PLC课程设计 售货机.doc

佛山科学技术学院课程设计用纸课程设计说明书设计名称： 电气控制与PLC课程设计 题 目： 自动售货机的PLC控制 学生姓名： 专 业： 班 级： 学 号： 指导教师： 日 期： 2012 年 6 月 29 日课程设计任务书 电气工程与自动化专业 2009年级 一、 设计题目 自动售货机的PLC控制二、 主要内容 本系统的自动售货机能销售饮料和啤酒两种，在自动售货过程中，具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱、统计销售金额、销售数量、库存数量等功能，此售货机只可接受的硬币为5角和1元，饮料的售价为2.5元，啤酒为3元。三、 具体要求1. 投入硬币时，显示器显示已投入的硬币值。当投入的硬币值等于或超过某个商品的价值时，对应的指示灯亮。2. 饮料指示灯亮时，按饮料按钮，饮料驱动器动作，饮料从售货口自动售出，饮料指示灯闪烁，5s后饮料驱动器释放，完成一次售货。3. 啤酒指示灯亮时，按啤酒按钮，啤酒驱动器动作，啤酒从售货口自动售出，啤酒指示灯闪烁，5s后啤酒驱动器释放，完成一次售货。4. 购买商品以后，显示器显示剩余的金额。若有剩余金额，找钱指示灯亮。5. 在购买商品后还剩余额，或在投入硬币后又不想购买商品（未按饮料按钮或啤酒按钮），按复位按钮，售货机自动退出应找回的硬币。6. 售货机能自动计算已售出商品的总金额、啤酒和饮料的现存数量。当啤酒或饮料现存数量为零时，对应的指示灯闪烁，此种情况下，不能购买此种商品。7. 指示灯闪烁的频率为1Hz 在上述具体的要求下，完成硬件电路的制作和接线，PLC控制程序的设计及联机调试，直至满足要求。四、 进度安排1. 理解课程设计内容及设计要求，查阅资料（第一周的星期一）。2. PLC外围硬件电路的制作和接线，构思设计方案（第一周的星期二至星期三）。3. PLC控制程序设计、程序调试及系统的总体调试，撰写课程设计报告（第一周的星期四至第二周星期四）。4. 课程设计答辩、批改设计报告，登载成绩（第二周星期五）。五、 完成后应上交的材料 PLC外围硬件连接电路、程序清单及课程设计总结报告。六、 总评成绩指导教师 签名日期 年 月 日系 主 任 审核日期 年 月 日摘 要 PLC可编程控制器(Programmable Logical Controller)，早期出现是为了替代继电器逻辑控制而采用的计算机微处理器技术，它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作来控制各类机械或生产过程。PLC具有通用性强、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。我们可以肯定地说，随着科技的快速发展， PLC的用途也越来越广泛，在可预见的将来，在工业自动化控制特别是顺序控制中发展只会越来迅速，地位越来越重要。自动售货机是完成无人自动售货，集光、机、电一体化的商业自动化设备，它不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h售货，因此深受大众的欢迎。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。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。较于传统的自动售货机，它具有可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点，为其。关键字：PLC ；工业控制；自动售货机目 录一设计题目6二设计目的6三设计内容6四设计任务和要求 6五课程设计题目分析 75.1设计按键 75.2分析任务 7六I/O端子分配图 8七PLC硬件配置97.1 按键配置97.2显示配置与CD4511介绍9八 自动售货机示意图与流程图148.1 自动售货机示意图148.2自动售货机流程图 16九调试结果26十.课程设计方案存在的问题和不足26十一.课程设计心得体会27十二.主要参考文献28附录一 自动售货机程序图28一.设计题目自动售货机的PLC控制二.设计目的 通过PLC课程设计，使我们能综合运用可编程控制技术、现代控制理论、数字电子技术等多门课程的知识，进行融会贯通的独立思考，锻炼我们的动手能力。通过这个课程设计的学习，还可以培养我们学生的分析问题能力和解决问题的能力，树立正确的世界观，人生观和价值观，同时培养实事求是、严肃认真、具有高度责任感的工作作风。三.设计内容设计一台用于销售饮料和啤酒的自动售货机，具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱、统计销售金额、销售数量、库存数量等功能，此售货机只可接受的硬币为5角和1元，饮料的售价为2.5元，啤酒为3元。四.设计任务和要求1投入硬币时，显示器显示已投入的硬币值。当投入的硬币值等于或超过2.5元时，饮料指示灯亮，当投入的硬币值等于或超过3元时，饮料和啤酒指示灯全亮。 2饮料指示灯亮时，按饮料按钮，饮料驱动器动作，饮料从售货口自动售出，饮料指示灯闪烁，5s后饮料驱动器释放，完成一次售货。 3啤酒指示灯亮时，按啤酒按钮，啤酒驱动器动作，啤酒从售货口自动售出，啤酒指示灯闪烁，5s后啤酒驱动器释放，完成一次售货。 4购买商品以后，显示器显示剩余的金额。若有剩余金额，找钱指示灯亮；若剩余金额等于或超过某个商品价格时，对应的指示灯亮，表示还可以购买商品。5在购买商品后还剩余额，或在投入硬币后又不想购买商品（未按饮料按钮或啤酒按钮），按复位按钮，售货机自动退出应找回的硬币。如余额为2.5元，在退币过程中，退币驱动器动作，2s后退币驱动器释放，显示器显示金额为零。 6. 售货机能自动计算已售出商品的总金额、啤酒和饮料的现存数量。当啤酒或饮料现存数量为零时，对应的指示灯闪烁，此种情况下，不能购买此种商品。 7. 指示灯闪烁的频率为1Hz。五.课程设计题目分析 5.1设计按键这次我们的课程设计实验的任务是自动售货机的控制，通过对题目和任务描述进行分析我们小组经过商量，将整个任务分成以下几个方面：投币按钮的设计。按照实验指导书的要求，我们需要用到两种面值的人民币，因此要设计两个按钮，分别用来代表0.5元和1元。其它按钮的设计。我们总共设计了3个按钮。自动售货机所卖的商品有饮料和啤酒两种，当要购买商品时，需要按下所对应的按钮，所以设计了饮料按钮和啤酒按钮。当顾客不想买时时需要找钱的时候，我们就设计一个找钱按钮来实现退钱功能。指示灯的设计。所买的商品有饮料和啤酒两种，当投入钱币购买时，应该会有指示灯来显示状态。因此，我们还分别设计了饮料指示灯和啤酒指示灯。购买时还需要饮料驱动指示灯和啤酒驱动指示灯。任务描述中又要求有找钱指示灯，找钱的时候还要有找1元指示灯与找0.5指示灯，还有退币驱动器指示灯。所以初步设想8盏灯。数码管的设计。我们需要4个数码显示管，他们用来显示所投币的金额。综上所分析，在按钮、指示灯等硬件的设计上，我们总共需要5个按钮和8盏灯和4个数码显示管。5.2 分析任务下面我们就对每一条的任务进行分析：当投入的硬币总值等于或超过2.5元时，饮料的指示灯就会亮；当投入的硬币总值等于或超过3元时，饮料和啤酒的指示灯都亮。这里需要用到寄存器内容的累加和寄存器内容的比较，有因为投币方式的不固定，我们设想用乘法来实现按一下0.5元的按钮便可以将5放入寄存器里面。当饮料指示灯亮时，按饮料按钮，则饮料驱动器动作，饮料从售货机自动售出，饮料指示灯闪烁（闪烁频率为0.5s亮，0.5s灭），5s后饮料驱动器释放，完成一次售货行为。由于在我们已经学过的相关课程中，计数器和定时器的使用频率是比较高的，因此看到了这个任务，我们第一时间就想到了用两个定时器和一个计数器来实现和满足要求。当啤酒指示灯亮的时候，按下啤酒按钮，则啤酒驱动器动作，啤酒从售货口自动售出；啤酒指示灯闪烁（闪烁频率为0.5s亮，0.5s灭），5s后啤酒驱动器释放，完成一次售货行为。与上面所述的基本相同，只是所用的定时器和计数器编号不同，所用指示灯不同。当按下饮料按钮或啤酒按钮后，如果投入的硬币总值超过所需的钱币数时，找钱指示灯亮，按下复位按钮，售货机自动退出多余的钱。例如余额为2.5元时，在退币过程中，退币驱动器动作，找1元钱指示灯先闪烁2次，找0.5元指示灯再闪烁5次，然后退币驱动器释放，显示器显示的金额为零。在这个行为中存在着数据的比较，想到用寄存器来存储数据，然后与一定值进行比较（2.5元，3元），再做减法。指示灯延时，可以用定时器来实现这种功能。当自动售货机的货品不足时，对应显示灯会闪烁，在这种情况下，消费者不能购买此商品。用寄存器或计数器来实现销售数量的销售金额的累加功能。采用有停电记忆功能的数据寄存器。设计一个复位按钮，能将数据清“0”。六.I/O端子分配图输入X0：5角识别器X1：一元识别器X2：饮料按钮X3：啤酒按钮X4：复位按钮输出Y0-Y10：自制显示电路板Y11：饮料驱动器Y12：啤酒驱动器Y13：饮料指示灯Y14：啤酒指示灯Y15：找钱指示灯Y16：退币驱动器七PLC硬件配置7.1 按键配置这次课程设计，我们选用的PLC为FX2N系列的，在控制输入的5个控制按键与PLC连线图如下图7-1所示。 按键连线图7-17.2显示配置与CD4511的介绍显示配置连线图如下图7-2所示：显示配置连线图7-2CD4511的介绍CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。用CD4511实现LED与单片机的并行接口方法如下图：CD4511 引 脚 图其功能介绍如下： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。1. CD4511的引脚 CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。其引脚图如3-2所示。 各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。 CD4511的工作原理 1.CD4511的工作真值表如表3-2 输 入 输 出 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 01110110000000消隐 01111000000000消隐 01111010000000消隐 01111100000000消隐 0111111000000消隐 111XXXX锁 存 锁存 表3-2 CD 4511的真值表 （2）锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。 当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。如图3-3（3）译码 CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数 据B、C进行组合，得出四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。 （4）消隐 BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。 消隐输出J的电平为 J=（C+B）D+BI如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D据上式，当输入BCD代码从1010-1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。8421 BCD 码对应的显示见下图：选用共阴极数码管，对于 CD4511 ，它与数码管的基本连接方式如下图 ：八自动售货机的示意图与流程图 8.1自动售货机示意图 自动售货机示意图如下图8-1所示。图8-1 自动售货机示意图 8.2自动售货机流程图 8.2.1 自动售货机PLC设计的总流程如图8-2-1所示：图8-2-1 程序总流程图8.2.2 初始化模块初始化流程如图8-2-2所示：初始化 图示：Y：“是”或“有”N：“否”或“无”金额单位：1元寄存器置0 饮料、啤酒库存赋值10 售出量、售出金额置0 数码管显示为0指示灯全部熄灭 图8-2-2 初始化流程图初始化所对应的梯形图如下： 软件初始化：寄存器清零、饮料与啤酒的初始存量均预设为10、售出量与销售金额均置为0；硬件初始化：数码管显示为00.00、指示灯全部熄灭。8.2.3 投币模块投币模块流程如图8-2-3所示：图示：Y：“是”或“有”N：“否”或“无”金额单位：1元投币NYY投5角?元 1元+1 5角+0.5图8-2-3 投币流程图投币模块所对应梯形图如下：该模块通过投币的动作触发输入及电器X0或X1闭合，使寄存器D0、D1加1，通过运算使寄存器储存已投入的货币金额。8.2.4 购买饮料模块购买饮料模块流程如图8-2-4所示：买饮料买饮料?元Y图示：Y：“是”或“有”N：“否”或“无”金额单位：1元N金额2.5？NY饮料有货?N饮料存货-1金额-2.5饮料灯闪5S，饮料驱动器Y11启动Y图8-2-4 购买饮料流程图购买饮料模块所对应梯形图如下： 在饮料灯亮着的同时，按下饮料按钮，饮料灯闪烁5次，饮料驱动器动作，释放饮料，金额减2.5元，存货减一，售出货物加一。8.2.5 购买啤酒模块购买啤酒模块流程如图8-2-5所示：图示：Y：“是”或“有”N：“否”或“无”金额单位：1元金额3?元Y买啤酒NN啤酒有货?Y啤酒灯闪5S，啤酒驱动器Y12启动N啤酒库存-1金额-3图8-2-5 购买啤酒流程图购买啤酒模块所对应梯形图如下： 在啤酒灯亮着的同时，按下啤酒按钮，啤酒灯闪烁，啤酒驱动器动作，释放啤酒，金额减三，存货减一，售出量加一。8.2.6 退币模块退币模块流程如图8-2-6所示：N金额清零退币驱动器操作金额0?元Y闪灯图8-2-6 退币流程图退币模块所对应梯形图如下：8.2.7 购买啤显示显示模块流程如图8-2-7所示：图示：Y：“是”或“有”N：“否”或“无”金额单位：1元数码管显示更新金额2.5?元N饮料、啤酒灯亮金额2.5?N饮料灯亮，啤酒灯灭Y饮料、啤酒灯灭退币灯灭饮料、啤酒灯灭找钱等亮YN 金额=0?图8-2-7 显示流程图显示模块所对应梯形图如下： 九调试结果经过我们小组的实践和证明，该PLC系统程序设计能够比较全面地演示自动售货机的以下功能和行为：1投入硬币时，显示器显示已投入的硬币值。当投入的硬币值等于或超过2.5元时，饮料指示灯亮，当投入的硬币值等于或超过3元时，饮料和啤酒指示灯全亮。 2饮料指示灯亮时，按饮料按钮，饮料驱动器动作，饮料从售货口自动售出，饮料指示灯闪烁，5s后饮料驱动器释放，完成一次售货。 3啤酒指示灯亮时，按啤酒按钮，啤酒驱动器动作，啤酒从售货口自动售出，啤酒指示灯闪烁，5s后啤酒驱动器释放，完成一次售货。 4购买商品以后，显示器显示剩余的金额。若有剩余金额，找钱指示灯亮；若剩余金额等于或超过某个商品价格时，对应的指示灯亮，表示还可以购买商品。5在购买商品后还剩余额，或在投入硬币后又不想购买商品（未按饮料按钮或啤酒按钮），按复位按钮，售货机自动退出应找回的硬币。如余额为2.5元，在退币过程中，退币驱动器动作，2s后退币驱动器释放，显示器显示金额为零。 6. 售货机能自动计算已售出商品的总金额、啤酒和饮料的现存数量。当啤酒或饮料现存数量为零时，对应的指示灯闪烁，此种情况下，不能购买此种商品。 7. 指示灯闪烁的频率为1Hz。十课程设计方案存在的问题和不足1.由于我们小组在开始时对程序的规划不是非常的合理，致使我们的程序比较长，比较复杂。这也包括了往后的调试阶段对程序的错减补漏，重复的程序存在比较多。2.在本次课程设计开始的时候，由于自己的水平有限，所以在开始编程的模块规划和具体写程序的时候没