plc自動售貨機控制系統(tǒng)的設計

1、目 錄第1章 自動售貨機的控制工藝流程分析11.1系統(tǒng)描述與控制要求11.2控制工藝分析2第2章自動售貨機的控制系統(tǒng)方案設計32.1自動售貨機系統(tǒng)的硬件組成32.2 I/O分配42.3自動售貨機控制系統(tǒng)外部接線圖5第3章 系統(tǒng)的流程圖6第4章 程序設計74.1 計幣部分74.2 比較部分74.3 選擇和飲料供應部分84.4 余額計算部分84.5 退幣部分94.6整體運行梯形圖11第5章 梯形圖程序調試14課程設計心得15參考文獻16第1章 自動售貨機的控制工藝流程分析自動售貨機是可完成無人自動售貨的商業(yè)自動化設備，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

2、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、調試方便等優(yōu)點。本文設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時，然后顧客投入的硬幣(投入硬幣的面值和剩余值由PLC驅動數(shù)碼管顯示)經過光傳感器感應，再由光傳感器驅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的硬幣貯幣腔，并經硬幣識別傳感器將信號送給PLC。最后經顧客選擇，同時PLC控制，使PLC的輸出口上有相應的信號輸出。若貯幣腔內無

3、硬幣（紅外檢測器感應）、飲料的量位小于設定值（紅外傳感器感應）、售貨機遭損，系統(tǒng)就報警【7】。大體運行如圖1.1：商品選擇開關硬幣感應器PLC各種指示燈退幣電動機出貨電磁閥液位感應器圖1.1自動售貨機控制系統(tǒng)硬件組成示意圖1.1 系統(tǒng)描述與控制要求 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，六個按鈕開關（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，傳送投幣量的多少；按鈕開關分 別對系統(tǒng)功能進行控制，當投入的錢幣夠某一種飲料時，按下這種

4、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，用于顯示當前 剩余的總錢幣。具體對自動售貨機的控制要求如下：1.自動售貨機有 3 個投幣孔，分別為 1 元、5 元和 10 元。2.售貨共有 3 種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。 3.如投幣總額超過銷售價格，將可由退幣鈕找回余額。 4.投幣總額或當前值顯示在 7 段數(shù)碼管上。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。 6.投幣值等于或大于15元時，汽水

5、和花茶指示燈亮，表示可選擇汽水和茶。 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。8.按下要飲用的飲料按鈕，則相對應的指示燈開始閃爍，3s 后自動停止，表示飲料已經掉出。9.動作停止后按退幣鈕，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。 1.2控制工藝分析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)運算結果做 出相應的判斷,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

6、3 種貨物,其價格分別定為 12 元,15 元,20元,當投幣數(shù)大 于等于貨物價格時,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,三個指示燈,和兩個七段數(shù)碼管和兩片 CD4511 組成。 第2章自動售貨機的控制系統(tǒng)方案設計2.1自動售貨機系統(tǒng)的硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器

7、、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備，其硬件構成圖如圖2.1。圖2.1 PLC硬件結構圖2.1.1系統(tǒng)的 PLC 的選型現(xiàn)在世界上PLC的生產廠家有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、松下等公司的產品。西門子公司生產的 PLC 可靠性高，特別適用于大的工業(yè)控制系統(tǒng)，造

8、價比較高，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，三菱公司生產的小型 PLC 的代表為 FX-2N 系列的 PLC，它具有豐富的內部資源：程序存儲器具有 16K 步的最大存儲容量，128 種應用指令，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，本次設計采用的 PLC 為三菱公司生產的 FX-2N 系列單片機。2.2 I/

9、O分配輸入/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又通過輸出接口將處理的結果送給被控對象，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。表2-1 I/O口分配輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號1元投幣感應器ST1X0顯示指示燈HL1Y0Y75元投幣感應器ST2X1汽水指示燈HL2Y1010元投幣感應器ST3X2咖啡指示燈HL3Y11汽水按鈕SB1X3汽水電磁閥YV1Y12花茶按鈕SB2X4花茶電磁閥YV2Y13咖啡按鈕S

10、B3X5咖啡電磁閥YV3Y141元退幣感應器ST4X6無幣報警控制YV4Y155元退幣感應器ST5X7沒有汽水報警YV5Y1610元退幣感應器ST6X8沒有咖啡報警YV6Y17退幣控制按鈕SB3X10售貨機遭破壞報警YV7Y181元剩余錢幣感應器ST7X111元傳動電機控制YV8Y205元剩余錢幣感應器ST8X125元傳動電機控制YV9Y2110元剩余錢幣感應器ST9X1310元傳動電機控制YV10Y22汽水液位感應器ST10X14退幣指示燈HL4Y23咖啡液位感應器ST11X15投幣不足指示燈HL5Y24售貨機遭破壞感應器ST12X162.3自動售貨機控制系統(tǒng)外部接線圖本系統(tǒng)是一個小型集中控

11、制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關信號的數(shù)量、用戶程序的長短及相關的功能。根據(jù)控制要求，I/O點數(shù)在48個左右，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。了解各個控制對象的驅動要求，分析對象的控制要求，完成PLC硬件結構配置。本設計中，退幣按鈕、各種飲料按鈕和飲料出口（驅動電磁閥）等均為開關量。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：圖2.2 控制接線圖第3章 系統(tǒng)的流程圖第4章 程序設計根據(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、比較

12、部分、選擇和飲料供應部分、余額計算部分、退幣部分、報警部分。妨功害能身份證4.1 計幣部分當有顧客購買飲料時，投入硬幣時經過光傳感器感應，然后由光傳感器驅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的硬幣貯存腔,并經光傳感器感應，然后在PLC內進行數(shù)據(jù)運算，否則認為是假幣并退出系統(tǒng)，梯形圖如圖4.1：圖4.1 記幣部分梯形圖4.2 比較部分投幣完成后，系統(tǒng)會將D1內錢幣數(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，則汽水選擇指示燈長亮，此時可以選擇汽水或退幣；若投幣3元,則汽

13、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：圖4.2 比較部分梯形圖4.3 選擇和飲料供應部分比較完成后，按下指示燈長亮的選擇按鈕，相應的電磁閥（Y12或Y13）起動，并且相應的選擇指示燈由長亮轉為以1s為周期的閃爍直至飲料供應完畢后閃爍停止。當飲料輸出達到7s時，電磁閥關斷。梯形圖如圖：圖4.3 選擇部分梯形圖4.4 余額計算部分飲料輸出的同時減去相應的購買幣數(shù)。梯形圖如圖4.4：圖4.4 余額計算梯形圖4.5 退幣部分 顧客可在購完飲料后，由退幣指示燈Y23可知是否可以退幣，指示燈亮，則可以退幣，當按下退幣控制按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D1內的幣數(shù)除以10，商的整數(shù)部分是需

14、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個感應器開始計數(shù)，當感應器記幣的個數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時，退幣電動機停止運轉。PLC編程梯形圖如圖4.5：圖4.5 退幣部分梯形圖4.6整體運行梯形圖 第5章 梯形圖程序調試由于實驗室沒有相應的實物控制模型(自動售貨機)，因此，在調試系統(tǒng)控制程序時，所有的輸入信號均用開關信號和復位按鈕來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調試時，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

15、會造成硬件損壞及人身意外。開始程序調試：首先將PLC控制程序寫入到PLC機器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使PLC處于“RUN”狀態(tài)，然后逐一按投幣感應器（即硬幣識別機構用復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、內部描述實際出現(xiàn)的問題及解決方案。對報警部分進行調試，只需給相應的輸入端口信號，然后相應的指示燈變亮即可。要對照設計控制要求，逐一檢驗設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，調試過程中，發(fā)現(xiàn)重復線圈問題，需將程序進行合

16、并，避免重復線圈等等?？偠灾瑢Τ绦虮仨氁磸驼{試，不斷改進，以獲得既完全實現(xiàn)功能，而又簡單、嚴謹性高的PLC控制程序。課程設計心得通過一周的 PLC 的課程設計,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)的設計.本控制系統(tǒng)就是充分利用了 PLC,接口電路芯片以 及顯示模塊.實現(xiàn)了對自動售貨機的控制,達到了設計的目的.這次設計的 PLC 控制自動售貨機系統(tǒng)的主要內容包括設計出了硬件系統(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 控制程序設計;還進行了 系統(tǒng)調試,實現(xiàn)自動售貨機的控制要求. 在設計中運用所學的理論知識,進行自動售貨機運

17、行原理設計,硬件系統(tǒng)設 計,軟件系統(tǒng)設計,創(chuàng)新設計,提高理論知識工程應用能力,系統(tǒng)調試能力,分 析問題與解決問題的能力.綜合運用了所學的知識,理論與實際相結合,提出并 論證設計方案,然后進行軟,硬件的設計,制作與調試,最后獲得正確的結果. 加深了對所學理論知識的鞏固,加強了建立 PLC 控制工業(yè)機械和生產過程系統(tǒng) 的整體概念,初步掌握了 PLC 控制工業(yè)生產和社會生活的軟,硬件開發(fā)方法, 為以后進行實際的 PLC 軟,硬件應用開發(fā)奠定了良好的基礎.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)設計和畢業(yè)后的工作做了充分的 準備. 在本次課程設計中受到老師的耐心指導, 使我們進一步學習到了對問題的整 體把握,學會了分析及解決方法的能力;在此表示衷心的感謝! 參考文獻1廖常初.FX系列PLC編程及應用M.北京:機械工業(yè)出版社.2005.1127.2羅宇航.流行PLC實用程序及設計(西門子S7-200系列)M.西安:西安電子科技大學出版社.2006.246252.3高勤.可編程控制器原理及應用（三菱機