【《PLC控制自动售货机系统的硬件和软件设计案例》4400字】

PLC控制自动售货机系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u17697PLC控制自动售货机系统的硬件和软件设计案例 167591控制系统硬件设计 161531.1系统结构设计 1150291.2可编程控制器选型 210621.3接近开关选用 2181451.4自复位按钮选用 3182331.5限位元器件选用 3152421.6电机及辅助器件选用 3209181.7钱币识别器选用 4318152控制系统软件设计 187132.1电路接线图设计 1149282.2程序设计 399832.2.1输入输出分配表 325202.2.2梯形图程序 4190222.2.3梯形图仿真 7253073主界面设计与仿真调试 1132233.1主界面设计 11290943.2仿真调试 131控制系统硬件设计1.1系统结构设计根据自动售货机的功能要求，进行系统结构设计，系统结构框图如图1.1所示。图1.1系统结构框图1.出货机构：当购买商品发生时，自动售货机内部的机械手便上升到对应商品的位置，在抓取商品后，送到取货口，即可取出货物。2.指示灯：当投入的货币金额大于等于商品所需的金额时，商品亮绿灯，不满足的商品亮红灯。1.钱币计算机构：当有货币投入时，通过货币识别器进行对货币的识别，当识别通过后会给PLC发送指令，通过累计器对货币进行计数。2.商品选择按钮：当投入的货币金额大于等于商品所需的金额时，只要选择对应的商品按钮就可以购买。3.退币机构：当交易结束时按下退币按钮就可以退出余额，结束交易。6.显示机构：通过显示机构来识别投入的货币是否能够满足购买某种商品或商品缺货无法购买。1.2可编程控制器选型PLC是一种基于微处理器的工业自动化控制设备，它采用了自动控制技术、通信技术及计算机技术。它有很多优点，比如体积很小、系统稳定、程序设计简单，并且通用性很强，还有很高的可靠性以及对复杂工业环境的适应能力强，获得了很多使用者的认可。经过这些年的发展，PLC已经成为了除机器人和CAD之外的另外一个支柱性的工业控制装置。它的应用前景以及应用领域也十分宽阔，比如交通行业、电力行业、机械行业等都有广泛的应用[17]。PLC主要分为整体式和模块式。通常，整体式PLC的输入输出点数是固定的，因此用户在选择控制系统时，应根据其最大输入输出的点数来选择PLC型号。模块型的PLC提供了插卡式和IO卡件式的设备，可以根据不同的项目来合理的分配I/O点数，方便扩展，一般在大型项目中应用比较多。点数固定的话，在小型项目中应用比较多，那么在未来扩展的情况下，就要尽可能选择点数多的PLC。接下来对PLC选型最重要的一点就是经济性，在选择使用PLC控制系统时，还需要考虑经济实惠的问题[18]。考虑以上因素，选择西门子S7-200系列PLC作为该设计的控制系统，它适用于机械多元化控制、装配的大批量生产、物料的精确分拣、水处理等多种简单或复杂的实际工作情况，能够在很大程度上满足自动售货机的需求，是大多数小型可编程控制器的代表。该设计选用的PLC型号为西门子公司生产的S7-200系列的的PLC，型号为S7-200-CPU226。1.3接近开关选用产品类型选择三线NPN常开，检查距离为5mm，电压范围DC10-30V。当接近开关的接近涡流有金属靠近时，金属物体上将会产生感应涡流。在金属上形成的感应涡流将导致接近开关中相关参数发生改变，因此可以通过感应参数的改变来确定周围是否有金属物体。涡流接近开关还具有良好的抗干扰能力，还可以在恶劣条件下运行，比如带有灰尘和油雾的空间[19]。1.4自复位按钮选用除了PLC、变频器和电机3个主要部件外，自动售货机控制系统中还有按钮开关、到位开关、限位开关等辅助器件。其中按钮选择为自复位按钮开关，即自动售货机动作时需一直保持开关按下，松开则动作停止，起到一定的保护作用。这里选择德力西电气自复位按钮开关，型号LAY711BN32，额定绝缘电压660V，自由发热电流10A，操作频率1200次/h，防护等级IP55。1.5限位元器件选用到位开关和限位开关对应的是左右、前后、升降动作完成及动作超限情况，这里的到位开关和极限开关均使用行程开关。采用欧姆龙行程开关，型号HL-5030，额定电压250V，额定电流5A，结构类型组合式，开关类型常开[20]。1.6电机及辅助器件选用电机是饮料出货动作的执行器件。按照自动售货机控制系统方案，售货机有整体向左运动、整体向右运动、整体向前运动、整体向后运动、挂钩上升运动以及挂钩下降运动共6个动作。这里向左向右运动可由左右电机完成、向前向后动作可由进退电机完成、上升下降动作可由升降电机完成，共3个电机，在电机选择上，三个电机均选用三菱电机。交流接触器是按照其功能分为交流接触器(电压AC)和直流接触器(电压DC)，交流接触器适用于电力使用的各个环节。从功能方面讲，接触器利用电流产生的磁场磁力来发挥作用，通过电路中开关触电闭合通电，按照电路中通过电流的多少来控制电路中负载的电子元件。接触器还能在遇到紧急状况下，能够迅速切断工作电路中的电流起达到保护电路的目的，而且它还适用于对电路通断的频繁控制，电路中的最大电流可达到800A，其主控制的对象是发电机。依据工作电路中产生的电流，交流接触器的额定电流应为线路正常工作时电流的2~3倍，则电磁制动器的工作电流为20A，因此NSFCI-50交流接触器的额定电流选择为50A。热继电器其工作原理是在热继电器工作时利用其电流产生热量。热继电器接触点的位置有两个板，虽然两个板一样，但是它们的膨胀系数是不一样的。继电器的内部热量聚集到一定程度时，两个金属片就会发生变形。两个金属片的变形达到一定程度时，控制器的关闭可以通过移动触摸连杆来实现，而电动机的过载保护是通过切断电路来达到目的。该设计利用热继电器的功能来保护电动机，作为一种过载保护方法。热继电器一般在控制系统中通过的额定电流为48A，因此在该系统选用额定电流范围为48～65A的LRD-59C型号的热继电器。断路器是控制电路中电流开关的设备，当电路是通路或断路时，能够迅速执行操作命令。当电路中发生短路、过载或其它非正常工作状态故障时，能够迅速切断线路，并对电机及电路中的电器起到保护作用。1.7钱币识别器选用硬币的识别主要通过识别硬币的材料和尺寸来判别硬币的真伪。硬币是由特殊的合金制成的，很难伪造出来，而且不同的硬币在尺寸重量上都有很大的差别。因为硬币材料的特殊，当投入硬币通过由电感和电容组成的磁场时，会引起磁场中电感量的变化，电感量的变化会引起振荡频率的变化，让检测到的振荡频率与系统中存在的振荡频率进行对比，就可以判别出钱币的真伪。选用型号TW-131比较式投币器，可以对硬币尺寸重量进行识别，钱币识别器如图1.2所示。图1.2钱币识别器2控制系统软件设计2.1电路接线图设计散装饮料自动售货机的三维运动是通过一个主轴电机和两个工作电机进行控制的，其主电路接线图如图2.1所示。图2.1主电路接线图输入部分主要由限位开关，接近开关等装置构成，输出部分由电机，指示灯等装置构成。电气部分接线图如图2.2所示。图2.2电气部分接线图售货机开机运行后，需要对系统初始化，然后运行程序启动监控系统。售货机在实际运行过程中，如果售货机在工作过程中发生故障，应及时调用急停程序中断控制系统的工作，起到保护售货机和产品的作用。系统流程框图如图2.3所示。YNYN图2.3系统流程框图2.2程序设计2.2.1输入输出分配表基于可编程控制器的程序设计,I/O分配的设计是不可或缺的,这样做主要是为后期系统调试和程序设计提供依据,这样还能够有效的减少系统的研发周期、减少在设计程序中出现的错误,还有利于发现调试过程中出现的问题，并能够及时解决问题。在程序设计过程中,还可以通过I/O分配表,来达到降低程序编译出现的错误,还可以最大限度的完善系统的各项功能,规避输入和输出的漏算,做到有条不紊。I/O分配表如表2.1所示。表2.1输入输出分配表符号地址符号地址可乐出售Q0.0冰红茶商品有无检测I0.2雪碧出售Q0.1奶茶商品有无检测I0.3冰红茶出售Q0.2薯片商品有无检测I0.4奶茶出售Q0.3瓜子商品有无检测I0.5薯片出售Q0.4红牛商品有无检测I0.6瓜子出售Q0.5火腿肠商品有无检测I0.7红牛出售Q0.6按钮选择可乐I1.0火腿肠出售Q0.7按钮选择雪碧I1.1可乐无商品指示Q1.0按钮选择冰红茶I1.7雪碧无商品指示Q1.1按钮选择奶茶I1.2冰红茶无商品指示Q1.2按钮选择薯片I1.3奶茶无商品指示Q1.3按钮选择瓜子I1.4薯片无商品指示Q1.5按钮选择红牛I1.5瓜子无商品指示Q1.6按钮选择火腿肠I1.6红牛无商品指示Q1.7货币检测与识别输入AI2.0火腿肠无商品指示Q2.0货币检测与识别输入BI2.1找零口出零件Q2.1系统运行总开关M0.0可乐商品有无检测I0.0投币完成M0.1雪碧商品有无检测I0.1找零完成M0.12.2.2梯形图程序2.2.3梯形图仿真在仿真之前，仿真软件不能直接接受S7-200程序的代码，程序编译成功后，由编程软件导出“awl”文件类型并保存至桌面，打开S7-200仿真软件，在“程序”中选择“载入程序”，加载已经编写好程序，载入程序之后，点击工具栏“运行”按钮，再点击仿真软件的RUN，切换到RUN模式，这时可对程序进行监控。初始状态下，货币值计数C1的值为0。投币计数模拟如图2.4所示。图2.4投币计数模拟图2.5一元投币计数当按下I0.0投币按钮后，I0.0常开闭合C1的值加1，当按下5元投币按钮后，I0.1常开闭合，M0.1输出，C1的值加5。图2.6多元投币计数当投入的货币大于等于商品售价时可购买商品的指示灯亮。图2.7商品可购买当购买结束时，剩余金额大于0，按下找零按钮I0.5，Q0.5输出，电机工作退币找零，C1值清零，购买结束。退币找零如图2.8所示。图2.8退币找零图2.9系统复位5主界面设计与仿真调试3.1主界面设计打开MCGS组态环境新建工程，新建一个界面作为MCGS的主界面，在新建的工程中点击用户窗口，开始进行运行界面的绘制。自动售货机主界面主要由4部分组成，分别是自动售货显示界面、商品选择模块、投币模块、商品出口模块。主界面如图3.1所示。图3.1主界面1.自动售货机显示界面如图3.2所示。里面有4种价位的饮料可供顾客选择，1元（矿泉水）、2元（农夫山泉）、3元（红茶、绿茶）、4元（加多宝、奶茶、营养快线、山楂汁）。图3.2售货机界面显示2.商品选择模块如图3.3所示。该模块每种饮料下面都有相对应的按钮，在自动售货机中点击相应饮料的按钮，完成商品的交易。图3.3商品选择模块1.投币模块如图3.4所示。可投入硬币5毛、1元、5元三种币值，可实时显示余额信息，并包括退币找零按钮。图3.4投币模块2.商品出口模块如图3.5所示。当购买商品成功后，商品出现在出货口，点击取货，系统复位可以继续购买。图3.5商品出口模块3.2仿真调试在系统仿真调试时，按照自动售货机控制系统的功能流程要求，对系统进行仿真调试。组态界面包括散装饮料售货机取货、退币按钮、售卖层单元、运行指示灯等单元组成。顾客点击商品所对应的按钮，散装饮料自动售货机就会按照指令输出顾客想要的东西，当自动售货机中的余额还有剩余时，点击自动售货机的退币按钮，自动售货机就会退币找零。第一步，先进行投币模拟，投入三个1元硬币，一个5元硬币，此时在仿真界面投币金额显示为8元，所有的商品均为绿灯，表示所有的商品均可购