自动售货机的PLC控制.doc

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1、 电气控制技术课程设计说明书 自动售货机的PLC控制 系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 李辉 指导教师： 陈 艳 职称 副教授 专 业： 自 动 化 班 级： 自本0703 完成时间： 2010年12月 电气控制技术课程设计任务书一课题名称：自动售货机的PLC控制二概述图1所示为一自动售货机示意图，其工作要求如下：1此售货机可投入1元、5元或10元硬币。2当投入的硬币总值超过12元时，汽水按钮指示灯亮；当投入的硬币总值超过15元时，汽水及咖啡按钮指示都亮。3当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7s后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪动。4当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7

2、s后自动停止，这段时间内，咖啡指示灯闪动。5当投入的硬币总值超过所需的钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并退出多余的钱。图1 自动售货机示意图三设计任务及要求1根据题意，设计该PLC控制系统。2PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。3选择电器元件，编制元件目录表。找钱、汽水及咖啡指示灯为6.3V指示灯。4绘制梯形图。5用计算机绘制主电路图、PLC控制电路图、电器元件布置图。6编写设计说明书及设计小结。四设计方案提示1I/O地址X0：1元识别器X1：5元识别器X2：10元识别器X3：咖啡按钮X4：汽水按钮X5：复位按钮Y0：咖啡出口Y1：汽水出口Y2：咖啡指示灯Y

3、3：汽水指示灯Y4：找钱指示灯Y5：找钱出口2方案提示硬币投入值的累加可采用计数指令，也可用INC加1指令或ADD加法指令。汽水和咖啡选择可采用比较指令。摘 要 本设计自动售货机以三菱FX2N-48MR型PLC为核心，能实现售货机的自动售货功能，并能够长期稳定运行。本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，从硬件和软件上对系统进行了较详细的设计。在软件设计时以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，分别对程序块编写梯形图程序，最后完成了总个系统的设计，使所设计系统达到了设计要求。利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。 关键词 自动售货机；PLC；梯

4、形图ABSTRACTThe design of the vending machine with Mitsubishi FX2N-48MR-PLC as the core, to achieve the automatic vending machine sales functions, and be able to run the long-term stability. This paper introduces the basic principles of the vending machine, as well as workflow, from the hardware and s

5、oftware systems for the more detailed design. In the software to design a course of dealing, for example, the transaction process is divided into several blocks, each block for the preparation of the ladder program, last month completed a total system design, so that the system designed to meet the

6、design requirements. PLC control of the use of vending machines to improve the stability of the system to ensure that vending machines be able to run the long-term stability. Key words Vending machine；PLC；Ladder diagram目 录1 绪论1 1.1 自动售货机简介1 1.2 自动售货机的基本功能12 系统方案论证3 2.1 PLC的特点3 2.2 PLC控制自动售货机的优点43 系统

7、硬件设计5 3.1 系统的输入/输出信号及PLC选型5 3.2 I/O地址分配5 3.3 PLC控制外部接线电路64 系统软件设计7 4.1 系统流程图7 4.2 计币系统7 4.3 比较系统和选择系统8 4.4 饮料供应系统9 4.5 退币系统和复位系统9 4.6 系统总体PLC编程梯形图105 结束语11参考文献12致谢131 绪论1.1 自动售货机简介 从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地

8、的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。自动售货机使用数量最多的国家主要是日本、美国、英国和韩国。从不同的种类来看，咖啡茶的自动售货机约占全部售货机的40%以上；另外，还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、办公咖啡自动售货机和照片胶粘

9、标签自动售货机、票类自动售货机、手机充电自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。自动售货机主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁等，公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。运营自动售货机产业的公司在全国大约有800余个，而销售自动售货机原料、商品流通、机械销售的公司大约达到了1150个。1.2 自动售货机的基本功能 在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有

10、8中商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2.60元，02商品为3.50元，其余类推。现投入1个1元硬币，当投入的货币超过01商品的价格时，01商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同比。当按下选择01商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机，提取01号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的逻辑运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币

11、的传动来实现完整的售货、退币功能。自动售货机的工作流程图如图1.1所示。图1.1 自动售货机工作流程图2 系统方案论证本设计通过多种方案的比较和对照，并从PLC的特点与应用出发，选定了自动售货机PLC控制设计方案。2.1 PLC的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。 (1)可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。A. PLC不需要大

12、量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。B. PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR使可靠性提高。C. PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。D. PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。E.在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的

13、元件:采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。F. PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。 (2)易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:A、操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。B、编

14、程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。C、维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。 (3)灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面:A.编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。B.扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功

15、能的扩展、应用和控制范围的扩展。C.操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。2.2 PLC控制自动售货机的优点PLC控制自动售货机的优点有： (1)在自动售货机控制中采用PLC，用软件实现对其运行的自动控制，可靠性大大提高。(2)控制系统结构简单，外部线路简化。(3)PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。(4)PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(6)更改控制方案时不需改动硬件接线。3 系统硬件设计3.1 系统的输入/输出信号及PLC选型 根据设计要求，自动售货机控制系统输入信号有7个，其中用于咖啡选择、汽水选择、复位、找钱执行的

16、4个输入信号是开关量，而1元、5元、10元识别器3个输入量是模拟量；输出系统有6个，其中3个用于咖啡指示灯、汽水指示灯、找钱指示灯，另外3个用于驱动咖啡、汽水、找钱动作。根据I/O信号数量、类型以及控制要求，选择日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，其24个输入端子和24个输出端子能够很好的满足控制要求。FX2N 型机具有以下几方面的优点：(1)专用于开关量控制，其体积小，安装起来节省空间；(2)其功能较强，具有2kHz的高速计数器，可作为定位控制的标准硬件使用;在指令方面，具有编码、译码、数据转换、可逆计数等功能。从结构上看：包括主机单元、I/O扩展单元、I/O链接单元、A/D转换单元、

17、D/A转换单元等；(3)采用的是箱体结构，其价格便宜，可靠性高；(4)其任一种CPU箱和任一种扩展箱均可配置在一起，因此，用户可根据所需的I/0点数进行选件配置，使用灵活、方便。3.2 I/O地址分配将7个输入信号、6个输出信号按各自功能类型分好，并与PLC的I/O端一一对应，编排好地址，列出外部信号与PLC的I/O端地址编号对照表，如表3.1所示。表3.1 外部信号与PLC的I/O地址编号对照表输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SQ11元识别器X000YA1驱动咖啡排出电磁阀Y000SQ25元识别器X001YA2驱动汽水排出电磁阀Y001SQ310元识别器X002HL1咖啡指示灯Y00

18、2SB1咖啡按钮X003HL2汽水指示灯Y003SB2汽水按钮X004HL3找钱指示灯Y004SB3复位按钮X005YA3驱动找钱电磁阀Y005SB4找钱按钮X0063.3 PLC控制外部接线电路根据设计要求及I/O地址分配画出PLC与外部模块的接线图如图3.1所示。 图3.1 PLC输入、输出接线图4 系统软件设计4.1 系统流程图 自动售货机系统主要包括：计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统、退币系统和复位系统。根据自动售货机的使用要求，采用了三菱公司的FX2N48MR可编程序控制器，控制系统流程图如图4.1所示。图4.1 自动售货机控制系统流程图4.2 计币系统 当有顾客购买饮料时

19、投入钱币的个数经过感应器记忆并传送到检测系统和计币系统。当电子天平检测的重量小于误差时，允许计币系统叠加钱币并将结果数据存放在数据寄存器D0中。PLC编程梯形图如图4.2所示。图4.2 计币系统PLC编程梯形图4.3 比较系统和选择系统 投币完成后，系统会将D0内钱币数据和可以购买的饮料价格进行区间比较：若投币12 元，则指示灯均不亮，投币不足，此时可以继续投币或退币；若12元投币15元，则汽水选择指示灯长亮，此时可以选择汽水或退币；若投币15元，则汽水和咖啡选择指示灯同时长亮，此时可以选择汽水、咖啡或退币。PLC编程梯形图如图4.3所示。图4.3 比较系统PLC编程梯形图 比较完成后，按下

20、指示灯长亮的选择按钮，相应的选择指示灯由长亮转为以0.1s为周期的闪烁直至饮料供应完毕后闪烁停止。PLC编程梯形图如图4.4所示。图4.4 选择系统PLC编程梯形图4.4 饮料供应系统 按下选择按钮时，相应的电磁阀起动，饮料输出的同时减去相应的购买币数，计数器加1表示已经购买过饮料。当饮料输出达到7 s 时，电磁阀关断。PLC编程梯形图如图4.5所示。图4.5 饮料供应系统PLC编程梯形图4.5 退币系统和复位系统顾客购完饮料后，当找钱指示灯亮时，可退回余币。按下找钱按钮后，找钱电磁阀动作，退出余币，随后自动复位系统，也可手动复位，数据寄数器D0内的币数清零、计数器清零。PLC编程梯形图如图4

21、6所示。图4.6 退币、复位系统PLC编程梯形图4.6 系统总体PLC编程梯形图 由单个系统共同构成的自动售货机系统总体PLC编程梯形图如图4.7所示。图4.7 系统总体PLC编程梯形图5 结束语经过一段时间的学习、研究以及经过陈老师的精心指导，终于完成了此次课程设计。本设计基本上达到了设计目的，设计主要研究的是自动售货机中有关于PLC的部分。 通过本次设计，我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。当然，本次设计还存在一些不足之处，例如：本设计中找钱的数额怎么具体实现，由于时间有限，

22、本人没有考虑。另外，由于实际条件的限制，本设计不能进行调试，这也是不足之处。当然，设计中肯定还有其他不足和遗漏之处，还请各位老师指正。自动售货机是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。所以说,自动售货机是今后小商品和饮料销售方式的一个很好的发展趋势。它的出现将极大的方便人们购买所需要的小商品。参考文献1史国生.电气控制与可编程控制器技术（第二版）【M】.北京：化学工业出版 社，2003.122王永华.现代电气控制及PLC应用技术【M】.北京：北京航空航天大学出版社， 2000，73崔晓利.中文版AutoCAD工程制图（2008版）【M】.北京：清华大学出版社， 2007.9致谢 在此次课程设计中得到了陈艳老师的精心指导和耐心批改，使我能顺利、成功的完成本次设计任务，在此特向陈老师表示衷心的感谢！另外，陈老师严谨治学的作风和兢兢业业的教学态度使我受益非浅。同时感谢学校给我们提供了一些相关的硬件设施和软件设施以及图书资料，特别是学校PLC实验室给予了我们硬件上的大力支持，在此，我向所有关心和支持我的人和部门表示衷心的感谢！13