基于PLC的饮料自动售货机控制系统设计(DOC).doc

毕业设计（论文）基于PLC的饮料自动售货机控制系统设计专业（系） 电子信息工程系 班 级 学生姓名 指导老师 完成日期 2014年5月 272012届毕业设计任务书一、 课题名称：基于PLC的饮料自动售货机控制系统设计二、指导教师：谢祥洲三、设计内容与要求1、课题概述：本课题采用三菱FX2N系列PLC对饮料饮料自动售货机控制系统进行设计，根据系统的设计要求对饮料自动售货机控制系统、检测系统进行分析，给出饮料自动售货机控制系统的总体设计思路，并通过I/O列表、I/O接线图、梯形图、指令表等对其控制系统进行了程序设计，控制程序经上机调试运行，其结果基本符合要求。2、设计内容与要求：1）分析饮料自动售货机的控制系统、检测系统，确定其控制系统的总体设计思路；2）采用FX2N系列PLC作为饮料自动售货机控制PLC，正确选取PLC型号，设计出其控制程序。3）控制程序上机调试。4）所设计的饮料自动售货机控制程序，应符合饮料自动售货机运行规则。如饮料自动售货机收到识币信号后，自动进行累计、外部金额显示、顾客按键后自动推出商品和发出退币找零等信号的电控系统。5）设计说明书要有硬件原理连接图，I/O分配图，程序梯形图、指令表及相应的说明。要求文字流畅，图形清晰，便于阅读。四、设计参考书1、PLC控制系统设计与维护 刘小春 华满香主编 高等教育出版社 2、流行PLC实用程序及设计(三菱FX2系列) 贺哲荣主编 西安电子科技大学出版 3、三菱FX系列PLC设计与开发-原理、应用与实训 张还主编 机械工业出版社 五、设计说明书要求 1、 封面2、 目录3、 内容摘要(200400字左右，中英文)4、 引言5、 正文（设计方案原理、特点、分析、比较、论证，PLC程序的设计及调试，调试结果的说明及特点，实验结果的说明及特点）6、 结束语7、 附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、毕业论文要求1、 毕业设计论文要求文字要求:文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。目 录摘 要6第1章 任务与要求,81.1课题概述.81.2 设计内容与要求81.3 FX2N-32MR产品说明8第2章 引 言.10 2. 1研究背景.102.2论文研究目标和意义.12第3章 方案论证与设计.14 3.1 总体设计分析.14 3.2 方案的选择与设计.14 3.2.1 继电控制.14 3.2.2 单片机控制.15 3.2.3 PLC控制.15 3.3 方案确定.16第4 章 自动售货机的PLC控制系统设计.17 4.1 硬件电路设计.174.1.1硬件系统组成.174.1.2 电气设备的选择17 4.2 软件设计.19 4.2.1 自动售货机控制要求.19 4.2.2 控制流程图.20 4.2.3 I/O分配表.21 4.2.4 硬件接线图.22 4.2.5程序设计.23第5章 系统调试.275.1 调试设备.275.2 调试步骤.27第6章 心得体会（致谢）.29参考文献.30附表一： 梯形图.31 摘 要在今天的工业生产中，可编程逻辑控制器（PLC）已经成为实现工业自动化的关键。本文简要介绍了有关可编程逻辑控制器的一些基础知识和简单的应用，而且还介绍了PLC的技术特点，并重点在硬件、软件和组态软件方面进行了介绍，对他们在工业自动化中的典型应用、最新的技术发展趋势也做了介绍。自动售货机在中国有着广阔的发展前景，文中介绍了自动售货机的发展历史和现状。在这次的毕业设计中，我查阅了大量的资料，以PLC原理为基础设计了自动售货机系统。按照自动售货机的工作方式，把一次交易过程分为：运行初期清零过程、投币过程、价格比较过程、选择商品过程、退币过程。利用梯型图编制各个过程的程序完成了设计的基本要求。关键词:自动售货机；可编程逻辑控制器。 ABSTRACTIn todays industrial production, programmable logic controller (PLC) has become the key to realize industrial automation. This paper briefly introduces the programmable logic controller some basic knowledge and simple application, but also introduces the technical characteristics of PLC, and mainly in hardware, software and configuration software are introduced, the typical application in industrial automation, the latest technology development trend is also introduced. Vending machine in China has a wide development prospect, this paper introduces the vending machine development history and current situation. In this graduation design, I refer to a large amount of material, with PLC principle for foundation design the vending machine system. According to the vending machine working way, a transaction process is divided into: early operation period reset process, coin process, price comparison process, choose goods process, return money process. Use of ladder type planning each process procedures completed the basic requirements of design.Keywords:Vending machine;Programmable logic controller.第1章 任务与要求1.1课题概述本课题采用三菱PLC-FX2N-32MR对饮料饮料自动售货机控制系统进行设计，首先对饮料自动售货机结构进行简单介绍，然后根据系统的设计要求对饮料自动售货机控制系统、检测系统进行分析，给出饮料自动售货机控制系统的总体设计思路，并通过I/O列表、I/O接线图、梯形图、指令表等对其控制系统进行了程序设计，控制程序经上机调试运行，其结果基本符合要求。1.2 设计内容与要求1）简单介绍饮料自动售货机结构；2）分析饮料自动售货机的控制系统、检测系统，确定其控制系统的总体设计思路；3）采用FX2N系列PLC作为饮料自动售货机控制PLC，正确选取PLC型号，设计出其控制程序。4）控制程序上机调试。5）所设计的饮料自动售货机控制程序，应符合饮料自动售货机运行规则。如饮料自动售货机收到识币信号后，自动进行累计、外部金额显示、顾客按键后自动推出商品和发出退币找零等信号的电控系统。6）设计说明书要有硬件原理连接图，I/O分配图，程序梯形图、指令表及相应的说明。要求文字流畅，图形清晰，便于阅读。有条件的设计方案要求在实验室验证其正确性。1.3 FX2N-32MR产品说明：FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点；FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案的一套可以满足多样化广泛需要的PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。特殊用途：脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII code印刷，HEX ASCII变换，校验码等。时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。我本次设计所选用的是三菱PLC-FX2N-32MR。32点，16输入，16输出的。 第2章 引 言2.1研究背景1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求； 1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。2.2论文研究目标和意义 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。在售货机的显示屏幕上进行操作，输入商品号码和购买数量，并投入钱币后，商品就会从取货口出来，甚至从食品自动售货机上还能买到大闸蟹。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，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。本次设计的主要目的能够实现自动售货机的自动控制系统的PLC设计，进一步增强和完善学生自我的创新与动手能力。主要内容是首先整个控制系统的设计思路，从硬件到软件的资料收集，对一些硬件以及自动售货机内部接线电路都逐一进行了研究学习。.第三章 方案论证与设计3.1 总体方案设计分析 3.1 控制系统设计原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）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对象。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。(2) 在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。（3）保证控制系统的安全、可靠。（4）考虑到生产的发展和工艺和改进，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。3.2 方案的选择与设计3.2.1 继电控制利用具有继电特性的元件进行控制的自动控制系统。所谓继电特性是指在输入信号作用下输出仅为通、断等几个状态的特性。继电控制也称通断控制。例如，电炉温度调节中根据炉温是否超过规定值而断开或接通电源。对于继电控制型伺服系统，继电控制是指驱动电源的全部电压按照控制偏差值符号的正负，正向或反向地加到执行电动机上。为避免正反向之间的持续振荡，在正向和反向之间常设置一个死区。继电控制中使用的元件并不限于电磁式继电器，也可用别的手段来实现继电特性。例如，在双位式温度调节中，常采用双金属片作为敏感元件，温度变化时双金属片因两部分金属的膨胀系数不同而弯曲变形，接通或断开触点。继电控制系统的主要分析方法有相平面法和描述函数法。继电控制的缺点：继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。3.2.2 单片机控制目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置 ，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统， 摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 3.2.3 PLC控制 在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来了前所未有的非凡变化。使用PLC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。 可编程序控制器的优势、特点及功能：可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。1、 闭环过程控制2、 运动位置控制3、 生产过程的监控和管理4、 网络特性3.3 方案确定 PLC控制比继电控制在逻辑上更改方便、控制速度更高、更灵活且便于维护。PLC是建立在单片机上的产品。单片机是一种集成电路，不具可比性。单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。从工程角度上说：对于单项或重复极少的项目，采用PLC是更明智、快捷的途径。功率高，可靠性好！通过对各种控制的优缺点分析，各适用于不同控制要求的场合。对于自动售货机的设计来说。要求控制速度快、灵活、可靠性高、易于维护和改动、属于单项重复数少的项目。用PLC来控制是最好的选择。但分析各种厂家生产的PLC我选用了三菱FX2N-32MR型plc来进行自动售货机的控制。 第4章 自动售货机的PLC控制系统设计4.1 硬件电路设计 4.1.1 硬件系统组成 1）主控制板2）温控模版温度采集加热制冷等3） 货币识别模块在投入货币之后，系统会用红外线识别器识别货币的面额。4） 销售模块在顾客选择商品时，用电机驱动相关的硬件设施送出相应的商品。在退币时驱动电机完成退币动作。完成销售过程。 4.1.2 电气设备的选择 在整个硬件控制中包括各种电气设备：断路器、接触器、继电器、隔离开关、热继电器、和电动机。继电器的选用原则：(1)按使用类别选用：中小型工厂的生产实际，90kW及以下的笼型电动机占全厂电机总数的90以上，基本属于按AC-3使用类别选用。(2)确定容量等级：接触器的容量即主触头在额定电压等技术条件下，其额定电流的确定，应注意如下几点：工作制及工作频率的影响：选用接触器时，应注意其控制对象是长期工作制，还是重复短时工作制。在操作频率高时，还必须考虑电弧能量的影响。在水泥厂属于长期工作制，但操作频率不高，应尽可能选用银、银合金或镶银触头的接触器，如CJ20型系列产品。环境条件的影响：在水泥厂，生产流程的环境是比较恶劣的，粉尘污染严重，通风条件差，工作场所温度较高。因此，对接触器的选择宜采取降容使用的技术措施。热继电器的选用原则：热继电器主要用于保护电动机的过载，为了保证电动机能够得到既必要又充分的过载保护，就必须全面了解电动机的性能，并给其配以合适的热继电器，进行必要的整定。一般涉及到电动机的情况有工作环境、起动电流、负载性质、工作制、允许的过载能力等。原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和起动的瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。 热继电器用以保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果每小时操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。 对于正反转相通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。电动机的选用原则：1）电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谢波干扰等），应在容许的范围内；2）按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内；3）根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；4）综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。4.2 软件设计4.2.1 自动售货机控制要求1. 投币类型分为1元、5元、10元、20元、50元2. 各种纸币各一个投钱处3. 分为五种饮料汽水、可乐、牛奶、咖啡、红茶。价格分别为3元、4元、5元、6元、7元4. 当钱数大于3时汽水灯亮5. 当钱数大于4时汽水、可乐灯亮6. 当钱数大于5时汽水、可乐、牛奶灯亮等等7. 按下饮料的按钮，电动机得电指示灯亮，相应饮料的灯闪。钱数减去饮料钱数，等闪烁3秒，出货结束。8.按下退币钱退出1元硬币4.2.2三菱FX2N-32型PLC自动售货机流程图4.2.3 I/O分配表输入符号功能地址输出符号功能地址SB11元X0HL1汽水显示灯Y0SB25元X1HL2可乐显示灯Y1SB310元X2HL3牛奶显示灯Y2SB420元X3HL4咖啡显示灯Y3SB550元X4HL5红茶显示灯Y4SB6汽水按钮X5YV1汽水电磁阀Y5SB7可以按钮X6YV2可乐电磁阀Y6SB8牛奶按钮X7YV3牛奶电磁阀Y7SB9咖啡按钮X10YV4咖啡电磁阀Y10SB10红茶按钮X11YV5红茶电磁阀Y11SB11退币按钮X12YV6退币电磁阀Y124.2.4 硬件接线图4.2.5程序设计程序设计可分为6个部分。分别为：1启动清零部分、2投币部分、3表示可购买显示部分、4选择饮料部分、5货币相减部分和6退币部分。1） 启动清零 M8002为初始脉冲。当PLC从STOP拨到RUN时接通瞬间。自动初始清零。 指令表：2） 投币部分 用PLS上升沿触发投币。用ADD指令作加法运算。 指令表： 3）表示可购买显示部分 用 D1 K3 比较指令，当D1K3输出。 指令表：4）饮料选择部分（购买、出货） Y0：可购买汽水 X5：选择汽水 Y5：输出汽水。当按下购买的按钮之后，相应的商品指示灯闪烁，同时排出商品。3秒后，货物排出完毕、相应指示灯停止闪烁。 指令表： 5）货币相减部分 这里使用了SUB减法运算用于计算投币额与商品价格之差。 指令表： 6）退币部分 按下退币按钮X12（机械自锁按钮）后，当D1大于1时，M61得电。D1等于1时，M62得电。执行DECP指令（减1）、并输出。退币线圈Y12得电。退币完成后，把X12按钮复位，完成售货。 指令表：第5章 系统调试 正确的调试系统才能使各模块电路正常工作，实现高稳定性的显示。此段程序首先采用M8002进行自动清零。用PLS上升沿触发实现投币。用ADD指令进行货币的累加并把数据储存在D1数据存储器中。用 D1 K3指令来表示可买的物品。还使用了T计时器用于计时。用减法指令进行货币的相减以及退币程序。完成整个自动售货的程序。 正确的编写程序是调试成功的关键。下面就要说说调试所用到的设备和过程。5.1调试的设备三菱FX2N-32型PLC一台接触器5台指示灯10个电机5台热继电器一个5.2调试步骤一：硬件调试1）按照相关的要求连接继电器、和热继电器以及相关的饮料输出电机。2）检查继电器的触点是否有