《可编程控制器》课程设计-自动售货机的控制设计.doc

设 计 任 务 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 自动售货机的控制设计 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017年 3 月 1日可编程控制器课程设计任务书（一） 设计题目自动售货机的控制设计（二） 情况简介自动售货机是可完成无人自动售货，不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h售货，随着自动售货机数量的增加，商品包装的定量化和标准化，出售的商品多样化，自动售货的便利性日益显现。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。本款饮料售货机是基于饮料的自动售货设计的，再加之其的找钱功能和显示工作状态的指示与控制使其具有可编程、可靠性高、简单功能强、能耗低、 调试方便等优点。 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。它的出现是劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。消费模式和销售环境的变化，要求新的流通渠道，相对于超市、百货购物中心等流通渠道而言，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需的机器便应运而生了。 自动售货机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。采用可编程控制器实现自动售货机的系统设计，不仅编程方便，而且增强了系统的抗干扰能力。 随着科技的发展和社会的进步, 自动化商业机械有了越来越广泛的应用, 自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所。人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡甚至鲜花和小宠物等物品。自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展, 又由原来只能出售有限商品品种, 转变为继百货公司、超级市场、便民店之后,以消费者与售货机“一对一”自动售货的无店铺销售业态。自动售货, 给人们的生活带来了极大的方便。自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐。 售货机的最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购买某种商品，并做出相应的反映。因此，售货机应能够辨识机内包含的商品:售货机应该能够显示已投入的币值，以及再投入货币累计显示;同时提示可以购买的商品(或商品的编号)。当按下选择商品的按钮时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去该商品的价格，同时起动相应的电机，提取该商品到出货口，此时售货机继续等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买，则按下退币按钮，售货机进行退币操作，退回相应的货币,并在程序中清零，完成此次交易。 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具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。 PLC的发展前景 PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。 1.向小型化、专用化、低成本方向发展 2.向大容量、高速度方向发展 3.智能型I/O模块的发展 4.基于PC的编程软件取代编程器 5.PLC编程语言的标准化 6.PLC通信的易用化 7.组态软件与PLC的软件化 8.PLC与现场总线相结合 9.开发新型特殊功能模块 10.CPU的处理速度进一步加快 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）。 PLC的特点 1.抗干扰能力强，可靠性好 2.控制系统结构简单，通用性强 3.编程方便，易于使用 4.功能完善 5.体积小，维护操作方便 6.易于实现网络化 7.可实现三电一体化 PLC目前的主要品牌 德国有西门子，日本有OMRON 三菱、日立、东芝、松下、富士， 美国有GE施奈德、IPM、AB公司等PLC生产厂家。（三） 设计要求A:控制要求I自动售货机有3个投币孔，分别为1元、5元和10元。2售货共有3种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。3如投币总额超过销售价格，将可由退币钮找回余额。4投币总额或当前值显示在7段数码管上。5投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水。6投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶。7投币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。8按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示饮料已经掉出。9动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元，如果小于10元则直接退1元的。B:设计任务学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自动售货机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2. 系统有启动、停止功能；3. 运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；4. 程序结构与控制功能自行创新设计；5. 进行系统调试，实现自动售货机的控制要求。（四） 设计步骤. 查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。. 绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。. 编程。. 调试。. 编写设计说明书。（五） 设计说明书要求1. 完整的设计任务书。2. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。3. 正确合理地进行编程元件的地址分配。4. 画出输入/输出接线图及相关电气原理图。5. 设计梯形图控制程序。6. 编制系统的操作说明。7. 编制系统的调试说明及注意事项。8. 设计体会（可选）.9. 参考文献.（六） 列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 2 月 19 日至 2017 年 3 月 5 日（2周）指导教师 设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目： 自动售货机的控制设计 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院电气工程系2017年 3 月 1日目录一 引言71.1 设计背景71.2设计内容及目的81.2.1 设计要求：81.2.2 设计任务：9二 系统总体方案设计92.1 计币系统92.2 比较系统92.3 选择系统102.4 饮料供应系统102.5 退币系统10三 系统变量定义及分配表和硬件接线图103.2 系统变量定义及分配表103.2PLC主机的硬件接线图11四 系统的程序设计114.1 I/O分配表114.2 程序设计的流程图根据124.3 程序设计梯形图13五 控制系统的上位机设计195.1 人机界面设计195.2 人机界面选择20六 系统调试及结果分析21七 设计总结22八 参考文献22一 引言1.1 设计背景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。它的出现是劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。消费模式和销售环境的变化，要求新的流通渠道，相对于超市、百货购物中心等流通渠道而言，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。自动售货机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。采用可编程控制器实现自动售货机的系统设计，不仅编程方便，而且增强了系统的抗干扰能力。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如下图：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的扫描全过程如下图：PLC的硬件组成：6 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。1.2设计内容及目的 通过对自动售货机PCPLC控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。1.2.1 设计要求：1.自动售货机有3个投孔币，分别为1元、5元和10元。2.售货共有3种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。3.如投币总额超过销售价格，将可由退币按钮找回余额。4.投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水5.投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶.6.投币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。7.按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示饮料已掉出。8动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元，如果小于10元则直接退1元的。1.2.2 设计任务：学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自动售货机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统仿真调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1.设计出硬件系统的接线图、梯形图等；2.系统有启动、停止功能；3.运用功能指令进行PLC控制程序设计；4.进行系统调试，实现自动售货机的控制要求。二 系统总体方案设计售货机的自动控制系统主要包括:计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统和退币系统。2.1 计币系统当有顾客买饮料时，投入的钱币经过感应器，感应器记录1元、5元或10元钱的个数，通过个数与币值相加，把最终叠加的钱币数据存放在VW0中。2.2 比较系统投入钱币完毕后,系统会把MW12内的钱币数据和可以购买饮料的价格进行区间比较, 如果投入的钱币不足则没有指示灯亮，要求继续投入钱币，或者退币。当投入的钱币总值超过12元时，汽水指示灯亮。当投入的钱币总值超过15元时，汽水和花茶指示灯都亮，当投入的钱币总值超过20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯都亮，此时可以选择饮料或选择退币。2.3 选择系统比较电路完成后选择电路指示灯亮，当按下汽水、花茶或者咖啡选择按钮，相应的指示灯转为1秒为周期的闪烁。当相应的饮料取出后，闪烁同时停止。2.4 饮料供应系统当按下饮料选择按钮时，相应的电机启动。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5秒时,电机停机。2.5 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MW12中的钱币退回。三 系统变量定义及分配表和硬件接线图3.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，I/O分配如表2-1、表2-2所示。表2-1 输入信号的定义及地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启动按钮按钮及开关SB1I0.01元投币光电开关ST1I0.15元投币光电开关ST2I0.210元投币光电开关ST3I0.3汽水按钮SB2I0.4花茶按钮SB3I0.5咖啡按钮SB4I0.6找钱按钮SB5I0.7表2-2 输出信号的定义及地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输出信号汽水指示灯接触器HL1Q0.0花茶指示灯HL2Q0.1咖啡指示灯HL3Q0.2汽水出货电磁阀YB1Q0.3花茶出货电磁阀YB2Q0.4咖啡出货电磁阀YB3Q0.5可退币指示灯HL4Q0.63.2PLC主机的硬件接线图根据设计任务要求PLC主机的硬件接线图如图-1所示。图-1 自动售货机控制系统的PLC硬件线图四 系统的程序设计4.1 I/O分配表此次设计的PLC控制的自动售货机控制系统的I/O分配表如下表：表1 I/O分配表名称地址说明输入信号启动按钮I0.0开始1元光电开关I0.1检测投入的1元硬币的数量5元光电开关I0.2检测投入的5元硬币的数量10元光电开关I0.3检测投入的10元硬币的数量汽水按钮I0.4选择购买汽水花茶按钮I0.5选择购买花茶咖啡按钮I0.6选择购买咖啡退钱按钮I0.7选择退钱输出信号汽水指示灯L1Q0.0指示所投入的币值购买汽水花茶指示灯L2Q0.1指示所投入的币值购买花茶咖啡指示灯L3Q0.2指示所投入的币值购买咖啡汽水出口Q0.3控制商品执行机构执行送出汽水的动作花茶出口Q0.4控制商品执行机构执行送出花茶的动作咖啡出口Q0.5控制商品执行机构执行送出咖啡的动作可退币指示灯Q0.6指示售货机机内有钱可退10元硬币退币机构Q0.7可退出1元的纸币4.2 程序设计的流程图根据根据对饮料自动售货机工作过程的描