【《基于PLC的自动售卖控制系统设计5700字（论文）》】

I基于PLC的自动售卖控制系统设计中普及开来。自动售货柜是商业自动化的常用设备。由于PLC具有可靠性高，抗干扰能力强的特点，被广泛应用到多个领域作为最基本的控制设备。本文将PLC应用到自动售货机，作为自动售货机的控制器，实现售货整个流程的自动化。选择PLC300为内容提要 I 31.1课题的研究背景及意义 31.2国内外研究现状 31.3论文主要研究内容及章节安排 3 52.1自动售卖机的分类 52.2自动售卖系统的组成与主要部件 7 9 93.2硬件设备分析与设计 3.2.1售货机类减速电机盒 3.2.2智能电控锁 3.2.3称重传感器 第四章PLC程序设计 4.1IO点的分配 4.2梯形图设计 4.2.3称重柜梯形图 5.1总结 5.2展望 20 3第一章绪论随着人工成本的日渐提高，越来越多的企业需要降低在生产上支付的成本以提高利润并提高企业自身的竞争力。迫于这样的需求，自动控制系统(AutomaticControlSystem)在社会中的各个方面与领域得到了的应用和推广。自动售货机不仅方便快捷，而且还不受时间地点的限制。由于PLC可靠性高，抗干扰能力强，其被广泛应用到多个领域作为最基本的控制设备。本文将PLC应用到自动售货机的控制，作为自动售货机的控制器，实现售货的自动化，同时可以学习并了解自动售货系统，并能提高自己对PLC的理解以及自我综合从行业的发展历程看，由于我国自助售货机起步较晚，因而与发达国家相比在该行业的各个方面上的差距还是比较大。2020年初随着新冠肺炎疫情的爆发，一方面是封城封道给自动售卖机带来供应链断裂、销量骤降和出口受阻等难题，另一方面伴随着疫情形势好转和无接触购物习惯的养成，市民普遍认可和习惯了无人守值的生活方式，相关厂商也加大了自助售货机在学校、社区和工厂的投放力度，以往未明确自动售货需求的一些场景，受疫情影响需求呈明显增长趋势。所以，现在正是我国发展自动售货机的大好时机。本文拟设计一款自动售卖控制系统，主要设计系统中的PLC以及根据售货柜的不进行货柜自动售货的控制系统的设计，以实现自动售卖出货功能。本文的主体内容分别为：第二章对自动控制售卖系统进行了总体的介绍。第三章介绍了PLC各个模块的选型以及售卖机的硬件设计。第四章在了解自动控制售卖系统的工作运行方式及硬件设备的作用与功能后将其与PLC编程结合到一起并对其进行设计。第五章是对本文的总结以及对该行业的未来展望。45第二章自动售卖系统的介绍出货模块以及报警模块。顾客可通过人机交互模块来选择自己需要的商品并通过支付模块来支付对应商品的价格。报警模块能够实时监测自动售货机的信息，当自动售货发生故障或缺货等情况时报警模块会将问题信息传递回后台，方便维护人员及时维修或保护。出货模块根据售货柜的形式选用马达变速齿轮箱，智能电控锁等设备作为机械传动结构，当接收到出货指令时，齿轮箱或电控锁做出相应的动作来使顾客拿到货支付模块报警模块本文主要研究与设计的是自动售卖系统当中的PLC与出货模块部分在三种不同类2.1自动售卖机的分类自动售卖机在日常生活中常见的有三种柜体，分别是弹簧柜、格子柜和称重柜。如图2-2所示的弹簧柜主体由商品陈列区和人机交互区组成。顾客可以在人机交互界面选择自己所需要的商品。商品在货道内的弹簧上，每一圈弹簧中夹着一个商品，弹簧选择了闭合弹簧，旋转时是不断循环往复的向前，就像坦克的履带一般。当柜体接收到选定商品的信号时，在商品陈列区找到对应商品的货道，将信号传递给货道后方的电机。电机接收到信号之后开始旋转，带动弹簧旋转并将货道内的商品带出，使处于货道最前端的商品掉落至出货口中。6如图2-3所示的格子柜主体是一个商品陈列柜，由十九个格子组成，每个格子作为一个单独售卖窗口，每个格子内只能放置一个商品。顾客选定好对应柜门后，柜体接收到选定信号，将信号传递给对应柜门的电控锁，电控锁锁头瞬间打开，柜门随之弹开。当无电信号时锁头自动锁定。根据其物理结构可在锁头锁定的情况将柜门关闭。如图2-4所示的称重柜主体是一个商品陈列柜。顾客可自由选取所需商品。每件商品的托盘下有一个称重传感器，称重传感器实时计数然后对其进行数据采集，并用PLC程序对采集回来的数据进行处理。根据顾客选购前后的数据差值计算出顾客应支付价格并等待支付。72.2自动售卖系统的组成与主要部件自动售卖控制系统中包含电机、称重传感器、可编程序控制器和各种电源装置。根据售卖机的不同，各售卖机内的主要部件也各不相同。弹簧柜的主要控制部件是弹簧电机，格子柜的主要控制部件是电控锁，称重柜的主要部件是称重传感器。在弹簧柜中选用如图2-5所示的售货机类减速电机盒。当电机收到电信号时，开始旋转带动弹簧旋转将商品推出。在5*10的弹簧柜中，每个货道后有一个齿轮箱，故共需50个该型号电机。共需50个DI点，50个DO点。打开柜门。当闭合柜门时锁头自动锁定。在1*3+4*4的格子柜中，每个柜门通过一个电控锁控制开关，故共需19个该型号电机。共需19个DI点，19个DO点。8图2.6智能电控锁量信号，故共需8个该型号传感器。共需8个AI点。图2.7电子秤称重传感器9→→扩展机架输入模块输出模块备设他其电源模块将220V交流电压转变为24V直流工作电压以供PLC内部各模块设备使(3)信号模块(SM)根据第二章设计的内容，IO点数如表3.1所示。共有8个AI点，69个DI点以及70个DO点。DI模块选择SM321型号(6ES7321-1BH02-0AA0),根据所需点数以及该模块实际可携带点数得出共需5个该型号DI模块。DO模块选择SM322322-1BH01-0AA0),根据所需点数以及该模块实际可携带点数得出共需5个该型号DO模块。AI模块选择SM331型号(6ES7331-1KFO1-0ABO),根据所需点数以及该模块实际可携带点数得出共需1个该型号AI模块。(4)扩展模块表3.1给出了PLC的硬件配置清单，由于PLC300-2DP的机架最多配置8模块，须进行机架扩展。选择一个IM361扩展机架。(5)编程设备编程设备可以设计并修改PLC的控制程序，在本文中所选用的PLCS7-300是通过在STEP7软件上完成梯形图的设计与编程。80设备名型号备注1551电源模块113.2硬件设备分析与设计硬件设备是由PLC连接控制以达到所需要的控制要求。由于每个货柜内电机单一且数量繁多，故各选取一个电机作为示例来讲解。在弹簧柜中，负责主要控制的是售货机类减速电机盒。弹簧柜中售货机类减速电机盒PLC外部接线图如图3.2所示。当接收到出货指令之后，电机开始旋转，根据其外部物理构造，旋转一周后自动停止。正转一圈推出货道内最前端的货物。售货机类减速电机盒PLC外部接线图如图3.2所示。L1号货道出货信号2号货道出货信号3号货道出货信号4号货道出货信号5号货道出货信号6号货道出货信号MM3.2.2智能电控锁电磁锁采用了输入为24V的电磁锁，当PLC接收到对应柜门的开门信号时，将电压输出至对应电控锁，电控锁开启随之柜门打开。当没有电流通过后，锁头锁死，根据其物理结构，人可以手动将柜门闭合，完成闭门功能。电控锁PLC外部接线图如图3.3所示。1号柜门开门信号2号柜门开门信号3号柜门开门信号4号柜门开门信号5号柜门开门信号6号柜门开门信号LMM1号柜电控锁2号柜电控锁3号柜电控锁4号柜电控锁5号柜电控锁6号柜电控锁直流3.2.3称重传感器称重传感器选用HX711模块，该传感器使用电阻应变仪形成测量桥，其工作原理如图3.4所示。在力的作用下电阻丝被拉伸并变细，使电阻增加。称重传感器将重量信号转换为电量信号并将实时测得的电量信号传递至PLC当中。计算出差值并进行运算得出最终的价格，并将价格传输到人机交互界面当中。称重传感器PLC外部接线图如图3.5所示。1号托盘称重传感器2号托盘称重传感器3号托盘称重传感器4号托盘称重传感器5号托盘称重传感器6号托盘称重传感器7号托盘称重传感器8号托盘称重传感器M第四章PLC程序设计在本文中所研究的基于PLC搭建一个自动控制售卖系统，根据不同的柜体设计出4.1I/O点的分配输入/输出单元通常也称IO单元或IO模块，是PLC与控制量还有被控对象之间的连接部件。接受输入信号并将其处理，最终再输出至被控对象，以完成控制动作。本次自动售货机选用的CPU的类型为S7-300CPU315。根据上文分析得出：自动售卖机的输入部分是：出货信号，开柜门信号以及托盘重量的模拟量信号。输出部分是：电机旋转，电磁锁开锁以及得出总价。由于每个货柜内电机单一且数量繁多，故各选取一个电机作为示例来讲解。当货物顶出后，货道，即电机的状态信号回馈给人机界面或后台。人机界面和PLC的交互信号为M变量。以一号货道为例，其梯形图如图4-1所示。当顾客选择一号货道内的商品时，人机交互界面将出货信号M0.0传递至PLC,即M0.0接收到有效信号并接通，随后Q0.0也通电，即PLC将信号传递至一号货道后的电机当中使电机开始旋转。当货道出货完成后，其状态信号I0.0输入PLC,并传输到人机界面或后台。使用FC105功能块将传递来的模拟量转化成数字量。以一号托盘为例，其中PIW256是AI模拟量的地址，HI_LIM是量程的高PIW256-INPLC实时监控称重传感器传回的模拟量信号转化为数字量信号，并每过30s更新称重柜中处理转换而来的数字量的流程如图4-3所示。先计算出各个托盘上应支这里采用了MUL_R功能块，这里以第一个托盘为例，将转化并储存的数字量信号MD100与设置的默认单价相乘，得出该托盘上顾客取走商品的价格，并存储到MDO中。同理，其他七个托盘将各自价格存储到对应中间量中。图4.5称重柜梯形图(1)随后，将各个托盘的价格两两相加，得出四组价格。对这四组价格再次两两相加得出两组价格。最后将这两组价格进行最后一次相加得出最后的价格并输出。ADDR"NO1."NO1."NO2."NO1."NO5."NO2.ND48"NO5."NO6.总价计算出后记录并将计算出的总价与30s之前计算出的总价相减得出顾客应支第五章总结及展望社会在不断的进步，科技在不停的发展。自动化设备必将在社会生活生产方面占据更大的比重从而便利人们的生活。自动售卖机正好顺应了时代的潮流，在人们日常生活当中最习以为常的买卖关系当中，取代传统人工进行简单而又重复的工作，解放1.在第三节对于PLC的各个模块针对控制需求进行了选型，然后针对第二章选择好的电机，电控锁以及称重传感器，阐述其原理并与PLC相结合设计接线图。2.在了解自动售卖系统的工作原理与要求之后，在第四节根据控制要求以及接线图在STEP7中进行梯形图的设计与编辑。5.2展望中国在自动售货机这一领域尚处于发展的初期阶段，其规模远没有其他发达国家那么庞大。不过我们国家不缺的就是大力发展科技的信心与决心。我相信在不远的将来，我国不仅可以在自动售卖机方面追赶上其他发达国家的脚步，国家整体也将迈入发达国家行列。尽管本文已经基本完成了控制要求与目标，但是仍然存在着许多问题和未能进行设计的内容，如尚未进行人机交互界面及支付模块的设计与连接。由于时间与能力的有限，我暂时无法对其进行研究与设计，这可以算得上是我大学阶段的一个遗憾。希望将来有机会我可以对相关方面进行进一步的研究，对未能学习了解的知参考文献[2]赵江稳西门子S7200PLC编程从入门到精通.中国电力出版社，2013.[4]Z.jianbo,Y.qunand