【优秀】毕业设计 毕业论文 基于plc的自动售货机控制系统

1、【优秀精品】毕业设计 毕业论文 基于PLC的自动售货机控制系统 基于PLC的自动售货机控制系统论文 基于PLC的自动售货机控制系统论文专业名称:电气自动化技术焦作大学二一二年 12 月中图分类：TP272 密级：无UDC： 单位代码：11522基于PLC的自动售货机控制系统姓 名 学制 专 业电气自动化技术研究方向自动化技术导 师 职称讲 师论文提交日期论文答辩日期焦作大学摘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S

2、7-200 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摘要I目录II1自动售货机的实际意义11.1自动售货机的理论背景与实际意义11.2自动售货机

3、设计的主要内容21.3自动售货机设计的基本思路22 硬件的选择32.1 硬件电路组成框图32.2 主要硬件选择4别器4别器52.3电磁阀的选择52.4 PLC的选择63 PLC的概述73.1 PLC的定义73.2 PLC的简介73.3 PLC的工作原理7 PLC的循环扫描工作8 PLC的硬件组成9 PLC的编程语言10 PLC的特点104 PLC控制自动售货机设计124.1自动售货机的工作流程124.2自动售货机I/O点的分配124.3自动售货机的I/O接口图135 自动售货机的PLC控制系统设计155.1控制系统设计的基本原则155.2定时器155.3 自动售货机PLC控制程序设计165.4

4、 自动售货机的相关说明246 设计总结25致谢26参考文献271自动售货机的实际意义1.1自动售货机的理论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

5、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

6、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。编程语言2 硬件的选择2.1 硬件电路组成框图图2-1 当售货机有钱币投入时，会经过硬币识别器和纸币识别器，在真币的情况下将信号送到PLC的输入端，此时，可以按下各选择按钮，选择按钮的信号送到PLC后相应的输出端子得电，使输出继电器得电输出饮料。同时七段数码管也会显示出实时的金额提

7、醒顾客。当购买完毕按下退币按钮退币。若有顾客忘记退币，售货机会自动报警提醒顾客退币。 2.2 主要硬件选择别器 1、硬币识别原理主要识别指标：材质、厚度、直径。 材质是用电磁的方式测的，使用空心线圈或磁芯线圈，线圈组数少的只有一组，多的常见的是六组。工作状态下，线圈及其外围电路会以一个特殊的频率振荡（多个线圈的话频率各不相同），当硬币以垂直或平行于线圈平面的方式穿过时（不同产品方式不同），会引起振荡频率的变化。材质不同所引起的频率变化幅度和方向（增加、减少）也不同，对某种硬币的变化特征进行记录后，就成为使用中识别该种硬币的依据。 厚度是没有东西专门测的，实际上这个指标是和材质一起测。因为即使相

8、同材质的硬币，如果厚薄不同，导致的频率变化差异也较大。 直径老式的识别装置用光电管队列来识别直径，排列组合得当的话，识别精度也不低（可答0.5mm）。新一点的都用偏心或异形线圈来测量，依据是直径小的硬币与线圈的重合部分也少，由此也带来频率变化的不同 2、产品型号适用硬币：直径18mm-32mm；厚度1.2mm-3.2mm。适用于人民币。工作电压：DC+12V 。功耗：静能0.5mW ；动能0.5W 工作温度：-20+50 别器1、纸币识别原理 把正常的钞票在各传感器接收到的信号进行统计取样、识别，并寄存起来，作为检测的依据。当识别纸币时，把在各通道接口接收到的信号参数与原寄存起来的信号参数进行

9、比较、判断，若有明显差异时就立即送出报警信号并截停电机，同时送出对应的信号提示。 2、型号电压：DC +12V +-5% 电流：待机0.12A 工作2A工作温度： 0°C 55°C保存温度： -20°C 60°C 湿度：30% 85% RH no condensation 重量：0.8kg 插入方向：任意方向 识别时间：2.5秒2.3电磁阀的选择 国内外的电磁阀从原理上分为三大类 即：直动式、分步直动式、先导式 ，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类 直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结

10、构 。 本设计主要采用的是直动势电磁阀。 直动式电磁阀 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

11、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。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 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。P

12、LC的扫描全过程如图2-2所示。（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3-2 PLC的扫描全过程 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

13、、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。图3-3 PLC硬件结构图 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

14、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。4 PLC

15、控制自动售货机设计4.1自动售货机的工作流程自动售货机是机电一体化的自动化装置，在到货币已输入的前提下，靠触摸控制按扭输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作将货物输出。 用户将货币投入投币口，货币识别器对所投货币进行识别； 控制器根据金额将商品可售卖信息通过选货按键指示灯提供给用户，由用户自主选择欲购买的商品； 按下用户选择商品所对应的按键，控制器接收到按键所传递过来的信息，驱动相应部件，售出用户选择的商品到达口； 如果还有足够的余额，则可继续购买。在秒之内，自动售货机将自动找出零币或用户旋转退币旋钮，退出零币从退币口取出零币完成此次交易。输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是

16、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对象，以实现控制目的。本次自动售货机I/O点的分配表如表-1所示-1自动售货机PLC控制I/O地址分配表输入信号PLC地址输出信号PLC地址找零按钮I0.0五角食品红灯（售完）Q0.0五角食品按钮I0.1一元食品红灯（售完）Q0.1一元食品按钮I0.2一元饮料红灯（售完）Q0.2一元饮料按钮I0.3二元饮料红灯（售完）Q0.3二元饮料按钮I0.4二元日用红灯（售完）Q0.4二元日用按钮I0.5三元日用红灯（售完）Q0.5三元日

17、用按钮I0.6找零Q0.6五角投币按钮I0.7五角食品出口Q0.7一元投币按钮I1.0一元食品出口Q1.0五角找零按钮I1.1一元饮料出口Q1.1一元找零按钮I1.2二元饮料出口Q1.2五角食品行程开关I1.3二元日用出口Q1.3一元食品行程开关I1.4三元日用出口Q1.4一元饮料行程开关I1.5五角食品绿灯（可购买）Q1.5二元饮料行程开关I1.6一元食品绿灯（可购买）Q1.6二元日用行程开关I1.7一元饮料绿灯（可购买）Q1.7三元日用行程开关I2.0二元饮料绿灯（可购买）Q2.0二元日用绿灯（可购买）Q2.1三元日用绿灯（可购买）Q2.24.3自动售货机的I/O接口图此次自动售货机的I/

18、O接口图如图-1所示，SB2-SB7是物品选择按钮，当投入货币物品绿灯亮（Q1.5-Q2.2）。按下SB2-SB7其中一个，对应的KM线圈得电，电机转动出相应的物品（Q0.7-Q1.4）；当有物品售完，其行程开关断开，物品红灯亮并同时向总部发送物品销售完的信息；当购买物品总值低于投入总值时，可按找零按钮SB1选择找一元还是五角（SB10、SB11）后KM1得电，电机转动找零（Q0.6）。图-1自动售货机 PLC控制I/O接口图5 自动售货机的PLC控制.1控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现生产设备或生产过程的控制要求和工艺需要，从而提高产品质量和生产效率。因此，在设计PLC

19、应用系统时，应遵循以下基本原则：（1）充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控对象的控制要求；（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便；（3）保证控制系统安全可靠；（4）应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I/O点数和存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。5.2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，但它没有瞬动触电，失电时，常闭触点闭合，常开触电打开;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），允许最大值为32767。定时器指令表见表5-1。表-1 定时器指令上面梯形图中ADD_DI是双整数加法5角时加5，投入1元时加10；SUB_DI是双整数减法，当成功购买物品时就减去物品对应的数；T37-T56表示通