PLC的自动售货机的课程设计报告

1、湖南工学院课程设计说明书课题名称：自动售货机的控制设计专业名称：自动化学生班级：自本0701学生学号：410070131学生姓名：冯源指导老师：陆秀令课程设计任务书自动售货机的控制设计一、控制要求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

2、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元的。二、设计任务学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的 理论知识，进行自动售货机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新 设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。 主要内容包括：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2. 系统有启动、停止功能；3. 运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；4. 程序结构与控制

3、功能自行创新设计；5. 进行系统调试，实现自动售货机的控制要求。三、设计报告课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课 程设计报告写作要求”目录第1章绪论 11.1引言 11.2 PLC控制系统设计编程要求 21.3 PLC 控制系统设计的基本原则 31.4本人的主要工作 4第2章自动售货机PLC控制系统的硬件设计 52.1 I/O 点的统计 52.2 PLC 选型与I/O的分配 52.3 自动售货机的硬件线路设计 5第3章自动售货机PLC控制系统的软件设计 73.1 常见的梯形图的设计方法 73.2 自动售货机的PLC控制程序设计 73.3 组态面板 113.4 梯形

4、图的调试 12第4章课程设计总结 15参考文献 16第1章绪论1.1引言自动售货机是可完成无人自动售货，集光、机、电一体化的商业自动化设备。自动售货机不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h售货,因此深受上班族的 欢迎,很多城市的公共场所里面都放置有自动售货机，出售的商品五花八门，从饮 料、零食、香烟、糖果，到牙刷、方便面、自动照相机。近年来，我国的自动售 货机行业突飞猛进：在汽车总站、商厦、医院、小区、学校等地区纷纷涌现出自 动售货机的踪迹。这种方便快捷的购物方式越来越受到人们的青睐，同时也是现 代化城市配套设施的需求传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心 这样不仅会在输入输出接口

5、上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较差。可编程逻辑控制器(Programmable Logical Controller )，简称PLC可编程序控 制器是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工 业控制装置，它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得 到广泛地应用。 因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设 施,要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。PLC是以CP为核心，综合了计 算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，是现代工业控制的三大支柱(P L C 、机器人和C A D / C A M ) 之一。P L C的

6、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 P LC也有它自己的特点，P L C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。目前，可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、 轻纺、交通运输、环保等各行各业。自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐。自动售货 机最基本的功能是对投入的货币进行运算， 并根据所投入的货币数值判断是否能 够购买某种商品，并做出相应的反映。因此，售货机应能够辨

7、识机内包含的商品， 能够对所投入的币值进行累计，并提供所要购买的商品。当按下选择商品的按钮 时，自动售货机根据投入的币值，起动电机，提取商品到出货口，顾客取出商品, 完成此次交易。它还具有识币系统、货物和货币的传送系统来实现完整的售货功1.2 PLC控制系统设计编程要求任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，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要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 PLC 控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。 这就要求设计人员 在设计之前就要深入现

8、场进行调查研究， 充分收集控制现场的资料，同时收集相 关国内、国外相关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、 工程技术人员、 现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问 题。2. 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要 原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑， 以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC控制程序不仅能在正常条件下运 行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和 社会

9、效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。 因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益， 另一方 面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、 经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、 成本低，不宜盲目追求自动化和高 指标。4. 适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当 考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLG输入/输出模块、 I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。1.3 PLC控制系统设计的基本原则1、所编的程序要合乎所使用的P

10、LC的有关的规定主要是对指令要准确地理解，正确地使用。各种PLC指令多有类似之处，但 还有些差异。对于有PLC使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程 设计时，一定要对新型号PLC的指令重新理解一遍，否则容易出错。2、要使所编的程序尽可能简洁简短的程序可以节省内存，简化调试，而且还可节省执行指令的时间，提高 对输入的响应速度。要使所编的程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧 指令，还要能优化结构。要实现某种功能，一般而言，在达到的目的相同时，用 功能强的指令比用功能单一的指令，程序步数可能会少些。3、要使所编的程序尽可能清晰这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂程序

11、。要想使 程序清晰，就要注意程序的层次，讲究模块化、标准化。特别是在编制复杂的程 序时，更要注意程序的层次，可积累自己的与吸收别人的经验， 整理出一些标准 的具有典型功能的程序，并尽可能使程序单元化，像计算机中的常用的一些子程 序一样，移来移去都能用，这样，设计起来简单，别人也易了解。4、要使所编的程序合乎PLC的性能指标及工作要求所编程序的指令条数一定少于所选用的 PLC内存的容量，即程序在PLC中能 放得下，所用的输入、输出点数要在所选用 PLC的I/O点数范围之内，PLC的扫 描时间要少于所选用PLC的程序运行监测时间。PLC的扫描时间不仅包括运行用 户程序所需的时间，而且还包括运行系统

12、程序所需的时间。5、所编程序能够循环运行PLC的工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。它的运行从初始化后 的状态开始，待控制对象完成了工作循环（完整程序执行一次），则又返回初始化状态继续运行。因为只有这样才能使控制对象在新的工作周期中也得到相同的 控制1.4本人的主要工作。其中包括对PLC梯形图的编程我的主要工作是设计自动售货机的所有硬件系统与软件程序 I/O点的统计与分配，对PLC的选型，对硬件线路的设计，对 设计，与最终的调试仿真。第2章 自动售货机PLC控制系统的硬件设计2.1 I/O点的统计本系统是一个小型集中控制系统，PLC选型主要取决于控制系统输入、输出 开关信号的数量、用户程

13、序的长短及相关的功能。根据控制要求,I/O点数在32个左右，其中其输入点为16点，输出点为16点。2.2 PLC选型与I/O的分配根据PLC的程序选择性能价格比较高的三菱 FX2N 32MR自动售货机的I/O 分配表如表2-1。表2-1 I/O 分配表输入输出X说明Y说明X0总开关Y0汽水指示灯X11元硬币识别器Y1花茶指示灯X25元硬币识别器Y2咖啡指示灯X310元硬币识别器Y3汽水出口X4汽水按钮Y4花茶出口X5花茶按钮Y5咖啡出口X6咖啡按钮Y610元硬币退币机构X7退币按钮Y71元硬币退币机构Y10-Y17带锁存的七段显示器2.3自动售货机的硬件控制电路设计了解各个控制对象的驱动要求，

14、分析对象的控制要求，确定所控制参数的精度及类型，女口：对开关量、模拟量的控制等，完成PLC硬件结构配置。本设计中,退币按钮、各种饮料按钮、开始购买按钮、继续按钮退币机构和饮料出口（驱动电磁阀）等均为开关量。根据上述要求，因条件所限输出均用指示灯代替，由此绘制出系统结构图,PLC控制电路接线图。如图2-1，图2-2，所示图2-1自动售货机结构图YI，元悶淵口 口1阮iR礦口 口知汽相細弓二筋花爲口 口X6X3:1皿X6X7X3XLKOOOX0D1 罚M m3X0&4X505pO6K9D7bioXOII X(M2KDU KQI4K0I5KD10 X017PLCI7QMTOODYDO1 Y00200

15、3YOWY005Y006YD07YOU Y01Y012Y0t3 YOU 015Y014 YOHCOMYl77旳Y4Y3Y7Y4/DI1D23Y5(EM(I巧D6Y6(.苗一 _i一fFTN 32MRLjETi县不器t8rTF盖出门PtQEl出门怕元1R币机杞:元退币机购R16KQ0 8 0 8S社JLLL.C4图2-2自动售货机的接线图第3章自动售货机PLC控制系统的软件设计3.1常见的梯形图的设计方法1根据继电器电路图设计梯形图用PLC改造继电器控制系统时，原有的继电器控制系统经过长期的使用和考 验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图与梯形图在表示方 法和分析方法上有很多相似

16、之处，因此可以根据继电器电路图设计梯形图， 即将 继电器电路图“转换”为具有相同功能的 PLC的外部硬件接线图和梯形图。2经验法设计梯形图经验设计珐是在一些经典的电路基础上， 根据被控对象对控制系统的具体要 求，不断地修改和完善梯形图，设计比较简单的控制系统的梯形图。一般需要多 次反复地调试和修改梯形图，增加一鞋触电或中间编程元件，最后才能得到一个 满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循， 具有很大的试探性和随意性，最后的结 果不是唯一的，设计所用的时间，设计的质量与设计者的经验有很大关系， 一般 用于较简单的梯形图的设计。3顺序控制法的设计梯形图顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，

17、在各个输入信号的作用下，根 据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有次序的进行操 作。此次设计我是运用的经验法设计的梯形图， 根据平时上课所学与实验中的经 验设计的梯形图。3.2自动售货机的PLC控制程序设计根据控制要求，绘出自动售货机PLC控制流程图，表达出各控制对象的动作 顺序，相互间的制约关系。自动售货机PLC控制流程图，如图2-3所示在明确PLC寄存器空间分配，确定专用寄存器的基础上，进行控制系统的程 序设计，包括主程序编制、各功能子程序编制、其他辅助程序的编制等。自动售货机PLC控制梯形图，如图3-2，3-3，3-4所示。xmT卜ftX001T卜AHDPX00216A

18、DDP24X003T卜ADDPxoooCMP4XOOJT卜* 4位1组带锁存七段显示器DOY010K0/投一元砸币DODO傲5元硬币DODO投10元硬币DOK10DO是否可以买汽水DOK12MO金额蜀买汽水汽水指示好亮M011M6B8013* :是否可以买花茶K15YOOO* v金额够买花茶花茶指示灯亮Y001* （是否可以买啦哺K20M6*金额够买咖啡酿啡捲示灯亮Y002* V选拦买汽水K30 :.:*:.:图3-5自动售货机的程序梯形图1X000X00324M3nK004 TOIlpkFM91那013* 4位1里带额存七段显示器SEGLD0Y010K0*投一元硬币TinnpinViDO1H

19、UUIUUM* c概元硬币rannpryiK5DO1 rtUWrUU* 投_o元硬币ADDPDOKIDDO* C是否可以买汽水CMP DO K12HO水金额够买汽水汽水抬示灯亮000* 是否可以买花茶CMP DO K15 M3* 金额够买花茶花茶揣示灯亮001* C是否可以买呱啡IP DO K20H6水C金额够买如啡咖啡抬示好亮002* 选择买汽水K30無*汽水指示灯闪烁000* C出汽水003SUBP DOK12DO.X1:;.J)X007卜K10M12M12H卜MISH FM14H F?*金離大于10 ill。元硬币006=* 金報等于10退10元硬币006* V金額小于10退元硬币007

20、KWCT2=* 显；I：金瓠清0RSTDOEND图3-4自动售货机的程序梯形图33.3组态面板根据I/O分配表画出组态面板。如图3-5。图3-5自动售货机的组台面板图将余额显示，投币孔，1元，10元，汽水，花茶，咖啡出口和汽水指示灯, 花茶指示灯，咖啡指示灯利用标签进行输入并设计指示灯显示来观察各部分的动作，输入框进余额的显示。对退币，汽水，花茶和咖啡设计标准按钮来控制。设 备窗口选择通用串口父设备0和三菱FX2N-32MR并对其进行设置偶校验，周期 200MS七位数据位。并根据梯形图设置设备内部属性，进行通道连接。在实时 数据内进行写入咖啡指示灯，花茶指示灯和汽水指示灯。3.4梯形图的调试由

21、于实验室没有相应的实物控制模型（自动售货机），因此，在调试系统控制 程序时，所有的输入信号（包括硬币、纸币识别）均用开关信号来代替，所有的 输出均用指示灯来表示。调试时，首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线，并 仔细检查接线是否有误，特别要注意接线时不能出现短路、断路及反接等情况， 否则会造成硬件损坏及人身意外。开始程序调试：首先将PLC控制程序写入到PLC机器中，再选择监控状态， 使PLC处于“ RUN状态，然后逐一按开始购买观察按钮，投币按钮（硬币识别 机构），按钮，或继续购买按钮，观察输出指示灯是否按预计效果闪灭，并通过 监控状态观察程序的运行过程及输入输出信号、内部描述实际出现的问题

22、及解决方案。要对照设计控制要求，逐一检验设计功能是否能有效的实现，并对程序进行改进和完善。下面是我用电脑在三菱GX-Developer进行的仿真。首先我按下总开关X000,然后按下3次1元硬币按钮X001, 1次1-元投币 按钮X003,使显示器上余额到达13,汽水指示灯亮，仿真如图3-6，图3-7。来“位I组带锁存七段显示器XOOOK0DO1316DOY01013 OFFXOOLX002T卜X003* 投一元硬币ADEF DO+投10元硬币ADDP D0KI13K513K10DO 13DO131313图3-6仿真图1ADDP DOK1013*是否可以买汽水DO24MOM0 CM K 金额够买

23、汽水汽水帝示灯亮CMP DO K1213*是否可以买花荼CMP DOK1513M3YOOOM3OFF乂 （金额够买花茶花茶甫示订亮/Yom 、(006(T3图3-7仿真图2然后，按下选择汽水按钮X004,仿真如图3-8。* （述捧买汽氷4M9K004TO* （汽水指示灯闪烁*出汽水|YOOO|003CMP DOK1051M12OFF 甬v豊更天千10退L0元硬韦图3-8仿真图3接着来对退币系统进行仿真，仿真前后如图3-9，图3-10。X007ML2卍006* 金额等于W退4元硬币M13T卜*捲额小于退1元硬币(Y007KLOCMP DO图3-9退币仿真前K10M120OFF卡金额大于10退10元硬币10M12Y006水 金额等于10退元硬币ML3H卜M14(Y006*金额小于10退1元硬币|i007K10|T3图3-9退币仿真后仿真结果符合设计要求。第4章课程设计总结经过一周的奋战，我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课 程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结， 但是通过这次设计过程，我发现学 习过程中不容得半点马虎和随意。首先，程序设计过程中，要按主电路、控制电 路、辅助电路、联锁与保护、总体检查反复修改与完善的先后顺