基于PLC的自动售货机系统设计

毕业设计（论文）类型：□毕业设计说明书□毕业论文题目：基于PLC的自动售货机系统设计学生姓名：指导教师：专业：时间：

南通职业大学毕业设计（论文）基于PLC的自动售货机系统设计摘要自动售货机二十四小时不间断的服务，节约了大量的人力物力，而且占地面积小，投入较低。自动售货机的库存情况能够远程监测，并及时精确地收集信息，可以确保货源的充裕。本文设计一款基于PLC(可编程逻辑控制器)的自动售货机控制系统，在硬件设计部分中，对系统应用的关键设备进行参数计算和选型，同时，利用CAD软件设计PLC接线图。在软件设计部分，对系统的控制流程进行设计，确保合理性和可操作性。并使用编程软件绘制由PLC运行的梯状图形。在此基础上，再利用软件的模拟功能实现系统的调试和模拟，进而判断编程的合理性，验证系统的运行状况。关键词：PLC；自动售货机；控制系统

目录TOC\o"1-3"\h\u316621前言 IV1前言1.1论文研究的目的和意义随着无人商店的诞生，自动售货机将会是一个应运而生的新时期的必然产品。自动售货机二十四小时不间断的服务，节省了大批的人力物力，且占用建筑面积小，投资较低。而自动贩售机器的仓库也可远程监视，及时精确地收集商品资讯，更可确保货源的充裕。自动售货机是一款智能化业务装置，能够为城市居民实现全天候不中断的产品零售业务。销售商品类型也由原来单纯的饮品、香烟等到了现在琳琅满目的日用物资，也因而受到了城市居民们的青睐。而由于自动贩售机器功能的越来越丰富，它对核心系统的计算速度、安全性要求也更高。比较于传统的自动售货机使用单片机为核心控制器，PLC为通用工业控制系统的设备拥有性能高、安全性强、维修简便等优点，也比较适宜于在公共场合的复杂环境下应用。1.2本文的设计目标本文将设计一种采用PLC的自动售货机系统，具有以下功能：(1)用于出售零食1至零食5共五种商品，零食1售价3元1份，零食2售价6元1份，零食3售价9元1份，零食4售价12元1份，零食5售价15元1份。(2)顾客可以投放1元、5元和10元三种货币。(3)当投资的人民币钱数超过或低于三元时，零食1指示灯亮；当所投入的货币钱数大于或等于六元时，零食1指示灯和零食2指示灯均亮；当投放的货币钱数大于或等于九元时，零食1指示灯、零食2指示灯、零食3指示灯响亮；当投放的货币钱数大于或等于十五元时，五个指示灯都亮。(4)当商品灯亮后，按下对应的按钮，售出对应商品，并找出多余的零钱。1.3技术路线本设计的技术路线如下图所示。首先查阅相关文献资料，确定自动售货机的主要功能；其次，运用整体性的设计思想，对系统总体方案进行设计，在此部分中，对PLC的型号进行选型，确定编程软件。在硬件设计部分中，对系统应用的关键设备进行参数计算和选型，同时，利用CAD软件设计PLC接线图。在软件设计部分中，对系统的控制流程进行设计，确保合理性和可操作性。进行了程式编制,并使用编程软件绘制由PLC运行的梯状图形。在此基础上，再利用软件的模拟功能实现调试和模拟，以实现对编程的合理、正确运行。最后，对设计步骤进行归纳，对成果进行梳理，撰写毕业论文。2系统整体方案设计2.1系统结构设计本文设计的系统整体结构示意图如下图2.1所示。图2.1自动售货机系统整体结构示意图商品展示窗口用于展示可出售的商品，在本设计中包括零食1至零食5共五种商品。通过玻璃展柜向顾客展示。投钱口用于接收顾客投放的钱币，可识别和收纳包括纸币、硬币、美元、瑞士、法郎等多种钱币，并由特殊的传感器进行识别和换算。找零口基于等价交换原则，用于对顾客进行找零。当投币数量不低于商品价格时，对应的商品指示灯亮起。顾客按下对应的商品按钮，即可从取货口取出对应的商品。2.2控制器选型当某一项控制任务决定由PLC来实现后，选用PLC就变成了最关键的事项。一方面要选择大容量的PLC，另外还要考虑型号和外设。对于第一个问题，首先要对控制系统任务做出细致的分类，明确全部的I/O点，包含开关量I/O和模拟量I/O，以及输出方式是选用继电器开关或晶体管或控制硅型。关于监控输入输出点的种类也十分重要，假设他们之间既有交流220V的接触器和电磁阀，也有240V的指明灯，那么最后选择的PLC的输入输出点数就有可能超过了实际点数。但是由于PLC的输入与出口端点通常是几组共用一台公共端，这一组输入输出只能有一种供电的种类或者级别。所以，一旦它们都是交流220V的负载。则直流24V的负载就可以用到其他的输入与出口端点了。但是这有可能导致输入与出口点数浪费，从而提高生产成本。所以要尽量选用相同级别和种类的负载，例如采用交流220V的指示灯等。在通常状况下继电器开关输入输出的PLC应用最多，而针对需要高速输入输出的情形，就必须采用无触点的晶体管输入输出的PLC了。对于第二个问题，主要从以下几个方面考虑：(1)规模要适合投入、产出点数和软件对PLC控制功能和命令的需求，是选定PLC型号规模尺寸大小的关键。首先要保证有适当的投入、产出点数，要预留一分的余地(要有百分之十的后备量)。若仅仅希望完成单机自动化，或机电一体化的生产，则可以选用较小型PLC。若控制器很大，进入、出口个数也较多，且被控装置也比较离散，可采用中型或更大规模PLC。还应明确程序存储器的容积大小。一般较粗略的估算方式为：(入口+出口)×(10~12)=指令的行走步数。尤其要注意，因控制器比较复杂，且数据容积也很大，可能会出现存贮数不足的问题。(2)功能要相当，结构要合理对于以开关量进行监控的系统，普通的低档机器也可满足此要求。对于以开关数量限制居多，并带有一些模拟量控制器的系统，则应选用带有A/D、D/A切换、加减计算、数据传递等功能的低档机。对控制单元设计要求比较复杂，或控制单元特性需求较大的控制单元，如需要进行PID计算、闭环控制、通信联网等，可以视限制总体规模大小和复杂性的程度，选择中级或高级机。其中，高档机主要应用于人规模过程管理、全PLC的分布式管理和整个工厂的智能化管理等。对于生产工艺相对稳定、环境要求较好(维修虽较小)的场合，采用组合式构造PLC，其余情形下可采用模块式构造PLC。(3)使用环境条件在选用PLC时，还要考虑应用现场的环境要求能否满足规定。一般考虑的环境要求有：环境温度、相对湿度、电源允许波动范围和抗干扰等环境指标。三菱集团的FX系统产品样本中，包含FX1S、FX1N、FX2N和FX2NC四个型号，能适应各种用户的需求。而随着新市场的需要和科技的进展，日本三菱公司也已开发功能更强、可扩展性更丰富的FX3U和FX3UC两个型号产品。FX产品是目前国内外应用的最多的PLC系列产品之一，尤其是FX2N系列PLC产品，具有功能强大、使用范围广泛、性能价格比高等特点，且具有强大的网络通信功能，最大可扩充至256个I/O点，能适应大多数用户的需求。运算批处理方式(在执行END指令时)，可以使用I/O刷新s表，可以用步进梯形指令来生成顺序控制指令程序容量(EEPROM)基本指令27条，步进指令2条表2.1PLC一般技术指标列表AC~242VDCVOMVA0VACCVWDCV(FX1S),其他系列1.5W/DC24VVACVACmAVDCLED灯亮表2.2输出技术指标综述所述，本文选用FX2N系列PLC控制器。2.3软件工具GXWorks2是一个功能齐全、数据类型丰富的PLC程序设计软件,GXWorks2软件专门使用于生产机械上的控制器代码程序,使用GXWorks2最新版可以使生产机器上具备进行逻辑计算,序列管理、定时器等面对使用者的命令,同时也能够使用数值或模拟式进入/出口管理不同的机器及制造流程。软件初始界面如下图。图2.2软件界面该软件具有如下特点：(1)GXWorks2官方版三菱电机新型PLC软件系统，包含简化工程项目(SimpleProject)和构造化工程项目(StructuredProject)两个程序设计方法。(2)支持梯形图、指令表、SFC、ST及结构化梯形图等计算机编程语言。(3)可以进行程序编辑，系统参数设置，网络设置，程序监测、调试和在线更新，以及智能功能模块设置等功能。(4)适合于生产Q、QnU、L、FX等一系列的可编程逻辑逻辑控制器。(5)兼容GXDeveloper软件。(6)提供技术支持三菱电机工控生产的iQPlatform及综合应用信息管理软件系统iQWorks。(7)三菱PLCGXWorks2具备系统标签控制功能，可完成PLC数据信息和HMI、运动控制器的资源共享。3硬件设计在本部分中，对系统应用的关键设备进行参数计算和选型，同时分配I/O地址，利用CAD软件设计并绘制PLC接线图。3.1I/O地址分配本文设计的PLC的I/O分配如下表3.1所示。表3.1I/O分配表LC3.2PLC接线图AutoCAD(AutodeskComputerAidedDesign)是Autodesk(欧特克)有限公司最早在一九八二年研制的自动计算机辅助设计软件，主要进行二维制图、细节制图、设计文件化以及基本的三维产品设计工作，现已然变成了全球市场上最普遍流行的画图工具。由于AutoCAD具有完善的电脑用户，透过交互式菜单设计或指令行方法便能够迅速完成所有作业。它的多文件设计工作学习环境，使非计算机技术专业人员也能够更迅速地学习应用。在进一步实施的工作学习过程中，更进一步地了解它的各项实际应用情况以及开发技能，以便于进一步提升产品设计效率。AutoCAD具有广泛的使用环境适应性能力,并能够在所有操作系统都支持的微型计算机系统和工作站上执行。本文利用AutoCAD软件设计的PLC接线图如下所示。图3.1PLC接线图如图3.1所示，考虑到实际的I/O资源占用情况和实际成本，本设计选择PLC的具体型号为FX2N-32MR，该CPU有16个输入口，16个继电器输出口，可满足本设计的需求，同时有适量的扩展口留作备用。4软件设计在本部分中，对系统的控制流程进行设计，确保合理性和可操作性。进行程序编写，利用编程软件绘制PLC运行的梯形图。4.1软件流程设计本文设计的系统运行流程如下。图4.1系统运行流程图如图4.1所示，系统运行开始后，进行投钱金额的检测。当大于等于3元时，零食1指示灯亮，顾客可以购买零食1；当大于等于6元时，零食1和零食2指示灯都亮，顾客可以选择购买零食1或者购买零食2；当大于等于九元时，零食1、零食2或者零食3的指示灯均亮，消费者即可自由选择购买零食1、零食2或者零食3当价格大于等于十五元时，零食1至零食5指示灯都亮，顾客可以选择购买任意一种零食。当购买后，出货口动作，将产品送出，并且延时7s关闭，给顾客充足的取货时间。顾客取货后，系统计算余额并进行找零。找零后，当前购买行为结束，进入下一次等待。4.2钱币累加程序模块为了对钱币投放数目进行累加，采用ADDP指令。ADDP就是一个脉冲加一次。而ADD是每扫描一个周期就执行一次加法。图4.2钱币累加程序梯形图在本程序模块中，X000导通一次，则触发ADDP指令，D0寄存器中的数值加1；X001导通一次，则触发ADDP指令，D0寄存器中的数值加5；X002导通一次，则触发ADDP指令，D0寄存器中的数值加10。4.3钱币比较与商品指示灯模块图4.3钱币比较与商品指示灯程序梯形图为了对投放钱币是否大于等于商品售价进行比较判别，采用CMP指令。CMP指令的功能是将一个源操作数[S1·]的数值与另一个源操作数[S2·]的数据进行比较，结果送到目标操作元件[D·]中。当D0中的数值小于2时，M0导通；当D0中的数值等于2时，M1导通；当D0中的数值大于2时，M2导通。当D0中的数值小于5时，M3导通；当D0中的数值等于5时，M4导通；当D0中的数值大于5时，M5导通。当D0中的数值小于8时，M6导通；当D0中的数值等于8时，M7导通；当D0中的数值大于8时，M8导通。当D0中的数值小于11时，M9导通；当D0中的数值等于11时，M10导通；当D0中的数值大于11时，M11导通。当D0中的数值小于14时，M12导通；当D0中的数值等于14时，M13导通；当D0中的数值大于14时，M14导通。因此，当M2、M5、M8、M11、M14导通时，Y005导通，零食1指示灯亮；当M5、M8、M11、M14导通时，Y005、Y006导通，零食1、零食2指示灯亮；当M8、M11、M14导通时，Y005、Y006、Y007导通，零食1、零食2、零食3指示灯亮；当M11、M14导通时，Y005、Y006、Y007、Y010导通，零食1、零食2、零食3、零食4指示灯亮；当M14导通时，Y005、Y006、Y007、Y010、Y011导通，零食1、零食2、零食3、零食4、零食5指示灯都亮。4.4出货模块图4.4出货程序梯形图当用户选择商品后，对应的线圈导通，并且延时7秒后关闭。分别使用T0~T4进行定时。定时器线圈参数设定为70，表示70*100ms。同时，利用定时器的常闭触点进行出货线圈的关断。4.5找零及计算模块图4.5找零及计算程序梯形图当顾客按下取货按钮后，需要进行找零计算。利用SUBP指令进行减法运算，将D0中存放的投钱总数减去3、6、9、12或者15元，得到找零钱数，存在D1寄存器中。并且比较D1是否为0，若不为0则需要找钱，将Y004导通，进行找钱操作。4.6售出成功后复位模块图4.6复位程序梯形图当取货定时器计满后，将存放已投钱数的寄存器D0，和存放找零钱数的D1进行复位，本次售卖业务结束。5调试与仿真在本部分中，通过编程软件GXWorks2自带的仿真功能进行功能测试与调试运行。通过模拟SQ1三次导通，SQ3一次导通，使得投币金额为13元。通过模拟SQ2三次导通，SQ1三次导通，使得投币金额为18元。监视系统运行情况。5.1钱数为13通过模拟SQ1三次导通，SQ3一次导通，使得投币金额为13元。此时，Y005、Y006、Y007、Y010导通，零食1~零食4指示灯亮，零食5指示灯不亮。图5.1模拟仿真界面下一步，点击X004，模拟出零食2。此时，Y001导通7秒，之后关断，表示零食2出货成功。同时，Y004导通，表示需要找零。其中，D1中存放找零额度，D1=7，表示找零7元。图5.2模拟仿真界面本次售卖结束。5.2钱数为18通过模拟SQ2三次导通，SQ1三次导通，使得投币金额为18元。此时Y005~Y011都导通，表示零食指示灯都点亮。图5.3模拟仿真界面下一步，点击X005，模拟出零食3。此时，Y002导通7秒，之后关断，表示零食3出货成功。同时，Y004导通，表示需要找零。其中，D1中存放找零额度，D1=9，表示找零9元。图5.4模拟仿真界面最后，定时器计满导通，D0和D1复位，本次售卖结束。图5.5模拟仿真界面6总结本文设计一款基于PLC的自动售货机控制系统。分别从硬件与软件两个部分进行说明。在硬件设计部分中，对系统应用的关键设备进行参数计算和选型，利用AutoCAD软件设计出对应的PLC接线图。在软件设计部分，根据操作规则对系统的控制流程进行设计。并使用编程软件绘制程序梯形图。在此基础上，再利用软件的模拟功能实现系统的调试和模拟，确认了编程的合理性，验证了系统的运行状况。

参考文献[1]陈金宝.基于PLC的水果自动售货机设计[J].电子世界,2020(20):114-115+120.[2]金薇.基于PLC的自动售货机控制系统设计[J].中国新技术新产品,2020(14):15-16.[3]陶佳鑫.蔬菜自动售货机的控制系统设计[J].科技经济市场,2020(04):11-13.[4]成翔.基于PLC的自动售货机控制系统设计[J].花炮科技与市场,2019(04):216-217.[5]王晓丽.一种基于PLC的自动售货机系统的设计[J].集成电路应用,2019,36(02):74-75.[6]郭涛.基于S7-1200PLC控制的自动售货机系统设计[J].内燃机与配件,2018(03):238-239.[7]秦冲.一种基于PLC的自动售货机控制系统设计[J].轻工科技,