基于PLC的自动售货机的设计.doc

基于 plc 的自动售货机的设计 i 基于 plc 的自动售货机的设计 摘 要 随着科技的发展 plc 在工程中的应用大家都有目共睹 plc 在各个领域都已占有 一席之地 并且将有更好的发展 我国人口数量庞大 自动售货机在人们的生活中扮 演越来越重要的角色 从长远来看其具有广阔的发展空间 本论文设计的是基于西门 子 s7 200 系列 plc 构成的自动售货机系统 而且阐述了自动售货机的来源与发展以及 其在国内外发展的现状 然后介绍了 plc 的基本组成 自动售货机的结构以及自动售 货机工作的基本原理以及工作流程 明白自动售货机的贩卖过程 以便为硬件的选择 做准备 通过对自动售货机的功能分析做出硬件框图 再根据 i o 分配表选择 plc 的 型号 把交易过程分为几个模块 然后分别对模块进行编程 更加清晰的说明了可编 程序控制器 plc 在自动售货机中的作用 利用 plc 控制的自动售货机提高了系统的稳 定性 保证自动售货机能够长期稳定运行 此次控制系统设计就是充分利用了 plc mcgse 组态软件实现了对自动售货机的控制 达到了设计的目的 进行了对自动 售货机的独立仿真 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 并且系统具有启动 停止功能 运用功能指令进行 plc 控制程序设计 还进行了系统 调试 仿真 实现自动售货机的控制要求 关键词 自动售货机 可编程序控制器 plc 梯形图 基于 plc 的自动售货机的设计 ii the design of the automatic vending machine based on plc abstract this article introduced vending machine s basic principle as well as the work flow in today factories programmable logic controllers have become the key building blocks of industrial automation some basic knowledge of programmable logic controller is introduced in this paper for example this process divides into several blocks the transaction process and then carries on the programming separately to the block explained the programmable logic controller s in vending machine function specifically the procedure involved the vending machine work major part process enhanced system s stability using the plc control s vending machine it can guarantee the vending machine able to keep the long term stability movement key words vending machine programmable logical controller ladder diagram 基于 plc 的自动售货机的设计 iii 目 录 摘要 i abstract 目录 第 1 章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 研发背景及意义 1 1 3 国内外研究现状 2 1 4 自动售货机基本功能 3 第 2 章 plc 的概述 4 2 1 plc 的简介 4 2 2 plc 的组成 5 第 3 章 plc 控制系统设计的原则和步骤 6 3 1 控制系统设计的基本内容 6 3 2 系统硬件结构图框 6 3 3 plc 选型原则 7 第 4 章 自动售货机的系统设计 9 第 5 章 4 1 程序设计的注意事项及步骤 9 4 2 控制子系统简述 11 4 3 自动售货机的原理及工作流程 12 4 4 自动售货机的控制方案设计 13 4 5 i o 分配表 13 4 6 自动售货机的梯形图 14 第 5 章 仿真调试 30 5 1 mcgs 组态软件的仿真 30 5 2 仿真调试结果 33 结论 41 致谢 41 参考文献 42 基于 plc 的自动售货机的设计 第 1 页 共 40 页 第 1 章 绪 论 1 1 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换 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 自动售货机作为 一种必须的机器便应运而生了 自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器 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 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设备 传统的自动售货机控制系统采用单片 机作为控制核心 这样会在输入和输出接口上做大量的工作 而且系统的抗干扰性也 比较差 可编程序控制器 1 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 编程简单 维护方便等优点 已在 工业控制领域得到广泛的应用 因此结合 plc 技术的自动售货机作为社会上完成商品 和综合服务的独立设施 因其结构可靠 稳定和执行效率高 正逐步取代传统的自动 售货机 在市场上占有广阔的空间 1 2 研发背景及意义 随着人类近代文明的进步 自动售货机已成为人类日常生活一种不可缺少的销售 与自助购物的工具 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 小时自动售货的系统可以更省力 运营时需要的资本少 面积小 有 吸引人们购买的好奇心的自身性能 可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点 而且由于人们生活水平的提高 社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业 更为关注 自动售货机不仅保证了惬意的公休时间 也是最廉价 提高职工工作效率 最有效的手段 特别是在 24 小时无休工作状态中的办公场所 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 基于 plc 的自动售货机的设计 第 2 页 共 40 页 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 10 15 的电力 在不久的将来 自动售货机也将进一步向节省资源和能源 以及向高功能化的方向发展 1 3 国内外研究现状 自动售货机最早出现在二十世纪五 六十年代的西欧 英国是较早实行自动售货 机售货的国家之一 1942 年 在食品销售中首先推广了自动售货的销售方式 1950 年 英国食品杂货行有 500 家采用自动售货机售货 1969 年 采用自动售货机售货 的商家增加到 23000 家 销售的商品扩展到文化用品 唱片 香烟 食品等多个方面 进入 70 年代后 约有 40 多万家香烟 饮料店采用自动售货机 1980 年英国有 50 余 万台自动售货机 年销售额达 8 81 亿英镑 70 年代后 日本 欧美等发达国家和地 区自动售货机迅猛的发展 短短 30 年 发达国家自动售货机产业已发展到相当大规模 自动售货机实现了商品需求化 性能多样化的发展 又由原来的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状态 目前 自动售货机是集声 光 机电一体化的高新智能化产品 在我国也开始得 到应用 在中国 人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大商场门口 繁华街 道两旁 公园入口处以及其它热闹的场所 自动售货机的新奇 文明 高档 昼夜服 务 占地小 灵活方便深受许多地区市民的青睐 甚至出现许多排队购买的现象 专 家测算中国的自动售货机在市场容量最保守算应该有四十七万台 一年的销售额可达 三百五十亿元 若按人均台数计算全年可达五百亿 自动售货机在日本达到平均每二 三十人一台 在美国达到每四十人一台 在欧洲每六十人一 台 由于中国经济与上述 国家还有一定差距 按每五百人一台计算 因此 自动售货机在中国有着广阔的发展 前景 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 而大型的超市 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 基于 plc 的自动售货机的设计 第 3 页 共 40 页 1 4 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 自动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 售货机中有 4 种商品 其中 01 号商品 代表第一种商品 价格为 1 元 02 商品为 3 元 03 商品为 3 元 04 商品为 5 元 其余类推 现投入 1 个 1 元硬币 当投入的货币超过或等于 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 其他商品同此 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 自动售货机的工作流程图如图 1 1 所示 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 1 自动售货机工作流程图 基于 plc 的自动售货机的设计 第 4 页 共 40 页 第 2 章 plc 的概述 2 1 plc 的简介 可编程序控制器 2 programmable logic 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 plc 自 1966 年出现 美国 日本 德国 的可编程控制器质量优良 功能强大 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 基本构成为 电源 中央处理单元 cpu 存储器 输入输出接口电路 功能模块和 通信模块 当 plc 投入运行后 其工作过程一般分为三个阶段 即输入采样 用户程序执行 和输出刷新三个阶段 完成上述三个阶段称作一个扫描周期 在整个运行期间 plc 的 cpu 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 一 输入采样阶段 在输入采样阶段 plc 以扫描方式依次地读入所有输入状态 和数据 并将它们存入 i o 映象区中的相应得单元内 输入采样结束后 转入用户程 序执行和输出刷新阶段 在这两个阶段中 即使输入状态和数据发生变化 i o 映象 区中的相应单元的状态和数据也不会改变 因此 如果输入是脉冲信号 则该脉冲信 号的宽度必须大于一个扫描周期 才能保证在任何情况下 该输入均能被读入 二 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段 plc 总是按由上而下的顺序依次 地扫描用户程序 梯形图 在扫描每一条梯形图时 又总是先扫描梯形图左边的由各 触点构成的控制线路 并按先左后右 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行 逻辑运算 然后根据逻辑运算的结果 刷新该逻辑线圈在系统 ram 存储区中对应位 的状态 或者刷新该输出线圈在 i o 映象区中对应位的状态 或者确定是否要执行该 梯形图所规定的特殊功能指令 即 在用户程序执行过程中 只有输入点在 i o 映象 基于 plc 的自动售货机的设计 第 5 页 共 40 页 区内的状态和数据不会发生变化 而其他输出点和软设备在 i o 映象区或系统 ram 存储区内的状态和数据都有可能发生变化 而且排在上面的梯形图 其程序执行结果 会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用 相反 排在下面的梯形图 其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起 作用 在程序执行的过程中如果使用立即 i o 指令则可以直接存取 i o 点 即使用 i o 指令的话 输入过程影像寄存器的值不会被更新 程序直接从 i o 模块取值 输出过 程影像寄存器会被立即更新 这跟立即输入有些区别 三 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后 plc 就进入输出刷新阶段 在此 期间 cpu 按照 i o 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路 再经输出 电路驱动相应的外设 这时 才是 plc 的真正输出 2 2 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 的自动售货机的设计 第 6 页 共 40 页 第第 3 3 章章 plcplc 控制系统的设计原则和步骤控制系统的设计原则和步骤 第 4 章 3 1 控制系统设计的基本内容 plc 控制系统是由 plc 与用户输入 输出设备连接而成的 因此 plc 控制系统 设计的基本内容应包括 1 用户输入设备 按钮 操作开关 限位开关 传感器等 输出设备 继电 器 接触器 信号灯等执行元件 以及由输出设备驱动的控制对象 电动机 电磁阀 等 这些设备属于一般的电气元件 其选择的方法在其他有关书籍中 3 已有介绍 2 plc 的选择 plc 是 plc 控制系统的核心部件 正确选择 plc 对于保证整 个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用 选择 plc 应包括机型选择 容量 的选择 i o 模块的选择 电源模块的选择等 3 分配 i o 点 绘制 i o 连接图 4 设计控制程序 包括设计梯形图 语句表 即程序清单 和控制系统流程图 控制系统程序是控制整个系统工作的软件 是保证系统工作安全 可靠的关键 因此 控制程序饿设计必须经过反复调试 修改 直到满足要求为止 3 2 系统硬件结构框图 根据上述要求 制定合理方案 首先 应该做上位机与下位机的任务分工 上位 机主要用来完成仿真界面的制作过程 而下位机则主要用来完成plc梯形图程序的编 写 其次 要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集 例如在进行仿真界面的 设计时可以去观看一下真正售货机的外观 必要时可以借助一些宣传图片来设计自动 售货机的外型 在进行plc程序的编写时需要先分配plc的i o点 确定上 下位机的 接口 然后 分别对上 下位机分别进行设计工作 最后 进行上位机设计结果与下 位机设计结果的配合工作 经调试后完成整个系统的设计及仿真 另外 上位机与下 位机的设计工作是密切配合的 它们无论在通信中使用的变量 还是在仿真中控制的 对象都应该是一致的 总体上讲 仿真界面是被控对象 利用plc来控制这个仿真的 自动售货机 仿真的自动售货机接受plc的控制指令并完成相应的动作 另一方面 仿真界面中的仿真自动售货机的运行 都是由组态界面所提供的命令语言来完成的 基于 plc 的自动售货机的设计 第 7 页 共 40 页 这是整个仿真系统内部各大部件之间的内在关系 本设计主要是对自动售货机中的下 位机 也就是主要是对plc在其中的程序进行设计 由此绘出系统组成框图如3 2所示 图 3 2 系统结构框图 plc控制系统 接受人民币识别系统信息 确认已接受的人民币是否可购买消费 者所指定的商品 确认后按要求售出商品 显示机构 显示购买的瓶数 投入的钱数以及剩余的钱数 3 3 plc 选型原则 plc 机型选择的基本原则是 在功能满足要求的前提下 选择最可靠 维护使 用最方便以及性能价格比的最优化机型 在工艺过程比较固定 环境条件较好 维修 量较小 的场合 建议选用整体式结构的 plc 其它情况则最好选用模块式结构的 plc 6 对于开关量控制以及以开关量控制为主 带少量模拟量控制的工程项目中 一般其控制速度无须考虑 因此 选用带 a d 转换 d a 转换 加减运算 数据传送 功能的低档机就能满足要求 而在控制比较复杂 控制功能要求比较高的工程项目中 可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机 其中高档机主要用于大规模过程控制 全 plc 的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等 根据控制系统的要求确定所需要 的 i o 点数时应再增加 10 20 的备用量 以便随时增加控制功能 对于一个控制对象 由于采用的控制方法不同或编程水平不同 i o 点数也应有所不同 plc 系统所用的存 储器基本上由 prom e prom 及 ram 三种类型组成 存储容量则随机器的大小变 化 一般小型机的最大存储能力低于 6kb 中型机的最大存储能力可达 64kb 大型机 基于 plc 的自动售货机的设计 第 8 页 共 40 页 的最大存储能力可上兆字节 使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型 必要时也可专门进行存储器的扩充设计 plc 的存储器容量选择和计算方法是 根据编 程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量 综上所述 我们可以选择 s7 200 型号的 plc 第 4 章 自动售货机的系统设计 4 1 程序设计的注意事项及步骤 4 1 1 在程序设计的过程中 应当注意以下几个方面 1 plc 的编程 从梯形图来看 其根本点是找出符合控制要求系统的各个输出 的工作条件 这些条件又总是用机内各种器件按一定的逻辑关系组合来实现的 2 梯形图的基本模式为启 保 停电路一般只针对一个输出 这个输出可以是 系统的实际输出 也可以是中间变量 3 梯形图编程中有一些约定俗成的基本环节 它们都有一定的功能 可以在许 多地方借以应用 4 1 2 plc 控制系统设计编程基本原则 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 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 要使所编的程序尽可能简洁 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 基于 plc 的自动售货机的设计 第 9 页 共 40 页 要能优化结构 要实现某种功能 一般而言 在达到目的的相同时 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 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 4 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 5 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 4 1 3 程序设计步骤总结如下 1 在准确了解控制要求后 合理地为控制系统中的事件分配输入输出端 选择 必须的机内器件 如定时器 计数器 辅助继电器 2 对于一些控制要求比较简单的输出 可直接写出它们的工作条件 依启 保 停电路模式完成相关的梯形图支路 工作条件稍复杂的可借助辅助继电器 3 对于较复杂的控制要求 为了能用启 保 停电路模式绘出各输出端的梯形 图 要正确分析控制要求 并确定组成总的控制要求的关键点 在空间类逻辑为主的 控制中心关键点为影响控制状态的点 在时间类逻辑为主的控制中 关键点为控制状 态转换的时间 4 将关键点用梯形图表达出来 关键点总是用机内器件来代表的 应考虑并安 排好 绘关键点的梯形图时 可以使用常见的基本环节 如定时器计时环节 振荡环 节 分频环节等 5 在完成关键点梯形图的基础上 针对系统最终的输入进行梯形图的编绘 使 基于 plc 的自动售货机的设计 第 10 页 共 40 页 用关键点综合出满足整个系统的控制要求 6 审查以上草绘图纸 在此基础上 补充遗漏的功能 更正错误 进行最后的 完善 4 2 控制子系统简述 控制子系统由以下四个部分组成 1 售货价格系统 自动售货机售出的同类商品可分若干品种 其售前设定价格须预先贮存在控制系 统内 售货机的价格设置系统由按键和存储器组成 通过按键选择被设价商品的种类 及价格 并将价格写入存储器 该存储器本身具有掉电保护功能 属于软件设置方式 此外 在简易型售货机中 由于出售商品种类少 价格变化小 使用币种单一 也可 用硬件来设置价格 采用拨码开关对应方式 结构简单 操作方便 2 累计 可售指示和退币系统 控制系统的核心 cpu 对识币 退币 无货检测及购货信号进行巡回检查 当有识 币信号后 将金额数值送入金额累计存储器中进行累计 并通过串行扩展口进行显示 同时将金额累计存储器中的数值与预设价格存储器中的数值进行比较 如金额累计数 值等于或大于预设价格数值 则通过串行接口使可售指示灯亮 提示购货 此时可按 下购货按钮 由 cpu 检测到购货信号后 如金额累计存储器中数值与预设价格相等 则通过并行扩展接口驱动电磁阀或微电机驱动出商品 并将金额累计存储器清零 完 成一次售货过程 如累计金额大于预设价格时 驱动商品后 相减差额由信号驱动退 币 实现售货和退币找零功能 3 检测系统 在自动售货机商品贮存道下方安有接触行程开关 当贮存道内有商品时 压下行 程开关 售货机正常工作 当商品出售完毕时 行程开关被释放 向 cpu 发出无货信 号 经检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号 使机身外部 售完 指 示灯亮 此种商品自动停售 即使投币累计金额达到该道商品预设价格数值 可售按 钮仍然无启动信号 金额累计存储器也不清零 4 累计及自测功能系统 自动售货机 cpu 在每次售出商品后 向售出累计存储器中累计售出数据 通过售 货机内部的按键可在金额显示窗中读到累计结果 此外 在按下自测功能键后 出现 自测功能信号 由外部按键操作 可检测各商品贮存道的驱动商品功能 4 3 自动售货机的原理及工作流程 基于 plc 的自动售货机的设计 第 11 页 共 40 页 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 0 5 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 根据自动售货机的原理 经分析得出 工作流程图如图 3 1 所示 基于 plc 的自动售货机的设计 第 12 页 共 40 页 工作流程图如图 3 1 开始 投币按钮按下 投币总值加 1 5 10 总值大于等于 1 小于 3总值大于 3 小于 5总值大于 5总值为 0 纸巾灯亮 其他 灭 按下 选择 纸巾 按钮 总值 减 1 纸巾 阀门 打开 0 5s 纸巾 落下 按下 退币 按钮 总值 减为 0 退出 剩余 钱 按下 选择 纸巾 按钮 总值 减 1 纸巾 阀门 打开 0 5s 纸巾 落下 按下选 择雪碧 按钮 总值减 3 雪碧阀 门打开 0 5s 雪碧落 下 按下选 择可乐 按钮 总值减 3 可乐阀 门打开 0 5s 可乐落 下 按下 退币 按钮 总值 减为 0 退 出剩 余钱 按下选 择纸巾 按钮 总值减 1 纸巾阀 门打开 0 5s 纸巾落 下 按下 选择 雪碧 按钮 总值 减 3 雪碧 阀门 打开 0 5s 雪碧 落下 按下 选择 可乐 按钮 总值 减 3 可乐 阀门 打开 0 5s 可乐 落下 按下 退币 按钮 总值 减为 0 退 出剩 余钱 按下 选择 牛奶 按钮 总值 减 5 牛奶 阀门 打开 0 5s 牛奶 落下 牛奶灯不亮 其余灯亮灯全亮灯全不亮 基于 plc 的自动售货机的设计 第 13 页 共 40 页 4 4 自动售货机 plc 控制方案设计 8 1 自动售货机有 3 个投币口 可以分别投入 1 元 5 元 10 元 售货 4 种商品供 选择 分别为纸巾 可乐 雪碧和牛奶 投币之后相应的指示灯亮 若投币总额超过售 货价格 将可由退币按钮找回余额 2 当投币值等于或大于 1 元时 纸巾指示灯亮 表示只可选择纸巾 投币值等于 或大于 3 元时 纸巾 可乐和雪碧指示灯亮 表示只可选择纸巾 雪碧或者可乐 投 币值等于或大于 5 元时 纸巾 雪碧 可乐和牛奶指示灯亮 表示四种均可选择 按 下欲选择的商品按钮 则相对应的指示灯开始闪烁 0 5 秒后自动停止 表示饮料已 经送出 3 若投入的硬币总值超过按钮所需的钱数 纸巾 1 元 可乐 3 元 雪碧 3 元 牛 奶 5 元 时 找钱指示灯亮 表示找钱动作 并退出多余的钱 4 5 i o 分配表 7 输入 i0 0投币 1 元i0 4选择雪碧 i0 1投币 5 元i0 5选择可乐 i0 2投币 10 元i0 6选择牛奶 i0 3选择纸巾i0 7退币按钮 输出 q0 0纸巾灯q0 4纸巾排出阀门 q0 1雪碧灯q0 5雪碧排出阀门 q0 2可乐灯q0 6可乐排出阀门 q0 3牛奶灯q0 7牛奶排出阀门 q1 0退币电机 自动售货机 plc 外部接线图 基于 plc 的自动售货机的设计 第 14 页 共 40 页 4 6 自动售货机的梯形图 1 投币系统 当有顾客购买东西时 投入钱币时由钱币识别器识别 如果是假币则系统自动退出 如果是真币则系统将硬钱币自动传送到相应的钱币贮存腔 并传输数据给 plc 内部进 行运算累加 加法是由 16 位加法指令 add 来实现的 自动售货机的梯形图以及说明 初始化状态点 分别投币 1 5 10 元 基于 plc 的自动售货机的设计 第 15 页 共 40 页 1 余额不足一元 可选灯全灭 余额 1 或余额 2 纸巾灯亮 可选择纸巾 基于 plc 的自动售货机的设计 第 16 页 共 40 页 此时按下纸巾按钮 延时 1 秒 纸巾阀门打开 当投入余额有 3 元 4 元 纸巾 灯 雪碧 可乐灯均亮 此时选纸巾延时 1 秒 纸巾阀门打开 余额减 1 元 基于 plc 的自动售货机的设计 第 17 页 共 40 页 在这个情况下再选雪碧 延时 1 秒 雪碧阀门打开 余额减 3 元 基于 plc 的自动售货机的设计 第 18 页 共 40 页 在这个情况下再选可乐 延时 1 秒 可乐阀门打开 余额再减三元 基于 plc 的自动售货机的设计 第 19 页 共 40 页 当余额大于 4 元 所有货物可选灯 都亮 此时可选择纸巾 雪碧 可乐 牛奶 选择货物时梯形图原理如上 基于 plc 的自动售货机的设计 第 20 页 共 40 页 基于 plc 的自动售货机的设计 第 21 页 共 40 页 基于 plc 的自动售货机的设计 第 22 页 共 40 页 基于 plc 的自动售货机的设计 第 23 页 共 40 页 按下退币按钮 基于 plc 的自动售货机的设计 第 24 页 共 40 页 退币电机工作 当钱退完 电机停止 钱没有退完 余额减 1 继续再退 第 5 章 仿真调试 5 1 mcgsmcgs 组态软件的仿真组态软件的仿真 1 组态工程的建立 打开 mcgs 组态软件 在菜单 文件 中选择 新建工程 菜 单项 在工作台的操作页面中 选择 设备窗口 的界面 双击 设备窗口 出现 一个 设备工具箱 的工具栏 如图 4 1 所示 基于 plc 的自动售货机的设计 第 25 页 共 40 页 2 控制画面的设置 在 mcgs 组态平台上 单击 用户窗口 在 用户窗口 中 单击 新建窗口 按钮 则产生新 窗口 0 选中 窗口 0 单击 窗口属性 进入 用户窗口属性设置 将 窗口名称 改为 水位控制 将 窗口标题 改为 自动售货机 基于 plc 的自动售货机的设计 第 26 页 共 40 页 点击 自动售货机 的用户窗口 再点击动画组态 通过相应的工具来绘画出自 动售货机的操作界面 3 组态 10 数据设置 在 mcgs 组态平台上 单击 实时数据库 在 新增对象 中设置相关元件 在 设备窗口 栏中 进行设备通道的设置 4 组态程序的运行 点击菜单栏中的 下载工程 按钮 选择工程下载 进行组态 仿真 基于 plc 的自动售货机的设计 第 27 页 共 40 页 5 2 仿真调试结果 模拟自动售货机启动 按下 1 元投币开关 对应可买的物品灯会亮 投币一元 基于 plc 的自动售货机的设计 第 28 页 共 40 页 按下 5 元投币开关 对应可买的物品灯会亮 投币 5 元 投币 10 元 基于 plc 的自动售货机的设计 第 29 页 共 40 页 按下 1 元投币开关一次 则纸巾指示灯亮 点击购买纸巾按钮 出货口出现纸巾 0 5 秒后 纸巾排出 此时余额为 0 基于 plc 的自动售货机的设计 第 30 页 共 40 页 投币 5 元 购买雪碧 再购买纸巾 基于 plc 的自动售货机的设计 第 31 页 共 40 页 选择雪碧纸巾出货以后 余额 1 元 基于 plc 的自动售货机的设计 第 32 页 共 40 页 投币五元选择牛奶 投币十元选择牛奶加可乐 基于 plc 的自动售货机的设计 第 33 页 共 40 页 再选择可乐 剩余两元 基于 plc 的自动售货机的设计 第 34 页 共 40 页 退币过程 退币后余额为 0