基于PLC的自动售货机的课程设计

1电气控制与PLC课程设计题目自动售货机的控制设计院系名称电气工程学院专业班级自动F0704班学生姓名臧威学号20074280403指导教师王秀霞设计地点中原路2417设计时间成绩指导老师签名日期I摘要本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。关键词自动售货机；可编程序控制器；梯形图II1绪论11设计背景公元1世纪,希腊人希罗制造的自动出售圣水的装置是世界上最早的自动售货机。1925年美国研制出售香烟的自动售货机，此后又出现了出售邮票、车票的各种现代自动售货机。现代自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而异，主要有食品、饮料、香烟、邮票、车票、日用品等自动售货机。一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。钱币装置是售货机的核心，其主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。指示装置用以指示顾客所选商品的品种。贮藏售货装置保存商品，接收出售指示信号，把顾客选择的商品送至付货口。一般售货机的钱币装置由投币口、选别装置、确认钱币真伪的检查装置、计算金额的计算装置和找钱装置组成。70年代以来，出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统，如无人自选商场、车站的自动售票和检票系统、银行的现金自动支付机等12应用前景现在，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。从自动售货机的发展趋势来看，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，在加上场地的局限性和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也就有了其相当可观的前景。III13设计的目的和意义PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了他们的发展。本次设计就在于结合PLC的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足，利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证了自动售货机能够长期稳定的运行。2设计方案21实现方法分析与可行性讨论211单片机自动售货控制系统单片机也成为单片机微型计算机，是把微型计算机的各部件中央处理器、存储器、输入输出接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成电路芯片上，构成一个完整微型计算机。由于单片机在一块小芯片上就集成了一台计算机有具备的功能，所以其在工业控制中占据很重要的地位。它具有超小型化、结构紧凑、抗干扰能力强等优势。特别适用于实时工业测量控制、智能化仪器仪表和家用电器控制等应用系统。目前，市场上流行的单片机种类繁多，如MCS51系列、凌阳公司的SPCE061A16位单片机、美国TEXASINSTRUMENTS公司的MSP430系列单片机、ARM嵌入式单片机等都是各优点，在不同的领域中有着很好的应用。单片机控制系统用于自动售货控制是完全可行的。212工控机自动售货控制系统工控机即工业控制计算机，但现在更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑，英文简称IPC。工程机通俗的说就是专门为工业现场儿设计的计算机。而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业急一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点1）机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2）机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。3）机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。4）要求具有长时间工作能力。对于工控机作为自动售货控制系统，由于自动售货控制系统的环境相对工业控制的IV环境要好得多，而且自动售货控制控制系统队连续长时间工作的能力要求不是很高。用工控机设计自动售货控制系统实属大材小用。而且工控机的价格较同层次的PC机要偏高，这样就增加了系统的成本，降低了整体的性价比。213PLC自动售货控制系统自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，PLC取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各国得到了广泛应用。PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点。对于喷泉控制系统这样，被控对象是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在组态软件设计方面要容易一些。且PLC通常都支持现场总线，会使得系统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控。目前适用于自动售货控制的中小型PLC种类繁多，价格低廉。使设计者会有更多的选择余地。系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性。所以PLC实现自动售货控制的设计是最佳设计，本文中采用，因为售货机的全部功能是在上位机上模拟的，所以控制起来很方便。22总体设计思路自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算，然后根据运算结果做出相应的判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买，本次课程设计的要求是可识别三种钱币，分别是1元、2元、5元，采用三个按钮进行模拟，自动售货机共出售四种货物，其价格分别定为1元、3元、4元、6元，当投币数大于等于货物价格时且售货机里有这种货物时，指示灯亮，表示可以进行购买，四种货物分别用四个小灯代替进行模拟。除此之外，本次设计还涉及了显示、找零、送货等功能的实现，其中显示部分采用V数码管进行显示，显示投币总数和购买后的余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零，采用从高到低递减的形式进行清零，例如当余额为17元时，按下找零按钮后，先找三个五元数码管分别显示12、7、2，然后再找2元，清零。送货部分采用小车直线运动进行模拟，将四种货物分别送到四个不同的地点，采用四个光电开关分别代表四个不同的送货地点，当按下不同的送货按钮后，小车会以其对应的光电开关为终点做直线往返运动，表示送货过程由于售货机的全部功能是在上位机上模拟的，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟替代的这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实售货机的运行。3硬件设计我们本次采用的是西门子公司的S7200系列PLC，它可以提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元，其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。31I/O地址分配输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。本次课程设计的主要I/O分配如下表一I/O地址分配输入单元PLC地址输出单元PLC地址投币1元I01A货物显示Q10投币2元I02B货物显示Q11投币5元I03C货物显示Q20送货（A货物）I04D货物显示Q21送货（B货物）I05找零出口Q22VI送货（C货物）I06出货口Q23送货（D货物）I07电机正转Q26找零I00电机反转Q25数码个位显示I00I03数码十位显示I04I07限位开关S1I10限位开关S2I11限位开关S3I12限位开关S4I1332中间继电器分配中间继电器功能中间继电器功能M00送A货M12电机反转M01限位开关S1M13电机正转M02限位开关S2M14电机正转M03送B货M15电机反转M04送C货M16电机正转M05限位开关S3M20送货延时M06送D货M21送货延时M07限位开关S4M22送货延时M10电机反转M200找零M11电机正转VII33硬件接线图清零按钮1元按钮2元按钮5元按钮购A货按钮购B货按钮购C货按钮货1、2限位开关货3限位开关货4限位开关5VEDCBAGFCPU224I00I01I02I03I04I05I06A11A223/LT4/BIVCCFGA16151413LE5A367A48GNDBCDE1211109CD4511LM24V1M1L24VI10I11I13A11A223/LT4/BIVCCFGA16151413LE5A367A48GNDBCDE1211109Q04Q07Q00Q01Q02Q03Q05Q06Q10Q11Q20A货指示灯B货指示灯C货指示灯Q25Q26正转反转Q22退钱灯5VQ21D货指示灯I07购D货按钮MM24V图三硬件接线图34实物接线图投一元投二元投五元购买A货物购买B货物购买C货物找零地A货物显示B货物显示C货物显示D货物显示个位8个位4个位2个位15V地十位8十位4十位2十位15V地I01I02I03I04I05I06I0024V5V24V地Q00Q01Q02Q03Q04Q05Q06Q07Q20Q22Q23Q26S1S2S3S4正反24V地Q10Q11Q21I07购买D货物Q25退钱灯I10I13I12I11VIII4软件设计41整体系统工作流程整个系统的整体工作流程如图二所示初始状态投币状态购买状态退币状态投入硬币按下选择按钮是否有剩余按下退币按钮NY42梯形图IXXXIIXIIIXIVXVXVIXVIIXVIIIXIXXX5上位机的组态及扩展程序编写好后无法验证程序的正误，编程能力很难提高，而仿真时解决这一问题的理想方法。本次自动售货机的仿真，首先配置CPU的型号，为了自动售货机的仿真方便好看，我们选用CPU224，扩展模块我们选用2个8点输入8点输出的EM2238I/8Q，如图37所示。图37自动售货机选用CPU和扩展模块接下来将梯形图程序编译导出，在仿真软件中把导出的ASCLL文件导入仿真软件，开启XXI仿真软件就可以仿真了。6程序调试在整个程序的调试过程中，我遇到了一些问题，最初的设计比较简单，只是将投币，购买的过程考虑进去，而没有将购买之后送货的过程加进设计的方案中，后来在老师的提醒之下，我又将送货的过程采用了小车直线运动进行模拟，将四个光电开关模拟成四种货物的送货地点，分别在按下四个送货按钮之后，将货物送到四种地点，使得整个系统更加完善，功能更加强大。在数码显示的过程中也遇到了一些问题，数码显示时数据的传输所用到的中间继电器和后来送货时的中间继电器发生了冲突，使得程序运行过程发生了紊乱，后来在同学的帮助下，我明白了问题的关键，将其解决，使数码显示功能顺利实现。在最后的送货过程中，由于有四个地点，所以要对电机的正反转分别进行控制，最初我是将所有的正转输入都采用了Q26进行驱动，所有的反转输入都采用了Q25进行驱动，当程序运行时，发现得不到预期的现象，经检查程序没有问题，后来经过考虑和同学的提醒，采用中间继电器进行驱动，现象就出现了，实现了最初预想的送货过程。在找零阶段，最初只是按下找零按钮后直接将数码显示清零，后来经过思考和老师的提醒，将找零部分又逐步进行了完善，将找零的过程在数码管上显示了出来先找大面额的钱币，后找小面额的钱币，其内部进行减法运算，使得整个找零的过程清晰可见。在购买货物的过程中最初忽略了如果货物售完该怎么办，后来经过完善将货物的数量进行了设定，只有当投币金额大于等于所要购买的货物时，且货物数量大于零时才能进行购买，这使得整个过程更加完善。7结论通过本次PLC课程设计使得我对PLC的操作更加的熟练，同时掌握了自动售货机的基本工作原理，对自动售货机的发展也有了一定的了解更加充分的体会到了PLC在实际生活中的重要应用与在当今控制领域的重要地位。与此同时，我也对S7200系列的PLC有了更进一步的了解，同时对PLC的高效性和实用性有了更进一步的认识，在整个课程设计过程中，在遇到问题的时候，我学会了如何借助外界的帮助和自身的努力来解决实际问题，懂得如何进行独立思考，如何冷静的面对要解决的问题，这些都是今后学习生活的宝贵经验，在以后的各个方面都有着至XXII关重要的作用。参考文献1赵相宾可编程控制器技术与应用系统设计机械工业出版社，2009，72钟肇新范建东可编程控制器原理及应用华南理工大学出版社，20083陈金华可编程序控制器PC应用技术北京电子工业出版社,20084陈在平赵相宾可编程序控制器技术与应用系统设计北京机械出版社,20095廖常初主编PLC编程及应用北京机械工业出版社,20066何衍庆可编程序控制器原理及应用技巧北京化学工业出版社,2008XXIIIXXIVXXV（空1行）摘要（小4号宋体，15倍行距）。（要求100字左右）（空2行）关键词（小4号宋体）（小4号黑体）（空2行）1目录（4号黑体，居中）1系统描述及控制要求（作为正文第1章，小4号宋体，行距18磅，下同）12设计方案（正文第2章）Y21（正文第2章第1条）Y22（正文第2章第2条）Y2