基于plc的自動售貨機

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上湖南人文科技學院課程設(shè)計報告課程名稱:電氣控制與PLC課程設(shè)計設(shè)計題目： 自動售貨機的控制設(shè)計 系 別： 通信與控制工程系 專 業(yè)： 自動化 班 級： 0702 學生姓名: 學 號: 起止日期: 2010年12月20日 2011年01月14日指導教師: 教研室主任： 專心-專注-專業(yè)指導教師評語： 指導教師簽名： 年 月 日成績評定項 目權(quán)重成績1、設(shè)計過程中出勤、學習態(tài)度等方面0.22、課程設(shè)計質(zhì)量與答辯0.53、設(shè)計報告書寫及圖紙規(guī)范程度0.3總 成 績 教研室審核意見：教研室主任簽字： 年 月 日教學系審核意見： 主任簽字： 年 月 日摘 要自動售貨機是完成無人

2、自動售貨，集光、機、電一體化的商業(yè)自動化設(shè)備。自動售貨機不受任何場地限制，方便快捷，可以每天24h售貨，因此深受上班族的歡迎，很多城市公共場所里面都放置有自動售貨機，出售的商品五花八門，從飲料、零食、香煙、糖果，到牙刷、方便面、自動照相機。近年來，我國的自動售貨機行業(yè)突飛猛進：在汽車總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學校等地區(qū)紛紛涌現(xiàn)出自動售貨機的蹤跡。這種方便快捷的購物方式越來越受人們青睞，同時也是現(xiàn)代化城市配套設(shè)施的需求。傳統(tǒng)的自動售貨機控制采用單片機作為控制核心，這樣不僅會在輸入輸出接口上做大量的工作，而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差、可編程控制器（PLC)是綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)

3、展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置，它具有可靠性高、編程簡單、維護方便等優(yōu)點，已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用、因為自動售貨機作為社會上完成商品零售和綜合服務(wù)的獨立設(shè)施，要求它的結(jié)構(gòu)必需可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。本文就詳細的介紹介紹了自動售貨機的結(jié)構(gòu)組成，簡述利用可編程控制器（PLC)控制的自動售貨機控制系統(tǒng)的控制原理，最后給出了該控制的軟硬件設(shè)計，并編寫了程序總框圖和一個具體的梯形圖，經(jīng)實踐驗證該控制系統(tǒng)是可行的。關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC)；自動售貨機；三菱FX2N;梯形圖；目 錄 自動售貨機的控制設(shè)計設(shè)計要求利用可編程控制器作為控制核心，完成一個自動售貨機控制系統(tǒng)。具體要求如下：1自動售貨機有

4、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，將可由退幣按鈕找回余額。 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，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和花茶。 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(yīng)的指示燈開始閃爍，3s后自動停止，表示飲料已經(jīng)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。1方案論

5、證與對比 1.1方案一采用8751單片機為核心的自動售貨機裝置的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機8751芯片為核心，采用集中控制方式實現(xiàn)了對自動售貨機全過程的自動控制。本系統(tǒng)選擇4×4矩陣式鍵盤按鍵作為貨物選擇端，采用了2個可編程并行接口8255A實現(xiàn)并行接口的擴展，解決了單片機8751芯片輸入/輸出口引腳緊張的問題，實現(xiàn)了貨物的掉出以及貨幣數(shù)的顯示功能。 采用8751單片機為核心的自動售貨機系統(tǒng)可以分為三部分組成，即自動售貨機的控制子系統(tǒng)、通訊子系統(tǒng)、硬幣器子系統(tǒng)以及紙幣器子系統(tǒng)。其中控制子系統(tǒng)是本設(shè)計研究重點。 以單片機8751芯片為核心自動售貨機的硬件原理構(gòu)成如下圖1.1所示：購貨狀態(tài)

6、顯示金額顯示繼電器&電磁鐵串行輸出接口擴展并行輸出接口擴展8751自動復位線路并行輸入接口擴展無貨檢測識幣器按鈕圖1.1 自動售貨機硬件結(jié)構(gòu)圖 1.2方案二 采用三菱FX2N-MR48可編程控制器（PLC）的自動售貨機裝置的控制系統(tǒng)。其中輸入部分由八個按鍵構(gòu)成，分別實現(xiàn)不同的控制功能。輸出部分由五個電磁閥、三個指示燈、一個七段譯碼顯示構(gòu)成。在本控制系統(tǒng)原理是:首先由顧客按下商品選擇開關(guān)，然后顧客投入錢幣，經(jīng)錢幣識別傳感器后將信號送給PLC，由用戶編寫的PLC程序運行可以識別出硬幣的市值，并顯示投入錢幣的數(shù)值，并同時與商品的價格比較。當投入的錢幣滿足某商品的購買價格后，則可以購買該商品的

7、指示燈亮，PLC通過計算還可以顯示出消費數(shù)值和余額數(shù)值，商品驅(qū)動機構(gòu)收到控制信號后即出貨電磁閥動作，送出商品，若有余額，則退幣電動機動作，可以退出余額數(shù)值的相應(yīng)市值，同時完成內(nèi)部清零過程。這樣就完成一次商品提貨過程，其控制系統(tǒng)的硬件示意圖如圖1.2所示：各種顯示燈商品選擇開關(guān)PLC 退幣電動機錢幣識別傳感器出貨電磁閥 圖 1.2 自動售貨機硬件組成示意圖1.3方案對比與選擇 本人考慮了單片機和PLC兩種方案來設(shè)計自動售貨機的控制設(shè)計，但是考慮到自動售貨機的輸入電壓不穩(wěn)定，作為CPU的MCX-51 型單片機超壓發(fā)熱容易造成爆裂，而PLC不但可實現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、適應(yīng)面廣、抗干擾能力

8、強、編程方便、電壓使用范圍寬等特點，所以根據(jù)自動售貨機的使用要求，本系統(tǒng)設(shè)計就是采用三菱PLC(FX-2N)作為自動售貨機的控制裝置。2可編程控制器PLC介紹2.1 PLC概述PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性好等特點。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。·向小型化、專用化、低

9、成本方向發(fā)展·向大容量、高速度方向發(fā)展·智能型I/O模塊的發(fā)展·基于PC的編程軟件取代編程器·PLC編程語言的標準化·PLC通信的易用化·組態(tài)軟件與PLC的軟件化·PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合·開發(fā)新型特殊功能模塊·CPU的處理速度進一步加快2.2 PLC的工作原理PLC的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖2-1）。讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信要求

10、自診斷檢查改寫輸出RUN狀態(tài)讀取輸入處理通信要求自診斷檢查改寫輸出STOP狀態(tài)圖2-1 各階段處理任務(wù)2.3 PLC的循環(huán)掃描工作對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖2-2所示。 圖2-2 PLC的掃描全過程 2.4 PLC的硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、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)

11、場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2-3。圖2-3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.5 PLC的編程語言PLC為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下5種：梯形圖（LAD）、語句表（STL）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)文本（ST）。2.7 PLC的特點·抗干擾能力強，可靠性好·控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強·編程方便，易于使用·功能完善·體積小，維護操作方便·易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化·可實現(xiàn)三電一體化3自動售貨機的PLC設(shè)計3.1 硬件

12、設(shè)計分析3.1.1控制要求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(jié)果做出相應(yīng)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(shè)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(shè)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

13、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(guān)、三個指示燈、和兩個七段數(shù)碼管和兩片CD4511組成。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(jié)果做出相應(yīng)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(shè)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。除此之外，本次設(shè)計還涉及了找零功能的實現(xiàn)。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(guān)、三個指示燈組成。3.1.2 I/O點統(tǒng)計表3-1 I/O點統(tǒng)計輸入輸出輸入點數(shù)量輸出點數(shù)量投幣孔3夠買商品指示3商品選擇3輸出商品3退幣1退幣2啟動1數(shù)碼管顯示7停止1合計9合計153

14、.1.3 PLC選擇現(xiàn)在世界上PLC的生產(chǎn)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(chǎn)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(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。目前我國市場上主流的小型的三菱PLC比較合適此設(shè)計控制，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：程序存儲器具有16K步的最大存儲容量，128種應(yīng)用指令，還具有184點8進制編號的輸入點數(shù)，1

15、84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(nèi)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。可靠性高、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(shè)計采用的PLC為三菱公司生產(chǎn)的FX-2N系列PLC軟組件，控制系統(tǒng)選用FX2N-32MR-001，I/O點數(shù)各為16點，可以滿足要求，且有一定裕量。3.1.4 CD4511七段數(shù)碼管譯碼器CD4511是一組用來作為BCD對共陰極LED七段顯示器譯碼的包裝。其引腳圖，其各引腳功能如下： LT：做燈泡測試用，當LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdefg=，使七段顯示器全亮，即

16、顯示8，以便觀測七段顯示器是否正常。當LT=1，則正常解碼。BI：空白輸入控制，當BI=0 (LT 為1 時) 則不論DCBA 之輸入為何，其輸出abcdefg皆為0，即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無意義的數(shù)據(jù)輸入時顯示出來造成字型的系亂。LE：數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在CD4511 中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能。當LE=0 時(LT=1 且 BI=1)，DCBA 數(shù)據(jù)會被送入IC 的緩存器中保存，以供譯碼器碼；當LE=1 時，則IC 中的暫存器會關(guān)閉，僅保存原來在LE=0 時的DCBA數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說當LE=1 時，不論DCBA 的輸入數(shù)

17、據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcdefg 仍保留原來在LE 由0轉(zhuǎn)為1以前的資料。 圖3-1 CD4511引腳圖3.2 軟件設(shè)計分析3.2.1 I/O分配表此次設(shè)計的PLC控制的自動售貨機控制系統(tǒng)的I/O分配表如下：表3-2 自動售貨機 I/O分配表輸入輸出輸入點功能輸出點功能X01元投幣孔Y0夠買汽水指示X15元投幣孔Y1夠買花茶指示X210元投幣孔Y2夠買咖啡指示X3汽水選擇Y10輸出汽水X4花茶選擇Y11輸出花茶X5咖啡選擇Y12輸出咖啡X6退幣Y13退10元X7啟動Y14退1元X8停止3.2.2 系統(tǒng)流程圖圖3-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)流程圖3.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計梯形圖（附錄一） 該程序

18、設(shè)計的主要分為幾個過程，現(xiàn)在我們具體分析一下程序過程： (1)初始狀態(tài)。此時不能購買任何商品。 (2)投幣狀態(tài)。顧客投幣，顯示投入總值，即余額數(shù)值，當所投幣值超過商品價格時，相應(yīng)價格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購買。 (3)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(yīng)變化。 (4)退幣按鈕。按下退幣按鈕，顯示退幣框，同時顯示出應(yīng)退幣值及數(shù)量。按下確認鈕，則恢復初始狀態(tài)。到此為止，自動售貨機的一個完整工作過程結(jié)束。3.2.3 自動售貨機控制系統(tǒng)外部接線圖圖3-2 自動售貨機外部接線圖5 系統(tǒng)調(diào)試分析5.1硬件調(diào)試（1）斷電時檢查電源是否接好，地

19、線是否接好，各輸入/輸出點是否接好接牢；（2）用萬用表檢查實驗板線路有沒短路、開路現(xiàn)象。（3）接通5V直流電源，按動相應(yīng)的功能按鈕，確認各個數(shù)碼管能否按照要求顯示；5.2 軟件調(diào)試（1）按要求輸入梯形圖，檢查后編譯通過，在線工作后把程序?qū)懭肟删幊绦蚩刂破鞯某绦虼鎯^(qū)。（2）將編輯好的程序傳入PLC運行，使用編輯器聯(lián)機調(diào)試操作，檢查各點工作狀態(tài)，并配合觀察PLC各點輸入/輸出指示LED或輸入/輸出設(shè)備工作是否符合程序功能要求。5.3 總體調(diào)試將設(shè)計好的實驗電路板與PLC連接起來，利用上位機軟件動畫效果來模擬硬件的連接。采用分模塊的調(diào)試方法，來調(diào)試系統(tǒng)程序。調(diào)試步驟和結(jié)果如下：當投入總金額>

20、=12元時，飲料指示燈亮，等投入總金額>=12時，汽水指示燈亮。八段數(shù)碼管顯示投入的總金額值。飲料指示燈亮時，按飲料按鈕，飲料驅(qū)動器動作，飲料從售貨口自動售出，飲料指示燈閃爍，3s后飲料驅(qū)動器釋放，完成一次售貨。若有剩余金額，找錢燈亮。在購買商品后還剩余額，或在投入硬幣后又不想購買商品，按復位按鈕，售貨機自動退出應(yīng)找回的硬幣。售貨機能自動計算已售出商品的總金額、啤酒和飲料的現(xiàn)存數(shù)量。當啤酒或飲料現(xiàn)存數(shù)量為零時，對應(yīng)的指示燈閃爍。6 結(jié)束語PLC課程設(shè)計考察同學們動手,思考,操作能力以及對PLC理論知識的理解能力,應(yīng)用能力,通過這段時間的學習與實踐,讓我重新去學習PLC各方面的知識,PLC

21、的一些知識簡單易懂,掌握較快,同時加大對我們操作能力,了解各方面的一些知識,讓自己的能力有些提高。對于這次對自動售貨機的設(shè)計制作，也讓我了解了關(guān)于自動售貨機的原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路先進行軟件模擬仿真再進行實際的電路制作。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實際操作才會有深刻理解。PLC設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛

22、煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.回顧起此次課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在短短的兩個個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這雖然是我們第二次做課程設(shè)計，但還是會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自

23、己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 這次PLC課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在曹老師的耐心指導下，終于游逆而解。 參考文獻:1廖常初， PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用北京:機械工業(yè)出版社，2004.2王兆義，可編程序控制器教程.北京:機械工業(yè)出版社 2005.3 程周，可編程序控制器原理與應(yīng)用 .M北京：高等教育出版社， 2003年4 王永華，現(xiàn)代電氣控制及PLC 應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學出版社，20005 周美蘭，周封，忘岳宇.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計.北京：科學出版社，20036 吳建強，姜三勇.可編程控制器原理及應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2

24、0007 吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，20038 張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù).北京：化學工業(yè)出版社，20039 王永華，現(xiàn)代電氣控制及PLC 應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學出版社，200010賀哲榮，石帥軍·流行PLC實用程序及設(shè)計（三菱FX2系列）北京：機械工業(yè)出版社，2001附錄一 梯形圖附錄二: 指令表0 LD X010 1 OR M02 ANI X0113 OUT M04 LD X0005 OUT C0 K18 LD X001 12 MUL C1 K519 LD X00220 OUT C2 K123 MUL C2 K1030 LD X00031 OR X00132 ADD C0 D1139 LD X00040 OR X00141 OR X00242 ADD D11 D1249 LD X00050 OR X00151 OR X00252 CMP D14 K1159 AND M160 O