【《基于PLC的自助冰淇淋机控制系统的设计》7200字】

-PAGEII-基于PLC的自助冰淇淋机控制系统的设计摘要本设计是基于PLC的自助冰淇淋机控制系统的设计，采用西门子的S7-315-2DP中型PLC进行控制，外加西门子触摸屏作为上位机，实现冰淇淋机控制。通过选择口味，确定需要支付钱数，通过投币或者其他支付进行付款，支付足够，按确认购买，自动执行下冰淇淋桶，下冰淇淋桶到位，自动执行送冰淇淋桶，送冰淇淋桶到位，自动根据选择的口味，启动相应的口味的泵打开相应口味的阀门，进行相应口味下料，出冰淇淋完成，进行完成提醒，然后执行找零，自动清零，复位系统，等待下次购买。通过分析冰淇淋机控制要求，首先进行总体设计，然后进行硬件设计，选择PLC和扩展模块，分配PLC输入输出，设计主电路，控制电路和PLC输入和输出接线图；然后进行软件设计，编写控制流程图，编制梯形图程序；然后进行触摸屏设计；最后进行调试和仿真测试，使用PLCSIM仿真PLC软件和触摸屏仿真软件，进行联合仿真测试，验证设计。关键词：冰淇淋机；投币；触摸屏；其他支付目录摘要 I第一章绪论 11.1设计目的和意义 11.2国内外现状 11.3研究主要内容 2第二章总体方案 32.1控制要求 32.2方案设计 3第三章硬件设计 53.1硬件选择 53.1.1PLC介绍 53.2主电路设计 63.3西门子S7_300PLC特点和应用领域 73.4PLC输入和输出分配 93.5接线图 9第四章软件设计 114.1控制流程图设计 114.2PLC内部变量 124.3硬件配置 134.4梯形图设计 134.4.1主程序OB1 144.4.2初始化程序OB100 164.4.3口味选择程序FC1 174.4.4数据块DB1 17第五章组态设计 185.1触摸屏选择 185.2通讯设定 185.3变量连接 195.4组态画面 19第六章调试 206.1调试 206.2仿真测试 20第七章结论 30参考资料 32附录 33附录1电气图纸 33附录2程序 34-PAGE1-第一章绪论1.1设计目的和意义唐朝末期，人们开始在夏天制冰；宋代，商人们开始在冷食里加上水果或果汁；元代，有人甚至在冰中加上果浆和牛奶；13世纪，马可•波罗将制造冰淇淋的方法带到意大利，意大利人再把它传到法国。法国人发明了一种半固体状的冰淇淋把奶油、牛奶、香料掺进去再刻上花纹，使冰淇淋更加色泽鲜艳、美味可口。至此，冰淇淋的种类越来越多，成为大家所喜欢的一种食品[1]。自助冰淇淋机具有以下特点：（1）无人化经营省人工，省人力，节约投资成本，回本快（2）一站式经营整合冰淇淋机、咖啡机、果汁机、无人售货柜四机组合满足不同消费群体（3）打破传统的全新经营模式智能新零售，自带引流，创造无限财富（4）投放位置灵活可适用于不同消费场景（5）四季畅销产品多样化，全年无淡季PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，接线简单，设计方便，方便后期修改，同时采用触摸屏进行上位控制，使用直观，因此采用PLC和触摸屏进行冰淇淋机控制系统设计。如图1-1冰淇淋机实物图。图1-1冰淇淋机实物图1.2国内外现状现今，国内无人经营模式还不太普遍，国外在这个方面还是领先于我们国内需要加强这方面的研究，冰淇淋对青少年乃至中年人都有着十分的吸引力，现如今国内的冰淇淋机品牌较少，功能单一。在这个时代中，只有适应时代的发展才有可能不被淘汰，俗话说，风险伴随着机遇，因此也具有广泛的市场，只要抓住了，那么国内的冰淇淋产业就不在需要外企所帮助，真正做到自给自足。1.3研究主要内容以PLC为控制核心，外加触摸屏等进行冰淇淋机控制系统设计，通过本地或者触摸屏选择口味，通过投币或者其他支付方式进行付款，确认购买，自动下冰淇淋桶，自动送冰淇淋桶，根据选择口味自动出相应口味的冰淇淋，出料完成，进行完成提醒，进行找零，进行清零，复位系统，等待下次购买。分析冰淇淋机控制要求，进行总体设计，硬件设计、软件设计和组态设计，最后进行调试和仿真测试，验证设计。第二章总体方案2.1控制要求 实现功能： 工作流程包括装料、出料、口味选择、投币或者扫码时，机器可以根据人选择的口味进行搭配，选择结束后，冰淇淋桶到达冰淇淋出口位置有感应，有草莓味、蓝莓味、提拉米苏味、芒果味四种选择，装满后提醒人拿走，再进行自动清理。2.2方案设计 控制系统方框图如图2-1所示。外部的投币检测5角硬币、投币检测1元硬币、投币检测5元纸币、投币检测10元纸币、投币检测20元纸币和投币检测50元纸币接PLC的输入，用于进行各种投币检测，外部的要草莓味、要蓝莓味、要提拉米苏味和要芒果味接PLC的输入，用于口味选择。外部的确认按钮接PLC的输入，用于支付完成，进行购买确认。外部的退币按钮接PLC的输入，用于投币后，不想购买，按投币进行退币操作。冰淇淋机中的冰淇淋桶到达指定位置之后，然后停止，随之启动送冰淇淋桶，到达位置之后，停止送冰淇淋桶。

图2-1控制系统方框图 PLC输出接下冰淇淋桶控制继电器，然后下冰淇淋桶继电器控制下冰淇淋桶电磁阀，执行下冰淇淋桶。 PLC输出接送冰淇淋桶控制继电器，然后送冰淇淋桶继电器控制送冰淇淋桶电磁阀，执行送冰淇淋桶。 PLC输出接找零控制继电器，然后找零继电器控制找零设备，执行找零。 PLC输出接自动清理控制继电器，然后自动清理继电器控制自动清理设备，执行自动清理。 PLC输出接装满后提醒，用于出冰淇淋完成，进行提醒。第三章硬件设计3.1硬件选择3.1.1PLC介绍上世纪初，传统的继电器和交流接触器自动控制系统刚刚开始流行，因为继电器和交流接触器系统软件可以使用小电流来操纵大电流并远程操作主电源电路。控制回路可以与主电源电路分担责任。控制电路中的各种低压电路按照串联，并联，自锁，联锁等连接方法，以逻辑上的操作顺序相互连接，从而使主电源电路动作[4]。随着时间的流逝直到上个世纪末，随着电子信息技术（例如电子计算机解决方案和超大型集成电路芯片）的飞速发展，由单核设计的CPU组成的液压控制系统的发展趋势PLC的微型计算机可编程控制器大大改善了PLC的实际定义，内部和尺寸设计方案，特性价格比较，安装和应用。操作功能得到增强和加速，在相同分辨率下的工作能力规格越来越小，程序流程的变化和程序流程的检查变得越来越方便。结合网络技术发展趋势的应用，在连接到电子计算机的情况下，PLC远程控制输入和输出通信网络，数据处理方法和图像显示信息也得到了极大的改善。这种技术发展趋势和独立创新促进了PLC控制公司的日常工作，使PLC成为当今自动化技术控制系统的三大支持之一[4]。（1）PLC定义：PLC实际上就是指的可以对系统变成的一种控制器，其主要运管用于工业生产过程中，是一种以微控制器为核心并集成了电子信息技术，自动控制系统的通用工业自动控制系统设备，以及通讯技术。它是专为工业自然环境中的数字操作而设计的专业电子设备。它选择可编程存储器来存储用于执行或计算，顺序计算，时序。各类机械设备或来料加工。PLC及相关外部设备应按照易于工业自动化控制系统整体生产，易于扩展功能的标准进行设计[3]。（2）PLC的构成：站在结构角度而言，她包括固定式和组合式两种系统。前者的核心部件包括I/O板、显示面板等，后者则以内存、电源模块、底板等配置为主，当然，在其应用于实践时，是可以根据实情对其顺序进行调整和组合的。（3）PLC的工作原理：以循环式为主，对系统每一环节进行重复检测和扫描。当PLC得电或由STOP模式切换到RUN模式，CPU会启动，并按照固定的运行周期来循环操作[3]。图3-1S7-300模块示意图3.2主电路设计主电路如图3-2所示。图3-2主电路3.3西门子S7_300PLC特点和应用领域西门子S7_300PLC是一款模块化结构设计的中型PLC且具有标准环境型和环境条件型两大内型。在0-60℃之间是标准环境型，在-25℃-70℃之间为环境扩展型；具有耐振动和抗污染的特性。对于我们刚学习的学生来说它具有a.编程方法简单易学，梯形图的编写非常简单易学b.拥有简单而且实用的分布式结构及通用的网络功能；c.性价比非常的高且实用；d.维修非常方便；e.在复杂的工业环境下抗干扰能力强；f.调试工作量少；g.体积小，耗能小等[5]。主要运用的领域：a.开关量逻辑控制；b.运动控制；c.闭环过程控制；d.通讯联网；e.数据处理；控制电路如图3-3所示。图3-3控制电路3.4PLC输入和输出分配PLC输入和输出分配见表3-4示。名称PLC地址外部编号投币检测5角硬币I0.0S1投币检测1元硬币I0.1S2投币检测5元纸币I0.2S3投币检测10元纸币I0.3S4投币检测20元纸币I0.4S5投币检测50元纸币I0.5S6要草莓味I0.6SB1要蓝莓味I0.7SB2要提拉米苏味I1.0SB3要芒果味I1.1SB4确认按钮I1.2SB5退币按钮I1.3SB6下冰淇淋桶到位I1.4S7送冰淇淋桶到位I1.5S8表3-4PLC输入输出分配名称PLC地址外部编号草莓味泵Q0.0KA1蓝莓味泵Q0.1KA2提拉米苏味泵Q0.2KA3芒果味泵Q0.3KA4草莓味阀Q0.4KA5蓝莓味阀Q0.5KA6提拉米苏味阀Q0.6KA7芒果味阀Q0.7KA8下冰淇淋桶Q1.0KA9送冰淇淋桶Q1.1KA10找零Q1.2KA11自动清理Q1.3KA12装满后提醒Q1.4HA13.5接线图PLC输入和输出接线图见图3-5所示。图3-5PLC接线图第四章软件设计4.1控制流程图设计控制流程图如图4-1所示。开始初始化，进行参数设定。图4-1控制系统流程图 开机初始化，采用OB100进行参数设定，设定各口味价格。本地或者触摸屏选择口味，显示应付钱数，进行投币或者其他支付，支付足够，支付足够指示灯点亮，按确认购买按钮，进行购买，执行下冰淇淋桶，检测到下冰淇淋桶到位，执行送冰淇淋桶，检测到送冰淇淋桶到位，根据选择的口味，打开相应口味的泵和阀门，执行下料，下料完成，执行完成提醒，完成提醒定时到，执行找零，找零完成，复位系统，等待下次购买。4.2PLC内部变量为了编程和解释方便，以及触摸屏进行控制需要使用M位，定义PLC内部使用M内存和T定时器。如表4-2。表4-2PLC内部使用地址名称地址备注投币检测5角硬币HMIM0.0上位机控制投币检测1元硬币HMIM0.1上位机控制投币检测5元纸币HMIM0.2上位机控制投币检测10元纸币HMIM0.3上位机控制投币检测20元纸币HMIM0.4上位机控制投币检测50元纸币HMIM0.5上位机控制要草莓味HMIM0.6上位机控制要蓝莓味HMIM0.7上位机控制要提拉米苏味HMIM1.0上位机控制要芒果味HMIM1.1上位机控制确认按钮HMIM1.2上位机控制退币按钮HMIM1.3上位机控制下冰淇淋桶到位HMIM1.4上位机控制送冰淇淋桶到位HMIM1.5上位机控制其他支付确认M1.6上位机控制支付足够M2.0下冰淇淋桶步骤M3.0送冰淇淋桶步骤M3.1冰淇淋下料步骤M3.2完成提醒M3.3找零步骤M3.4自动清理步骤M3.5手动找零M12.7出冰淇淋定时T0完成提醒定时T10找零定时T11自动清理定时T124.3硬件配置进行硬件配置，插入S7-300机架，插入电源模块，CPU模块和输入输出扩展模块，完成后总的硬件配置如图4-2所示。图4-3硬件配置4.4梯形图设计 程序结构见图4-4所示。OB1是主程序，循环执行，调用FC1，从上到下循环扫描。OB100是开机初始化组织程序，用于参数设定。FC1是口味选择程序，进行口味选择，根据选择口味计算需要支付钱数，在OB1中调用。DB1数据块，用于各口味价格设定，保存投币，支付数，找零数，以及临时计算数据等。图4-4程序结构关键程序如下：4.4.1主程序OB1（1）投币5角图4-5投币5角程序 根据自己所投币的数量进行计算，从而进行累积，当累积的数量达到你所需要货品价格的时候，就可以停止投币（2）其他支付确认图4-6其他支付程序人们在购买时，可以通过微信、支付宝的方式可以进行支付，自行输入自己的金额数量，我们可以从而达到可以购买它的程度。（3）下冰淇淋桶图4-7下冰淇淋桶输出程序 按下下冰淇淋桶的这个按钮，然后机器开始放下冰淇淋桶（4）完成后提醒图4-8完成后提醒输出程序 等待冰淇淋机完成后，然后对应的指示灯会提醒消费者，该产品已经完成，然后消费者提取产品。（5）调用口味选择子程序，进行口味选择图4-9调用口味选择程序 可以根据自己喜欢的口味，进行选择4.4.2初始化程序OB100设定草莓味价格图4-10设定草莓味价格程序可以自己定义每种产品的价格，达到可以随时修改价格的同时，也与时俱进。4.4.3口味选择程序FC1要草莓味标志图4-11要草莓味标志程序 在冰淇淋机器当中选择自己所需要的口味。4.4.4数据块DB1 采用数据块DB1保存各口味价格设定，选择价格，总钱数，投币钱数，其他支付钱数，剩余钱数，需要付款数，临时数据等。图4-12数据块DB1

第五章组态设计5.1触摸屏选择 打开西门子项目管理器，到插入菜单，选择插入SIMATICHMIStation，插入触摸屏项目，设备类型选择为BasicPanels，这里选择10寸屏，选择其中的KTP1000basicDP，DP通讯触摸屏。图5-1触摸屏选择5.2通讯设定进行通讯设定，连接CPU315-2DP，端口预设IF1BMPI/DP，触摸屏地址设定为1，PLC地址设定为2，扩展插槽设定为2，机架设定为0。勾选主站上的唯一主站。图5-2通讯设定5.3变量连接建立变量，连接PLC地址，与PLC进行数据交换。图5-3变量连接5.4组态画面 建立监控画面，并建立冰淇淋机模型，建立草莓味储料和泵阀、蓝莓味储料和泵阀、提拉米苏味储料和泵阀、芒果味储料和泵阀。建立各投币按钮，和投币显示，建立其他支付按钮和显示，建立剩余钱数显示，建立需要支付钱数显示。建立要草莓味、要蓝莓味、要提拉米苏味和要芒果味按钮，用于口味选择。建立购买确认按钮，和退币按钮。建立下冰淇淋桶指示灯、送冰淇淋桶指示灯、找零指示灯、自动清理指示灯和装满后提醒指示灯。建立下冰淇淋桶到位和送冰淇淋桶到位控制，设定动画和事件。建立草莓味、蓝莓味、提拉米苏味、芒果味价格设定输入框。图5-4监控画面

第六章调试6.1调试 设计完成，进行调试，验证设计。根据设计主电路、控制电路以及PLC输入输出接线图进行接线，接线完成进行必要的检查，接线正确，系统上电，使用编程电缆连接PLC，下载硬件配置和程序到PLC，根据设计要求进行调试，有问题及时修改。连接触摸屏，跟PLC进行联合调试，有问题及时修改，直到硬件、软件和触摸屏设计都符合设计要求。6.2仿真测试 在没有硬件和PLC的情况下，可以使用PLC仿真软件和触摸屏仿真软件进行仿真测试，验证设计。 在SIMATICManager里，点打开/关闭仿真器，启动PLC仿真软件。将仿真器模式改为PLCSIM（MPI）模式，再将CPU打到RUP-P档位。图6-1启动PLC仿真软件 然后下载PLC硬件配置和程序到仿真PLC，在仿真PLC界面，插入需要监控的变量，例如IB0，IB1，IB2，QB0，QB1，QB2，MB0，MB1，MB2等。然后勾选RUN-P，启动PLC。图6-2下载程序启动PLC PLC仿真启动后，打开WinccFlexible编辑画面，点顶部的启动运行系统按钮，启动触摸屏仿真。图6-3启动触摸屏运行 初始画面如图6-4所示，开始支付为0，没进行任何口味选择。预设草莓味价格为4.0元，蓝莓味价格为4.5元，提拉米苏味价格为5.0元，芒果味价格为4.0元。剩余钱数为0元，需要支付为0元。图6-4初始画面 触摸屏上草莓味进行口味选择，草莓味选择按钮变为绿色，需要支付钱数变为4.0元。图6-5选择草莓味 模拟进行投币，触摸屏上点5角，观察到投币变为0.5元，剩余钱数为0.5元。支付足够指示灯熄灭，表示支付不足。图6-6投币5角 继续进行投币，触摸屏上点1元，观察到投币变为1.5元，剩余钱数为1.5元。支付足够指示灯还是熄灭，表示支付还是不足。图6-7投币1元 继续进行投币，触摸屏上点5元，观察到投币变为6.5元，剩余钱数为6.5元。支付足够指示灯点亮，表示支付足够，可以购买。图6-8投币5元 支付足够，确认购买，触摸屏上点购买确认按钮，观察到剩余钱数变为2.5元，支付足够指示灯熄灭，执行下冰淇淋桶，下冰淇淋桶指示灯点亮。图6-9下冰淇淋桶 模拟下冰淇淋桶到位，触摸屏上点下冰淇淋桶到位按钮，下冰淇淋桶到位按钮变为绿色，停止下冰淇淋桶，下冰淇淋桶指示灯熄灭，执行送冰淇淋桶，送冰淇淋桶指示灯点亮。图6-10送冰淇淋桶 执行送冰淇淋桶，模拟送冰淇淋桶到位，触摸屏上点送冰淇淋桶到位按钮，观察到送冰淇淋桶到位按钮变为绿色，停止送冰淇淋桶，草莓味泵启动，草莓味阀打开，执行下料。图6-11出草莓味 出草莓味冰淇淋完成，停止出草莓味冰淇淋，泵停止，阀关闭，执行完成后提醒，完成后提醒指示灯点亮。图6-12完成后提醒 完成后提醒定时到，停止完成后提醒，执行找零，找零指示灯点亮。图6-13找零 找零按定时执行，找零定时到，停止找零，系统进行复位，复位投币，复位剩余钱数，复位选择草莓味，复位需要支付钱数。图6-14完成复位 模拟选择蓝莓味，触摸屏上点蓝莓味按钮，选择蓝莓味，蓝莓味按钮变为绿色，需要支付钱数变为4.5元。图6-15选择蓝莓味 模拟进行其他支付，其他方式支付里输入4.5。图6-16其他方式支付 触摸屏上点其他支付确认按钮，其他方式支付变为0，收到变为4.5元，剩余钱数变为4.5元，支付足够指示灯点亮，表示支付足够，可以购买。图6-17确认其他支付 进行购买确认，触摸屏上点购买确认按钮进行购买，观察到剩余钱数变为0，支付足够指示灯熄灭，下冰淇淋桶指示灯点亮，执行下冰淇淋桶。图6-18下冰淇淋桶 其他测试类似，不做累述。

第七章结论 本设计是基于PLC的冰淇淋机控制系统的设计，采用西门子的S7-315-2DPPLC为控制核心，外加西门子触摸屏，进行冰淇淋机控制系统的设计。共有草莓味、蓝莓味、提拉米苏味和芒果味四种口味可以选择，通过触摸屏或者本地选择口味，触摸屏显示支付钱数，进行投币或者其他支付方式进行支付，支付足够，进行确认购买，自动执行下冰淇淋桶，送冰淇淋桶，根据选择口味下相应口味的冰淇淋，然后进行完成提醒，找零，清理等，完成自动复位。 通过冰淇淋机控制要求，首先进行总体设计，然后进行了硬件设计，选择了PLC和相应的扩展模块，分配了PLC输入和输出，进行了主电路，控制电路和PLC输入输出接线图设计；然后进行了软件设计，编制了控