基于PLC自动贩卖机.doc

课程设计基于PLC的自动贩卖机设计 系 部 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电3134班 姓 名 周 权 学 号 1302133205 指导教师 曾劲松 2015 2016学年 第 一 学期目录第1章 PLC的基本知识4 1.1 PLC产生和定义4 1.1 PLC的基本组成4 1.3 PLC的基本工作原理5 1.4 PLC的特点5 1.5 PLC的应用与前景5第2章 硬件电路设计62.1 PLC类型选择62.2 PLC I/O口分配6第3章 系统软件设计73.1 系统流程图73.2 各系统梯形图8第4章 调试与分析14第5章 总结15参考文献15任务 本次设计的题目是自动贩卖机，主要是应用西门子S7-200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的编程语言、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。为了实现本系统的自动售货功能，其自动控制系统主要包括：计币系统、比较系统、选择系统、商品供应系统、退币系统以及报警及提示系统。1.计币系统： 本系统识别一元硬币，故计币以一元为单位。当有硬币投入后，将其放入一个已经清零的寄存器vw0中，再次投币时用累加器进行累加。2.比较系统： 投币完成后，当投入的硬币总额2元时，2元区商品灯亮，可以选择其中的商品；当总额3元时，2元和3元区商品灯亮，可以选择其中的商品；当硬币总额4元时，2元、3元、4元区的商品灯都亮，顾客可以选择任意商品。3.选择系统： 当按下相应商品区的按钮时，相应的指示灯亮。当商品供应完毕，指示灯灭。4.商品供应系统： 按下选择按钮，相对应的商品阀门打开，商品2s内供应。同时，硬币的总额减去相应商品的费用。5. 退币系统： 当购买完成后，若还有余额，则退币指示灯亮，按下退币按钮，完成退币。6. 报警及提示系统： 遇到破坏机器时，机器可以实现自动报警机制。当还有余额剩下，但是却买不起商品：比如，还有2元剩余，而顾客却按下3元或4元的商品灯，此时会有提示灯亮，提示顾客余额不足。第1章 PLC的基本知识1.1 PLC产生和定义 1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC（programmable logic controller）。 80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（programmable controller）即可编程控制器。国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计3。” 1.2 PLC的基本组成目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的PLC以及同一家生产的不同型号的PLC其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、ROM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍PLC各组成部分及作用4。编程器输出电路输入电路中央处理器（CPU）系统程序存储器用户程序存储器电源 图1.1 PLC硬件结构组成框图1.3 PLC的基本工作原理PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入PLC的用户存储器中存储。PLC的控制功能就是运用用户程序来实现的。PLC运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从0000存储地址所存放的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到END指令结束。然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。我们把PLC这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。另外，PLC对输出，输出信号的处理与微型机算机不同 。微型机算机对输出、输出信号实时处理。而PLC对输出、输出信号是集中批处理。PLC扫描工作方式分为三个阶段：输出采样、程序执行、输出刷新5。1.4 PLC的特点PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的,这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的优点。1) 可靠性高，抗干扰能力强2）通用性强，使用方便3) 采用模块化结构，使系统组合灵活方便4) 编程语言简单、易学，便于掌握5) 系统设计周期短6) 对生产工艺改变适应性强7) 安装简单、调试方便、维护工作量小8）体积小、重量轻、功耗低1.5 PLC的应用与前景为了适应市场的各方面的需求,各生产厂家对PLC不断进行改进,推出功能更加强大、结果更加完美的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要6。第2章 硬件电路设计2.1 PLC类型选择根据系统的设计方案，控制系统采用西门子S7-200系列的CPU224XP CN。其数字量I/O为14/10，可以满足该系统的输入输出端口要求。2.2 PLC I/O口分配根据系统的总体设计方案，这里有5个输入信号：1个投币信号、3个购买信号以及1个退币信号；10个输出信号:3个商品指示灯信号、3个执行信号、1个退币信号、1个退币执行退币信号、1个报警信号以及1个提示信号。表3.1 I/O口分配表根据所选PLC类型及其I/O口的分配情况，连接好实物PLC。第3章 系统软件设计3.1 系统流程图 该自动贩卖机控制系统工作过程主要包括：投币并且进行累加，再将硬币总额与商品价格进行比较，从而显示出可购买商品。接着进行选择购买商品，然后供应商品，之后在计算硬币余额，退币或继续购买。根据上述过程，画出系统流程图如下所示：图4.1 系统流程图3.2 各系统梯形图根据系统的总体设计方案以及其流程图，画出其各个部分的梯形图。系统各部分如下图所示：投币系统：首先对寄存器vw0清零，然后按下I0.0进行投币，用累加器累加并放入vw0里。如图4.2和4.3。图4.2 寄存器清零 图4.3 累加计数 2元区系统：首先进行判断，当投币总额2时，辅助继电器M0.0通电，继而Q0.0通电，2元区商品灯亮，顾客可以选择其中的商品。按下I0.1，贩卖机在两秒后出商品。之后控制系统将会减去买商品的费用，用减法指令执行，将余额重新放在寄存器vw0里。如图4.4-4.7。 图4.4 判断总额是否2 图4.5 2元商品灯 图4.6 2s后放出2元区商品 图4.7 余额 3元区系统：首先进行判断，当总额3时，辅助继电器M0.1通电，继而Q0.1通电，3元区商品灯亮，顾客可以选择其中的商品。按下I0.2，贩卖机在两秒后出商品。之后控制系统将会减去买商品的费用，用减法指令执行，将余额重新放在寄存器vw0里。如图4.8-4.11。 图4.8 判断总额是否3 图4.9 3元商品灯亮 图4.10 2s后放出3元区商品 图4.11 余额3元区系统：首先进行判断，当总额4时，辅助继电器M0.2通电，继而Q0.2通电，4元区商品灯亮，顾客可以选择其中的商品。按下I0.3，贩卖机在两秒后出商品。之后控制系统将会减去买商品的费用，用减法指令执行，将余额重新放在寄存器vw0里。如图4.12-4.15。图4.12 判断总额是否4图4.13 4元商品灯亮图4.14 2s后放出4元区商品图4.15 余额退币系统：当购买商品后，且余额0，这时Q0.6通电，余额灯亮，显示有余额，可以选择退币。按下I0.4,进行退币。如图4.16和图4，17。图4.16 判断余额图4.17 退币提示系统：当购买商品后，有余额剩余，且不足以购买其它商品时 ，系统进行提示。提示指示灯Q1.0亮。 如图4.18。图4.18 提示第4章 调试与分析首先将系统梯形图输入西门子S7-200 PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN V4.0中，编译，显示没有错误，然后保存。之后再导出，生成awl格式的文件。然后打开西门子仿真软件S7-200，选择CPU型号，然后装载程序，运行。如图5.1.图5.1 仿真调试 首先动作I0.03次，表示投了3次1元硬币，此时Q0.0和Q0.1亮，表示2元和3元区商品可选。按下I0.1，购买2元区商品。2s后Q0.0灭，此时Q0.6和Q1.1亮，表示此时有余额且不再足以购买商品，并且提示顾客。按下I0.4，进行退币，所有灯都熄灭。 第5章 总结在过去的三年多大学时光中，我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践面？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想课程设计就为我们提供了良好的实践平台。我的课题是自动贩卖机控制系统。老师下发任务书后，我首先确定了总体的设计方向，并且设计出大概的系统设计方案。然后根据老师课堂上讲的知识，画出流程图，再设计出梯形图。通过这次设计，我意识到了PLC编程技术在现实中的广泛应用，并了解到自己学习中的不足之处，看到了理论与实践的差距。 通过将近两周的PLC设计实践，我掌握了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。 通过此次课设，让我了解了PLC梯形图、指令表有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。在设计的过程中我们还得到曾劲松老师