基于PLC自动售货机设计

江门 中山职业技术学院成人教育 毕业论文毕业论文 设计 作业设计 作业 题 目 基于 PLC 自动售货设计 学生姓名 谭展荘 层次 大专 所学专业 应用电子技术 班级 函文本 02 1 指导老师 彭晓亮 职称 讲师 2017 年 4 月 10 日 XXX 学院成人教育 原 创 承 诺 书 我承诺所呈交的毕业论文 设计 是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 据我 查证 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果 若本论文 设计 及资 料与以上承诺内容不符 本人愿意承担一切责任 毕业论文 设计 作者签名 日期 2017 年 4 月 20 日 XXX 学院成人教育毕业论文 设计 作业 评语表 指 导 教 师 评 语 评定成绩 分 签 名 年 月 日 评 阅 教 师 评 语 评定成绩 分 签 名 年 月 日 答辩结论 评定成绩 分 签 名 指导教师签名 年 月 日 总 评 评定等级 签 名 指导教师签名 年 月 日 XXX 学院成人教育毕业论文 设计 作业 任务书 发给学员 1 毕业设计 论文 作业 题目 2 学员完成设计 论文 作业 时间 2017 年 4 月 30 日 3 毕业设计 论文 作业 课题要求 4 实验 上机 调研 部分要求内容 5 文献查阅要求 6 发出日期 2017 年 1 月 5 日 7 学员完成日期 2017 年 4 月 30 日 系 教研室 意见 签名 指导教师签名 学 生 签 名 目录 摘要 1 关键词 1 前言 2 第一章 自动售货机的简介及设计要求 4 1 1 自动售货机简介 4 1 2 自动售货机工作原理 4 1 3 自动售货机功能设计要求 5 1 4 自动售货机设计思路 5 1 5 自动售货机的控制要求 6 第二章 PLC 控制的自动售货机硬件选择 8 2 1 硬件电路组成框图 8 2 2 主要硬件选择 9 2 3 电磁阀的选择 11 2 4 PLC 的选择 11 2 5 PLC 的结构 12 2 6 PLC 的原理 13 第三章 PLC 控制的自动售货机的软件设计 15 3 1 系统涉及 PLC 指令简介 15 3 2 I 0 分配表 16 第四章 程序编写 17 4 1 控制程序设计思路 17 4 2 部分程序注释 18 总结 25 致谢 26 参考文献 27 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 摘要摘要 本文介绍了自动售货机的基本原理及工作流程 以一次交易 过程为例 交易过程一共分为几个程序模块 模块具体说明了可编程 控制器在自动售货机中的作用 程序涉及了自动售货机的工作绝大 部分过程 为了保证自动售货机的系统长期稳定性 实用性所以选 用了三菱 FX 2N PLC 控制 为了更快速 更方便的使顾客拿到所买 物品采用直式电磁阀 关键词关键词 自动售货机 梯形图 PLC 及电磁阀 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 前言前言 可编程序控制器简称 PLC 是一种以微处理器为核心的用于工程 自动控制的工业控制机 其本质是一台工业控制专用计算机 它的 软 硬件配置与计算机大致相同 只不过比一般计算机更适应于控 制要求的编程语言 硬件主要由中央处理单元 CPU 存贮器 输入 输出单元以及编程器 电源和智能输入 输出单元等构成 PLC 综合 了计算机技术 自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的 一种新型工业自动控制装置 是当今工业发达国家自动控制的标准 设备之一 自动售货机是根据时代的进步 生活的变化 人类的需要研究 出来的智能科技产物 自动售货机随着使用的广泛 科技的进步也 将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展 随着时间推 移自动售货机不仅具有售货功能 而是更加多元化人性化 本设计根据多次仔细观察市场现有自动售货机的工作流程及身 边朋友和同学提出的意见及建议所编成 工作原理如下 1 从投 币口投入硬币 经过传感器判别投入金额 2 顾客选择所需商品 根据选择项目判断出有无货物 有则根据顾客投金额进行计算 计 算结果符合程序中比较模块要求 则允许电磁阀动作完 成购物 若不符合则可选择退币或继续投币 3 若购买完物品后依然有较 多余额可继续购买物品直到余额不足选择退币 4 四秒后如无操 作系统自动弹出之前购买物品和退币 系统复原 完成售货 具体 控制流程 自动售货机能销售多种价位商品 如可乐 2 5 元 纯 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 净水 1 5 元 牛奶 3 元 酸奶 3 5 元 计数量无限 可接受多种面 值的货币 如五元 1 元 0 5 元等 当投入金额大于或等于顾 客所需要商品时系统控制电磁阀及找零系统送出顾客所选物品及找 零 当投入金额小于顾客所需商品时 系统会控制指示灯提醒顾客 余额不足 可选择继续投币或退币 完成购买 若顾客选择的商品 无货 会有相应的指示灯闪烁提示 顾客可选择其他商品购买 顾 客可以一次购买多个物品 当一次交易结束系统自然复位等待下位 顾客光临 若顾客投币后不想购买物品可直接按下退币按钮退币 随着经济的高速发展 人们生活节奏的加快 简单快捷的购物 方式必将使群众广泛接受广受欢迎 自动售货机普及和应用定是必 然趋势 目前国内自动售货机市场形式日益强大 自动售货机逐步 从一线城市和经济发达地区向和次发达和二 三线城市及地区延伸 逐步从高级宾馆 地铁 机场 会所等高档场所向普通社区各大学 校公司及人口密集地方普及 大有覆盖整个城市之势 可以说是市 场受欢迎程度无限 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 第一章第一章 自动售货机的简介及设计要求自动售货机的简介及设计要求 1 11 1 自动售货机简介自动售货机简介 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 从广义来讲自动售货机就是在投入硬币 纸币 信用卡等后便 可以销售商品的机械 从狭义来讲就是自动销售商品的机械 从供 给的条件看 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 小时无人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 1 21 2 自动售货机工作原理自动售货机工作原理 1 从投币口投入硬币 经过传感器判别投入金额 2 顾客选择所需商品根据选择项目判断出有无货物 有则根 据顾客投 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 金额进行计算 计算结果符合程序中比较模块要求 则 允许电磁阀动作完 成购物 若不符合则可选择退币或继续投币 3 若购买完物品后依然有较多余额可继续购买物品直到余 额不足选择退币 4 四秒后如无操作系统自动弹出之前购买物品和退币 系 统复原 完成售货 1 31 3 自动售货机功能设计要求自动售货机功能设计要求 1 自动售货机能销售多种价位商品 可乐 2 5 元 纯净水 1 5 元 牛奶 3 元 酸奶 3 5 元 计数量无限 2 可接受多种面值的货币 五元 1 元 0 5 元等 3 当投入金额大于或等于顾客所需要商品时系统控制电磁阀及 找零系统送出顾客所选物品及找零 4 当投入金额小于顾客所需商品时 系统会控制指示灯提醒顾 客余额不足 可选择继续投币或退币 完成购买 5 若顾客选择的商品无货 会有相应的指示灯闪烁提示 顾客可 选择其他商品购买 6 顾客可以一次购买多个物品 当一次交易结束系统自然复位等 待下位顾客光临 7 若顾客投币后不想购买物品可直接按下退币按钮退币 1 41 4 自动售货机设计思路自动售货机设计思路 本次设计的题目是自动售货机 主要是应用三菱 FX 2N 型 PLC 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 的梯形图来设计控制程序 并简单介绍相关的知识 如 PLC 的编 程语言 自动售货机的硬件组成等 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 本次设计的重要部分是自动售货机梯形图的设计 首先就得根 据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图 再根据所画出的 顺序功能图准确设计出它的梯形图 并反复调试做到程序无误 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 1 51 5 自动售货机的控制要求自动售货机的控制要求 1 按下投币按钮5角 1元 5元 数码显相应数字 2 显示金额减去所买货物金额后 数码显示金额 可以一次多买 直到金额不足灯 L1亮提示余额不足 3 当投币余额不足时 如果继续投币可继续购买 4 投币金额超过十元 数码管显示低两位 但可继续购物 5 购物4秒后 如果在没有操作 则取物口灯亮 有余额则退币口灯 亮 6 如不买货物 按退币按钮则退出全部金额 数码显示为零 退币 口灯亮五秒后灯灭 7 购物如无币找零则提示灯亮 考虑是否继续购物再按一次选物按 钮 继续购物否则按退币按钮 金额退币 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 第 2 章 PLC 控制的自动售货机硬件选择 2 1 硬件电路组成框图 图 2 1 硬件电路组成框图 当售货机有钱币投入时 会经过硬币识别器和纸币识别器 在 真币的情况下将信号送到 PLC 的输入端 此时 可以按下各选择按 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 钮 选择按钮的信号送到 PLC 后相应的输出端子得电 使输出继电 器得电输出饮料 同时七段数码管也会显示出实时的金额提醒顾客 当购买完毕按下退币按钮退币 若有顾客忘记退币 售货机会自动 报警提醒顾客退币 2 22 2 主要硬件选择 主要硬件选择 一 硬币识别器 1 硬币识别原理 主要识别指标 材质 厚度 直径 材质是用电磁的方式测的 使用空心线圈或磁芯线圈 线圈组 数少的只有一组 多的常见的是六组 工作状态下 线圈及其外围 电路会以一个特殊的频率振荡 多个线圈的话频率各不相同 当 硬币以垂直或平行于线圈平面的方式穿过时 不同产品方式不同 会引起振荡频率的变化 材质不同所引起的频率变化幅度和方向 增加 减少 也不同 对某种硬币的变化特征进行记录后 就成 为使用中识别该种硬币的依据 厚度是没有东西专门测的 实际上这个指标是和材质一起测 因为即使相同材质的硬币 如果厚薄不同 导致的频率变化差异也 较大 直径 老式的识别装置用光电管队列来识别直径 排列组合 得当的话 识别精度也不低 可答0 5mm 新一点的都用偏心或异 形线圈来测量 依据是直径小的硬币与线圈的重合部分也少 由此 也带来频率变化的不同 2 产品型号 适用硬币 直径 18mm 32mm 厚度1 2mm 3 2mm 适用于人 民币 工作电压 DC 12V 功耗 静能0 5mW 动能0 5W 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 工作温度 20 50 图 2 2 硬币识别器 二 纸币识别器 1 纸币识别原理 把正常的钞票在各传感器接收到的信号进行统计取样 识别 并寄存起来 作为检测的依据 当识别纸币时 把在各通道接口接 收到的信号参数与原寄存起来的信号参数进行比较 判断 若有明 显差异时就立即送出报警信号并截停电机 同时送出对应的信号提 示 图 2 3 纸币识别器 2 型号 电压 DC 12V 5 电流 待机0 12A 工作2A 工作温度 0 C 55 C 保存温度 20 C 60 C 湿度 30 85 RH no condensation 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 重量 0 8kg 插入方向 任意方向 识别时间 2 5 秒 2 32 3 电磁阀的选择电磁阀的选择 国内外的电磁阀从原理上分为三大类 即 直动式 分步直动式 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 分步膜片结构 先导式膜片结构 直动活塞结构 分步活塞 结构 先导活塞结构 本设计主要采用 的是直动势电磁阀 直动式电磁阀 原理 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 弹簧力把关闭件压在阀座上 阀门关闭 特点 在真空 负压 零压时能正常工作 但一般通径不超过 25mm 2 42 4 PLCPLC 的选择的选择 目前 自动售货机的核心是单片机 可是一但输出电压不稳定 单片机就容易发热造成爆裂 可靠性低等缺点 而 PLC 不但可以实 现类似的控制功能 还具有性能可靠 电压使用范围广 灵活通用 易于编程 使用方便等特点 并且提高了自动售货机系统的稳定性 能够保证自动售货机能够长期稳定运行 因此近年来在工业自动控 制 机电一体化 改造传统产业等方面得到普遍应用 所以 本文 选择 PLC 来控制自动售货机 此次 我选择的是三菱 FX 2N 的 PLC 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 图 2 4PLC 2 52 5 PLCPLC 的结构的结构 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 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 1 CPU 是由控制器和运算器组成的 运算器也称为算术逻辑 单元 它的功能就是进行算术运算和逻辑运算 控制器的作用是控 制整个计算机的各个部件有条不紊地工作 它的基本功能是从内存 中取指令和执行指令 他的重要功能如下 诊断 PLC 电源 内部电路的工作状态及编制程序中的语法错 误 采集现场的状态或数据 并送入 PLC 的寄存器中 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令 进行编 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 译解释后 按指令规定的任务完成各种运算和操作 将存于寄存器中的处理结果送至输出端 应各种外部设备的工作请求 2 存储器 PLC 的存储器分为两大部分 一部分是系统存储器 用来存放系统管理程序 监控程序及其 系统内部数据 二部分是用户存储器 包括用户程序存储区及工作数据存储区 3 输入输出接口电路 PLC 通过输入输出 I O 接口电路实现与外围设备的连接 输 入接口通过 PLC 的输入端子接受现场输入设备的控制信号 并将这 些信号转换成 CPU 所能接受和处理的数字信号 4 电源 PLC 的电源是指将外部输入的交流电经过整流 滤波 稳压等 处理后转换成满足 PLC 的 CPU 存储器 输入输出接口等内部电路 工作所需要的直流电源电路或电源模块 2 62 6 PLCPLC 的原理的原理 PLC 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 PLC 也有它自己的特点 PLC 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 输入刷新阶段 在输入刷新阶段 CPU 扫描全部输入端口 读取其状态并写入 输入状态寄存器 完成后关闭输入端口 转入程序执行阶段 程序执行阶段 在程序执行阶段 根据用户输入的控制程序 从第一条开始逐 条执行 并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输 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 出状态寄存器 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后 将输出状态寄存器中的内容 依次送到输 出锁存电路 并通过一定输出方式输出 驱动外部相应执行元件工 作 这才形成 PLC 的实际输出 2 72 7 PLCPLC 外部接线图外部接线图 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 第三章 PLC 控制的自动售货机的软件设计 3 13 1 系统涉及系统涉及 PLCPLC 指令简介指令简介 1 比较指令 CMP 比较指令在 PLC 控制系统中是一条十分重要的功能指令 它将 S1 S2 中的数据进行比较 比较结果送到目的操作数 D 中 如 下图所示 当 X0 为 OFF 时 不执行 CMP 指令 M0 M1 M2 保持不 变 当 X0 为 ON 时 执行 CMP 指令 S1 S2 中的数据进行比较 即 C20 计数器值与 K100 数值 K100 比较 如果 C20 当前值小于 100 则 M0 1 如果 C20 当前值大于 100 则 M2 1 如果 C20 当前 值等于 100 则 M1 1 图 3 1CMP 指令使用说明 2 运算指令 1 加法运算 图 3 2 加法运算使用说明 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载 加法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加 结果送到 指定的目标元件中 如图 2 6 所示 当 X0 为 1 时 D10 D12 D14 运算是代数运算 2 减法运算 图 3 3 减法运算使用说明 减法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加 结果送到 指定的目标元件中 如图所示 当 X0 为 1 时 D10 D12 D14 运算为代数运算 4 BCD 指令 5 BCD 码变换功能指令使用说明 BCD 码变换指令是将源操作数中的二进制数变换成 BCD 码送至 目标操作数中 如上图所示 当 X0 为 ON 时 将 D12 中的二进制数 变换成 BCD 码送到输出口 Y7 Y0 中 之后的 BCD 码可送到 LED 七段 显示器显示 D12 中的值 3 23 2 I 0I 0 分配表分配表 输入输出 设备输入 点 设备输出点 五角按钮 SB0X000 可乐推电磁阀 KM1Y0 1 元 SB1X001 纯水推电磁阀 KM2Y1 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载 5 元 SB2X002 牛奶推电磁阀 KM3Y2 可乐按钮 SB30003 酸奶推电磁阀 KM4Y3 纯水按钮 SB40004 L1 灯 Y4 牛奶按钮 SB5X005 L2 灯 Y5 酸奶按钮 SB6X006 L3 灯 Y6 退币按钮 SB7X007 L4 灯 Y7 可乐无货按钮 SB8X010 纯水无货按钮 SB9X011 牛奶无货按钮 SB10X012 酸奶无货按钮 SB11X013 无币找零按钮 SB12X014 精品文档 18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载 第四章程序编写第四章程序编写 4 14 1 控制程序设计思路控制程序设计思路 设计一台完整的销售多种种不同价位的的自动售货机 具有硬 币识别 币值加减 自动售货 自动找钱功能 此售货机可接受的 硬币为 0 5 元 1 元 五元的纸币或硬币 可乐的售价为 2 5 元 纯水的售价为 1 5 元 牛奶的售价为 3 元 酸奶的价格为 3 5 元 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 靠触摸控制按钮输入信号使控制启动相关位置的机械 装置完成规定动作 将货物输出 当投入金额大于或等于顾客所需 要商品时系统控制电磁阀及找零系统送出顾客所选物品及找零 当 投入金额小于顾客所需商品时 系统会控制指示灯提醒顾客余额不 足 可选择继续投币或退币 完成购买 若顾客选择的商品无货 会有相应的指示灯闪烁提示 顾客可选择其他商品购买顾客可以一 次购买多个物品 当一次交易结束系统自然复位等待下位顾客光临 若 顾客投币后不想购买物品可直接按下退币按钮退币 4 24 2 部分程序注释部分程序注释 1 投币部份 精品文档 19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载 系统具有三个投币按钮 SB0 SB1 SB2 分别对应于 0 5 元与 1 元 5 元 任意按下一个按钮 系统会接收相应的货币加法指令统计总 值 2 2 价格比较及选择商品和送出部分 价格比较及选择商品和送出部分 寄存在 D200 中的货币金额和商品的单价相比较 如程序第 66 步中如果寄存器 D200 中的数字大于 25 则 M2 得电 按下选择按钮 SB3 推可乐电磁阀推出可乐 减指令计算出所找零钱退币 3 3 退币找零及计时器部分退币找零及计时器部分 精品文档 20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载 退币键为 X7 只要机器内货币的总额不等于零 此时按下 X7 可以 退币 在退币前系统会比较货币的值 三 梯形图 精品文档 21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载 精品文档 22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载 精品文档 23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载 总结 这次所做的自动售货机将我学过的理论知识充分的应用到了设 计当中 以前在学习时不够清楚如何应用所学知识 对所学的知识 不能很好的融会贯通 但现在通过这个技师论文 让我对自动控制 PLC 及相应的知识等方面有所增加 深深体会到维修电工专业博大 精深 如果不在平常慢慢积累和刻苦学习想靠短