基于S7-200 PLC和MCGS组态的自动售货机控制系统设计

自动售货机控制系统PAGE3毕业设计题目：自动售货机控制系统系部专业名称班级姓名学号指导教师2017年12月

摘 要本设计是自动售货机控制系统的设计，采用西门子S7-200PLC为下位机，采用MCGS组态软件为上位机，设计了一套可以售卖汽水和咖啡的售货机，通过检测投入的1,2,5元，与设定的汽水和咖啡价格比较，确定是否可以购买相应的商品。投入币值足够则可以购买，购买后进行出货，找零。通过分析控制要求，进行了总体设计，选择了PLC，设计了主电路和控制电路，PLC输入和输出接线图，使用编程软件编写了梯形图和语句表程序，最后使用MCGS组态软件组态了仿真和监控画面，进行了模拟测试。整个系统的工作稳定性好，达到良好的控制效果。关键词:梯形图，售货机，组态

目录摘 要 2目录 31绪论 41.1选题依据及意义 41.2课题研究现状及发展趋势 41.3课题研究内容 52设计要求 63硬件设计 73.1PLC型号的选择和确定 73.2主电路图 73.3控制电路图 83.4PLC输入和输出分配表 83.5PLC接线图 94软件设计 104.1PLC内部地址分配 104.2PLC梯形图 104.3PLC语句表程序 185MCGS组态画面制作 235.1MCGS组态通信设定 235.2组态变量的建立 245.3建立画面 255.4运行 28结束语 33参考文献 34致谢 36

1绪论1.1选题依据及意义自动售货机不像传统商业零售形式那样,遭到时间、地点、人力等许多条件的限制,它无需人员时间看守,能够做到24小时全天运营,并且在节省人力,便利购物上比传统商业零售有不可比较的优势,是24小时全天不歇息的经营微型超市，但由于国内售货机的布放数量还严重不足,远远没有到达商场预期,国内售货机职业还有十分大的开展前景。现阶段国内自动售货机商场开展程度不高的因素除了受经济水平、国内消费习气影响外,还和其自身特色有关系。PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。采用PLC对自动售货机进行的电气控制系统改造,使自动售货机的电气控制系统不仅能够根据不同的售货要求修改程序,还能进行远程监控。1.2课题研究现状及发展趋势自动售货机的历史，可一直追溯到远古时代的埃及。科学家HERON在其所著的《气体装置（PNEUMATIKA）》中描述，只要将钱币投入该装置，水就会自动流出来。大约在公元前215年左右，埃及寺院中就安装了这种装置，用来销售“神圣之水（圣水）”。第二次世界大战后，经济开始复兴的日本1957年开发出了饮料自动售货机，只要投入10日元，就会在纸杯内注入一定量的果汁。自此出现了爆发性的自动售货机狂潮。此种喷水型果汁自动售货机为消费者带来了新奇、前卫的购买方式，并对自动售货机高度普及起到了很大的作用。随着经济的发展、人们对富裕生活的不断追求，自动售货机于1975年左右开始迅速普及。现在国外自动售货机的发展相对成熟，日本已经有2000多种机型，6000多种产品，在美国也有很多的运营商，自动售货机很受特别忙碌的人欢迎。自动售货机的控制方式有基于单片机控制和基于PLC控制采用单片机控制方式，优点在于设计成本比较低且设计相对灵活，可以调用很多完善的子程序，可以减少大量时间。缺点是系统硬件设计相对比较复杂，系统的抗干扰能力相对较差，维护维修相对比较麻烦。采用PLC控制方式，优点是抗干扰能力强，适用性强，使用比较简单，维修方便。缺点有设计成本高。在我国，自动贩卖机还算是个新兴行业，还没较多的竞争者插足，市场空间很大。它所销售的商品都是日常消费品，购买频率大，且它移动方便，给消费者带来的便利是不容置疑的，由此可以相信，自动贩卖机会以它方便、快捷、灵活的购买方式迅速地成为人们购物主力军，以打破人们传统的去超市、商场购物的习惯。1.3课题研究内容设计一个自动售货机控制系统。设计内容包括系统电机主电路设计、PLC选型、I/O分配与外部接线、梯形图设计、MCGS组态软件运行监控。系统要求如下：1) 售货机可以投入1元、2元、5元硬币。2) 当投入硬币总值超过12元时，汽水按钮指示灯亮；又当投入的硬币总值超过15元时，汽水及咖啡按钮指示灯亮。3) 当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排除7秒后停止，这段时间，汽水指示灯闪动。4) 当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡7秒后自动停止，这段时间内咖啡指示灯闪动。5) 若硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并且退出多余的钱。6) 假设汽水排出、咖啡排出、找钱动作均由电机进行控制。

2设计要求1) 售货机可以投入1元、2元、5元硬币。2) 当投入硬币总值超过12元时，汽水按钮指示灯亮；又当投入的硬币总值超过15元时，汽水及咖啡按钮指示灯亮。3) 当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排除7秒后停止，这段时间，汽水指示灯闪动。4) 当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡7秒后自动停止，这段时间内咖啡指示灯闪动。5) 若硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并且退出多余的钱。 6) 假设汽水排出、咖啡排出、找钱动作均由电机进行控制

3硬件设计3.1PLC型号的选择和确定 经过分析，系统共使用了5路数字量输入，6个数字量输出。 因为西门子S7-200PLC是高性能小型PLC，其中的CPU-224AC/DC/RLY是交流电源供电，直流输入继电器输出，含14点输入，10点输出。故可以选择CPU224，可以满足本设计的使用要求，并有一定的备用输入和输出。3.2主电路图主电路如图3-1所示。图3-1主电路图3.3控制电路图控制电路如图3-2所示。图3-2控制电路图3.4PLC输入和输出分配表表2-1数字量输入分配表功能描述PLC内部地址外部编号投入一元I0.0S1投入二元I0.1S2投入五元I0.2S3汽水按钮I0.3SB1咖啡按钮I0.4SB2表2-2数字量输出分配表功能描述PLC内部地址外部编号汽水按钮指示灯亮Q0.0HL1咖啡按钮指示灯亮Q0.1HL2汽水排出Q0.2KA1咖啡排出Q0.3KA2找钱动作Q0.4KA3找钱灯Q0.5HL33.5PLC接线图 PLC输入和输出接线图如图3-3所示图3-3PLC入输出接线图

4软件设计根据控制要求和系统分析，硬件电路，编写软件程序。4.1PLC内部地址分配为了编程方便，定义了部分内部使用地址，如表4-1所示。表4-1内部使用地址名称PLC内部地址备注汽水排出定时T37预设7秒咖啡排出定时T38预设7秒找钱动作定时T39预设7秒投入显示VW0单位元消费显示VW2单位元余额显示VW4单位元汽水价格VW6预设12元咖啡价格VW8预设15元4.2PLC梯形图ORGANIZATION_BLOCKMAIN:OB1BEGINNetwork1//系统初始化时，清零投入，消费，余额，Network2//设定汽水价格12元:，设定咖啡价格15元Network3//投入1元，投入显示加1，余额显示加1Network4//投入2元，投入显示加2，余额显示加2Network5//投入5元，投入显示加5，余额显示加5Network6//汽水按钮指示灯亮//咖啡按钮指示灯亮Network7//汽水排出Network8//汽水排出定时Network9//选择汽水计算显示余额//计算消费值Network10//选择咖啡Network11//咖啡排出定时Network12//选择咖啡计算显示余额//计算消费值Network13//汽水排出完成或者咖啡排出完成，余额显大于0，则启动找零Network14//找钱动作定时Network15//找钱动作完成，投入显示清零，消费显示清零，余额显示清零4.3PLC语句表程序ORGANIZATION_BLOCKMAIN:OB1BEGINNetwork1//系统初始化时，清零投入，消费，余额，LDSM0.1MOVW0,VW0MOVW0,VW2MOVW0,VW4Network2//设定汽水价格12元:，设定咖啡价格15元LDSM0.1LPSAW=VW6,0MOVW12,VW6LPPAW=VW8,0MOVW15,VW8Network3//投入1元，投入显示加1，余额显示加1LDI0.0EU+I1,VW0+I1,VW4Network4//投入2元，投入显示加2，余额显示加2LDI0.1EU+I2,VW0+I2,VW4Network5//投入5元，投入显示加5，余额显示加5LDI0.2EU+I5,VW0+I5,VW4Network6//汽水按钮指示灯亮//咖啡按钮指示灯亮LDSM0.0LPSLDW>=VW4,VW6ANQ0.2LDQ0.2ANSM0.5OLDALD=Q0.0LPPLDW>=VW4,VW8ANQ0.3LDQ0.3ANSM0.5OLDALD=Q0.1Network7//汽水排出LDI0.3EDAQ0.0OQ0.2ANT37=Q0.2Network8//汽水排出定时LDQ0.2TONT37,70Network9//选择汽水计算显示余额//计算消费值LDI0.3EDAQ0.0-IVW6,VW4+IVW6,VW2Network10//选择咖啡LDI0.4EDAQ0.1OQ0.3ANT38=Q0.3Network11//咖啡排出定时LDQ0.3TONT38,70Network12//选择咖啡计算显示余额//计算消费值LDI0.4EDAQ0.1-IVW8,VW4+IVW8,VW2Network13//汽水排出完成或者咖啡排出完成，余额显大于0，则启动找零LDQ0.2EDLDQ0.3EDOLDAW>VW4,0OQ0.4ANT39=Q0.4=Q0.5Network14//找钱动作定时LDQ0.4TONT39,70Network15//找钱动作完成，投入显示清零，消费显示清零，余额显示清零LDQ0.4EDMOVW0,VW0MOVW0,VW2MOVW0,VW4END_ORGANIZATION_BLOCK

5MCGS组态画面制作5.1MCGS组态通信设定设备管理窗口里面，添加同意串口设备，双击设定通用串口设备属性，进行设置。设置如下，端口选择COM2，波特率选择9600，数据位8，停止位1位，无校验，同步采集。图5-1MCGS组态通用串口设定通用串口父设备0下添加设备0，西门子S7-200PPI。设定设备地址2。图5-2设定西门子PLCPPI设备5.2组态变量的建立通道连接，双击西门子S7-200PPI设备，点击设置设备内部属性，点击添加通道。添加完通道后，点击通道连接，如下图设定对应数据对象图5-3通道连接建立完成后实时数据库入下图图5-4实时数据库5.3建立画面建立欢迎画面，“欢迎使用自动售货仿真系统”，显示系统时间，进入系统按钮。图5-5欢迎画面建立仿真画面，如下图。使用组态内部变量，进行仿真演示。图5-6仿真画面 仿真画面，右键，属性打开循环脚本进行编写命令，更改循环时间为100ms图5-7编写脚本详细的命令如下：if(汽水出货显示=1)THEN汽水排出定时=汽水排出定时+1if(汽水排出定时>=汽水排出定时设定)then汽水出货显示=0汽水排出定时=0if余额显示>0then找钱动作=1endifendifENDIFif(咖啡出货显示=1)THEN咖啡排出定时=咖啡排出定时+1if(咖啡排出定时>=咖啡排出定时设定)then咖啡出货显示=0咖啡排出定时=0if余额显示>0then找钱动作=1endifendifENDIFif(找钱动作=1)THEN找钱定时=找钱定时+1if(找钱定时>=找钱定时设定)then找钱动作=0找钱定时=0投入显示=0消费显示=0余额显示=0endifENDIF建立监控画面，使用与PLC连接的变量，进行监控。图5-7监控画面5.4运行主控窗口，点击属性设置，设置主控窗口属性设置，点击启动属性，自动运行窗口中增加窗口1图5-8主控窗口设置启动文件菜单，点击进入运行环境。图5-9进入运行画面初始画面为欢迎画面，点击进入系统按钮，进入系统。图5-10初始画面初始画面，进入系统后，进入演示画面。图5-11初始演示画面点击投币5元，2元，1元，观察到，液晶投入依次增加，余额依次增加，投入13元，汽水价格12，汽水指示灯点亮，咖啡价格15，咖啡指示灯不亮绿灯。图5-12投币点击汽水按钮，观察到执行汽水排出，汽水指示灯闪烁。图5-13购买汽水汽水排出定时到，执行找零。找零电机动作，找零灯点亮。图5-14找零找零完成，复位投入，复位消费，复位余额5-15找零完毕复位其他的测试，不再累述。

结束语在老师和同学的帮助下做完了自动售货控制系统的设计，在做设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。

参考文献[1]吴杰伟,丁炜程.一种基于PLC的多配方饮料自动售货机控制系统的设计[J/OL].轻工科技,2017,(11):82-85(2017-10-31).[2]陆梦来.基于PLC自动售货机控制系统设计[J].现代工业经济和信息化,2016,6(18):86-89[3]丁大为.基于PLC的自动售货机控制系统设计[J].中国高新技术企业,2013,(16):14-16.[4]王麒维.PLC自动售货机系统设置[J].科技创新导报,2012,(25):75+77.[5]单丹,冯禹.基于SiemensS7-300PLC自动售货机的设计及仿真[J].科技创新与应用,2015,(33):38-39.[6]覃娴.基于PLC自动售货机的实践教学法探讨[J].考试周刊,2011,(52):166-168.[7]包西平.基于PLC的自动售货机控制系统设计[J].机电工程技术,2014,43(08):22-24+47.[8]王珂.基于PLC的自动售货机控制系统的设计[J].信息与电脑(理论版),2017,(15):75-76+79.[9]余世明,晁岳磊,缪仁将.自动售货机研究现状及展望[J].中国工程科学,2008,10(07):51-56.[10]吴杰伟,丁炜程.一种基于PLC的多配方饮料自动售货机控制系统的设计[J/OL].轻工科技,2017,(11):82-85(2017-10-31).[11]张晨亮,王文,凌云峰,毕涛.电子元件自动售货机设计实现[J].电子测量技术,2014,37(11):4-7.[12]黄石.自动售货机的共用性设计研究[D].吉林大学,2016.[13]姚越.自动售货机人机交互设计研究[D].天津大学,2014.[14]邵元浩.散装饮料自动售货机关键部分的分析与研究[D].青岛科技大学,2016.[15]景东男,韩建民,王爱华.基于物联网的自动售货机及远程监控系统[J].计算机技术与发展,2013,23(05):228-230+234.[16]LlaveroF,ArtasoA,LacerdaHM,etal.Lck/PLCcontrolmigrationandproliferationofinterleukin(IL)-2-stimulatedTcellsviatheRac1GTPase/glycogenphosphorylasepathway.[J].CellularSignalling,2016,28(11):1713-1724.[17PascPC,DumitruCD.Energy-efficientStreetLightingUsingaMitsubishiAlpha2PLCBasedSolution[J].ProcediaEngineering,2017,181