PLC的自动售货机系统设计

酒泉职业技术学院毕业设计（论文）2011级电力系统继电保护与自动化专业题目PLC的自动售货机系统设计毕业时间二一四年六月学生姓名焦金慧指导教师杨天虎班级11电力继电保护班时间2014年6月20日目录一、绪论1二、PLC的基本知识介绍2（一）PLC产生与发展2（二）PLC的特点和应用2（三）PLC的应用场合4（四）PLC系统设计5三、自动售货机的简介及设计要求5（一）自动售货机简介5（二）自动售货机工作原理5（三）自动售货机设计要求6四、基于PLC原理的自动售货机的设计6（一）自动售货机设计思路6（二）自动售货机工作流程图7（三）IO口的分配8（四）外部接线9（五）程序设计部分9（六）程序清单13（七）运行17总结18参考文献19致谢201PLC的自动售货机系统设计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，对它们在工业自动化中的典型应用、最新的技术发展趋势也作了介绍。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。在这次毕业设计中，我查阅了大量资料，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。利用梯形图编制各个过程的程序，完成了设计的基本要求。关键词可编程逻辑控制器；梯形图；过程；自动售货机一、绪论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。现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况2下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约1015的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。因经济复苏缓慢，社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。自动售货机不仅保障了惬意的工休时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。特别是在24小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机，解决了不间断提供咖啡饮品服务的问题，这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。二、PLC的基本知识介绍（一）PLC产生与发展PLC问世于1969年。20世纪60年代末期，当时美国的汽车制造工业非常发达，竞争也非常激烈。各生产成家为适应市场需求不断更新汽车型号，还必然要求相应的加工生产线随之改变，整个继电接触器控制系统也就必须重新设计和配置。这样不但造成设备的极大浪费，而且新系统的接线也非常费时。在这种情况下，采用继电器控制就显示出过多的不足。正是从汽车制造业开始了对传统继电器的挑战，1968年美国的GENERALMOTORS（GM）公司，为了适应产品品种的不断更新、减少更换控制系统的费用和周期，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标1编程简单，可在现场修改程序；2维护方便，最好是插件式；3体积小于继电器控制柜；4可靠性高于继电器控制柜；5可将数据直接送入管理计算机；6输入可以是交流115V；7输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等；8在成本上可与继电器控制柜竞争；9在扩展时，原系统只需要很小变更；10用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。这就是著名的GM十条。如果说各种电控制器、电子计算机技术的发展是可编程序控制器出现的物质基础，那么GM十条就是可编程序控制器出现的直接原因。3（二）PLC的特点和应用PLC专为在工业环境下应用而设计，以用户需要为主，又采用了先进的微型计算机技术，所以具有以下几个显著特点。1可靠性高PLC由于选用了大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件和软件的设计制造过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，所以具有很高的可靠性。PLC控制系统平均无故障时间可达2万小时以上。高可靠性是PLC成为通用自动控制设备的首选条件之一。2编成简单、使用方便PLC的编程采用类似继电控制系统电器原理的梯形图，用串联、并联、定时、计数等人们所熟悉的概念，使计算机语言大众化，只要是比较熟练的电工和熟悉工业和知识的人在几天内就能学会，只是PLC得到推广的重要原因之一。3通用性好，具有在线修改能力PLC的硬件采用模块化结构，可以灵活的组态以适应不同的控制对象、控制规模和控制功能的要求，给组成各种系统带来极大的方便。同一台PLC装置用于不同受控对象时,只是输入输出组件、功能模块和应用软件不同。同时，PLC控制系统中的控制电路是由软间编程完成的，只要对应用程序进行修改就可以满足不同的控制要求，因此PLC具有在线修改能力，功能易于扩展，给生产带来了“柔性”，具有惯犯的工业通用性。4短设计、施工、投产试制周期，维护容易目前PLC产品已实现了系列化、标准化，正朝着通用化方向发展，设计人员只需要根据控制系统的需要，选用相应的模块进行组件设计。同时，用软件编程代替了机电控制的硬连线，大大的减轻了繁重的安装和接线工作，这不仅提高了可靠性，还极大的缩短了施工周期。PLC还具有故障检测及显示的功能，使故障处理时间可缩短为10分钟，对维护人员的技术水平要求也不太高。5体积小由于采用了微型计算机技术，使PLC达到了小型和超小型化，很容易装入机械设备内部，便于实现机电一体化。由于上述特点，PLC作为通用自动控制设备，可用于单一机电设备的控制也可用于工艺过程的控制，而且控制精度相当高，操作简便，又具有很大的灵活性4和可扩展性，使得PLC的应用越来越广泛。（三）PLC的应用场合随着电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。目前在先进工业国家中PLC已经成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有的工业企业，诸如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车等等各行各业、特别是在轻工业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，所以PLC广泛应用在组合机床自动线、专用机床、塑料机械、包装机械、电梯等电器设备中。PLC已经跃居现代工业自动化三大产柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主导地位。它的应用可大致分为以下几类1逻辑控制这是PLC最基本的也是最广泛的应用领域。可用PLC来取代继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。开关量的逻辑控制可用于单机控制、多机群控，也可用于自动生产线的控制。如化工系统中各种泵和电磁阀的控制。2运动控制PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。世界上各主要PLC厂生产的PLC几乎都有运动控制功能。PLC的运动控制空能广泛地用于各种机械，如金属切削机床、电梯等。3闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块实现模拟量与数字量之间的A/D、D/A转换，并对模拟量进行闭环PID控制。这一功能可以由PID子程序来实现，也可以使用专用的智能PID模块。PLC的模拟量控制功能已经广泛应用于加热炉、热处理炉、锅炉等设备；还应用于化工等行业。4数据处理现代的PLC具有数学运算（包括矩阵、函数运算、逻辑运算）、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考之相比较，也可以方便的传送到别的只能装置，或者将它们打印制表。数据处理一般用在大、中型控制系统，如柔性制造系统、5过程控制系统和机器人的控制系统。5多级控制多级控制是利用PLC的网络通信功能模块及远程I/O控制模块实现多台PLC之间的链接、PLC与上位计算机的链接，以达到上位计算机与PLC之间及PLC与PLC之间的指令下达、数据交换与数据共享，这种由PLC进行分散控制、计算机进行集中管理的方式，能够完成较大规模的复杂控制，甚至实现整个工厂生产的自动化。（四）PLC系统设计1控制系统设计的一般步骤根据生产的工艺过程分析控制要求。根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。选择PLC系统。分配PLC的I/O点，设计I/O连接图。进行PLC程序设计，同时可进行控制太的设计和现场施工。三、自动售货机的简介及设计要求（一）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6身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。（二）自动售货机工作原理1从投币口送入货币，然后经过传感器采集数据、识别器判别人民币的真伪并判别面值。2识别器把信息数据传给通信模块。3通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已售完，并等待顾客按键选择商品。4顾客选择商品后，根据售出的商品包装类型的不同，采用不同的驱动技术把商品送出。此次设计的售货机主要出售易拉罐装饮料，是利用电磁阀带动翻版驱动的。5显示余额，如果金额足够多，顾客可以选择找币或继续买商品；如果款额不足，售货机经过延时予以退币。退币分两种情况一种是由纸币识别器完成退纸币，另一种是由硬币的通信模块完成退硬币。6系统复零，完成售货。（三）自动售货机设计要求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。四、基于PLC原理的自动售货机的设计（一）自动售货机设计思路7本次设计的自动售货机，主要是应用三菱FX2N型PLC的梯形图来设计控制程序。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。图41自动售货机的外部图（二）自动售货机工作流程图8图42自动售货机工作流程图（三）IO口的分配表41IO口的分配表输入信号输出信号汽水按钮X0汽水排出电磁阀Y0花茶按钮X1花茶排出电磁阀Y1咖啡按钮X2咖啡排出电磁阀Y2一元投入按钮X3退币电磁阀（一元）Y3五元投入按钮X4退币电磁阀（十元）Y7十元投入按钮X5汽水指示灯Y4复位按钮X6花茶指示灯Y5退币按钮X7咖啡指示灯Y6七段译码显示Y10Y179（四）外部接线图43外部接线图（五）程序设计部分1程序设计说明现在我们具体分析一下程序过程为了方便分析，我们以一次交易过程为例。初始状态此时不能购买任何商品。投币状态顾客投币，显示投入总值，即余额数值，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。购买状态按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。退币按钮按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。按下确认钮，则恢复初始状态。FXOS30MR10到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。2程序设计可以把一次交易过程分为几个程序块运行初期清零过程；投币过程；价格比较与选择商品过程；退币过程。运行初期清零过程图44从上的梯形图，D0是存放余额的数据寄存器，首先要对其进行清零。不仅需要在完成一次交易后自动清零，而且也能让卖主自己手动清零。所以用X6和M8002同时可以控制清零指令。投币过程在投币的过程中，每投下一枚硬币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币制。先建立变量表，在编写程序。当按下投入1元时，相当于M1接通，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远加下去。投入1元要投入显示、余额显示都相应增加相同数值，加法是由16位加法指令ADD来实现的。投入5元、10元，原理同上。钱投进去以后，需要将投进的数额显示出来，这里我们要用到七段译码指令SEGD。具体梯形图如下11图45价格比较和选择过程价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，提示可以购买。这里用指示灯来代表此信号。在梯形图中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M6,在程序执行过程中，M4始终保持闭合，CMP是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格，M6是大于价格，M5是等于标志。再用定时器和M8013控制Y4，实现按下选择按钮并且余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。一旦选择了相应的饮料，闪烁时间到，就驱动相应的饮料的电磁阀，电磁阀自己控制饮料流出时间。具体梯形图如下12图46退币过程因为选择商品和退币是相互制约的，顾将这两个放在一起进行讨论。顾客一旦选择了商品，就要用余额减去商品相应的价格，得出最新的余额，而且选择按钮必须是点动的，一次只有一次脉冲，保证SUB指令不会一直减下去。而且不同商品的选择按钮是相互制约着减法指令的。减法运算后的结果任放在D0中。由于七段译码器始终是显示的是数据寄存器D0中的数据，所以就满足了余额显示的要求。13图47退币的过程我们用到了除法运算，除法指令DIV将余额D0除以10，得到的商放在D1中，余数放在D2中。然后将D1和D2分别赋值给计时器T3和T4，再用个一周期为01秒的时钟脉冲控制退币个数。具体梯形图如下图48六程序清单1LDX0062ORM80023OUTM04LDM80005SEGDD0K2Y01010LDM011MOVK0D016LDPX00318OUTM11419LDM120ADDK1D0D027LDPX00429OUTM230LDM231ADDK5D0D038LDPX00540OUTM341LDM342ADDK10D0D049LDM800050CMPD0K12M457ANIM658ANIX00059OUTY00460LDX00061ORM762ANIT063OUTM764LDM765OUTT0K3068LDM769ANDM801370OUTY00471LDIM772ANDT073OUTY00074LDM800075CMPD0K15M882ANIM101583ANIX00184OUTY00585LDX00186ORM1187ANIT188OUTM1189LDM1190OUTT1K3093LDM1194ANDM801395OUTY00596LDIM1197ANDT198OUTY00199LDM8000100CMPD0K20M12107ANIM14108ANIX002109OUTY006110LDX002111ORM13112ANIT2113OUTM13114LDM13115OUTT2K30118LDM13119ANDM8013120OUTY006121LDIM13122ANDT216123OUTY002124LDX000125ANIX001126ANIX002127UBD0K12D0134LDX00135ANIX000136ANIX002137SUBD0K15D0144LDX002145ANIX000146ANIX001147SUBD0K20D0154LDX007155ORM14156ANIT3157OUTM14158LDX007159DIVD0K10D1166LDM14167OUTT3D1170LDM14171ANDM8012172OUTY007173LDY007174ORM15175ANIT4176OUTM15177LDM7178DIVD0K10D117185LDM15186OUTT4D2189LDM15190ANDM8012191OUTY003192END七运行保存所有组态内容，然后关闭所有力控程序。将自动售货机的PLC程序下传到PLC装置中，再切换到离线状态，然后再次启动力控工程管理器，选择本工程，并单击“进入运行”按钮启动整个运行系统。18总结经过一个月的学习、研究以及经过杨老师提供的资料指导完成了此篇毕业设计。设计主要研究的是自动售货机中有关于PLC的部分，自动售货机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。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。所以说,自动售货机是今后小商品和饮料销售方式的一个很好的发展趋势它的出现将极大的方便人们购买所需要的小商品。19参考文献1程周可编程序控制器原理与应用M北京高等教育出版社,2003年2王永华现代电气控制及PLC应用技术M北京北京航空航天大学出版20003周美兰，忘岳宇PLC电气控制与组态设计M北京科学出版社，20034姜三勇可编程控制器原理及应用M哈尔滨工业大学出版社，20005黄永红可编程序控制器原理及应用M北京机械工业出版社，20036张万忠，刘明芹电器