4Q0.4（2）角显示1Q2.5Q0.5（2）角显示2Q2.6Q0.6（2）角显示4Q2.7Q0.7（2）角显示83.4自动售货机的外部接线PLC输入点与系统相连接，5角、1元、2元、5元分别与PLC输入点I0.0I0.3相连，1元4元商品选择分别与PLC输入点I0.4I0.7相连，退币与PLC输入点I1.0相连。PLC输出点与第一块板的Q0.0Q0.3相连，分别表示四种商品是否可以购买，Q0.6和Q0.7表示1元退币和5角退币，元显示和角显示非别与第二块板的Q0.0Q0.3和Q0.4Q0.7相连，用8421来显示投入钱数和剩余钱数。图3 PLC外部接线图4、自动售货机软件设计4.1编程软件介绍STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，是一种叠装式结构的小型PLC。它是基于Windows的应用软件，指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑，便于扩展、性能价格比高，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。4.2自动售货机程序设计及分析4.2.1 投币的设计 系统有I0.0、I0.1、I0.2、I0.4实现5角、1元、2元、5元的投币，其梯形图如下：程序分析： 运行系统之后，即可进行投币，I0.0投币5角，I0.1投币1元，I0.2投币2元，I0.3投币5元，可进行累计投币，当累计金额大于等于商品数额的时候，商品上方灯亮，表示可购买此商品，当购买商品以后，系统会自动减去相应的数额，剩余钱数可以继续购买也可以退币购买结束。4.2.2显示投币的设计本设计用8421来显示投入钱数，显示元显示，后是角显示，其梯形图如下：程序分析： 系统先是对投入钱数做除法，之后将商和余数分开，这样既可分别显示元和角，连入输出点，用8421码来显示钱数，这样可以解决输出点不够的问题，如果不投入5角，将都是元显示，若投入5角之后，后四个灯的第一个和第三个灯亮，即表示有5角。 5、自动售货机控界面的设计5.1 组态软件的概述组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。5.2 定义数据词典在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。本系统实时数据的定义如表2所示。表2 数据词典的定义数据对象类型PLC地址解释说明投币五角I/O离散型M10.0投币五角投币一元I/O离散型M10.1投币一元投币两元I/O离散型M10.2投币两元投币五元I/O离散型M10.3投币五元选择1I/O离散型M10.4选择一元商品选择2I/O离散型M10.5选择两元商品选择3I/O离散型M10.6选择三元商品选择4I/O离散型M10.7选择四元商品找零I/O离散型M20.0退币第一种显示I/O离散型Q0.0（1）可购买一元商品第二中显示I/O离散型Q0.1（1）可购买两元商品第三中显示I/O离散型Q0.2（1）可购买三元商品第四种显示I/O离散型Q0.3（1）可购买四元商品元1I/O离散型Q0.0（2）元显示1元2I/O离散型Q0.1（2）元显示2元4I/O离散型Q0.2（2）元显示4元8I/O离散型Q0.3（2）元显示8角1I/O离散型Q0.4（2）角显示1角2I/O离散型Q0.5（2）角显示2角4I/O离散型Q0.6（2）角显示4角8I/O离散型Q0.7（2）角显示85.3 用户界面的制作 自动售货机的欢迎界面如4所示，监控系统界面如5所示。图4 自动售货机的欢迎界面图5 自动售货机监控系统界面6、程序调试课设刚开始准备用两个数码管来显示投入钱数，但是经过变成连线之后，发现PLC的输出点不够，后来只能用8421来显示钱数，这样又要更改显示程序。当连线之后，发现不能投入5角，后来经过同学帮助，发现已经默认退出5角，经过调试更改之后，PLC程序可以进行此项目。当连入组态进行监控的时候，发现只能PLC控制组态，而组态不能控制PLC，后来通过老师的帮助，发现PLC程序需要进行完善，才可以与组态进行监控，经过对PLC程序的更改之后，可以成功的与组态进行监控，并且取得了要求的效果。7、实验体会 经过五周的学习、研究以及经过李老师的指导.终于按时完成了自动售货机设计.设计主要研究的是自动售货机中有关于PLC的部分并完成组态控制，自动售货机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。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。所以说自动售货机是今后小商品和饮料销售方式的