自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計(最終版)

1、課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：飲料自動售貨機PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)院：機械工程學(xué)院 專業(yè)： 機械測控 班級： 姓名： 組員： 指導(dǎo)老師：VIII【摘要】本文介紹了自動售貨機的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個程序塊，然后分別對程序塊進(jìn)行編程。具體說明了可編程序控制器在自動售貨機中的作用。程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行。關(guān)鍵詞：自動售貨機；可編程序控制器；梯形圖Abstract:Thispaperintroducesthebasicprinciplesofvendingmachines

2、,aswellasworkflow,andthentoatransactionprocessasanexample,thetransactionprocessisdividedintoseveralblock,andthentheblockwereprogrammed.SpecifythePLCintheroleofvendingmachines.Proceduresrelatedtotheworkofthevastmajorityofvendingmachineprocess.PLCcontroloftheuseofvendingmachinesenhancethestabilityofth

3、esystemtoensurethatvendingmachinescapableoflong-termstableoperation.Keywords:Vendingmachines;PLC;LadderDiagram一PLC的概述1.1PLC的產(chǎn)生20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器，定時器，接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單。容易掌握，價格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設(shè)備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，

4、難與實現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差.20世紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(tǒng)重新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：1. 編程方便，可現(xiàn)場修改程序2.維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)3. 可靠性高于繼電器控制裝置4. 體積小于繼電器控制盤5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機6. 成本可與

5、繼電器控制盤競爭7. 輸入可以是交流150V以上8. 輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等9. 擴展時原系統(tǒng)改變最小10.用戶存儲器至少能擴張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時汽車裝配過程的需要）1.2PLC的定義美國國際電工委員會（IEC）在1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可遍程序控制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)

6、聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。定義還強調(diào)了PLC是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴充”。1.3PLC的發(fā)展趨勢PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。（1） 向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展（2） 向大容量、高速度方向發(fā)展（3） 智能型I/O模塊的發(fā)展（4） 基

7、于PC的編程軟件取代編程器（5） PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化（6） PLC通信的易用化（7） 組態(tài)軟件與PLC的軟件化（8） PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合（9） 開發(fā)新型特殊功能模塊（10） CPU的處理速度進(jìn)一步加快1.4PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性好（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強（3）編程方便，易于使用（4）功能完善（5）設(shè)計、施工、調(diào)試、的周期短（6）體積小，維護操作方便（7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化（8）可實現(xiàn)三電一體化1.5PLC的主要功能1. 條件控制功能2. 定時/記數(shù)控制功能3. 數(shù)據(jù)處理功能4. A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能5. 運動控制功能6. 過程控制功能7. 擴展功能二任務(wù)描述：自動

8、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)計的是售汽水和啤酒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）。大體運行如圖2-1： 圖2-1自動售貨機工作流程圖圖2-2是自動售貨機簡單示意圖。在該

9、機中有兩種已經(jīng)配制好的飲料儲液桶（未畫出來），一種為汽水，另一種為啤酒。汽水出口和啤酒出口分別代表由兩個電磁閥控制放入杯中的飲料品種的飲料出口。 圖2-2自動售貨機簡單示意圖三 控制要求基本工作過程：1、本自動售貨機可以投入1角、5角或1元硬幣，自動銷售聽裝汽水和啤酒。2、當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過1.2元時，汽水按鈕指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過1.5元時，汽水按鈕和啤酒按鈕指示燈亮。3、當(dāng)汽水按鈕燈亮?xí)r，按汽水按鈕，則汽水排出7s后自動停止，同時汽水按鈕指示燈閃爍7s；4、當(dāng)啤酒按鈕燈亮?xí)r，按啤酒按鈕，則啤酒排出7s后自動停止，同時啤酒按鈕指示燈閃爍7s；5、若投入硬幣的總值超過按鈕

10、所需錢數(shù)（啤酒1.5元，汽水1.2元）時，找錢指示燈亮，同時進(jìn)行找錢動作。設(shè)計內(nèi)容：1、記錄已經(jīng)售出貨品的總錢數(shù)以及各種貨品的數(shù)量，并將各種貨品的數(shù)量顯示在數(shù)碼管上。2、控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計，包括確定控制對象和控制范圍，繪制工作時序圖，PLC的選型。3、硬件部分設(shè)計，包括I/O配置，操作面板布置，接線圖。4、程序設(shè)計，包括流程圖，梯形圖，上機調(diào)試，完成指令表。四系統(tǒng)配置及輸入/輸出繼電器地址分配4.1 I/O口分配列出I/O口分配表，如表所示：名稱輸入點編號名稱輸出點編號1角投幣按鈕X0汽水指示燈Y15角投幣按鈕X1啤酒指示燈Y21元投幣按鈕X2汽水電磁閥Y2汽水按鈕X3啤酒電磁閥Y4啤酒按鈕

11、X4退幣控制按鈕X5 I/O口分配表五自動售貨機硬件機構(gòu)設(shè)計5.1 自動售貨機的結(jié)構(gòu)組成 圖5.1 自動售貨機結(jié)構(gòu)1、箱體外觀正面上部為商品展示窗和價格標(biāo)簽，中部設(shè)投幣入口、退幣鈕和金額顯示窗，在價格標(biāo)簽附近設(shè)有選擇商品的按鍵，正面下部為退幣口和顧客取貨口；面向顧客的機構(gòu)正面，是完成商品價格介紹、接受投幣、顯示金額、推出商品和退幣整個售出過程的表體部分。2、商品樣品展示窗商品樣品展示窗由透明有機板窗、樣品展示架、商品價格標(biāo)簽、選購按鈕和照明燈組成，設(shè)在前門體內(nèi)部的可開啟樣品門，用來更換商品樣品和價格標(biāo)簽；展示窗相當(dāng)于商店櫥窗或者柜臺，以清晰明亮的商品展示和明碼標(biāo)價來招攬顧客。3、商品驅(qū)動機構(gòu)商

12、品的包裝多種多樣，主要有箱、盒、罐、袋等，它們的提取機構(gòu)也各種各樣，商品在送出時可以采用“螺旋移動”等動作移到取貨口。4、商品貯存部分由于商品的驅(qū)動機構(gòu)是雙螺旋體出貨機構(gòu)，由此決定了該自動售貨機的商品貯存方式，商品主要是擺放在雙螺旋體中，通過雙螺旋體的旋轉(zhuǎn)把商品推到出貨口。5、錢幣識別系統(tǒng)錢幣識別系統(tǒng)由錢幣識別器、識別后的錢幣自動分類貯存機構(gòu)和退幣機構(gòu)3部分組成。6、PLC控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)是自動售貨機在自動銷售過程中，收到識幣信號后，自動進(jìn)行累計、外部金額顯示、顧客按鍵后自動推出商品和發(fā)出退幣找零等信號的電控系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)還具備預(yù)設(shè)價格、售出累計、驅(qū)動檢測和故障自檢等功能，是“售貨機

13、器人”的“大腦”。六程序設(shè)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、比較部分、選擇和飲料供應(yīng)部分、余額計算部分、退幣部分。1 計幣部分當(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,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(jìn)行數(shù)據(jù)運算，梯形圖如圖：2 比較部分投幣完成后，系統(tǒng)會將D200內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的飲料價格進(jìn)行區(qū)間比較：若1.2元投幣1.5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1.5元,則汽水和啤酒指示燈長亮,此時可以選擇汽水、啤酒或退幣。梯形圖如圖：3 選擇和飲料供

14、應(yīng)部分比較完成后，按下指示燈長亮的選擇按鈕，相應(yīng)的電磁閥起動，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)完畢后閃爍停止。當(dāng)飲料輸出達(dá)到7s時，電磁閥關(guān)斷。梯形圖如圖：4 余額計算部分飲料輸出的同時減去相應(yīng)的購買幣數(shù)。梯形圖如圖：5 退幣部分 顧客可在購?fù)觑嬃虾?，由退幣指示燈可知是否可以退幣，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D0中；D1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D0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

15、退回的幣數(shù)時，退幣電動機停止運轉(zhuǎn)。梯形圖如圖：附件 系統(tǒng)的流程圖整體運行梯形圖 指令表 七梯形圖程序調(diào)試1. 由于實驗室沒有相應(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(xì)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。2. 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法A. 程序不執(zhí)行減錢動作原因：輸入程序時將常閉按鈕輸入成了常開按鈕參考文獻(xiàn)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.2005.1127.2趙紅梅等.自動售貨機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計J.3高勤.可編程控制器原理及應(yīng)用（三菱機型）M.北京:電子工業(yè)出版社.2006.4146