PLC的自动售货机的课程设计[1]

湖南工学院湖南工学院 课程设计说明书课程设计说明书 课题名称 自动售货机的控制设计 专业名称 自动化 学生班级 自本 0701 学生学号 410070131 学生姓名 冯 源 指导老师 陆秀令 课程设计任务书 自动售货机的控制设计 一 控制要求 1 自动售货机有 3 个投币孔 分别为 1 元 5 元和 10 元 2 售货共有 3 种饮料供选择 分别为汽水 花茶和咖啡 3 如投币总额超过销售价格 将可由退币钮找回余额 4 投币总额或当前值显示在 7 段数码管上 5 投币值等于或大于 12 元时 汽水指示灯亮 表示只可选择汽水 6 投币值等于或大于 15 元时 汽水和花茶指示灯亮 表示只可选择汽水和花 茶 7 投币值等于或大于 20 元时 汽水 花茶和咖啡指示灯亮 表示 3 种均可选 择 8 按下要饮用的饮料按钮 则相对应的指示灯开始闪烁 3s 后自动停止 表 示饮料已经掉出 9 动作停止后按退币钮 可以退回余额 退回金额如果大于 10 元 则先退 10 元再退 1 元 如果小于 10 元则直接退 1 元的 二 设计任务 学生根据控制要求 明确设计任务 拟定设计方案与进度计划 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 主要内容包括 1 设计出硬件系统的结构图 接线图 时序图等 2 系统有启动 停止功能 3 运用功能指令进行 PLC 控制程序设计 并有主程序 子程序和中断程序 4 程序结构与控制功能自行创新设计 5 进行系统调试 实现自动售货机的控制要求 三 设计报告 课程设计报告要做到层次清晰 论述清楚 图表正确 书写工整 详见 课程设计报告写作要求 目录 第 1 章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 PLC控制系统设计编程要求 2 1 3 PLC控制系统设计的基本原则 3 1 4 本人的主要工作 4 第 2 章 自动售货机 PLC 控制系统的硬件设计 5 2 1 I O 点的统计 5 2 2 PLC 选型与 I O 的分配 5 2 3 自动售货机的硬件线路设计 5 第 3 章 自动售货机 PLC 控制系统的软件设计 7 3 1 常见的梯形图的设计方法 7 3 2 自动售货机的 PLC 控制程序设计 7 3 3 组态面板 11 3 4 梯形图的调试 12 第 4 章 课程设计总结 15 参考文献 16 第 1 章 绪 论 1 1 引 言 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 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 传统的自动售货机控制系统采用单片机作 为控制核心 这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作 而且系统的抗干扰性 也比较差 可编程逻辑控制器 Programmable Logical Controller 简称 PLC 可编程序控制器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地应用 因为自动售货机作为社会上完成商品零售 和综合服务的独立设施 要求它的结构必须可靠 稳定和执行效率高 PLC是以 CPU为核心 综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控 制装置 是现代工业控制的三大支柱 P L C 机器人和C A D C A M 之 一 P L C 的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的 可以简单地表述为 在系统程序的管理下 通过运行应用程序完成用户任务 但是P L C 也有它自 己的特点 P L C 在确定了工作任务 装入了专用程序后成为一种专用机 它 采用循环扫描工作方式 系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方 式完成的 目前 可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电 力 建材 机械制造 汽车 轻纺 交通运输 环保等各行各业 自动售货机的新奇 文明 高档 灵活方便等深受广大市民青睐 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 当按下选择 商品的按钮时 自动售货机根据投入的币值 起动电机 提取商品到出货口 顾客取出商品 完成此次交易 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 1 2 PLC控制系统设计编程要求 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 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 3 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 4 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 1 3 PLC控制系统设计的基本原则 1 所编的程序要合乎所使用的 PLC 的有关的规定 主要是对指令要准确地理解 正确地使用 各种 PLC 指令多有类似之处 但还有些差异 对于有 PLC 使用经验的人 当选用另一种不太熟悉的型号进行 编程设计时 一定要对新型号 PLC 的指令重新理解一遍 否则容易出错 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 还要能优化结构 要实现某种功能 一般而言 在达到的目的相同 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 要使所编的程序尽可能清晰 这样既便于程序的调试 修改或补充 也便于别人了解和读懂程序 要想 使程序清晰 就要注意程序的层次 讲究模块化 标准化 特别是在编制复杂 的程序时 更要注意程序的层次 可积累自己的与吸收别人的经验 整理出一 些标准的具有典型功能的程序 并尽可能使程序单元化 像计算机中的常用的 一些子程序一样 移来移去都能用 这样 设计起来简单 别人也易了解 4 要使所编的程序合乎 PLC 的性能指标及工作要求 所编程序的指令条数一定少于所选用的 PLC 内存的容量 即程序在 PLC 中 能放得下 所用的输入 输出点数要在所选用 PLC 的 I O 点数范围之内 PLC 的扫描时间要少于所选用 PLC 的程序运行监测时间 PLC 的扫描时间不仅包括 运行用户程序所需的时间 而且还包括运行系统程序所需的时间 5 所编程序能够循环运行 PLC 的工作特点是循环反复 不间断地运行同一程序 它的运行从初始化 后的状态开始 待控制对象完成了工作循环 完整程序执行一次 则又返回 初始化状态继续运行 因为只有这样才能使控制对象在新的工作周期中也得到 相同的控制 1 4 本人的主要工作 我的主要工作是设计自动售货机的所有硬件系统与软件程序 其中包括对 I O 点的统计与分配 对 PLC 的选型 对硬件线路的设计 对 PLC 梯形图的编 程设计 与最终的调试仿真 第 2 章 自动售货机 PLC 控制系统的硬件设计 2 1 I O 点的统计 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 32 个左右 其中其输入点为 16 点 输出点为 16 点 2 2 PLC 选型与 I O 的分配 根据 PLC 的程序选择性能价格比较高的三菱 FX2N 32MR 自动售货机的 I O 分配表如表 2 1 表 2 1 I O 分配表 输入 输出 X说明Y说明 X0总开关Y0汽水指示灯 X11 元硬币识别器Y1花茶指示灯 X25 元硬币识别器Y2咖啡指示灯 X310 元硬币识别器Y3汽水出口 X4汽水按钮Y4花茶出口 X5花茶按钮Y5咖啡出口 X6咖啡按钮Y610 元硬币退币机构 X7退币按钮Y71 元硬币退币机构 Y10 Y17带锁存的七段显示器 2 3 自动售货机的硬件控制电路设计 了解各个控制对象的驱动要求 分析对象的控制要求 确定所控制参数的 精度及类型 如 对开关量 模拟量的控制等 完成 PLC 硬件结构配置 本设 计中 退币按钮 各种饮料按钮 开始购买按钮 继续按钮退币机构和饮料出 口 驱动电磁阀 等均为开关量 根据上述要求 因条件所限输出均用指示灯 代替 由此绘制出系统结构图 PLC 控制电路接线图 如图 2 1 图 2 2 所示 图 2 1 自动售货机结构图 图 2 2 自动售货机的接线图 第 3 章 自动售货机 PLC 控制系统的软件设计 3 1 常见的梯形图的设计方法 1 根据继电器电路图设计梯形图 用 PLC 改造继电器控制系统时 原有的继电器控制系统经过长期的使用和 考验 已经被证明能完成系统要求的控制功能 而继电器电路图与梯形图在表 示方法和分析方法上有很多相似之处 因此可以根据继电器电路图设计梯形图 即将继电器电路图 转换 为具有相同功能的 PLC 的外部硬件接线图和梯形图 2 经验法设计梯形图 经验设计珐是在一些经典的电路基础上 根据被控对象对控制系统的具体 要求 不断地修改和完善梯形图 设计比较简单的控制系统的梯形图 一般需 要多次反复地调试和修改梯形图 增加一鞋触电或中间编程元件 最后才能得 到一个满意的结果 这种方法没有普遍的规律可以遵循 具有很大的试探性和随意性 最后的 结果不是唯一的 设计所用的时间 设计的质量与设计者的经验有很大关系 一般用于较简单的梯形图的设计 3 顺序控制法的设计梯形图 顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序 在各个输入信号的作用下 根据内部状态和时间的顺序 在生产过程中各个执行机构自动地有次序的进行 操作 此次设计我是运用的经验法设计的梯形图 根据平时上课所学与实验中的 经验设计的梯形图 3 2 自动售货机的 PLC 控制程序设计 根据控制要求 绘出自动售货机 PLC 控制流程图 表达出各控制对象的动 作顺序 相互间的制约关系 自动售货机 PLC 控制流程图 如图 2 3 所示 图 3 1 自动售货机的流程图 在明确 PLC 寄存器空间分配 确定专用寄存器的基础上 进行控制系统的 程序设计 包括主程序编制 各功能子程序编制 其他辅助程序的编制等 自动售货机 PLC 控制梯形图 如图 3 2 3 3 3 4 所示 图 3 2 自动售货机的程序梯形图 1 图 3 3 自动售货机的程序梯形图 2 图 3 4 自动售货机的程序梯形图 3 3 3 组态面板 根据 I O 分配表画出组态面板 如图 3 5 图 3 5 自动售货机的组台面板图 将余额显示 投币孔 1 元 10 元 汽水 花茶 咖啡出口和汽水指示灯 花茶指示灯 咖啡指示灯利用标签进行输入并设计指示灯显示来观察各部分的 动作 输入框进余额的显示 对退币 汽水 花茶和咖啡设计标准按钮来控制 设备窗口选择通用串口父设备 0 和三菱 FX2N 32MR 并对其进行设置偶校验 周期 200MS 七位数据位 并根据梯形图设置设备内部属性 进行通道连接 在实时数据内进行写入咖啡指示灯 花茶指示灯和汽水指示灯 3 4 梯形图的调试 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 包括硬币 纸币识别 均用开关信号来代替 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 然后逐一按开始购买观察按钮 投币按钮 硬币识别 机构 按钮 或继续购买按钮 观察输出指示灯是否按预计效果闪灭 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 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 下面是我用电脑在三菱 GX Developer 进行的仿真 首先我按下总开关 X000 然后按下 3 次 1 元硬币按钮 X001 1 次 1 元投币 按钮 X003 使显示器上余额到达 13 汽水指示灯亮 仿真如图 3 6 图 3 7 图 3 6 仿真图 1 图 3 7 仿真图 2 然后 按下选择汽水按钮 X004 仿真如图 3 8 图 3 8 仿真图 3 接着来对退币系统进行仿真 仿真前后如图 3 9 图 3 10 图 3 9 退币仿真前 图 3 9 退币仿真后 仿真结果符合设计要求 第第 4 4 章章 课程设计总结课程设计总结 经过一周的奋战 我的课程设计终于完成了 在没有做课程设计以前觉得 课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结 但是通过这次设计过程 我发 现学习过程中不容得半点马虎和随意 首先 程序设计过程中 要按主电路 控制电路 辅助电路 联锁与保护 总体检查反复修改与完善的先后顺序进行 PLC 控制程序既要满足生产机械和工艺的各种控制 又要满足电气控制装置本 身的制造 使用和维修的需要 原理设计决定着生产机械设备的合理性与先进 性 考虑其是否具有生产可行性 经济性 美观 使用维修方便等特点 PLC 控 制系统设计要全面考虑