電器與plc控制技術(shù)課程設(shè)計--- 自動售貨機的控制設(shè)計

1、<p>　　PLC綜合課程設(shè)計報告</p><p>　　設(shè)計題目： 自動售貨機的控制設(shè)計</p><p>　　設(shè) 計 者： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　班 級： 電氣工程及其自動化102班</p><p>　　指導(dǎo)老

2、師： </p><p>　　完成時間： 2013年6月20日</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由勞動密集型向技術(shù)密集型升級，傳統(tǒng)的固定地點人工售貨模式暴露出了諸多弊端。例如，人工勞動力成本的增加；營業(yè)銷售時間短，不能滿足消費者的需求；以及銷售地點受到環(huán)境條件的限制等。

3、而自動售貨機的推廣和普及很好地解決了這些問題，滿足了消費者在當(dāng)今現(xiàn)代社會追求高品質(zhì)生活的需要。同時，自動售貨機憑借其“使用方便、功能強大、維護簡單”等自身優(yōu)點，在零售業(yè)繼百貨商店、超市之后掀起了第三次銷售模式的革命。 </p><p>　　自動售貨機最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)五、六十年代的西歐，其中英國是較早實行自動售貨機售貨的國家之一。1942年，在食品銷售中首先推廣了自動售貨的銷售方式。1950年，英國食品雜貨行

4、有500家采用自動售貨機售貨。1969年，采用自動售貨機售貨的商家增加到23000家，銷售的商品擴展到唱片、文化用品、食品、香煙等多個方面。進入70年代后，約有40多萬家香煙、飲料店采用自動售貨機。1980年英國有50余萬臺自動售貨機，年銷售額達8.81億英鎊。70年代后，日本、歐美等發(fā)達國家和地區(qū)自動售貨機迅猛的發(fā)展，短短30年，發(fā)達國家自動售貨機產(chǎn)業(yè)已發(fā)展到相當(dāng)大規(guī)模。自動售貨機被廣泛地布放于車站、油站、機場、碼頭、寫字樓、賓館、娛

5、樂場所及大街小巷和公路旁，人們通過自動售貨機可以買到食品、香煙、報紙、飲料、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。</p><p>　　自動售貨機實現(xiàn)了商品需求化、性能多樣化的發(fā)展，原先其只能出售有限商品品種，而如今呈現(xiàn)了繼百貨公司、超級市場、便民店之后，以消費者與售貨機“一對一”自動售貨的無店鋪銷售狀態(tài)。</p><p>　　目前，在自動售貨機的相關(guān)研究領(lǐng)域，全球的技術(shù)發(fā)展趨勢集中在以下幾個方面

6、：（1）機械儲貨方式的研究；（2）機械出貨動作實現(xiàn)方式的研究；（3）資金支付方式的研究；（4）銷售信息統(tǒng)計和管理的研究；（5）節(jié)能環(huán)保模式的研究。較國外先進成熟的自動售貨機技術(shù)而言，國內(nèi)自動售貨機的設(shè)計水平還相對落后。例如，國內(nèi)自動售貨機大多功能簡單，智能化程度低，而且支付方式單一。我國急需借鑒國外成熟的先進技術(shù)，根據(jù)國內(nèi)自動售貨機市場的本地化需求，抓住國內(nèi)市場快速發(fā)展的時機，來迅速提高自主研發(fā)設(shè)計能力，提升品質(zhì)，以特色化產(chǎn)品搶占國內(nèi)市

7、場份額。</p><p>　　投幣式自動飲料售貨機，是一種完全獨立的自動化售貨設(shè)備。適用于各種公共場所，無需專人看守，只需管理人員補貨取錢，省人工省成本。從長期經(jīng)營看，能夠降低經(jīng)營成本，提高經(jīng)營商的效益。然而，此類售貨機在國內(nèi)市場卻得不到推廣和普及，究其原因，是經(jīng)營商前期一次性投入成本過大，不能夠適應(yīng)中國市場的當(dāng)前需求。因此，研究規(guī)格小、成本低的投幣自動飲料售貨機才能滿足國內(nèi)市場的需求。本文依據(jù)國內(nèi)市場的需求，以

8、“低成本，高效率”作為設(shè)計主題，采用“模塊化設(shè)計”的方法，設(shè)計了一款小型投幣式自動飲料售貨機的控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 自動售貨機的控制工藝流程分析1</p><p>　　1.1 系統(tǒng)描述與控制要求1</p><p>　　1.2控制工藝分析3</p>

9、;<p>　　第2章 自動售貨機的控制系統(tǒng)方案設(shè)計4</p><p>　　2.1自動售貨機系統(tǒng)的硬件組成4</p><p>　　2.2 I/O分配5</p><p>　　2.3自動售貨機控制系統(tǒng)外部接線圖6</p><p>　　第3章 系統(tǒng)的流程圖8</p><p>　　第4章 程序設(shè)計9&

10、lt;/p><p>　　4.1 計幣部分9</p><p>　　4.2 比較部分9</p><p>　　4.3 選擇和飲料供應(yīng)部分10</p><p>　　4.4 余額計算部分10</p><p>　　4.5 退幣部分11</p><p>　　4.6 控制程序時序圖13</p>

11、;<p>　　4.7整體運行梯形圖14</p><p>　　第5章 梯形圖程序調(diào)試17</p><p><b>　　課程設(shè)計心得18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p>　　第1章 自動售貨機的控制工藝流程分析</p><

12、;p>　　自動售貨機是可完成無人自動售貨的商業(yè)自動化設(shè)備，它不受任何場地限制，方便快捷，在我國也越來越普及。傳統(tǒng)的自動售貨機采用單片機作為控制核心，但這樣在輸入輸出接口上消耗很大。PLC不但可實現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡單、功能強、能耗低、調(diào)試方便等優(yōu)點。本文設(shè)計的是售汽水和咖啡這兩種飲料的自動飲料機，它的售貨過程是：首先由顧客按下商品選擇開關(guān)時，然后顧客投入的硬幣(投入硬幣的面值和剩余值由PLC驅(qū)動數(shù)碼管顯示)經(jīng)過光

13、傳感器感應(yīng)，再由光傳感器驅(qū)動硬幣識別傳感器識別硬幣（由于能力有限，在識別硬幣上不做具體研究）。如果是無效幣則使繼電器打開閥門，將硬幣退出；如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應(yīng)的硬幣貯幣腔，并經(jīng)硬幣識別傳感器將信號送給PLC。最后經(jīng)顧客選擇，同時PLC控制，使PLC的輸出口上有相應(yīng)的信號輸出。若貯幣腔內(nèi)無硬幣（紅外檢測器感應(yīng)）、飲料的量位小于設(shè)定值（紅外傳感器感應(yīng)）、售貨機遭損，系統(tǒng)就報警【7】。大體運行如圖1-1：</p>

14、<p>　　圖1-1自動售貨機控制系統(tǒng)硬件組成示意圖</p><p>　　系統(tǒng)描述與控制要求 </p><p>　　PLC 控制的自動售貨機系統(tǒng)主要有三個可以感受到投幣量的傳感器，六個按鈕開（分別為啟動按鈕、停止按鈕、退幣按鈕、汽水選擇按鈕、花茶選擇按鈕 和咖啡選擇按鈕） 三個指示燈，（分別為汽水指示燈，花茶指示燈和咖啡指示燈）， 和兩個七段數(shù)碼管。傳感器用來接收投幣信號，傳送

15、投幣量的多少；按鈕開關(guān)分 別對系統(tǒng)功能進行控制，當(dāng)投入的錢幣夠某一種飲料時，按下這種飲料的選擇按 鈕時才會有飲料送出，有剩余錢幣時，還可以通過按下退幣按鈕來找回剩余錢幣； 三個指示燈分別用來只是哪種飲料可以選擇，只有投幣量大于或等于這種飲料的 價格時，這種飲料的指示燈才會亮；同時，還有兩個七段數(shù)碼管，用于顯示當(dāng)前 剩余的總錢幣。具體對自動售貨機的控制要求如下：</p><p>　　1.自動售貨機有 3 個投幣孔，

16、分別為 1 元、5 元和 10 元。</p><p>　　2.售貨共有 3 種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。 </p><p>　　3.如投幣總額超過銷售價格，將可由退幣鈕找回余額。 </p><p>　　4.投幣總額或當(dāng)前值顯示在 7 段數(shù)碼管上。</p><p>　　5.投幣值等于或大于12 元時，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水。

17、</p><p>　　6.投幣值等于或大于15元時，汽水和花茶指示燈亮，表示可選擇汽水和茶。 </p><p>　　7.投幣值等于或大于20 元時，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示 3 種均可選擇。</p><p>　　8.按下要飲用的飲料按鈕，則相對應(yīng)的指示燈開始閃爍，3s 后自動停止，表示飲料已經(jīng)掉出。</p><p>　　9.動作停止后按

18、退幣鈕，可以退回余額，退回金額如果大于 10 元，則先退 10 元再退 1 元，如果小于 10 元則直接退 1 元的。 </p><p>　　學(xué)生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進度計劃，運用所學(xué)的理論知識，進行自動售貨機運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：</p><p>　　1.

19、設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等；</p><p>　　2. 系統(tǒng)有啟動、停止功能；</p><p>　　3. 運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計，并有主程序、子程序和中斷程序；</p><p>　　4. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；</p><p>　　5. 進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)自動售貨機的控制要求。</p><

20、;p><b>　　1.2控制工藝分析</b></p><p>　　自動售貨機的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進行計算, 然后根據(jù)運算結(jié)果做 出相應(yīng)的判斷,看看哪種商品可以進行購買,哪種商品不能購買,本次課程設(shè)計 的要求是可識別三種錢幣,分別是 1 元,5 元,10 元,采用三個按鈕進行模擬, 自動售貨機共出售3 種貨物,其價格分別定為 12 元,15 元,20元,當(dāng)投幣數(shù)大 于等于貨物價格

21、時,該種貨物的指示燈亮,表示可以進行購買,3 種貨物分別用 3 個信號燈進行指示.除此之外,本次設(shè)計還涉及了顯示,找零等功能的實現(xiàn), 其中顯示部分采用數(shù)碼管進行顯示, PLC 的外圍接口由兩個 CD4511 連接兩個數(shù)碼顯示管,以顯示投幣總數(shù)和購買后的余額；當(dāng)按下找零按鈕后,數(shù)碼管顯示進行清零。整個系統(tǒng)由三個可以感受到投幣量的傳感器,六個按鈕開關(guān),三個指示燈,和兩個七段數(shù)碼管和兩片 CD4511 組成。 </p><

22、p>　　自動售貨機的控制系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　2.1自動售貨機系統(tǒng)的硬件組成</p><p>　　PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等幾部分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2-1。</

23、p><p>　　圖2-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　現(xiàn)在世界上PLC的生產(chǎn)廠家有200多家，提供 400 多個品種的PLC供用戶 選擇，目前我國市場上主要的 PLC 產(chǎn)品有：西門子公司的 S7-400/300/200 系列， 施奈德公司的 momentum 等，還有就是日本的歐姆龍、三菱、松下等公司的產(chǎn)品。西門子公司生產(chǎn)的 PLC 可靠性高，特別適用于大的工業(yè)控制系統(tǒng)，造價比較高，

24、對于小型的自動售貨機的控制系統(tǒng)來說成本過高。相反，目前我國市場上主流的小型的三菱 PLC 就比較合適，三菱公司生產(chǎn)的小型 PLC 的代表為 FX-2N 系列的 PLC，它具有豐富的內(nèi)部資源：程序存儲器具有 16K 步的最大存儲容量，128 種應(yīng)用指令，還具有 184 點 8 進制編號的輸入點數(shù)，184 點 8 進制編號的輸出點數(shù)，普通型，掉電保持性和賦予特殊用途型三種內(nèi)部繼電器，以及狀態(tài)寄存器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、常數(shù)與指針等功

25、能與資源?？煽啃愿?，造價低，對于自動售貨機的控制中心就特別的合適。因此，本次設(shè)計采用的 PLC 為三菱公司生產(chǎn)的 FX-2N 系列單片機。</p><p>　　2.2 I/O分配</p><p>　　輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進行控制的依據(jù)；同時PLC又通

26、過輸出接口將處理的結(jié)果送給被控對象，以實現(xiàn)控制目的。本次自動售貨機I/O點的分配表如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 I/O口分配</p><p>　　2.3自動售貨機控制系統(tǒng)外部接線圖</p><p>　　本系統(tǒng)是一個小型集中控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關(guān)信號的數(shù)量、用戶程序的長短及相關(guān)的功能。根據(jù)控制要求，I/O點數(shù)在48個左右

27、，選擇性能價格比較高的三菱FX2n-48MR，其中其輸入點為24點，輸出點為24點，該PLC為繼電器輸出型。</p><p>　　了解各個控制對象的驅(qū)動要求，分析對象的控制要求，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。本設(shè)計中，退幣按鈕、各種飲料按鈕和飲料出口（驅(qū)動電磁閥）等均為開關(guān)量。</p><p>　　根據(jù)上述要求，因條件所限輸出均用指示燈代替，由此繪制出PLC控制電路接線圖，如圖2-2所示：<

28、;/p><p>　　圖2-2 控制接線圖</p><p><b>　　系統(tǒng)的流程圖</b></p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　第4章 程序設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)自動售貨機控制系統(tǒng)的流程可以知道自動售貨機的主要系統(tǒng)包括：計幣部分、

29、比較部分、選擇和飲料供應(yīng)部分、余額計算部分、退幣部分、報警部分。妨功害能身份證</p><p><b>　　4.1 計幣部分</b></p><p>　　當(dāng)有顧客購買飲料時，投入硬幣時經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動硬幣識別器識別硬幣,如果是假幣則系統(tǒng)自動退出硬幣,如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應(yīng)的硬幣貯存腔,并經(jīng)光傳感器感應(yīng)，然后在PLC內(nèi)進行數(shù)據(jù)運算，否則

30、認為是假幣并退出系統(tǒng)，梯形圖如圖4-1：</p><p>　　圖4-1 記幣部分梯形圖</p><p><b>　　4.2 比較部分</b></p><p>　　投幣完成后，系統(tǒng)會將D1內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的飲料價格進行區(qū)間比較：若投幣<2元，則指示燈Y24亮，顯示投幣不足，此時可以繼續(xù)投幣或退幣；若2元≤投幣<3元，則汽水選擇指示

31、燈長亮，此時可以選擇汽水或退幣；若投幣≥3元,則汽水和咖啡指示燈長亮,此時可以選擇汽水、咖啡或退幣。梯形圖如圖4-2：</p><p>　　圖4-2 比較部分梯形圖</p><p>　　4.3 選擇和飲料供應(yīng)部分</p><p>　　比較完成后，按下指示燈長亮的選擇按鈕，相應(yīng)的電磁閥（Y12或Y13）起動，并且相應(yīng)的選擇指示燈由長亮轉(zhuǎn)為以1s為周期的閃爍直至飲料供應(yīng)

32、完畢后閃爍停止。當(dāng)飲料輸出達到7s時，電磁閥關(guān)斷。梯形圖如圖4-3：</p><p>　　圖4-3 選擇部分梯形圖</p><p>　　4.4 余額計算部分</p><p>　　飲料輸出的同時減去相應(yīng)的購買幣數(shù)。梯形圖如圖4-4：</p><p>　　圖4-4 余額計算梯形圖</p><p><b>　　4.

33、5 退幣部分</b></p><p>　　顧客可在購?fù)觑嬃虾螅赏藥胖甘緹鬥23可知是否可以退幣，指示燈亮，則可以退幣，當(dāng)按下退幣控制按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D1內(nèi)的幣數(shù)除以10，商的整數(shù)部分是需要退回1元的個數(shù)并儲存在D2中；D3的數(shù)據(jù)除以5，商的整數(shù)部分是需要退回的5角錢的個數(shù)，并儲存在D4中，依次類推選擇退幣的同時起動3個退幣電動機。3個感應(yīng)器開始計數(shù)，當(dāng)感應(yīng)器記幣的個數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時，退

34、幣電動機停止運轉(zhuǎn)。PLC編程梯形圖如圖4-5：</p><p>　　圖4-5 退幣部分梯形圖</p><p>　　4.6 控制程序時序圖</p><p>　　圖4-6控制程序時序圖</p><p>　　4.7整體運行梯形圖</p><p>　　第5章 梯形圖程序調(diào)試</p><p>　　由于實驗

35、室沒有相應(yīng)的實物控制模型(自動售貨機)，因此，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時，所有的輸入信號均用開關(guān)信號和復(fù)位按鈕來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調(diào)試時，首先按控制系統(tǒng)PLC接線圖完成硬件接線，并仔細檢查接線是否有誤，特別要注意接線時不能出現(xiàn)短路、斷路及反接等情況，否則會造成硬件損壞及人身意外。</p><p>　　開始程序調(diào)試：首先將PLC控制程序?qū)懭氲絇LC機器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使PLC處于“RUN”狀態(tài)，然后逐

36、一按投幣感應(yīng)器（即硬幣識別機構(gòu)用復(fù)位按鈕信號來表示硬幣的輸入），觀察有沒有進行累加幣值；或按選擇按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計效果閃滅（即顯示飲料選擇提示、飲料送出、送出時間和退幣提示），并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運行過程及輸入輸出信號、內(nèi)部描述實際出現(xiàn)的問題及解決方案。對報警部分進行調(diào)試，只需給相應(yīng)的輸入端口信號，然后相應(yīng)的指示燈變亮即可。要對照設(shè)計控制要求，逐一檢驗設(shè)計功能是否能有效的實現(xiàn)，并對程序進行改進和完善。例如，調(diào)試過程中，發(fā)

37、現(xiàn)重復(fù)線圈問題，需將程序進行合并，避免重復(fù)線圈等等。總而言之，對程序必須要反復(fù)調(diào)試，不斷改進，以獲得既完全實現(xiàn)功能，而又簡單、嚴(yán)謹(jǐn)性高的PLC控制程序。</p><p><b>　　課程設(shè)計心得</b></p><p>　　通過一周的 PLC 的課程設(shè)計,在自己的努力下,最終完成 FX-2N 系列 PLC 控制自動售貨機系統(tǒng)的設(shè)計.本控制系統(tǒng)就是充分利用了 PLC,接

38、口電路芯片以 及顯示模塊.實現(xiàn)了對自動售貨機的控制,達到了設(shè)計的目的.這次設(shè)計的 PLC 控制自動售貨機系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括設(shè)計出了硬件系統(tǒng)的接線圖,梯形圖等;并 且系統(tǒng)具有啟動,停止功能;運用功能指令進行 PLC 控制程序設(shè)計;還進行了 系統(tǒng)調(diào)試,實現(xiàn)自動售貨機的控制要求. 在設(shè)計中運用所學(xué)的理論知識,進行自動售貨機運行原理設(shè)計,硬件系統(tǒng)設(shè) 計,軟件系統(tǒng)設(shè)計,創(chuàng)新設(shè)計,提高理論知識工程應(yīng)用能力,系統(tǒng)調(diào)試能力,分 析問題與解決問題的能力.

39、綜合運用了所學(xué)的知識,理論與實際相結(jié)合,提出并 論證設(shè)計方案,然后進行軟,硬件的設(shè)計,制作與調(diào)試,最后獲得正確的結(jié)果. 加深了對所學(xué)理論知識的鞏固,加強了建立 PLC 控制工業(yè)機械和生產(chǎn)過程系統(tǒng) 的整體概念,初步掌握了 PLC 控制工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的軟,硬件開發(fā)方法, 為以后進行實際的 PLC 軟,硬件應(yīng)用開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ).與此同時,也加 強了我們對問題的分析解決能力, 為以后的畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)后的工作做了</p>&

40、lt;p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社.2005.1～127.</p><p>　　[2]羅宇航.流行PLC實用程序及設(shè)計(西門子S7-200系列)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社.2006.246～252.</p><p>　　[3]高勤.可編程

41、控制器原理及應(yīng)用（三菱機型）[M].北京:電子工業(yè)出版社.2006.41～46.</p><p>　　[4]錢銳.PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社.2006.112～113.</p><p>　　[5]黃繼昌等.傳感器工作原理及應(yīng)用實例[M].北京:人民郵電出版社.1998.</p><p>　　[6]朱軍等.自動售貨機中的紙鈔及硬幣識別原理[J].</

42、p><p>　　[7]董淑冷等.PLC在自動售貨機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].上海師范大學(xué)學(xué)報.2007,36(2):47～51.</p><p>　　[8]趙紅梅等.自動售貨機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].</p><p>　　[9]孫余凱等.傳感器應(yīng)用電路300例[M].北京:電子工業(yè)出版社.2008.157～158.</p><p>　　[10]