自动售货机控制系统课程设计.doc

-学院课程设计报告课程名称： 专业综合课程设计 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 2013年 6 月 12 日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 2013.6.20 -学院制21 目 录一、设计题目1二、控制要求2三、设计作用与目的3四、所用的仪设备器与软件4五、系统设计45.1、系统总体设计45.1.1、系统设计总思路45.1.2、程序设计的步骤55.1.3、PLC的系统结构75.2、各子模块设计85.2.1、计币系统85.2.2、价格比较系统95.2.3、商品选择系统105.2.4、.退币系统115.3、I/O分配表125.4、PLC外部接线图14六、实验调试结果14七、设计中的问题及解决方法17八、设计心得18参考文献20致 谢21一、设计题目 设计题目：自动售货机控制系统设计 课题内容：自动售货机广泛用于娱乐场所。本设计要求用PLC控制自动售货机的运行。使其能在运算指令的控制下，巧妙地实现投币币值累加，从而自动完成汽水、可乐、咖啡的售货工作。二、控制要求1、此自动售货机可投入1元、2元和5元硬币。2、当投入的硬币总值等于或超过2元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总值等于或超过3元时，汽水、可乐按钮指示灯都亮；当投入的硬币总值等于或超过5元时，汽水、可乐、咖啡按钮指示灯都亮。3、当汽水按钮指示灯亮时，按下汽水按钮，则汽水排出10秒后自动停止。4、当可乐按钮指示灯亮时，动作同上。5、当咖啡按钮指示灯亮时，动作同上。6、若投入的硬币总值超过所需的钱数时，找钱指示灯亮。示意图如图1所示。 图1、自动售货机示意图三、设计作用与目的 近几年，随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不断提高，自动售货机也已悄然步入了我国的大中城市。在国家相关政府部门的大力支持下，中国的自动售货机产业以超常规的速度迅猛发展，并带动了一批新的服务业、物流运输配送业的快速发展，丰富了中国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助服务时代。为适应当前形势，我们选择了自动售货机控制这一课题，按要求用PLC设计出自动售货机控制电路，选择PLC机型，列出I/O地址分配表，绘制售货机梯形图。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的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系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定的运行。本课题主要的目的是为了通过课程设计，使学生了解PLC控制的应用背景，掌握PLC控制系统设计的基本步骤，程序设计的基本方法，理论联系实际。培养学生分析问题和解决问题的能力。四、所用的仪设备器与软件三菱FX-2N系列PLC、GX软件、感应器、光度传感器、温度传感器、缺货传感器、传动电机、指示灯、计算机一台、实验导线若干五、系统设计 5.1、系统总体设计 5.1.1、系统设计总思路 由于设计中的货物品种不多，因此要求上没有现实中的自动售货机功能强大。本自动售货机的自动控制系统主要包括：计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统和退币系统。(1) 计币系统：当有顾客买饮料时，投入的钱币经过识别机构，记录5角、1元或5元钱的个数，通过个数与币值相乘或者相加，并将总钱币数据存放在D9（数据寄存器）中。(2)价格比较系统：投入钱币完毕后，系统会把D9内的钱币数据和可以购买饮料的价格进行比较，当投入的钱币总值超过1元小于2元时，西瓜汁、橙汁、葡萄汁的指示灯亮；当投入的钱币总值超过2元小于3元时，西瓜汁、橙汁、葡萄汁、绿茶、红茶、奶茶的指示灯亮；当投入的钱币总值超过3元时，9种饮料的指示灯都亮，并且多选键“2”也亮；当投入的钱币总值超过5元时，所有的指示灯都亮，此时可以选择饮料或选择退币。(3)商品选择系统：比较电路完成后选择电路指示灯亮，当按下西瓜汁或绿茶选择按钮时，相应的指示灯转为1 秒为周期的闪烁。当相应的饮料供应完毕后，闪烁同时停止。此时可以按继续购买按钮，继续购买饮料，实现循环购买。(4) 退币系统：当顾客购完饮料后，多余的钱币只要按下退币按钮，系统就会把数据寄存器D9中的钱币退回。总体设计结构框图如下图2所示。FZ2N系列PLC记币系统选择灯显示 价格比较系统电机控制商品选购系统缺币报警退币系统 图2、自动售货机总体设计结构框图5.1.2、程序设计的步骤1、对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。2、设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。3、根据梯形图编制程序清单。4、用编程器将程序输入到PLC用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。5、对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。6、待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，直到满足为止。7、编写技术文件。8、 交付使用。自动售货机工作流程图如图2所示。开始投币投币计数金额计算NNYYYNN余额为0余额为0余额为0可买吗选择汽水选择可乐计算余额计算余额选择咖啡计算余额退币程序退币程序退币程序输出可乐输出汽水输出咖啡余额=0？余额=0？余额=0？ 图2、自动售货机工作流程图5.1.3、PLC的系统结构目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。如图3所示，PLC控制系统由输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。图3 PLC硬件结构图5.2、各子模块设计 5.2.1、计币系统当有顾客购买时，每投入一次钱币都得经过感应器进行真假监辨后，再给PLC进行计币的指令。当发现伪币时，感应器不给PLC累计投币值的指令，同时自行退出伪币。而当PLC接收到感应器传来的记币的指令时，PLC自动把接收来的货币对应的数据累加到寄存器D0中。PLC编程梯形图如图4。 图4、PLC进行记币过程的梯形图由图可以知道我是把投进的不同货币，进行不同的记录，并把总数目都寄存到寄存器D0中。为了避免小数点的影响，我是把货币的数据化成整数进行处理的，这样可以减少自己在编程时会出现的差错。X002X004为设置为高电平的输入，这样中间继电器M1M3侧为一周期内都会保证了X002X004的输入有效。一方面避免了扫描漏了有投币的有效反应；另一方面也可以避免了不良输入对记数的不良影响。5.2.2、价格比较系统价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，提示可以购买。投币完成后，系统会将D0内钱币数据和可以购买的饮料价格进行比较：当投币2元，则没有可购买的商品指示灯亮，表示所投钱币不能购买任何东西，此时可以继续投币或退币；只有投币在2元或以上时会见到汽水选择的指示灯长亮，此时可以选择购买汽水或退币；同样，大于3元的就有汽水和可乐的选择显示，5元就出现汽水、可乐和咖啡的选择显示，此时都是可以选择购买或退币。PLC编程梯形图如图5。图5 、PLC进行价格比较过程的梯形图在梯形图5中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M8000,在程序执行过程中，M800始终保持闭合，FNC10 CMP是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格。当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯亮起来表示可以购买该种商品。5.2.3、商品选择系统当投入的币值可以购买某种商品时，即商品下相应的指示灯亮了，按下相应的“选择”按纽即可在出货框中出现该种商品，同时消费显示栏中显示出扣除已经消费掉的金额的余额币值，接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续购买。 若余额还能符合上面比较过程的条件时，相应商品的指示灯还会亮的，不然灯不亮了。PLC编程梯形图如图6。 图6 PLC进行选购商品过程的梯形图在梯形图6中，一是要使商品出现在出货框中，二是要实现内部货币的运算。以第一步为例，按下选择汽水相应键，X005施加一个脉冲的信号（只能接受一次的脉冲信号），X006，X007的常闭可以保证了汽水的选购时就不能同时执行其他商品的选购运作。当X005接收到一个脉冲信号时，在这个工作周期内，系统就会只对汽水进行出货的操作，同时也会对余额进行扣除汽水价格的处理。这样就完成了一次购买的执行。这时，系统又跑回了比较的过程中去。5.2.4、.退币系统系统可在顾客购买完饮料后退回余币。按下退币按钮后，数据寄数器D0内的币数除以10，商的整数部分就是需要退回1元硬币的个数并储存在D1上，余数就自动的默认在D2上；在把D2的数据除以5，商的整数部分就是需要退回1元的个数，并储存在D3中（这里由所可投的货币限制来看，1元个数就只有两种情况，0或1，故在选PLC时可以只给这里的留一个端口就行了。）选择退币的同时起动2个退币电动机。2个感应器开始记数，当感应器记币的个数等于数据寄存器的退币数时，退币电动机停止运转。PLC编程梯形图如图7。 图7、PLC进行退币过程的梯形图5.3、I/O分配表此控制系统可采用自动工作方式，输入信号为汽水、可乐、咖啡选择，1元、2元、5元硬币投入识别口记数手动复位按钮；输出信号为汽水、可乐、咖啡出货电机控制、出币选择灯及相应指示灯，共18个输入点，16个输出点，均为开关量。I/O地址定义如表1所示。 输入点地址功能输出点地址功能X0000启动Y0000汽水选择灯X0001暂停Y0001汽水出货电机控制X00021元输入Y0002可乐选择灯X00032元输入Y0003可乐出货电机控制X00045元输入Y0004咖啡选择灯X0005汽水选择Y0005咖啡出货电机控制X0006可乐选择Y00061元传动电机控制X0007咖啡选择Y00072元传动电机控制X00101元退币感应器Y0010出币选择灯X00112元退币感应器Y0011制冷控制X0012出币选择Y0012照明控制X0013温度传感器Y00131元缺币报警X0014光度传感器Y00142元缺币报警X00151元硬币传感器Y0015缺货报警X00161元硬币传感器Y0016X0017缺货传感器Y0017表1、I/O分配表5.4、PLC外部接线图Fx2N系列PLC 图8、PLC外部接线图六、实验调试结果应用我们所学过的MCGS组态软件模拟了自动售货机的运行过程，如图9所示。 图9、自动售货机 当投入的硬币总值等于2元时，汽水按钮指示灯亮，按下汽水按钮，出货口就出来了汽水。其运行效果图如图10所示。 图10、选择汽水的运行效果图当投入的硬币总值等于3元时，汽水、可乐按钮指示灯都亮，按下可乐按钮，出货口就出来了可乐。其运行效果图如图11所示。 图11、选择可乐的运行效果图当投入的硬币总值等于5元时，汽水、可乐、咖啡按钮指示灯都亮，按下咖啡按钮，出货口就出来了咖啡。其运行效果图如图12所示。 图12、选择咖啡的运行效果图 图13、自动售货机的实时数据库七、设计中的问题及解决方法1、程序设计流程图的设计思路要清晰，我一开始没有做程序设计流程图对于接下来的步骤显得很模糊，不知道该如何动手。程序设计流程图概括了全篇的内容，起到一个指导作用。2、梯形图的设计绝不能模糊不清，得先把思路构思好，一步步来，从易到难。一旦思路不清晰，程序就很容易出错。例如我在制作过程中把汽水按钮、可乐按钮、咖啡按钮这三个和汽水按钮指示灯、可乐按钮指示灯、咖啡按钮指示灯混合起来了，结果在运行过程中总是出错。这就是一个典型的思路混乱，没有理清思路的后果。后来我是对照I/O分配表一个个对照起来才把它做好的。3、 运用MCGS组态软件时，一定要把实时数据库整理好，数据库里的各种开关型、数值型、字符型分清，才能保证它运行。还有循环程序里的脚本程序编写必须得把“清晰第一”把在第一位，多写一点没关系，关键在于程序的可靠性。八、设计心得 通过两周的课程设计，在自己的努力下，最终完成FX2N系列PLC控制自动售货机系统的设计。本控制系统就是充分利用了PLC、接口电路芯片。实现了对自动售货机的控制，达到了设计的目的。这次设计的PLC控制自动售货机系统的主要内容包括设计出了硬件系统的接线图、梯形图等；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，实现自动售货机的控制要求。在设计中运用所学的理论知识，进行自动售货机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。综合运用了所学的知识，理论与实际相结合，提出并论证设计方案，然后进行软、硬件的设计、制作与调试，最后获得正确的结果。加深了对所学理论知识的巩固，加强了PLC控制工业机械和生产过程系统的整体概念，初步掌握了PLC控制工业生产和社会生活的软、硬件开发方法，为以后进行实际PLC软、硬件应用开发奠定了良好的基