自动售货机PLC控制设计说明书.doc

PLC技术应用课程设计说明书 自动售货机PLC控制 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 11级机电创新1班 学生姓名 黄文聪 指导老师 王苗苗 2014 年 6 月 11 日课 程 设 计 任 务 书兹发给 2011级机械创新一 班学生 黄文聪 课程设计任务书，内容如下：1 设计题目： 自动售货机PLC控制 2 应完成的项目：（1）物料清单一份 （2）电气图纸 （3）带注释的PLC程序 （4）课程设计说明书1份 3 参考资料以及说明：1 史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2004 2 张万忠.可编程控制器应用技术.北京：化学工业出版社，20053 张培志. 电气控制与可编程序控制器. 北京：化学工业出版社,2007.4 张万忠. 可编程控制器应用技术. 北京：化学工业出版社,2002. 5 熊葵容. 电器逻辑控制技术. 北京：科技出版社,2002.4 本设计任务书于2014年 5月 26日发出，应于2014年 6月 13日前完成，然后进行答辩。指导教师 王苗苗 签发 2014 年 5月26 日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字：年 月 日目录摘要2Abstract3第一章 PLC的概述41.1 PLC的定义41.2 PLC的简介41.3 PLC的工作原理51.4 PLC的循环扫描工作51.5 PLC的硬件组成71.6 PLC的编程语言81.7 PLC的特点8第二章 设计题目8第三章 设计要求9第四章 设计作用与目的10第五章 系统设计115.1 系统总体设计115.1.1 系统设计总思路115.1.2 程序设计的步骤115.2 绘制PLC梯形图125.2.1 记币系统125.2.2 比较系统135.2.3 选择系统155.2.4 供给系统165.2.5 退币系统175.3 I/O分配表195.4 PLC外部接线图19第六章 设计中的问题及解决方法20第七章 设计心得21参考文献22附录一 梯形图23附录二 电器接线图27 摘要自动售货机是可完成无人自动售货的商业自动化设备，它不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h售货，在我国也越来越普及。传统的自动售货机采用单片机作为控制核心，但这样在输入输出接口上消耗很大。PLC不但可实现类似控制功能，还具有可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。本款售货机是基于汽水、可乐和咖啡的自动售货设计的。课程设计以三菱FX系列PLC设计自动售货机控制系统，简要介绍PLC各硬件选型，软件的设计，PLC梯形图的编写和系统的调试方法。关键词：自动售货机；PLCAbstractVending machine is a self-service device that can automatically sell goods to customers. It is not restricted to specific sites, which is convenient and sells 24 hours a day. Vending machines also become increasingly popular in China. The traditional vending machines use Single Chip Microcomputer as the core of control, which costs greatly on its input/output interface. PLC not only fulfill a similar controlling function, but also has other advantages such as high reliability, easiness to program, strong function, low energy consumption, convenience to debug and so on. This vending machine is based on the design of self-service selling for soft drinks、coke and coffee .On the basis of Mitsubishi PLC, this paper gives a brief introduction to the various hardware selection, software design, the compilation of PLC Ladder Diagram and the debugging method of the system.Key words: Vending Machine；PLC 第1章 PLC的概述1.1 PLC的定义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该按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而设计。1.2 PLC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。1.3 PLC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1-1）。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。1.4 PLC的循环扫描工作对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图1-2所示。图1-1 PLC的工作原理图（1）输入刷新阶段 在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。（2）程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。（3）输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。 图1-2 PLC的扫描全过程1.5 PLC的硬件组成PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、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1-3。图1-3 PLC硬件结构图1.6 PLC的编程语言PLC为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常有以下5种：梯形图（LAD）、语句表（STL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构文本（ST）。1.7 PLC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。20第二章 设计题目 设计题目：自动售货机PLC控制系统设计 自动售货机的背景与实际意义：自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来。它又被称为24小时营业的微型超市。在日本，70的罐装饮料是通过自动售货机售出的；全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。在中国,自动售货机1999年开始进人中国市场如今，在机场、地铁、商场、公园等客流较大的场所，已不难发现自动售货机的身影。从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了它的售货领域非常广泛，是发达国家商品零售的一种主要方式。近几年，自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。但由于售货机分布零散、范围广阔的特点，自动售货机在为消费者带来方便的同时，也为经营者在监控、管理、维护等方面带来很大的不便。目前售货机运行的各种情况都需要由人工判断，包括缺货、缺零钱、币箱已满、售货机机械故障等，经营者普遍采用人工定时巡回视察的管理办法，既费时费力，又无法及时准确获取自动售货机状态报告，给经营者增加了管理成本和难度，也有可能给消费者的正常消费造成不便。 本系统的设计和实现可以使自动售货机的经营者可以根据网络统计的销售状况进行商品销售状况分析，预测商品的销售走势，确定合理的采购和配送策略，以期获得最高的投资回报率。同时售货机的一些故障信息和警报信息可以实时的传送到相应运营人员，从而可以在第一时间内发现并解决问题。第三章 设计要求1.此售货机可投入5角、1元、5元硬币。 2.所售饮料标价： 可乐2.50元、 橙汁3.00元、 红茶5.50元、 咖啡10.00元 3. 当投入的硬币和纸币总价值超过所购饮料的标价时，所有可以购买饮料的指示灯均亮， 作可购买提示。（如：当投入的硬币总价值超过2.5元，可乐按钮指示灯亮；当投入的 硬币总价值超过3元，可乐、橙汁按钮指示灯均亮；当投入的硬币总价值超过10.00元 所有饮料按钮指示灯都亮）。 4. 当饮料按钮指示灯亮时，才可按下需要购买饮料的按钮，购买相应饮料，（如：当可乐 按钮指示灯亮时，按可乐按钮，则可乐排出10s后自动停止，此时可乐按钮指示灯闪烁）5.购买饮料后，系统自动计算剩余金额，并根据剩余金额继续提示可购买饮料（指示灯亮）。6. 若投入的硬币和纸币总价值超过所消费的金额时，找余指示灯亮，按下退币按钮，就可 退出多余的钱。7. 系统退币箱中只备有5角、1元硬币，退币时系统根据剩余金额首先退出1元硬币，1 元硬币用完后，所有找余为5角硬币。 表3-1 自动售货机控制信号说明输入输出X说明Y说明X0退币按钮Y0找余指示灯X15角硬币识别器Y15角硬币退币机构X21元硬币识别器Y21元硬币退币机构X35元硬币识别器Y3可乐出口X4可乐按钮Y4橙汁出口X5橙汁按钮Y5红茶出口X6红茶按钮Y6咖啡出口X7咖啡按钮Y7可乐按钮指示灯Y10橙汁按钮指示灯Y11红茶按钮指示灯Y12咖啡按钮指示灯 第四章 设计作用与目的 PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了他们的发展。本次设计就在于结合PLC的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足，利用PLC控制的自动售货机提高系统的稳定性，保证了自动售货机能够长期稳定的运行。本课题主要的目的是让同学掌握：工作技能点：1. 能够分析自动售货机控制系统的工作过程。2. 能够绘制自动售货机的PLC控制的电器原理图。3. 能够合理分配I/O地址，绘制PLC控制系统的硬件接线图。4. 能够使用GX-Developer编程调试软件完成顺序程序的输入。5. 能够进行程序的离线调试及在线调试。知识点：1.掌握比较、四则运算指令的相关内容。2.利用比较比较、四则运算指令设计梯形图程序。第五章 系统设计5.1 系统总体设计5.1.1 系统设计总思路1、通过分析，取最有把握的思路，故采取一般梯形图进行程序设计。2、注意一点，程序运行开始阶段要有上电复位，让机子清零。3、本自动售货机可使用五角、1元、5元硬币，计币时用ADD指令进行累加从而得到一个投币总额；比较币值时使用CMP指令来判断是否符合可乐排出、橙汁排出、红茶排出或咖啡排出的条件；余额计算时用SUB指令从投币总额中扣除顾客所消费的币值总额；退币计算时用到触点型比较指令。4、由于实验室三菱FX系列PLC对某些指令可能无法识别，所以需将所有用脉冲执行型的功能指令都使用PLS指令进行转化，即通过PLS指令驱动辅助继电器M，实现程序功能。5、PLC选用继电器输出型。6、要求实现顾客的循环购买，故需实现控制程序的跳转。7、退币结束时，使用ZRST指令进行购买完成的复位，以准备下一个顾客购买饮料，防止出现错误。5.1.2 程序设计的步骤1、对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。2、设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。3、根据梯形图编制程序清单。4、用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。5、对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。6、待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，直到满足为止。7、编写技术文件。8、交付使用。 5.1.3自动售货机工作流程图如图所示 图5-1 自动售货机工作流程图5.2 绘制PLC梯形图5.2.1 记币系统当有顾客购买时，每投入一次钱币都得经过感应器进行真假监辨后，再给PLC进行计币的指令。当发现伪币时，感应器不给PLC累计投币值的指令，同时自行退出伪币。而当PLC接收到感应器传来的记币的指令时，PLC自动把接收来的货币对应的数据累加到寄存器D0中。记币系统梯形图如图5-2所示.图5-2记币系统梯形图 由图可以知道我是把投进的不同货币，进行不同的记录，并把总数目都寄存到寄存器D0中。为了避免小数点的影响，我是把货币的数据化成整数进行处理的，这样可以减少自己在编程时会出现的差错。X002X004为设置为高电平的输入，这样中间继电器M1M3则为一周期内都会保证了X001X003的输入有效。一方面避免了扫描漏了有投币的有效反应；另一方面也可以避免了不良输入对记数的不良影响。5.2.2 比较系统价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，提示可以购买。投币完成后，系统会将D0内钱币数据和可以购买的饮料价格进行比较：当投币2.5元，则没有可购买的商品指示灯亮，表示所投钱币不能购买任何东西，此时可以继续投币或退币；只有投币在2.5元或以上时会见到可乐选择的指示灯长亮，此时可以选择购买可乐或退币；同样，大于或等于3元就有可乐和橙汁的选择显示，5.5元就出现可乐、橙汁和红茶的选择显示，10元出现可乐、橙汁、红茶和咖啡的选择选项，此时都是可以选择购买或退币。比较系统梯形图如图5-3所示。图5-3 比较系统梯形图在梯形图中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M8000,在程序执行过程中，M8000始终保持闭合，FNC10 CMP是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格。当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯亮起来表示可以购买该种商品。5.2.3 选择系统 比较掉路完成后选择电路指示灯亮，当选择可乐时，顾客按下可乐按钮X4，中间继电器M100得电可乐指示灯Y7闪烁;当选择橙汁时，顾客按下橙汁按钮X5，中间继电器M101得电可乐指示灯Y10闪烁;当选择红茶时，顾客按下红茶按钮X6，中间继电器M102得电可乐指示灯Y11闪烁;当选择咖啡时，顾客按下咖啡按钮X7，中间继电器M103得电可乐指示灯Y12闪烁;选择系统梯形图如图5-4所示：图5-4选择系统梯形图5.2.4 供给系统 当选择可乐时，M100得电，驱动继电器Y3接通，输出可乐，10s后Y3断开停止供应。当选择橙汁时，M101得电，驱动继电器Y4接通，输出橙汁，10s后Y4断开停止供应。当选择红茶时，M102得电，驱动继电器Y5接通，输出红茶，10s后Y5断开停止供应。当选择咖啡时，M103得电，驱动继电器Y6接通，输出咖啡，10s后Y6断开停止供应。供应系统梯形图如图5-5所示：图5-5 供应系统梯形图5.2.5 退币系统饮料输出结束后，找余指示灯亮起，按下退币按钮X0，起动2个退币电动机。2个感应器开始记数，当感应器记币的个数等于数据寄存器的退币数时，退币电动机停止运转。退出多余的钱币。退币系统梯形图如图5-6所示：图5-6退币系统梯形图5.3 I/O分配表 此控制系统可采用自动工作方式，输入为退币按钮，可乐、橙汁、红茶、咖啡按钮，五角1元、1元、2元硬币投入识别器退；输出为5角、1元硬币退币机构，可乐、橙汁、红茶、咖啡出口，找余指示灯及相应指示灯，共8个输入点，11个输出点，均为开关量。I/O地址定义如表所示。 表5-1 自动售货机PLC控制系统I/O分配输入输出X0退币按钮Y0找余指示灯X15角硬币识别器Y15角硬币退币机构X21元硬币识别器Y21元硬币退币机构X35元硬币识别器Y3可乐出口X4可乐按钮Y4橙汁出口X5橙汁按钮Y5红茶出口X6红茶按钮Y6咖啡出口X7咖啡按钮Y7可乐按钮指示灯Y10橙汁按钮指示灯Y11红茶按钮指示灯Y12咖啡按钮指示灯5.4 PLC外部接线图图5-7 PLC外部接线图第6章 设计中的问题及解决方法1、程序设计流程图的设计思路要清晰，我一开始没有做程序设计流程图对于接下来的步骤显得很模糊，不知道该如何动手。程序设计流程图概括了全篇的内容，起到一个指导作用！2、梯形图的设计绝不能模糊不清，