畢業(yè)設計（論文）PLC在自動飲料販賣機的應用

1、目錄摘要3一、自動飲料販賣機的功能4 1、自動飲料販賣機的基本功能4 2、plc的主要功能5 3、可變程序控制器產(chǎn)品介紹6二、自動飲料販賣機plc程序設計9 1、模擬實驗系統(tǒng)中自動飲料販賣機的分析9 2、程序設計部分10三、結(jié)束語26致謝27參考文獻27摘要： 從自動飲料販賣機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動飲料販賣機作為一種必須的機器便應運而生了。從廣

2、義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供給的條件看，自動飲料販賣機可以充分補充人力資源的不足，適應消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點?，F(xiàn)在，自動飲料販賣機產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式，通過電話線路將自動飲料販賣機內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動飲料販賣機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動飲料販賣機成為

3、該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動飲料販賣機即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動飲料販賣機相比，它能夠節(jié)約1015的電力。進入21世紀時，自動飲料販賣機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。關(guān)鍵字： 自動飲料販賣機；可編程序控制器；梯形圖一 自動飲料販賣機的功能這部分闡述了自動飲料販賣機的各種動作功能和控制要求，給出了完整的自動飲料販賣機操作規(guī)程，并介紹了自動飲料販賣機運行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。1 自動飲料販賣機的基本功能在進行上、下位機程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動飲料販賣機本身所具備的功能及在進行某種操作后所具有的狀態(tài)。在實際生活中，

4、我們見到的自動飲料販賣機可以銷售一些簡單的飲料，如汽水、果汁、咖啡等。自動飲料販賣機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應的反應。舉一個簡單的例子來說明，例如：自動飲料販賣機中有8中商品，其中01號商品（代表第一種商品）價格為2.60元，02商品為3.50元，其余類推。現(xiàn)投入1個1元硬幣，當投入的貨幣超過01商品的價格時，01商品的選擇按鈕處應有變化，提示可以購買，其他商品同比。當按下選擇01商品的價格時，自動飲料販賣機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價格同時啟動相應的電機，提取01號商品到出貨口。此時自動飲料販賣機繼續(xù)進行等待外部

5、命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買而按下退幣按鈕，自動飲料販賣機則要進行退幣操作，退回相應的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，自動飲料販賣機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的除法運算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。自動飲料販賣機的工作流程圖如圖1所示。圖1 自動飲料販賣機工作流程圖 2 plc的主要功能（1） 條件控制功能條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用plc的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進行開關(guān)控制。（2） 定時/記數(shù)控制功能定時/記數(shù)控制功能指用plc提供的定時器、記數(shù)

6、器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。（3） 數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指plc能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。（4） 步進控制功能 步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進控制器。（5） a/d與d/a 轉(zhuǎn)換功能 a/d與d/a 轉(zhuǎn)換功能是指通過a/d、d/a模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。（6） 運動控制功能運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。（7） 過程控制功能過程控制功能是指通過

7、plc的pid控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。（8） 擴展功能擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即i/o擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高plc的控制功能。（9） 遠程i/o功能遠程i/o功能是指通過i/o單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與plc主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。（10） 通信聯(lián)網(wǎng)功能通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過plc之間的聯(lián)網(wǎng)、plc與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠程i/o控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復雜控制。（11） 監(jiān)控功能監(jiān)控功能是指plc能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進行狀態(tài)和進程，

8、對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等設定值或強制i/o狀態(tài)。3 可變程序控制器產(chǎn)品介紹經(jīng)過從功能方面和價格方面兩個方面的考慮，發(fā)現(xiàn)松下電工可變程序控制器產(chǎn)品-fp1-c24比較適合自動飲料販賣機。因為它是一種功能很強的小型機，在設計的過程中采用先進的方法及組件使其通常只有在大型plc中才具有的功能，且具有其他控制器所不具備的功能。雖然是小型機。但是其功能較完善，性能價格比高，較適合自動飲料販賣機?，F(xiàn)在就對fp1-c24的組成各部分和技術(shù)性能做一個簡單介紹。在松下電工公司生產(chǎn)的fp系列產(chǎn)品中，fp1屬于小型plc產(chǎn)品，其中c24是

9、具有高級處理功能的型號。從型號可以看出fp1-c24可編程控制器的輸入和輸出點數(shù)（即i/o點）之和為24.1 fp1-c24的組成各部分(1) rs232該口能于pc機通信編程，也可連接其他外圍設備。(2) 運行監(jiān)視指示燈 當運行程序時，“run”指示燈亮； 當控制單元中止執(zhí)行程序時，“prog”指示燈亮； 當發(fā)生自診斷錯誤時，“err”指示燈亮； 當檢測到異常的情況時或出現(xiàn)“watchdog”定時故障時，“alarm”指示燈亮。(3) 工作方式選擇開關(guān) 工作方式選擇開關(guān)共有3個工作方式檔位，即“run”，“remote”和“prog”。 “run”工作方式 當開關(guān)扳到這個檔位時，控制單元運行

10、程序。 “remote”工作方式 在這個工作方式下，可以使用編程工具改變可編程控制器的工作方式為“run”或“prog”工作方式。 “prog”工作方式 在此方式下可以編輯程序。若在“run”工作方式下編輯程序，則按出錯對待。可編程控制器鳴響報警，提示編程者將方式選擇開關(guān)切換至“prog”工作方式。 輸出端子 c24形的輸出端子有8點。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 直流電源輸出端子 在fp1系列主機內(nèi)部均配有一個供輸入端使用的24v直流電源。 輸入端子 c24型的輸入端子有16點。輸入電壓范圍為直流1224v。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 編程工具連接插座（rs422口）可用此插座經(jīng)專

11、用外設電纜連接編程工具。 波特率選擇開關(guān) 有19 200bps和9600bps兩檔，當可編程控制器與外部設備進行通信時，應根據(jù)不同的外設選定波特率。 電位器（v0、v1）這兩個電位器可用螺絲刀進行手動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)外部設定。當調(diào)節(jié)該電位器時，plc內(nèi)部對應的特殊數(shù)據(jù)寄存器dt9040和dt9041的內(nèi)容在0255之間變化，相當與輸入外部可調(diào)的模擬量。c24有兩個（v0、v1）。 i/o點狀態(tài)指示燈和擴展單元接口插座用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當某個輸入觸點閉合時，對應于這個觸點編號的輸入指示發(fā)光二極管點亮（下一排）；當某個輸出繼電器接通時，對應這個輸出繼電器編號的輸出指示發(fā)光二極管點亮（上一排）

12、。擴展單元接口插座用于連接fp1擴展單元及a/d、d/a轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。2 技術(shù)性能 fp1-c24的主機i/o點數(shù)為16/8；最大i/o點數(shù)為104；運行速度為1.6s/步；容量為2720步；基本指令數(shù)為80；高級指令數(shù)為111；內(nèi)部繼電器為1008點；特殊內(nèi)部繼電器為64點；定時器/計數(shù)器為144點；數(shù)據(jù)寄存器為1660字；特殊數(shù)據(jù)寄存器為70字；索引寄存器為2字；主控指令為32點；跳轉(zhuǎn)標記數(shù)為64點；步進數(shù)為128級；子程序個數(shù)為16個；中斷個數(shù)為9個程序；輸入濾波時間為1128ms。二 自動飲料販賣機plc程序設計1 模擬實驗系統(tǒng)中自動飲料販賣機的分析由于販賣機的全部功能時在上位機

13、上模擬的 ，所以販賣機的部分硬件是由計算機軟件圖2 plc控制系統(tǒng)設計步驟來模擬替代的。如錢幣識別系統(tǒng)可以用按壓某個“仿真對象”輸出一個脈沖直接給plc發(fā)布命令，而傳動系統(tǒng)也是由計算機來直接模擬的，這些并不會影響實際程序的操作，完全能模擬現(xiàn)實中自動飲料販賣機的運行。（1） 試驗狀態(tài)假設 由于是在計算機上模擬運行，試驗中有一些區(qū)別于實際情況的假設，本試驗中假設： 自動飲料販賣機只售8種商品。 自動飲料販賣機可識別10元、5元、1元、5角、1角硬幣。 自動飲料販賣機可退幣10元、5元、1元、5角、1角硬幣。 自動飲料販賣機有液晶顯示功能。 實驗中自動飲料販賣機忽略了各種故障以及缺貨等因素。（2）

14、一次交易過程分析 為了方便分析，我們以一次交易過程為例。 初始狀態(tài)。由電子標簽顯示各商品價格，顯示屏顯示友好界面，此時不能購買任何商品。 投幣狀態(tài)。按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值顯示屏顯示投入、消費、余額數(shù)值，當所投幣值超過商品價格時，相應價格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購買。 購買狀態(tài)。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品出現(xiàn)在出貨框中，同時顯示屏上的金額數(shù)字根據(jù)消費情況相應變化。取走商品后出貨框消失。 退幣按鈕。按下退幣按鈕，顯示退幣框，同時顯示出應退幣值及數(shù)量。按下確認鈕，則恢復初始狀態(tài)。到此為止，自動飲料販賣機的一個完整工作過程結(jié)束。2 程序設計部分 這部分內(nèi)容是整個系統(tǒng)設計的主體

15、部分。所要完成的任務是仿真系統(tǒng)的上位機與下位機的程序設計，即在上述功能分析的基礎上，有針對性地進行設計。1 plc程序設計可以把一次交易過程分為幾個程序塊：運行初期電子標簽價格的內(nèi)部傳遞；投幣過程；價格比較過程；選擇商品過程；退幣過程。（1） 運行初期電子標簽價格的內(nèi)部傳遞程序的設計仿真系統(tǒng)運行初期，要由plc向仿真畫面相應對象傳遞已經(jīng)存儲好的價格，還要給投入顯示、消費顯示及余額顯示存儲器清零，同時也要給存儲退幣幣值的存儲器清零。程序編制過程中，要用到運行初期閉合繼電器r9013、16位數(shù)據(jù)傳送指令fo,同時在上位機forcecontrol中，必須定義相應的變量，來實現(xiàn)與plc程序的對接。所定

16、義的變量如表1所示。 表1 初始狀態(tài)變量表 根據(jù)表1 編制plc程序如圖3所示。圖3 運行初期電子標簽價格的內(nèi)部傳遞程序 在梯形圖程序圖3中，系統(tǒng)初始化時，通過運行初期閉合繼電器r9013在第一次掃描時將數(shù)值傳遞給上位機。給wr1-wr11及sv0-sv4賦初值，賦值功能通過高級指令fo實現(xiàn)。至于為什么要加入wr13、wr15、wr17、wr19及wr20，在以后的程序中將介紹它們的作用。 （2）.投幣過程在投幣的過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應的幣值，余額也增加同樣幣制。先建立變量表，在編寫程序。變量表如表2所示。對應的梯形圖程序如圖7所示。 表2 投幣過程變量表 在圖中，當按下投

17、入1角時，相當于讓r200接通，之所以用一個微分指令，就是要只在接通時檢測一次，不能永遠加下去。投入1角要投入顯示、余額顯示都相應增加相同數(shù)值，加法是由16位加法指令e20來實現(xiàn)的。投入5角、1元、5元、10元，原理同上。（3）價格比較過程價格的比較要貫穿實驗過程的始終，只要余額大于某種商品價格時，就需要輸出一個信號， 圖4 投幣過程梯形圖提示可以購買。這里只要選擇燈來代表此信號。所建立的變量表如表3所示。 表 3 價格比較過程變量表 根據(jù)變量表和控制要求編寫的程序如圖5所示。 在梯形圖5中，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時比較，用了一個特殊內(nèi)部繼電器r9010,在程序執(zhí)行過程中，r9010始終保持閉合，f

18、60是16位數(shù)據(jù)比較指令，用它來比較余額和商品的價格，r900a是大于價格，r900b是等于標志。當余額大于等于某種商品價格時，程序使相應的指示燈閃爍表示可以購買該種商品。 r9010 f60 cmp , wr3 , wr4 r900a y0r900b r9010 f60 cmp , wr3 , wr5r900a y1 r900b r9010 f60 cmp , wr3 , wr6 r900a y2 r900b r9010 f60 cmp , wr3 , wr7 r900a y3 r900b r9010 f60 cmp , wr3 , wr8 r900a y4r900b r9010 f60 c

19、mp , wr3 , wr9r900a y5 r900b . . . . . . 圖5 價格比較過程梯形圖（4）選擇商品過程 當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應的“選擇”按紐即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時消費顯示欄中顯示出已經(jīng)消費掉的金額，余額也將扣除已消費的幣值，接著余額繼續(xù)與價格相比較，判斷是否能繼續(xù)購買。出現(xiàn)在出貨口的商品在沒有取走前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標點擊該商品代表已經(jīng)取走，出貨口中的商品隱藏。建立的變量表如表4所示。對應的梯形圖程序如圖6所示。 表4 選擇商品過程變量表 在梯形圖9中，一是要使商品出現(xiàn)在出貨框中，二是要實現(xiàn)內(nèi)部貨幣的運算。以第一步為例，按下選擇01商品鍵

20、，相當于給r205加一個信號（只接受一次脈沖，所以用df微分指令），當yo接通(01商品燈亮)時，則系統(tǒng)顯示可以購買01商品。由于取01商品r230是常閉觸點，故y8輸出，代表在出貨框中出現(xiàn)01商品，購買成功。當按下取01商品按鈕時，r230斷開，不能輸出y8，代表01商品被取走。內(nèi)部幣值的計算和是否取走商品無關(guān)，只要按下選擇按鈕，并且可以購買此商品就要從余額中扣除相應的金額，顯示消費的幣值。加法由f20指令實現(xiàn)，減法由f25實現(xiàn)。 r205 y0 r230 y8 df y8 r205 y0 df 1 1 f25- , wr 4 , wr 3 f20+ , wr 4 , wr 2 r206 y

21、1 r231 y9 df y9 r206 y1 df 1 1 f25- , wr 5 , wr 3 f20+ , wr 5 , wr 2 r207 y2 r232 ya df ya r207 y2 df 1 1 f25- , wr 6 , wr 3 f20+ , wr 6 , wr 2 r208 y3 r233 yb df yb r208 y3 df 1 1 f25- , wr 7 , wr 3 f20+ , wr 7 , wr 2 r209 y4 r234 yc df yc r209 y4 df 1 1 f25- , wr 8 , wr 3 f20+ , wr 8 , wr 2 r20a y

22、5 r235 yd df yd r20a y5 df 1 1 f25- , wr 9 , wr 3 f20+ , wr 9 , wr 2 r20b y6 r236 ye df ye r20b y6 df 1 1 f25- , wr 10 , wr 3 f20+ , wr 10 , wr 2 r20c y7 r237 yf df yf r20c y7 df 1 1 f25- , wr 11 , wr 3 f20+ , wr 11 , wr 2 圖6 選擇商品梯形圖 (5)退幣過程 在退幣過程中，最主要的是完成退幣的運算過程，根據(jù)結(jié)果輸出相應的錢幣，退幣結(jié)束時還要使用到的某些寄存器重新賦零。所建立

23、的變量如表5所示。對應的梯形圖程序如圖7所示。 表5 退幣過程變量表 整個退幣過程在按下按鈕（即r20f接通時）時執(zhí)行，同樣也用到一個微分指令，在接收到信號時產(chǎn)生一次開關(guān)脈沖，進而執(zhí)行一次其下面的指令。f32是除法指令，第一次將余額的幣值除以1000，商存儲于sv0中，作為退幣10元的輸出值。余數(shù)則存儲于特殊數(shù)據(jù)寄存器dt9015中，下次將不能被1000（10元）整除的余數(shù)除以100（5元），商且存儲于sv1中，余數(shù)繼續(xù)下傳，直至被1角除過，由于所投幣值最小是1角，并且商品價格也確定在整角，所以最終能被1角整除。 在程序的初始化時曾給wr13、wr15、wr17、wr19和wr20賦零，wr1

24、3、wr15、wr17、wr19和wr20是程序的中間量，為的只是程序在使用過程中能穩(wěn)定執(zhí)行，避免出現(xiàn)退幣錯誤。為什么要除以1000呢？這主要是考慮到plc的主要特點是執(zhí)行過程穩(wěn)定可靠，但執(zhí)行速度較慢。在計算時盡量將數(shù)值作為整數(shù)計算，因為是在計算機上模擬，可以把一部分功能交由計算機來實現(xiàn)，這里把1角當作10、5角當作50、1元當作100、5元當作500、10元當作1000，可以避免把這些數(shù)據(jù)當作有小數(shù)點的實數(shù)計算，這同前面的加1角等于10（k10）是相同的道理。至于交由計算機的任務將在以后敘述。退幣過程結(jié)束后，plc要將寄存器中的數(shù)值置回原定的初值0，完成一次交易，防止下一次交易時出錯。梯形圖

25、3-6用來完成對數(shù)據(jù)的初始化。 程序中分別將投入顯示、消費顯示、余額顯示、10元存儲、5元存儲、1元存儲、5角存儲和1角存儲清零，還將中間量wr13、wr15、wr17、wr19和wr20清零。完成了以上5個過程，自動飲料販賣機的plc控制程序基本完成，程序可以控制自動飲料販賣機實現(xiàn)各種要求的功能。 圖 7 退幣過程梯形圖2 設計1 自動飲料販賣機控制要求（1）該自動飲料販賣機可以同時投入5角、1元、或5元硬幣,自動銷售汽水、果汁和咖啡.（2）當投入的硬幣總值等于或超過1.5元時,汽水按鈕指示燈亮;當投入的硬幣總值等于或超過3元時,汽水按鈕和果汁按鈕同時亮;當投入的硬幣總值等于或超過5元時,汽

26、水按鈕、果汁按鈕和咖啡按鈕同時亮.（3）當汽水按鈕燈亮時,按汽水按鈕,則汽水排出10s后自動停止,同時汽水按鈕指示燈閃爍10s.（4）當果汁按鈕燈亮時,按果汁按鈕,則果汁排出10s后自動停止,同時果汁按鈕指示燈閃爍10s.（5）當咖啡按鈕燈亮時,按咖啡按鈕,則咖啡排出10s后自動停止,同時咖啡按鈕指示燈閃爍10s.（6）若投入的硬幣總值超過所購商品的價格(汽水1.5元,果汁3元,咖啡5元),則找錢指示燈亮,同時進行找錢動作.圖8自動飲料販賣機示意圖2 i/o地址定義表此控制系統(tǒng)可采用自動工作方式，輸入信號為汽水、果汁、咖啡按鈕、5角、1元、5元硬幣投入識別口記數(shù)手動復位按鈕；輸出信號為汽水、果汁、咖啡排出電磁閥、找錢電磁閥及相應指示燈，共7個輸入點，8個輸出點，均為開關(guān)量。i/o