plc自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、目 錄第1章 自動(dòng)售貨機(jī)的控制工藝流程分析 . . 1 1.1系統(tǒng)描述與控制要求 . 11.2控制工藝分析 . 2 第2章自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) . . 3 2.1自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的硬件組成 . 3 2.2 I/O分配 . 4 2.3自動(dòng)售貨機(jī)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(shè)計(jì) . . 7 4.1 計(jì)幣部分 . 7 4.2 比較部分 . 7 4.3 選擇和飲料供應(yīng)部分 . 8 4.4 余額計(jì)算部分 . 8 4.5 退幣部分 . 9 4.6整體運(yùn)行梯形圖 . 11 第5章 梯形圖程序調(diào)試 . . 14 課程設(shè)計(jì)心得 . . 15 參考文獻(xiàn) . .

2、16第1章 自動(dòng)售貨機(jī)的控制工藝流程分析自動(dòng)售貨機(jī)是可完成無(wú)人自動(dòng)售貨的商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，它不受任何場(chǎng)地限制，方便快捷，在我國(guó)也越來越普及。傳統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)采用單片機(jī)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(shí)現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)、能耗低、調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的是售汽水和咖啡這兩種飲料的自動(dòng)飲料機(jī)，它的售貨過程是：首先由顧客按下商品選擇開關(guān)時(shí)，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(dòng)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(dòng)硬幣識(shí)別傳感器識(shí)別硬幣（由于能力有限，在識(shí)別硬幣上不做具體研究）。如果是無(wú)效幣則使繼電器打開閥門，將硬幣

3、退出；如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動(dòng)傳送到相應(yīng)的硬幣貯幣腔，并經(jīng)硬幣識(shí)別傳感器將信號(hào)送給PLC 。最后經(jīng)顧客選擇，同時(shí)PLC 控制，使PLC 的輸出口上有相應(yīng)的信號(hào)輸出。若貯幣腔內(nèi)無(wú)硬幣（紅外檢測(cè)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(jī)遭損，系統(tǒng)就報(bào)警【7】。大體運(yùn)行如圖1.1：圖1.1自動(dòng)售貨機(jī)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(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)主要有三個(gè)可以感受到投幣量的傳感器，六個(gè)按鈕開關(guān)（分別為啟動(dòng)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(gè)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(gè)七段數(shù)碼管。傳感

4、器用來接收投幣信號(hào)，傳送投幣量的多少；按鈕開關(guān)分 別對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行控制，當(dāng)投入的錢幣夠某一種飲料時(shí)，按下這種飲料的選擇按 鈕時(shí)才會(huì)有飲料送出，有剩余錢幣時(shí)，還可以通過按下退幣按鈕來找回剩余錢幣； 三個(gè)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(jià)格時(shí)，這種飲料的指示燈才會(huì)亮；同時(shí)，還有兩個(gè)七段數(shù)碼管，用于顯示當(dāng)前 剩余的總錢幣。具體對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求如下： 1. 自動(dòng)售貨機(jī)有 3 個(gè)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(jià)格，將可由退幣鈕找回余額。 4. 投幣總額或當(dāng)前值顯示

5、在 7 段數(shù)碼管上。5. 投幣值等于或大于12 元時(shí)，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(shí)，汽水和花茶指示燈亮，表示可選擇汽水和茶。 7. 投幣值等于或大于20 元時(shí)，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(duì)應(yīng)的指示燈開始閃爍，3s 后自動(dòng)停止，表示飲料已經(jīng)掉出。9. 動(dòng)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?jiǎng)t直接退 1 元的。 1.2控制工藝分析自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能就是對(duì)投入的錢幣數(shù)進(jìn)行計(jì)算, 然后根據(jù)運(yùn)算結(jié)果做 出相應(yīng)的判斷, 看看哪種商品可以進(jìn)行購(gòu)

6、買, 哪種商品不能購(gòu)買, 本次課程設(shè)計(jì) 的要求是可識(shí)別三種錢幣, 分別是 1 元,5 元,10 元, 采用三個(gè)按鈕進(jìn)行模擬, 自動(dòng)售貨機(jī)共出售3 種貨物, 其價(jià)格分別定為 12 元,15 元,20元, 當(dāng)投幣數(shù)大 于等于貨物價(jià)格時(shí), 該種貨物的指示燈亮, 表示可以進(jìn)行購(gòu)買,3 種貨物分別用 3 個(gè)信號(hào)燈進(jìn)行指示. 除此之外, 本次設(shè)計(jì)還涉及了顯示, 找零等功能的實(shí)現(xiàn), 其中顯示部分采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示, PLC 的外圍接口由兩個(gè) CD4511 連接兩個(gè)數(shù)碼顯示管, 以顯示投幣總數(shù)和購(gòu)買后的余額；當(dāng)按下找零按鈕后, 數(shù)碼管顯示進(jìn)行清零。整個(gè)系統(tǒng)由三個(gè)可以感受到投幣量的傳感器, 六個(gè)按鈕開關(guān), 三個(gè)

7、指示燈, 和兩個(gè)七段數(shù)碼管和兩片 CD4511 組成。第2章自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的硬件組成PLC 的硬件主要由中央處理器（CPU ）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)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(chǎng)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(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2.1。 圖2.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.1.1系統(tǒng)的 PLC 的選型現(xiàn)在世界上PLC 的生產(chǎn)廠家有200多家，提供 400 多個(gè)品種的PLC 供用戶 選擇，目前我國(guó)市場(chǎng)上主要的 PLC 產(chǎn)品有：西門子公司的 S7-

8、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(jià)比較高，對(duì)于小型的自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)來說成本過高。相反，目前我國(guó)市場(chǎng)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(chǔ)器具有 16K 步的最大存儲(chǔ)容量，128 種應(yīng)用指令，還具有 184 點(diǎn) 8 進(jìn)制編號(hào)的輸入點(diǎn)數(shù)，184 點(diǎn) 8 進(jìn)制編號(hào)的輸出點(diǎn)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(shí)器、計(jì)

9、數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、常數(shù)與指針等功能與資源?？煽啃愿撸靸r(jià)低，對(duì)于自動(dòng)售貨機(jī)的控制中心就特別的合適。因此，本次設(shè)計(jì)采用的 PLC 為三菱公司生產(chǎn)的 FX-2N 系列單片機(jī)。2.2 I/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(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。PLC 通過輸入接口可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC 對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)PLC 又通過輸出接口將處理的結(jié)果送給被控對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。本次自動(dòng)售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配表如表2-1所示。表2-1 I/O口分配 2.3自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖本系統(tǒng)是一個(gè)小型集中控制系統(tǒng)，PLC 選型主要取決于控制系

10、統(tǒng)輸入、輸出開關(guān)信號(hào)的數(shù)量、用戶程序的長(zhǎng)短及相關(guān)的功能。根據(jù)控制要求，I/O點(diǎn)數(shù)在48個(gè)左右，選擇性能價(jià)格比較高的三菱FX2n-48MR ，其中其輸入點(diǎn)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)為24點(diǎn)，該P(yáng)LC 為繼電器輸出型。了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，分析對(duì)象的控制要求，完成PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置。本設(shè)計(jì)中，退幣按鈕、各種飲料按鈕和飲料出口（驅(qū)動(dòng)電磁閥）等均為開關(guān)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(shè)計(jì)根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的流程可以知道自動(dòng)售貨機(jī)的主要系統(tǒng)包括：計(jì)幣部分、比較部分、選擇和飲料供應(yīng)部

11、分、余額計(jì)算部分、退幣部分、報(bào)警部分。妨功害能身份證 4.1 計(jì)幣部分當(dāng)有顧客購(gòu)買飲料時(shí)，投入硬幣時(shí)經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動(dòng)硬幣識(shí)別器識(shí)別硬幣, 如果是假幣則系統(tǒng)自動(dòng)退出硬幣, 如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動(dòng)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(yùn)算，否則認(rèn)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(huì)將D1內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購(gòu)買的飲料價(jià)格進(jìn)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(shí)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(zhǎng)亮，此時(shí)可以選擇汽水或退幣；若投幣3元, 則汽水和咖啡

12、指示燈長(zhǎng)亮, 此時(shí)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(yīng)部分比較完成后，按下指示燈長(zhǎng)亮的選擇按鈕，相應(yīng)的電磁閥（Y12或Y13）起動(dòng)，并且相應(yīng)的選擇指示燈由長(zhǎng)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(shí)，電磁閥關(guān)斷。梯形圖如圖： 圖4.3 選擇部分梯形圖4.4 余額計(jì)算部分飲料輸出的同時(shí)減去相應(yīng)的購(gòu)買幣數(shù)。梯形圖如圖4.4： 圖4.4 余額計(jì)算梯形圖 4.5 退幣部分顧客可在購(gòu)?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

13、需要退回1元的個(gè)數(shù)并儲(chǔ)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(gè)數(shù)，并儲(chǔ)存在D4中，依次類推選擇退幣的同時(shí)起動(dòng)3個(gè)退幣電動(dòng)機(jī)。3個(gè)感應(yīng)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)感應(yīng)器記幣的個(gè)數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時(shí)，退幣電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC 編程梯形圖如圖4.5： 圖4.5 退幣部分梯形圖10 4.6整體運(yùn)行梯形圖 11 12 13 第5章 梯形圖程序調(diào)試由于實(shí)驗(yàn)室沒有相應(yīng)的實(shí)物控制模型(自動(dòng)售貨機(jī) ，因此，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時(shí)，所有的輸入信號(hào)均用開關(guān)信號(hào)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(shí)，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(shí)不能

14、出現(xiàn)短路、斷路及反接等情況，否則會(huì)造成硬件損壞及人身意外。開始程序調(diào)試：首先將PLC 控制程序?qū)懭氲絇LC 機(jī)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(yīng)器（即硬幣識(shí)別機(jī)構(gòu)用復(fù)位按鈕信號(hào)來表示硬幣的輸入），觀察有沒有進(jìn)行累加幣值；或按選擇按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計(jì)效果閃滅（即顯示飲料選擇提示、飲料送出、送出時(shí)間和退幣提示），并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運(yùn)行過程及輸入輸出信號(hào)、內(nèi)部描述實(shí)際出現(xiàn)的問題及解決方案。對(duì)報(bào)警部分進(jìn)行調(diào)試，只需給相應(yīng)的輸入端口信號(hào)，然后相應(yīng)的指示燈變亮即可。要對(duì)照設(shè)計(jì)控制要求，逐一檢驗(yàn)設(shè)計(jì)功能是否能有效的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)程序進(jìn)行改進(jìn)和完善。例如，調(diào)試

15、過程中，發(fā)現(xiàn)重復(fù)線圈問題，需將程序進(jìn)行合并，避免重復(fù)線圈等等。總而言之，對(duì)程序必須要反復(fù)調(diào)試，不斷改進(jìn)，以獲得既完全實(shí)現(xiàn)功能，而又簡(jiǎn)單、嚴(yán)謹(jǐn)性高的PLC 控制程序。14課程設(shè)計(jì)心得通過一周的 PLC 的課程設(shè)計(jì), 在自己的努力下, 最終完成 FX-2N 系列 PLC 控制自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 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(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的控制, 達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的. 這次設(shè)計(jì)的 PLC 控制自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)出了硬件系統(tǒng)的接線圖, 梯形圖等; 并 且系統(tǒng)具有啟動(dòng), 停止功能; 運(yùn)用功能指令進(jìn)行 PLC 控制程序設(shè)計(jì); 還進(jìn)行了 系統(tǒng)調(diào)試,

16、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求. 在設(shè)計(jì)中運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí), 進(jìn)行自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行原理設(shè)計(jì), 硬件系統(tǒng)設(shè) 計(jì), 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì), 創(chuàng)新設(shè)計(jì), 提高理論知識(shí)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. 綜合運(yùn)用了所學(xué)的知識(shí), 理論與實(shí)際相結(jié)合, 提出并 論證設(shè)計(jì)方案, 然后進(jìn)行軟, 硬件的設(shè)計(jì), 制作與調(diào)試, 最后獲得正確的結(jié)果. 加深了對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的鞏固, 加強(qiáng)了建立 PLC 控制工業(yè)機(jī)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(huì)生活的軟, 硬件開發(fā)方法, 為以后進(jìn)行實(shí)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(shí), 也加 強(qiáng)了我們對(duì)問題的分析

17、解決能力, 為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)后的工作做了充分的 準(zhǔn)備. 在本次課程設(shè)計(jì)中受到老師的耐心指導(dǎo), 使我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)到了對(duì)問題的整 體把握, 學(xué)會(huì)了分析及解決方法的能力; 在此表示衷心的感謝!參考文獻(xiàn)1廖常初.FX 系列PLC 編程及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.1127.2羅宇航. 流行PLC 實(shí)用程序及設(shè)計(jì)(西門子S7-200系列M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社.2006.246252.3高勤. 可編程控制器原理及應(yīng)用（三菱機(jī)型）M.北京:電子工業(yè)出版社.2006.4146. 4錢銳.PLC 應(yīng)用技術(shù)M.北京:科學(xué)出版社.2006.112113.5黃繼昌等. 傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例M.北京:人民郵