基于S7-200PLC自动售货机控制系统设

1、编号 1151401118 课程设计（ 2011级本科）题 目：基于S7-200PLC自动售货机控制系统设计 学 院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 梁菊萍 指导教师： 张静 职称： 副教授 完成日期： 2014 年 07 月 05 日 二一四 年 七 月课程设计任务书 学 生 姓 名梁菊萍学 号1151401118专业 电气工程及其自动化班 级电气工程111题 目 名 称基于S7-200PLC自动售货机控制系统设计一、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，分别为瓜子、奶茶和木糖醇。3.如投币总额超过销售价格

2、，将可由退币按钮找回余额。4.投币值等于或大于3元时，瓜子指示灯亮，表示只可选择瓜子5.投币值等于或大于5元时，瓜子和奶茶指示灯亮，表示只可选择瓜子和奶茶。6.投币值等于或大于9元时，瓜子、奶茶和木糖醇指示灯亮，表示3种均可选择。7.按下要买的物品按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示要购买物品已掉出。8.动作停止后按退币扭，可退回余额，退回余额如果大于10元，则先退10元再退5元或者1元，如果小于5元则直接退1元的。二、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

3、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。3、 设计说明书的编写要求：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.进行系统仿真调试，实现自动售货机的控制要求。四、设计进度及安排：第一周星期一 下达设计任务书，了解控制系统设计相关知识星期二星期四 查阅文献资料，确定控制系统的总体设计方案，完成控制系统的硬件设计星期五至第二周星期一星期二 完成控制系统的软件设计及调试星期三星期四 撰写课程设计说明书星期五 答辩 指导教师签字：目录1、设计的目的和意义12、总体方案设计12.1 课程设计内容12

4、.2 课程设计要求分析13、硬件设计23.1 计售货机的自动控制系统23.2 PLC的选型33.2.1 PLC的选型原则33.2.2 PLC选型43.3 I/O分配表43.4 外部接线图54、软件设计64.1 程序设计流程图64.2 程序设计梯形图75、仿真与调试136、设计总结147、参考文献151、设计的目的和意义 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。2、总体方案设计2.1 课程设计内容1.自动售货机有3个投孔币，分别为

5、1元、5元和10元。2.售货共有3种物品供选择，分别为瓜子、奶茶和木糖醇。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3元时，瓜子指示灯亮，表示只可选择瓜子5.投币值等于或大于5元时，瓜子和奶茶指示灯亮，表示只可选择瓜子和奶茶。6.投币值等于或大于9元时，瓜子、奶茶和木糖醇指示灯亮，表示3种均可选择。7.按下要买的物品按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示要购买物品已掉出。8.动作停止后按退币扭，可退回余额，退回余额如果大于10元，则先退10元再退5元或者1元，如果小于5元则直接退1元的。2.2 课程设计要求分析学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计

6、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。3、硬件设计3.1 计售货机的自动控制系统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、物品供应系统和退币系统。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

7、，把最终叠加的钱币数据存放在MW12中。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3元时，瓜子指示灯亮。当投入的钱币总值超过5元时，瓜子和奶茶指示灯都亮，当投入的钱币总值超过9元时，瓜子、奶茶和木糖醇指示灯都亮，此时可以选择物品或选择退币。3. 选择系统比较电路完成后选择电路指示灯亮，当按下瓜子、奶茶或者木糖醇选择按钮，相应的指示灯转为1秒为周期的闪烁。当相应的物品取出后，闪烁同时停止。4. 物品供应系统当按下物品选择按钮时，相应的电机启动。在物品输出的同时，减去

8、相应的购买钱币数。当物品输出达到5秒时,电机停机。5. 退币系统当顾客购完物品后，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。3.2 PLC的选型3.2.1 PLC的选型原则1. 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC 控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2.

9、 保证PLC 控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和 社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，

10、而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4. 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。3.2.2 PLC选型S7-200PLC它有四种不同的型号，由于设计要求有9个输入点和10个输出点，因而选择S7-CPU226最为合适。CPU224主机数字量I/O点为14输入/10输出共24个；扩展能力强，可连续7个扩展模块，最大扩展至168个数字量I/O点或35路模拟量I/O点；13KB程序和

11、数据存取空间；6个独立的30KHz高数计数器，2路独立的20KHz高数缓冲输出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整体拆卸，是具有将强控制能力的控制器。3.3 I/O分配表表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元硬币的数量瓜子按钮I0.4选择购买瓜子奶茶按钮I0.5选择购买奶茶木糖醇按钮I0.6选择购买木糖醇退钱按钮I0.7选择退钱托盘开关I1.0检测选择的饮料是否取出输出信号瓜子指示灯L1Q0.0指示所投入的币值购买瓜子奶茶指示灯L2Q0.1

12、指示所投入的币值购买奶茶木糖醇指示灯L3Q0.2 指示所投入的币值购买木糖醇瓜子出口Q0.3控制商品执行机构执行送出瓜子的动作奶茶出口Q0.4控制商品执行机构执行送出奶茶的动作木糖醇出口Q0.5控制商品执行机构执行送出木糖醇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可退出时元的纸币5元硬币退币机构Q1.0可推出五元的纸币1元硬币退币机构Q1.1可推出一元的硬币3.4外部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4、软件设计4.1程序设计流程图根据对饮料自动售货机工作过程的描述，可以设计出饮料自动售货机控

13、制系统PLC程序的程序流程图，如图7-2所示。 图-2 程序流程图4.2 程序设计梯形图梯形图语言是在传统电气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。它与电气控制线路图相似，继承了传统电气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、使用的特点。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。设计梯形图： 指令语句表见附录1。5、仿真与调试采用S7_200仿真对设计系统进行仿真及调试,采集的图如下图所示：输入1元和5元的纸币后瓜子、奶茶和可退币指示灯亮。当输入的钱的总额大于9元时三种饮料的指示

14、灯都亮。当总额大于9元时，按下木糖醇饮料键后则木糖醇执行机构动作。6、设计总结通过本次论文设计，使我对PLC控制的知识有了更深层次的认识，同时通过多次上机操作，我对计算机的应用能力也有很大的提高，而在论文设计中通过查阅文献，搜集资料，综合分析等方面的训练，使我综合应用各方面知识，分析解决实际问题的能力也得到了很大的提高。在具体的设计过程中，通过老师和同学的帮助和自己的不断摸索，掌握了不少的工程技术方法，同时也培养了自己的工程设计思想，为以后的实际工作打下了一定的基础。7、参考文献1 张晓锋，张静.电气控制与可编程控制技术及应用.北京：国防工业出版社，2010.2 宋伯生.PLC编程控制指南.北京：机械工业出版社，2007.3 史国生.电气控制与可编程控制技术.北京：化学工业出版社，2004.4 张万忠.可编程控制器入门与应用实例（西门子S7-200系列).北京：清华大学出版社，2007.5 王鑫.PLC机电控制系统应用设计技术.北京：电子工业出版社，2010.6 张海根. 机电传动控制M. 北京：高等教育出版社，2012.7 邓星钟. 机电传动控制M.3版，武汉：华中科技大学出版社2003.8 袁顺平，孙志承. 西门子PLC与工业网络技术M. 北京：机械工业出版社，2005.9 廖常初. PLC编程及应用M. 北京：机械工业出版社，2007.1