PLC自动售货机课程设计

精品文档 1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 电气控制技术与电气控制技术与 PLCPLC 课程设计课程设计 设 计 题 目 PLC 自动售货机 指 导 教 师 陈伟华 院 系 部 电气与控制工程学院 专 业 班 级 学 号 姓 名 日 期 2015 年 6 月 9 日 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 课程设计成绩评定表 学期2014 2015 学年第 2 学期姓名 专业班级 课程名称电气控制技术与 PLC 设计题目基于 PLC 的自动售货机控制系统的设计 成绩 评分项目 优良中及格不及格 1 设计态度非常认真认真较认真一般不认真 2 设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反 3 独立工作能力强较强 能独立设计 完成 基本独立设 计完成 不能独立设 计完成 设 计 表 现 4 上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天 迟交一天以 上 5 设计内容 设计思路清 晰 结构方 案良好 设 计参数选择 正确 条理 清楚 内容 完整 结果 正确 设计思路清 晰 结构方 案合理 设 计参数选择 正确 条理 清楚 内容 较完整 极 少量错误 设计思路较 清晰 结构 方案基本合 理 设计参 数选择基本 正确 调理 清楚 内容 基本完整 有少量错误 设计思路基 本清晰 结 构方案基本 合理 设计 参数选择基 本正确 调 理清楚 内 容基本完整 有些错误 设计思路不 清晰 结构 方案不合理 关键设计参 数选择有错 误 调理清 楚 内容不 完整 有明 显错误 6 设计书写 字 体 排版 规范 整洁 有条理 排 版很好 较规范 整 洁 有条理 个别排版有 问题 基本规范 整洁 有条 理 个别排 版有问题 基本规范 整洁 有条 理 排版有 问题较多 不规范 不 整洁 无条 理 排版有 问题很大 设 计 说 明 书 7 封面 目录 参考文献 完整较完整基本完整缺项较多不完整 8 绘图效果很出色较出色一般较差很差 图 纸 9 布局合理 美观较合理基本合理有些混乱布局混乱 10 绘图工程标 准 符合标准较符合标准 基本符合标 准 个别不符合 标准 完全不符合 标准 评定说明 不及格标准 设计内容一项否决制 即 5 为不及格 整个设计不及格 其他 4 项否决 优 良 中 及格标准 以设计内容为主体 其他项超过三分之一为评定标准 否则评定 为下一等级 如优秀评定 设计内容要符合 5 其余九项要有 4 项符合才能评定为优 否 则评定为良好 以此类推 最终成绩 评定教师签字 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 电气控制技术与电气控制技术与 PLCPLC 课程设计任务书课程设计任务书 姓名题目 PLC 自动售货机 设 计 要 求 1 自动售货机可投入 5 角 1 元的硬币 2 所售饮料标价 纯净水 1 元 汽水 2 5 元 咖啡 3 元 3 当投入的硬币总值超过所购饮料的标价时 所对应的可购买饮料的指灯亮 作可购买提示 4 当物品对应的指示灯亮时 按下相应的按键 相应的物品排出 5s 后自 动停止 同时指示灯闪烁 5 购买饮料后 系统自动计算剩余币值 并根据剩余币值提示可购买的饮料 指示灯亮 6 当顾客成功购买完一件物品后 30 秒无操作 自动售货机会自动将余款退 还顾客 7 如果顾客投入硬币后又不想买物品 按下退款按键 自动售货机会自动将 余款退还顾客 8 如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时 自动售货机会自动将余款 退还顾客 9 当物品不足时 对应的物品指示灯亮红灯 顾客按下相应的按键无反应 不出物品 不减余额 设 计 的 主 要 内 容 1 拟定控制系统的设计的技术要求 2 深入了解和分析被控制对象的工艺条件及控制要求 3 选择适合的的 PLC 类型 4 分配 I O 点 5 设计控制系统梯形图 6 输入并调试程序 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 目录目录 1 系统概述 2 2 控制要求及设计思路 3 2 1 控制要求 3 2 2 方案设计 4 2 3 控制流程图 4 3 自动售货机的相关设备参数的选定 5 3 1PLC 的选择 5 3 2 硬币识别器 6 3 3 开关电源 6 3 4 电磁阀 6 3 5 液位开关 7 4 软件设计 7 4 1I O 口分配 7 4 2 控制接线图 8 4 3 程序设计 9 4 3 1 计币部分 9 4 3 2 比较部分 10 4 3 3 选择和饮料供应部分 11 4 3 4 余额计算部分 11 4 3 5 退币部分 12 4 3 6 报警部分 13 5 系统调试 13 6 结论 14 参考文献 15 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 摘要摘要 自动售货机是可完成无人自动售货的商业自动化设备 它不受任何场地限 制 方便快捷 可以每天24h售货 在我国也越来越普及 传统的自动售货机采 用单片机作为控制核心 但这样在输入输出接口上消耗很大 PLC不但可以实现 类似控制功能 还具有可靠性高 编程简单 功能强 能耗低 调试方便等优 点 本售货机系统主要是针对纯净水 汽水和咖啡的自动销售 自动售货机的普及在某种程度上能反映一个国家的科技发展水平 是一个 国家的文明程度的象征 实践和直觉告诉我们 自动售货机在中国的横空出世 必将国内的食品 香烟 饮料等诸多行业的发展带来新的契机 设计以三菱PLC设计自动售货机控制系统 简要介绍PLC各硬件选型 软件 的设计 并具体的进行了PLC梯形图的编写和系统的调试 仿真证明该系统切实 可行 关键词 自动售货机 PLC 调试 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 1 1 系统概述系统概述 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化设 备 自动售货机不受任何场地限制 方便快捷 可以每天 24h 售货 因此深受 上班族的欢迎 随着科技发展和市场繁荣 很多城市的公共场所里面都放置有 自动售货机 出售的商品五花八门 从饮料 零食 香烟 糖果 到牙刷 方 便面 自动照相机 近年来 我国的自动售货机行业突飞猛进 在汽车总站 商厦 医院 小区 学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹 这种方便快捷 的购物方式越来越受到人们的青睐 同时也是现代化城市配套设施的需求 在 人口集中的学校 车站 医院等地方 瓶装的饮料造成大量资金与产品的浪费 本课题就研究用 PLC 实现散装饮料的自动销售 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 在日本 70 的罐装饮料是通过自动售货机售出的 全球著名饮料 商可口可乐公司在全世界就布有 50 万台饮料自动售货机 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 无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了 它的售货领域非常广泛 是发达国家商品零售的一种主要方式 近几年 自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受 但由于售货机分布零散 范围广 阔的特点 自动售货机在为消费者带来方便的同时 也为经营者在监控 管理 维护等方面带来很大的不便 目前售货机运行的各种情况都需要由人工判断 包括缺货 缺零钱 币箱已满 售货机机械故障等 经营者普遍采用人工定时 巡回视察的管理办法 既费时费力 又无法及时准确获取自动售货机状态报告 给经营者增加了管理成本和难度 也有可能给消费者的正常消费造成不便 2 本系统的设计和实现可以使自动售货机的经营者根据网络统计的销售状况 进行商品销售状况分析 预测商品的销售走势 确定合理的采购和配送策略 以获得最高的投资回报率 同时售货机的一些故障信息和警报信息可以实时的 传送到相应的运营人员 从而可以在第一时间内发现并解决问题 而且本次设 计的题目是基于 PLC 的自动售货机控制系统的设计 主要是应用三菱 FX 2N 型 PLC 的梯形图来设计控制程序 并简单介绍相关的知识 如 PLC 的定义 PLC 的工作原理 PLC 的硬件组成等 根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和 梯形图 再根据 PLC 的相关知识设计出它的外部接线图 结合梯形图和外部接 线图分析说明该设计的控制原理过程 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 2 2 控制要求及设计思路控制要求及设计思路 2 12 1 控制要求控制要求 1 自动售货机可投入 5 角 1 元的硬币 2 所售饮料标价 纯净水 1 元 汽水 2 5 元 咖啡 3 元 3 当投入的硬币总值超过所购饮料的标价时 所对应的可购买饮料的指 灯亮 作可购买提示 4 当物品对应的指示灯亮时 按下相应的按键 相应的物品排出 5s 后自动停止 同时指示灯闪烁 5 购买饮料后 系统自动计算剩余币值 并根据剩余币值提示可购买的 饮料 指示灯亮 6 当顾客成功购买完一件物品后 30 秒无操作 自动售货机会自动将余 款退还顾客 7 如果顾客投入硬币后又不想买物品 按下退款按键 自动售货机会自 动将余款退还顾客 8 如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时 自动售货机会自动将 余款退还顾客 9 当物品不足时 对应的物品指示灯亮红灯 顾客按下相应的按键无反 应 不出物品 不减余额 2 22 2 方案设计方案设计 1 通过分析 取最有把握的思路 故采取一般梯形图进行程序设计 2 注意点 程序运行开始阶段要有上电复位 让机子清零 3 本自动售货机可使用5角 1元硬币 计币时用ADD指令进行累加从而 得到一个投币总额 比较币值时使用CMP指令来判断是否符合纯净水排出或汽水 排出或咖啡排出的条件 余额计算时用SUB指令从投币总额中扣除顾客所消费的 币值总额 退币计算时用到触点型比较指令 4 PLC选用继电器输出型 5 要求实现顾客的循环购买 故需实现控制程序的跳转 6 退币结束时 使用ZRST指令进行购买完成的复位 以准备下一个顾客 购买饮料 防止出现错误 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 2 32 3 控制流程图控制流程图 自动售货机 PLC 的控制流程图 如图 2 1 所示 开始 比 较 币价 投币计数 是否 退币 纯净水选择 咖啡选择 减去咖啡用币 退币计数 钱币倒入退币箱 结束 减去纯净水用币 汽水选择 减去汽水用币 钱币 不足 N Y 图图 2 12 1 控制流程图控制流程图 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 3 3 自动售货机的相关设备参数的选定自动售货机的相关设备参数的选定 3 1PLC3 1PLC 的选择的选择 目前的 PLC 品牌很多 比较有名的有美国 AB ABB 松下 西门子 三菱 欧姆龙 台达 富士 施耐德 信捷等 而不同的 PLC 其产品价格差价也是很 大 在质量和 I O 点数几乎相同的情况下可以相差较多 10 三菱 FX2N 系列是作为一种小型机 其功能较为完善 性能价格比高 较为 适合自动售货机 另外在本设计中 PLC 需要接 11 个输入点和 12 个输出点 以 及为了以后的扩展需要 由以上三点因素 选择了三菱 PLC FX2N 48MR 型 三菱 PLC FX2N 48MR 是具有高级处理功能的型号 其输入和输出点数之和为 48 点 还可以扩展到 256 点 结构紧凑 速度高 三菱 PLC FX2N 48MR 性能规格 1 运转控制方式 通过储存的程序周期运转 2 运转处理时间 基本指令 0 8 s 指令 应用指令 1 52 至几百 s 指令 3 编程语言 逻辑梯形图和指令清单 4 程式容量 8000步内置 5 指令数目 基本顺序指令 27 步进梯形指令 2 应用指令 128 6 I O配置 最大硬件I O配置点256 7 辅助继电器 M线圈 一般 500点 锁定 2572点 特殊 256点 8 状态继电器 S线圈 一般 490点 锁定 400点 初始 10点 信号报警器 100点 9 定时器 T 100毫秒 范围0至3276 7秒 200点 10毫秒 范围0 至327 67秒 46点 1毫秒保持型 范围0至32 767秒 4点 10 计数器 C 一般16位 范围0至32767数 200点 锁定16位 范 围100点 一般32位 范围15点 锁定32位 范围15点 3 23 2 硬币识别器硬币识别器 硬币识别器主要识别现在国家发行的一元 五角 一角的硬币 我国目前 发行的一元 五角和一角硬币的金属原材料是为制造硬币而专门使用的特殊合 金 因此在它通过投币入口进入由电感和电容组成的特定传感器 金属材质和 体积的差异对电容量和电感量的影响大小也出现微弱差异 电容量 电感量的 变化引起电压的变化 再通过检测电路将信号放大 与设定值进行比较 确定 某种硬币种类并对 PLC 的输入单元发出信号 PLC 根据接收到的信号 对硬币值 进行累加计数 根据对硬币识别器的了解及选择 确定使用侧投类 CPU 硬币识 别器 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 3 33 3 开关电源开关电源 在自动售货机中指示灯 警铃 等电源为 DC 24V 因此需要配备直流 24V 开关电源 本文选择了 WP10 S 24 关电源的性能规格如下 1 交流电压输入范围 170 264VAC 2 直流调整范围 额定输出电压 10 3 输出过载保护 110 150 4 工作温度 10 50 3 43 4 电磁阀电磁阀 电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件 属于执行器 并不限于液压 气动 用于控制液压流动方向 工厂的机械装置一般都由液压缸控制 所以就 会用到它的工作原理 里面有密闭的腔 在不同的位置开有通孔 每个孔都通 向不同的油管 腔中间是阀 两面是两块电磁铁 哪面的磁铁线圈通电阀体就 会被吸引到哪边 通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油孔 而进油孔 是常开的 液压油就会进入不同的排油管 然后通过油的压力来推动油刚的活 塞 活塞又带动活塞杆 活塞杆带动机械装置动 这样通过控制电磁铁的电流 就控制了机械运动 追朔的发展史 到目前为止 国内外的从原理上分为三大 类 即 直动式 分布直动式 先导式 而从阀瓣结构和材料上的不同与原理 上的区别又分为六个分支小类 直动膜片结构 分步重片结构 先导膜式结构 直动活塞结构 分步直动活塞结构 先导活塞结构 本次设计采用直动式电磁 阀 通电时 电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起 阀门打开 断电时 电磁力消失 弹簧把关闭件压在阀座上 关闭 3 53 5 液位开关液位开关 液位开关 也称水位开关 液位传感器 顾名思义 就是用来控制液位的 开关 从形式上主要分为接触式和非接触式 常用的非接触式开关有电容式液位开关 接触式的浮球式液位开关应用最广 泛 电极式液位开关 电子式液位开关 电容式液位开关也可以采用接触式方 法实现 本次设计电子式液位开关 电子式液位开关通过内置电子探头对水位 进行检测 再由芯片对检测到的信号进行处理 当判断到有水时 芯片输出高 电平 24V 或 5V 等 PNP 型或 NPN 型均可 当判断到无水时 芯片输出 0V 高低 电平的信号通过 PLC 或其它控制电路来读取 并驱动水泵等用电器工作 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 4 4 软件设计软件设计 4 1I O4 1I O 口分配口分配 列出 I O 口分配表 如表 4 1 所示 表表 4 14 1 I OI O 口分配表口分配表 输入输出 输入点功能输出点功能 X0 五角投币器 Y0 纯净水电磁阀 X1 一元投币器 Y1 汽水电磁阀 X2 纯净水按钮 Y2 咖啡电磁阀 X3 汽水按钮 Y3 纯净水指示灯 X4 咖啡按钮 Y4 汽水指示灯 X5 找钱按钮 Y5 咖啡指示灯 X6 急停按钮 Y6 余钱指示灯 X7 启动按钮 Y10 无纯净水报警灯 X10 纯净水液位开关 Y11 无汽水报警灯 X11 汽水液位开关 Y12 无咖啡报警灯 X12 咖啡液位开关 Y13 一元退币马达 Y14 五角退币马达 4 4 2 2 控制接线图控制接线图 本系统是一个小型集中控制系统 PLC 选型主要取决于控制系统输入 输 出开关信号的数量 用户程序的长短及相关的功能 根据控制要求 I O 点数 在 24 个左右 选择性能价格比较高的三菱 FX2N 48MR 其中其输入点为 24 点 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 输出点为 24 点 该 PLC 为继电器输出型 本设计中 退币按钮 各种饮料按钮 和饮料出口 驱动电磁阀 等均为开关量 根据上述要求 绘制出 PLC 控制电 路接线图 如图 4 2 所示 图图 4 24 2 控制接线图控制接线图 4 4 3 3 程序设计程序设计 由于本设计为毕业设计 因此要求上要有现实中的自动售货机的多种功能 根据自动售货机控制系统的流程可以知道自动售货机的主要系统包括 计币部 分 比较部分 选择和饮料供应部分 余额计算部分 退币部分 报警部分 4 3 14 3 1 计币部分计币部分 当有顾客购买饮料时 投入硬币时由硬币识别器识别硬币 如果是真币则 系统将硬币自动传送到相应的硬币贮存部分 然后在PLC内进行数据运算 如果 是假币则系统自动退出硬币 梯形图如图4 3所示 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 图图 4 34 3 计币部分计币部分 4 3 24 3 2 比较部分比较部分 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区间比较 若1元 投币 2 5元 则纯净水选择指示灯长亮 此时可以选择纯净水或退币 若2 5元 投币 3元 则纯净水和汽水指示灯长亮 此时可以选择纯净水 汽水 或退币 投币 3元 则纯净水 汽水和咖啡指示灯长亮 此时可以选择纯净水 汽水 咖啡或退币 梯形图如图4 4所示 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 图图 4 44 4 比较部分比较部分 4 3 34 3 3 选择和饮料供应部分选择和饮料供应部分 比较完成后 按下指示灯长亮的选择按钮 相应的电磁阀起动 并且相应 的选择指示灯由长亮转为以1s为周期的闪烁直至饮料供应完毕后闪烁停止 当 饮料输出达到5s时 电磁阀关断 梯形图如图4 5所示 图图 4 54 5 选择和饮料供应部分选择和饮料供应部分 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载 4 3 44 3 4 余额计算部分余额计算部分 饮料输出的同时减去相应的购买币数 梯形图如图4 6所示 图图 4 64 6 余额计算部分余额计算部分 4 3 54 3 5 退币部分退币部分 顾客可在购完饮料后 由退币指示灯 Y6 可知是否可以退币 指示灯亮 则 可以退币 当按下退币控制按钮后 数据寄数器 D1 内的币数除以 10 商的整 数部分是需要退回 1 元的个数并储存在 D10 中 D11 的数据除以 5 商的整数部 分是需要退回的 5 角钱的个数 并储存在 D12 中 依次类推选择退币的同时起 动 2 个退币电动机 2 个感应器开始计数 当感应器记币的个数等于数据寄存 器退回的币数时 退币电动机停止运转 PLC 编程梯形图如图 4 7 所示 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载 图图 4 74 7 退币部分退币部分 4 3 64 3 6 报警部分报警部分 PLC在报警系统中 只起到开关连接的作用 当售货机里面没有饮料时 对 应的指示灯就会亮红灯 作报警提示 具体梯形图如图4 8所示 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载 图图 4 84 8 报警部分报警部分 5 5 系统调试系统调试 由于实验室没有相应的实物控制模型 自动售货机 因此 在调试系统控 制程序时 所有的输入信号均用开关按钮来代替 所有的输出均用指示灯来表 示 调试时 首先按控制系统 PLC 接线图完成硬件接线 并仔细检查接线是否 有误 特别要注意接线时不能出现短路 断路及反接等情况 否则会造成硬件 损坏及人身意外 开始程序调试 首先将 PLC 控制程序写入到 PLC 机器中 再选择监控状态 使 PLC 处于 RUN 状态 然后逐一按投币感应器 即硬币识别机相对应的输入 开关 观察有没有进行累加币值 或按选择按钮 观察输出指示灯是否按预计 效果闪灭 即显示饮料选择提示 饮料送出 送出时间和退币提示 并通过监 控状态观察程序的运行过程及输入输出信号 内部描述实际出现的问题及解决 方案 对报警部分进行调试 只需给相应的输入端口信号 然后相应的指示灯 变亮即可 要对照设计控制要求 逐一检验设计功能是否能有效的实现 并对 程序进行改进和完善 调试过程中 发现了很多在设计之初没有考虑到的问题 经过反复的调试 和不断的改进 问题逐个被解决 总而言之 对程序必须要反复调试 不断改 进 以获得既完全实现功能 而又简单 严谨性高的 PLC 控制程序 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载 6 6 结论结论 经过一个星期的奋战 我的