毕业设计（论文）-基于S7-200系列PLC的自动售货机系统的设计.doc

编号 淮安信息职业技术学院淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 题 目 基于 s7-200 系列 plc 的自动 售货机系统的设计 学生姓名xxx 学 号xxx 院 系xxx 专 业xxx 班 级xxx 指导教师xxx 顾问教师xxx 二一四年六月 摘 要 i 摘摘 要要 本论文设计的是基于西门子 s7-200 系列 plc 构成的自动售货机监控系统， 本文阐述了自动售货机的来源与发展，以及它在国内外发展的现状，对自动售 货机的方案进行了论证，介绍了 plc 的基本组成、特点以及工作原理，对基于 西门子 s7-200 系列 plc 构成的自动售货机系统整体设计过程进行较为细致的论 述。 文中详尽地介绍了自动售货机的各硬件组成，并完成了 plc 外部接线图。 在 plc 梯形图的编写时，文中采用的是西门子 plc 梯形图专用编译软件 step7 来进行编写。介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过 程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明 了可编程序控制器在自动售货机中的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝 大部分过程。利用 plc 控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货 机能够长期稳定运行。 关键词关键词：自动售货机、plc、顺序功能图、梯形图、i/o 点的分配 abstract ii a abstractbstract（外语专业的需要）（外语专业的需要） this thesis is the design of vending machine monitor system based on s7-200 series plc siemens form ,this paper describes the origin and development of vending machine, and its development status at home and abroad, the scheme design of v ending machines were demonstrated ,introduced the plc basic composition, characteristics and work princ iple,the overall design of the vending machine system composed of plc s7- 200 series siemens process based on a more detailed discussion.the pa per describes in detail the various hardware components of vending ma chines, and completed the plc external wiring diagram.when plc trapez oidal chart compilation, this paper uses is the siemens plc ladder sp ecial compiler software step7 to write.introduces the basic principle and working process of automatic vending machine, and then to a tran saction process as an example, the transaction process is divided int o several blocks,then the block programming. specify the programmable controller in the vending machine function.the procedure involved th e vending machine work most of the process. to improve the system sta bility using the plc control vending machine, vending machine can ens ure the long-term stable operation. keywords:the distribution of the vending machine, plc, sequential fu nction chart, ladder diagram, i/o point 目 录 iii 目目 录录 摘摘 要要i abstract（外语专业的需要）（外语专业的需要）ii 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 自动售货机的理论背景1 1.2 自动售货机设计的主要内容1 1.3 自动售货机设计的基本思路2 第二章第二章 plc 的简述的简述3 2.1 plc 的定义 .3 2.2 plc 的简介 .3 2.3 plc 的工作原理 .4 2.4 plc 的结构 .5 2.5 plc 的特点 .6 2.6 plc 的应用领域 .6 第三章第三章 自动售货机的简述自动售货机的简述.8 3.1 自动售货机的简介8 3.2 自动售货机的组成8 3.3 自动售货机的未来发展9 第四章第四章 自动售货机模型自动售货机模型 plc 控制系统设计控制系统设计.13 4.1 自动售货机设计软元件13 4.1.1 定时器.13 4.1.2 数学运算指令.13 4.2 自动售货机的流程图14 4.3 自动售货机的基本功能15 4.4 梯形图（lad） .16 4.4.1 什么是梯形图（lad）.16 4.4.2 自动售货机程序.18 4.6 系统的调试与检测21 第五章第五章 总结与展望总结与展望.23 致致 谢谢.25 参考文献参考文献.26 附录附录 1 自动售货机的程序自动售货机的程序28 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 自动售货机的理论背景自动售货机的理论背景 自动售货机在我国的出现源于 1992 年 1 元、5 角、 （及 1 角）金属硬币的发 行，有眼光的海内外人士认识到这为自动售货机的出现提供了可能。它作为一 种 24 小时无店铺销售的商业形态，不止是方便快捷，更蕴藏着巨大的销售商机。 根据现存资料来看， “高技术”的自动售货机可以追溯到公元一世记，神秘而遥 远的古希腊。在古希腊神庙出现的一种圣水壶。祈福的善男信女，向壶中扔一 枚硬币，壶嘴就会吐出一定量的圣水。 此后，一直到公元 1700 年，市面上才再次出现自动售货机，其雏形是由一 家英国酒馆设立的能用硬币购买的售烟盒。 此后的 200 年，自动售货机发展缓慢。当历史的车轮辗转到 20 世纪初，自 动售货机还仅仅用于香烟与邮票的贩卖。 目前，全球每年通过自动售货机销售商品的总额已近 2000 亿美元。自动售 货机在美国、日本与欧洲的确取得了巨大的发展。在美国平均每 40 人拥有一台 自动售货机，欧洲每 60 人一台，日本每 23 人一台。在日本，70 %份额的罐装 饮料是通过自动售货机售出的。根据国外的发展经验，自动售货机作为一种先 进的消费方式，已经成为城市现代文明发达程度的重要标志。自动售货机从 1999 年进入中国市场以来，受到了喜欢追逐时尚的年轻人的欢迎。2004 年以后， 中国的自动售货机产业实现了快速增长，奥运会和世博会为自动售货机市场带 来了巨大的商机，2008 年后进入了发展期。 1.2 自动售货机设计的主要内容自动售货机设计的主要内容 1) 投币 按下投币口按钮（5 角、1 元、5 元） ，数码管显示投币金额（0.5 元、1.0 元、5.0 元） 。 2) 多次投币 多次投币可将金额累加，购物额不足时也可以再投币。 3) 选择购物 按下购物按钮，机器会将投入的金额减去购物的金额，将余 款显示在数码管上。 4) 多次购物 可以多次按购物按钮购物（取物后，在取物灯熄灭后再按） ， 直到金额不足，红灯 l1 发光，表示余额不足。 5) 取物 过 4s 后，若再无按下购物按钮，取物口灯亮，示意取物。 6) 退币 若有余额退回，则退币口灯亮，此时按下退币按钮，退出全部金 额，退出余额后，数码管显示为零，退币灯熄灭。 7) 补充投币 按下购物按钮后，若投币不足，l1 灯发光，此时可选择补充 投币或退币。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 1.3 自动售货机设计的基本思路自动售货机设计的基本思路 本次设计的题目是自动售货机，主要是应用西门子 s7-200 型 plc 的梯形图 来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：plc 的定义、plc 的编程语言、 plc 的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据 plc 的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析说明该设 计的控制原理过程。 本次设计的重要部分是自动售货机梯形图的设计。首先 就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序 功能图准确设计出它的梯形图，这样才能真正理解本次智能抢答器的控制原理。 第二章 plc 的简述 3 第二章第二章 plcplc 的简述的简述 2.1 plcplc 的定义的定义 可编程序控制器（programmable logic controller）简称 plc，它具有编程方 法简单易学、功能强，性能价格比高、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性 强、可靠性高，抗干扰能力强、系统的设计，安装，调试工作量少、维修工作 量小，维修方便、体积小，能耗低等特点，已经成为当代工业自动化的主要控 制设备之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使用，在其它领域（例如民 用和家庭自动化）的应用也得到了迅速的发展。 2.2 plcplc 的简介的简介 plc 是以 cpu 为核心，综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的 工业自动控制装置，是现代工业控制的三大支柱（plc、机器人和 cad/cam）之 一。目前，世界上生产 plc 的主要厂家有 65 个，其中最有名气的厂家在日本、 美国和德国。日本的几个厂家为三菱、富士。日立、东芝、横河、立石、光洋、 夏普等公司。美国的几个厂家为德州食品公司、通用电器公司、歌德公司、数 字设备公司等。还有德国的西门子，荷兰的飞利浦，香港的鹰达等公司也是很 有名气的。 日本三菱电机公司（mitsubishi）于 1971 年开始研制 plc，目前 主要有 f1,f2,fx,k,a 等十几个系列几十种产品，在我国（主要是华东和华南地 区）的工业控制领域具有一定的市场占有率。plc 的历史只有 30 多年，但发展 极为迅速。为了确定它的性质，国际电工委员会（international electrical committee）多次发布及修订有关 plc 的文件。在 1987 年颁布的 plc 标准草案 中对 plc 作了如下定义： “plc 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字 运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行 逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式 或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc 及其有关的外围 设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。 ” 可编程控制器是“数字运算操作的电子装置” ，它其中带有“可以编制程 序的存储器” ，可以进行“逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算”工作， 可以设想可编程控制器具有计算机的基本特征。事实上，可编程控制器无论从 内部构造、功能及工作原理上看都是不折不扣的计算机。可变程序控制器简称 为 plc，采用可以编制程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运 算、计时、计数和算术运算等操作的指令，用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令。 可编程控制器是“为在工业环境下应用”而设计的计算机。工业环境和 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 一般办公环境有较大区别。plc 具有特殊的构造，使它能在高粉尘、高噪声、强 电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作；为了能控制“机械或生产过程” ， 它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体” 。这些都是办公环境中工作的个 人计算机不可能做到的。可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场 用计算机。 可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于扩 展其功能” ，它的程序并不是不变的，而是能根据控制对象的不同要求，让使用 者“可以编制程序”的。也就是说，可编程控制器较其以前的工业控制计算机， 如单片机工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合， 它是一种通用的工业控制计算机。 通过以上定义还可以了解到，相对一般意义上的计算机，用来在其内部存 储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令它实质上是 经过一次开发的工业控制用计算机。但是，从另一方面来说，它是一种通用机， 不经过二次开发，它不能在任何具体的工业设备上使用。不过，自其诞生以来， 电气过程技术人员们感受最强的也正是可编程控制器二次开发十分容易。它在 很大程度上使得工业自动化设计从专业设计院走进了工厂和矿山，变成了普通 过程技术人员甚至普通电气工人力所能及的工作。再加上体积小、工作可靠性 高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，可 编程控制器在短短的 30 多年中获得了突飞猛进的发展，已经广泛应用在各种机 械设备和生产过程的电气控制装置中。如图 2-1 所示 plc 实物图。 图 2-1 plc 实物图 2.3 plcplc 的工作原理的工作原理 plc 的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系 统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。plc 通电后，首先对硬件和 软件作一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图 第二章 plc 的简述 5 2-2） 。但是 plc 也有它自己的特点，plc 在确定了工作任务，装入了专用程序后 成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执 行都是用循环扫描方式完成的。 图 2-2 各阶段处理任务 2.4 plcplc 的结构的结构 plc 的硬件主要由中央处理器（cpu） 、存储器、输入单元、通信接口、扩 展接口、电源等几部分组成。其中，cpu 是 plc 的核心；输入单元/输出单元是 cpu 与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计 算机等外部设备，其硬件构成图如图 2-3。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 图 2-3plc 的硬件结构图 2.5 plcplc 的特点的特点 1) 抗干扰能力强，可靠性好 i/o 系统设计有完善的通道保护与信号调理 电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。 2) 控制系统结构简单，通用性强 plc 及外围模块品种多，可由各种组件 灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。 3) 编程方便，易于使用 plc 程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的 简单指令形式。 4) 功能完善 在 plc 内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继 电器以及移位寄存器、中间寄存器等。 5) 设计、施工、调试、的周期短 plc 采用模块化积木式结构，故仅需按 性能、容量等选用组装，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进 行。 6) 体积小，维护操作方便 plc 体积小，质量轻，便于安装。 7) 易于实现网络化 plc 可连成功能很强的网络系统。 8) 可实现三电一体化 plc 将电控（逻辑控制） 、电仪（过程控制）和电结 （运动控制）这三电集于一体。 2.6 plcplc 的应用领域的应用领域 目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归 纳为如下几类： 1） 开关量的逻辑控制 这是plc最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑 控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水 线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水 线等。 2） 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位 和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量 (analog)和数字量(digital)之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的 a/d和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3） 数字控制 plc能和机械加工中的数字控制系统(nc)及计算机数字控制系统(cnc)组成 一体，有的plc含有nc处理单元，直接连接步进电机或伺服电机驱动器实现数控 第二章 plc 的简述 7 加工，如欧姆龙公司的c200h-nc211单元。 4） 运动控制 plc 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接 用于开关量 i/o 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控 制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各 主要 plc 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机器的控制。 5） 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计 算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭 环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块，目前许多小型plc 也具有此功能模块。 6） 机器人控制 随着工厂自动化网络的形成，使用机器人的领域越来越广，许多机器人选 用plc控制，完成各种工作。 7） 数据处理 现代plc具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数 据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。 8） 通信及联网 plc 通信含 plc 间的通信及 plc 与其它智能设备间的通信。随着计算机控 制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 plc 厂商都十分重视 plc 的通信功 能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 plc 都具有通信接口，通信非常方 便。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 第三章第三章 自动售货机的简述自动售货机的简述 3.1 自动售货机的简介自动售货机的简介 自动售货机是可完成无人自动售货，集光、机、电一体化的商业自动化设 备，自动售货机不受任何场地限制，方便快捷，可以每天 24h 售货。在日本全 国各地，共设有 550 万台自动售货机（据 1998 年的统计），销售额达 6 兆 8969 亿 4887 万日元，为世界第一。在售货机的显示屏幕上进行操作，输入商品号码 和购买数量，并投入钱币后，商品就会从取货口出来，甚至从食品自动售货机 上还能买到热呼呼的面条和米饭团。虽然日本的自动售货机总台数低于美国 （据 1997 年的统计为 689 万台），但是，从人口占有数来看却是世界上最高的， 美国平均 35 人占有一台，而日本为 23 人占有一台。 据说世界上最早的自动售货机出现在公元前 3 世纪，那是埃及神殿里的投 币式圣水出售机。17 世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。在自动 售货机历史的长河中，日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后 的事。日本第一台自动售货机是 1904 年问世的“邮票明信片自动出售机”，它是 集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。自动售货机的真正普及是在第 二次世界大战以后。50 年代，“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎，果汁被注入在 纸杯里出售。后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，1962 年，出现了以 自动售货机为主体的流通领域的革命。1967 年，100 日元单位以下的货币全部 改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。 3.2 自动售货机的组成自动售货机的组成 根据售货机自动控制系统的流程可以知道自动售货机的主要系统包括：计 币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统、退币系统和报警系统。 1)计币系统： 当有顾额色买饮料时，投入的钱币经过感应器，感应器记忆投币的个数关且传 送到检测系统（即电子天平）和计币系统。只有当电子天平测量的重量少于误 差值时，允许计币系统进行叠加钱币，叠加的钱币数据存放在数据寄存器 d2 中。 如果不正确时，认为是假币。既定出投币，既定出系统，等待新顾客。 2)比较系统： 投入完毕后，系统会把 d2 内钱币数据和可以购买饮料的价格进行区间比较，当 投入的钱币小于 2 元时，指示灯 y0 亮，显示投入的钱币不足。此时可以再投币 或选择退币。当投稿的钱币在 23 元之间时，汔水选择指示灯长亮。当大于 3 元时，汔水和咖啡的指示灯同时长亮。此时可以选择饮料或选择退币。 1)选择系统： 第三章 自动售货机的简述 9 比较电路完成后选择电路指示灯是长亮的，当按下汽水或咖啡选择时，相应的 选择指示灯由长亮转为以 1 秒为周期闪烁。当饮料供应完毕时，闪烁同时停止。 2)饮料供应系统： 当按下选择按钮时，相应的电磁阀（y4 或 y6）和电机（y3 或 y5）同时启动。 在饮料输出的同时，减去相应的购买钱币数。当饮料输出达到 8 秒时，电磁阀 首先关断，小电机继续工作 0.5 秒后停机。此小电机的作用是：在输出饮料时， 加快输出。在电磁阀关断时，给电磁阀加压作用，加速电磁阀的关断。（注： 由于该售货机是长期使用，电磁阀使用过多时，返回弹力减少，不能完全关断 会出现漏饮料的现象。此时电机 y3 和 y5 延长工作 0.5 秒起到电磁阀加压的作 用，使电磁阀可以完好的关断。） 3)退币系统： 当顾客购完饮料后，多余的钱币只要按下退币按钮。系统就会把数据寄存器 d2 内的钱币数首先除以 10 得到整数部分，是 1 元钱需要退回的数量，存放在 d10 里。余数存放在 d11 里。再用 d11 除以 5 得到的整数部分是 5 角钱需要退回的 数量，存放在 d12 里。余数存放在 d13 里。最后 d13 里面的数值，就是 1 角钱 需要退回的数量。在选择退币的同时启动 3 个退币电机。3 个感应器开始计数， 当感应器记录的个数等于数据寄存器退回的币数时，退币电机停止运转。 4)报警系统： 报警系统如果是非故障报警，只要通过网络通知送液车或者送币车即可。但是 如果是故障报警则需要通知维修人员到现声进行维修。同时停止服务，避免造 成顾客的损失。 3.3 自动售货机的未来发展自动售货机的未来发展 自动售货机现已遍布国内各大城市，在机场、火车站、广场、小区、学校 等公共场合，人流量大的地方随处可见它的身影。它不仅仅给社会和消费者带 来了文明、新奇、便利和时尚，更给广大商家和投资者带来了商机。我国是个 人口大国，同时也会是个消费大国，根据有关专家的预测，国内自动售货机的 社会需求量将达到 47 万台，自动收货即将在中国零售业掀起继百货商店、超市 之后的第三次零售业革命。 自动售货机具有科技含量高、24h 服务，售货便利、无需专人盯守，省人工， 省成本、售货范围广泛等优点。此外，它本身还是一种广告媒体，这些独特的 优点决定了它广阔的发展前景。而精明的商人更是从中嗅出了巨大的商机，使 自动售货机制造商和运营商信心大增。 随着人们的需要，自动售货机也在发生着改变，一步一步的在完善中。而 plc 控制自动售货机是比较常见的，它无人监控，带给我们很多的方便。当然， 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 随着时代不断的在进步，我相信，在不久的将来，plc 控制自动售货机讲会被 新产品取代，但在这种产品出来之前，plc 控制将给我们带来一个简单方便的 消费。2004 年，出现了一种手机购物的自动售货机，在缴纳话费时付买东西的 费用。2005 年，推出了全新 e 时代智能自动售卖平台，是一种基于无线通讯技 术的实时库存管理系统、电子结算、lcd 互动广告等几大功能。 如今中国信息与经济水平的迅速提高，人们的消费观念、消费方式也发生 了巨大的改变。按照国际零售业的普遍观点，中国大中城市已经进入到自动售 货机快速发展阶段，人均 gdp 水平超过 4000 美元。而随着自动售货机技术的 成熟、消费者了解的加强，将会使它进入快速发展的阶段。目前，中国许多大 中城市已经成为自动售货机的发展市场，相信不出几年，它将成为广大厂商关 注的对象。 现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联 机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑 中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地 球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成 为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉 冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约 1015的电力。进入 21 世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以 及高功能化的方向发展。 另外，自动售货机已作为一种不同于传统的零售方式进入四十五个国家市 场。如图 3-1 所示 图 3-1 自动售货机供给现况表 第三章 自动售货机的简述 11 在这四十五个国家中, 美国和日本发展最快,在日本达到平均每 18 人一台, 年产量达 70 万台;在美国达到每 46 人一台,年产量 100 万台;在欧洲达到每 60 人一台。目前，中国的自动售货机拥有量约为 2 万余台，相对于 13 亿的人口大 国，这个数字微不足道。 作为世界上最大的自动售货市场，日本通过自动售货机出售的商品多达 6000 余种。去年，仅饮料的销售额就达 1593 亿人民币。在欧洲每台自动售货机日销 售额达到 50 到 100 美元不等,以巴黎地铁车站为例,在各个站点总计摆放了 1500 台,每月销售额达 600 万法郎。美国自动售货机的零售营业额高达 293 亿美元， 日本每个消费者每年在自动售货机上的消费金额达 55 万日元。全世界每年通 过自动售货机销售商品的总额已达 2000 亿美元。 事实上,伴随收入水平的提高,人们追求灵活、方便、 快捷以及自助式服务是 自动售货机得以如此迅猛发展的主要原因。在发达国家自动售货机已经成为零 售业一个不可分割的部分, 特别是对青年一代,这种伴随其成长的前卫零售方式 更可谓是一种新的消费时尚。 自动售货机是集声、光、机、电于一体的智能科技产物,进入 21 世纪，自动 售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。使未来的自动 售货机不仅仅具有售货功能，而是更加多元化,及人性化;如：手机支付、远程联 机管理、个性的 lcd 广告显示屏、更节能。 随着中国经济的高速发展，自动售货机在中国的普及和应用已是必然趋势。 据来自国内自动售货机市场行情分析报告表明：目前国内自动售货机市场走势 已逐渐明晰，自动售货机逐步从沿海经济发达地区和各大中城市向内陆和次发 达地区延伸，逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所向高中档社区普及， 大有星火燎原之势，可以说是市场潜力无限。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 第四章 自动售货机模型 plc 控制系统设计 13 第四章第四章 自动售货机模型自动售货机模型 plcplc 控制系统设计控制系统设计 4.1 自动售货机设计软元件自动售货机设计软元件 4.1.1 定时器定时器 定时器是 plc 中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。定时器的 工 作过程与继电器控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点，失电 时，常闭触点闭合，常开触点打开；定时器得电时，常闭触点打开，常开触点 闭合。定时器的当前值、设定值均为 10 位有符号整数（int） ，允许的最大值为 32767。定时器指令表见表 4-1。 表 4-1 定时器指令 语句描述 ton txxx，pt接通延时定时器 tof txxx，pt断开延时定时器 torn txxx，pt保持型接通延时定时器 bitim out起动间隔定时器 citim in,out计算间隔定时器 4.1.2 数学运算指令数学运算指令 在梯形图中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令（见表 4-2）分别执 行下列运算：in1+in2=out，in1in2=out，in1*in2=out，in1/in2=out。 表 4-2 加减乘除指令 梯形图语句表描述梯形图语句表描述 add_i+i int1,out 整数加法 div_di/d int1，out 双整数除法 sub_i-i int1,out 整数减法 add_r+r int1,out 实数加法 mul_i*i int1,out 整数乘法 sub_r-r int1,out 实数减法 div_i/i int1,out 整数除法 mul_r*r int1,out 实数乘法 add_di+d int1,out 双整数加法 div_r/r int1,out 实数除法 sub_di-d int1,out 双整数减法 mulmul int1，out 整数乘法产 生双整数 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 mul_di*d int1,out 双整数乘法 divdiv int1,out 带余数的整 数除法 在语句表中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令分别执行下列 运算： in1+ out =out，outin1=out，in1* out =out，out /in2=out 4.2 自动售货机的流程图自动售货机的流程图 这幅图介绍了自动售货机运行系统中所包括的人工操作步骤。 在实际生活 中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的 生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币 数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。例如：售货机中有 2 种 商品，a 商品价格为 0.5 元，b 商品为 1 元。现投入 1 个 1 元硬币，当投入的货 币超过 a 商品的价格时，a 商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，b 商品 也提示。当按下选择 a 商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总 值中减去 a 商品的价格同时启动相应的电机，提取 a 号商品到出 货口。此时售 货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下 退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完 成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退 币时的 除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实 现完整的售货、退币功能。 第四章 自动售货机模型 plc 控制系统设计 15 4.3 自动售货机的基本功能自动售货机的基本功能 自动售货机是一种自动售出饮料的设备，它能自动识别投入的币值面额， 判断所投入的币值面额是否足够，并根据所投入的币额推出投币人要求的饮料， 若有余额还可以退币。在很多商场、公众娱乐场所等，都有自动售货机服务。 自动售货机模拟操作面板 输入/输出单元通常也称 i/o 单元或 i/o 模块，是 plc 与工业生产现场之间 的连接部件。 plc 通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作 为 plc 对被控制对象进行控制的依据；同时 plc 又通过输出接口将处理结果送 给被控制对象，以实现控制目的。本次智能抢答器 i/o 点的分配如表 4-3 所示。 表 4-3i/o 分配表 输入端（i）输出端（o） 输入点外接元件输出点外接元件 i0.0购物按钮 1（纯净水 1.5 元）q1.0a0 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 i0.1购物按钮 2（纯净水 2.5 元）q1.1b0 i0.2购物按钮 3（纯净水 3 元） q1.2c0 i0.3购物按钮 4（纯净水 3.5 元）q1.3d0 i0.4退币按钮q1.4a1 i0.5投币按钮 1（5 角）q1.5b1 i0.6投币按钮 2（1 元）q1.6c1 i0.7投币按钮 2（5 元）q1.7 2 位 数 码 管 d1 q0.0红灯（l1） q0.1绿灯（l2） q0.2退币口指示灯 q0.3取物口指示灯 根据 i/o 分配表可以很简单的画出 plc 的外部接线图。 自动售货机外部接线图 第四章 自动售货机模型 plc 控制系统设计 17 4.4 梯形图（梯形图（ladlad） 4.4.1 什么是梯形图（什么是梯形图（lad） 梯形图是用的最多的 plc 图形编程语言。梯形图语言是在传统电器控制系 统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控 制线路图相似，如图 4-4 所示。继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、 逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编 程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的 plc 的编程语言，是 plc 的第一编程语言。 图 4-4 传统继电器控制线路和 plc 梯形图 a 传统继电器控制线路图 b plc 梯形图 在梯形图中，有两根竖直的直线，被称为母线，现在很多 plc 只保留了左 边的母线，而把右边的母线略去不写。在梯形图中引入了“能流”的概念。左 边的 母线就如电源的“正极” ，而右边的母线就如电源的“负极” 。如果有“能流” 从左至右流向线圈，则线圈被激励。如果没有能流，则线圈未被激励， “能流” 在任何时刻都不会通过接点自右向左流。 由于投币与购物的不确定性，这是一个随机控制的过程，因此不能用顺控 程序来编写。通过对自动售货机实验模块控制要求的理解，需要解决一下问题： 1) 投币后（按下不同数额的投币按钮）对金额的统计。 2) 购物后（按下不同的购物按钮） ，对金额的统计。 3) 用数码管显示投入的金额和购物后的余额。 4) 对余额的处理：按下购物按钮进行购物按钮进行余额处理。 a) 当输入金额不足时，投币不足指示灯 l1 发光，再过 3s 后若再无投 币，即退币指示灯（q0.2）发光，示意退币。 b) 当投入金额与购物金额相等时，4s 后取物指示灯（q0.3）发光（表 示有物品推出） 。发光 3s 后自动熄灭，同时数据全部清零。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 c) 当投入金额大于购物金额时，4s 后取物指示灯（q0.3）发光（表示 有物品推出）与退币指示灯（q0.2）发光（示意退币） ，取物指示 灯（q0.3）发光 3s 后自动熄灭，退币指示灯（q0.2）则要按下退币 按钮后才熄灭。 退币指示灯发光应满足的条件是： a) 有余额时，4s 后接通。 b) 投币 5s 后仍不按购物按钮时接通。 c) 投币额不足时，3s 后再无投币时接通。 5) 按下退币按钮，退币指示灯熄灭，同时数据全部清零。 6) 可以进行不断投币，但金额应在 9.5 元以内（若超过此数，2 位数码管 就不能显示，但仍可执行购物） 。 7) 投币后，可以进行多次购物，但要在前次购物后的 4s 内完成，且购物金 额要足够。 4.4.2 自动售货机程序自动售货机程序 本此设计自动售货机主要不同价位的三大类饮料。 若投币后不想购物，5s 内再没有按购物按钮，退币口指示灯发光，作退币 处理。投币后（i0.5、i0.6、i0.7 其中一个接通） ，若在 5s 内没有按购物按钮 （i0.0-i0.3） ，则退币口指示灯发光，示意退币。 在投币后，按购物按钮显示投币不足时，可继续投币，当投币总金额大于 购物金额时，就作购物与退币处理；当投币总金额等于购物金额时，就只作购 物处理。下面程序主要处理投币不足时（红灯发光） ，再继续投币后的购物与退 第四章 自动售货机模型 plc 控制系统设计 19 币问题。其主要作用是：再投币后若投币金额大于或等于购物金额时，将投币 金额与购物金额相减后传送给 vw0，实现数码管的显示。网络 16 的主要作用是： 再投币后满足投币金额大于或等于购物金额，就将投币不足的辅助继电器 （m2.0-m2.3）和将投币不足指示灯（y0）复位，并置位 m4.0 阻断再次出现投 币不足的情况。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 20 第四章 自动售货机模型 plc 控制系统设计 21 4.6 系统的调试与检测系统的调试与检测 1）投币后不购物自动退币：按下投币按钮（5 角、1 元或 5 元） ，数码管显 示投币金额，若 5s 内不按购物按钮，退币口灯发光，示意退币，按下退币按钮， 退币口灯熄灭，数码管显示为“0” ，退币完成。 2）投币不足后再投币及购物。按下 5 角投币按钮，数码管显示“5” （0.5 元） ；按下购“可乐” （2.5 元）的按钮，投币不足指示灯 l1（红灯）发光，示意 投币金额少于购物金额；再按下 1 元投币按钮，数码管显示投币金额“15” （1.5 元） ，由于投币金额仍少于购物金额，投币不足指示灯 l1（红灯）保持发光；再 按下 5 元投币按钮，由于投币金额已大于购物金额，数码管会显示余额“40” （4 元） ；等候 4s，取物口灯和退币口灯发光，示意取物和退币；3s 后，取物灯 熄灭，示意已取物；按下退币按钮，退币口灯熄