基于PLC的自动售货机控制系统的设计1

1、結品文档基于PLC的自动售货机控制系统的设计陈伟华电气与控制工程学院2014年6月23日辽宁工程林大学电气控制技术与PLC课程设计设计题目指导教师院（系、部）专业班级学号姓名日期课程设计成绩评定表学期2013/2014学年第2学期姓名专业班级课程名称电气控制技术与PLC设计题目基于PLC的自动售货机控制系统的设计优良中及格不及格设计表现1.设计态度非常认真认真较认真一般不认真2.设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反3.独立工作能力强较强能独立设计 完成基本独立设 计完成不能独立设 计完成4.上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以 上设计说明书5.设计内容设计思路清 晰，结

2、构方 案良好，设 计参数选择 正确，条理 清楚，内容 完整，结果 正确设计思路清 晰，结构方 案合理，设 计参数选择 正确，条理 清楚，内容 较完整，极 少量错误设计思路较 清晰，结构 方案基本合 理，设计参 数选择基本 正确，调理 清楚，内容 基本完整， 有少量错误设计思路基 本清晰，结 构方案基本 合理，设计 参数选择基 本正确，调 理清楚，内 容基本完 整，有些错 误设计思路不 清晰，结构 方案不合 理，关键设 计参数选择 有错误，调 理清楚，内 容不完整， 有明显错误6.设计书写、字 体、排版规范、整洁、 有条理，排 版很好较规范、整 洁、有条理, 个别排版有 问题基本规范、 整洁、有

3、条 理，个别排 版有问题基本规范、 整洁、有条 理，排版有 问题较多不规范、不 整洁、无条 理，排版有 问题很大7封面.目录、 参考文献完整较完整基本完整缺项较多不完整图纸8.绘图效果很出色较出色一般较差很差9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10.绘图工程标 准符合标准较符合标准基本符合标 准个别不符合 标准完全不符合 标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决； 优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为 下一等级：如优秀评定，设计内容要符合5,其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评 定为良好

4、，以此类推。最终成绩：评定教师签字：电气控制技术与PLC课程设计任务书姓名朱秋明题目基于PLC的自动售货机控制系统的设计设计要求（1）自动售货机可投入5角、1元的硕币。（2）所售饮料标价：纯净水一一1元，汽水一一2. 5元，咖啡一一3元。（3）当投入的硬币总值超过所购饮料的标价时，所对应的可购买饮料的指灯亮， 作可购买提示。（4）当物品对应的指示灯亮时，按卞相应的按键，相应的物品排出，5s后自动 停止，同时指示灯闪烁。（5）购买饮料后，系统自动计算剩余币值，并根据剩余币值提示可购买的饮料 （指不幻売。（6）当顾客成功购买完一件物品后30秒无操作，自动售货机会自动将余款退还 顾客。（7）如果顾客

5、投入硬币后又不想买物品，按下退款按键，自动售货机会自动将 余款退还顾客。（8）如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时，自动售货机会自动将余款 退还顾客。（9）当物品不足时，对应的物品指示灯亮红灯，顾客按卞相应的按键无反应（不 出物品，不减余额）。设计 的 主 要 内 容（1）拟定控制系统的设计的技术要求。（2）深入了解和分析被控制对象的工艺条件及控制要求。（3）选择适合的的PLC类型。（4）分配I/O点。（5）设计控制系统梯形图。（6）输入并调试程序。目录摘要11系统概述22控制要求及设计思路32. 1控制要求32. 2方案设计42. 3控制流程图43. 自动售货机的相关设备参数的选定53.

6、 1PLC的选择53. 2硬币识别器63. 3开关电源63. 4电磁阀63. 5液位开关74软件设计74. 11/0 口分配74.2控制接线图84.3程序设计94. 3.1计币部分94. 3. 2比较部分104. 3. 3选择和饮料供应部分104. 3.4余额计算部分114. 3. 5退币部分124. 3.6报警部分 135系统调试136结论14参考文献16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，在我国也越來越普及。传统的自动售货机釆 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不但可以实现 类似控制功能，还具有可

7、靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。 本售货机系统主要是针对纯净水、汽水和咖啡的自动销售。自动售货机的普及在某种程度上能反映一个国家的科技发展水平，是一个国 家的文明程度的象征，实践和直觉告诉我们，自动售货机在中国的横空出世，必 将国内的食品、香烟、饮料等诸多行业的发展带來新的契机。设计以三菱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，并具体的进行了PLC梯形图的编写和系统的调试，仿真证明该系统切实可 行。关键词：自动售货机；PLC；调试1系统概述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。楮品文档自动售货机不受任何场地限制，方便

8、快捷，可以每天24h售货，因此深受上班族 的欢迎。随着科技发展和市场繁荣，很多城市的公共场所里面都放置有自动售货 机，出售的商品五花八门，从饮料、零食、香烟、糖果，到牙刷、方便面、自动 照相机。近年來，我国的自动售货机行业突飞猛进：在汽车总站、商厦、医院、 小区、学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹。这种方便快捷的购物方式越來 越受到人们的青睐，同时也是现代化城市配套设施的需求。在人口集中的学校、 车站、医院等地方，瓶装的饮料造成大量资金与产品的浪费，本课题就研究用 PLC实现散装饮料的自动销售。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。它乂被称为24小时营业

9、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。从自动售货机的发展趋势來看，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、白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 动售货机逐渐被越來越多的消费者所接受。但由于售货机分布零散、范围广阔的

10、 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 等方面带來很大的不便。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、币箱己满、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，乂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 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 到相应的运营人员，从而可以在第一时间内发现

11、并解决问题。而且本次设计的题 目是基于PLC的自动售货机控制系统的设计，主要是应用三菱FX-2N型PLC的梯 形图來设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：PLC的定义、PLC的工作原 理、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。結品文档2控制要求及设计思路2. 1控制要求（1）自动售货机可投入5角、1元的硬币。（2）所售饮料标价：纯净水一一1元，汽水一一2. 5元，咖啡一一3元。（3）当投入的硬币总值超过所购饮料的标价时，所对应的可购买饮料的指 灯亮，作可购买提示。（

12、4）当物品对应的指示灯亮时，按下相应的按键，相应的物品排出，5s后 自动停止，同时指示灯闪烁。（5）购买饮料后，系统自动计算剩余币值，并根据剩余币值提示可购买的 饮料（指示灯亮）。（6）当顾客成功购买完一件物品后30秒无操作，自动售货机会自动将余款 退还顾客。（7）如果顾客投入硬币后乂不想买物品，按下退款按键，自动售货机会自 动将余款退还顾客。（8）如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时，自动售货机会自动将 余款退还顾客。（9）当物品不足时，对应的物品指示灯亮红灯，顾客按下相应的按键无反 应（不出物品，不减余额）。2. 2方案设计（1）通过分析，取最有把握的思路，故釆取一般梯形图进行程序设计

13、。（2）注意点，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5角、1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指令來判断是否符合纯净水排出或汽水排 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）PLC选用继电器输出型。（5）要求实现顾客的循环购买，故需实现控制程序的跳转。（6）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。2. 3控制流程图自动售货机PLC的控制流程图，如图2.1所示。图2.1控制流程图精品文档3.自动售货

14、机的相关设备参数的选定3. 1PLC的选择目前的PLC品牌很多，比较有名的有美国AB, ABB,松下，西门子，三菱, 欧姆龙，台达，富士，施耐徳，信捷等。而不同的PLC其产品价格差价也是很 大,在质量和I/O点数几乎相同的情况下可以相差较多他。三菱FX2N系列是作为一种小型机，其功能较为完善，性能价格比高，较为 适合自动售货机。另外在本设计中PLC需要接11个输入点和12个输出点，以 及为了以后的扩展需要，由以上三点因素，选择了三菱PLC, FX2N-48MR型。 三菱PLC, FX2N-48MR是具有高级处理功能的型号，其输入和输出点数之和为 48点，还可以扩展到256点，结构紧凑，速度高。

15、三菱PLC FX2N-48MR性能规格：（1）运转控制方式：通过储存的程序周期运转。（2）运转处理时间：基本指令：0.8ys/指令，应用指令：1.52至几百ps/指 令。（3）编程语言：逻辑梯形图和指令清单。（4）程式容量:8000步内置。（5）指令数目：基本顺序指令27,步进梯形指令2,应用指令128。（6）I/O配置：最大硬件O配置点256。（7）辅助继电器（M线圈）：一般：500点，锁定：2572点，特殊：256点。（8）状态继电器（S线圈）：一般：490点，锁定：400点，初始：10点， 信号报警器：100点。（9）定时器（T）： 100毫秒，范围0至3276.7秒（200点）；10毫

16、秒，范围0至 327.67秒（46点）；1毫秒保持型，范围0至32.767秒（4点）。（10）计数器（C）:一般16位，范围0至32767数（200点），锁定16位，范围 100点，一般32位，范围15点，锁定32位，范围15点。32硬币识别器硬币识别器主要识别现在国家发行的一元、五角、一角的硬币。我国目前发 行的一元，五角和一角硬币的金属原材料是为制造硬币而专门使用的特殊合金， 因此在它通过投币入口进入由电感和电容组成的特定传感器，金属材质和体积的 差异对电容量和电感量的影响大小也出现微弱差异。电容量、电感量的变化引起 电压的变化，再通过检测电路将信号放大，与设定值进行比较，确定某种硬币种

17、类并对PLC的输入单元发出信号，PLC根据接收到的信号,对硬币值进行累加计 数。根据对硬币识别器的了解及选择，确定使用侧投类CPU硬币识别器。楮品文档3. 3开关电源在自动售货机中指示灯、警铃、等电源为DC 24V,因此需要配备直流24V 开关电源，本文选择了 WP10-S-24o关电源的性能规格如下：（1）交流电压输入范围：170264VAC。（2）直流调整范围：额定输出电压10 %。（3）输出过载保护：110 %150 %。（4）工作温度：-10+50Co电磁阀是用來控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气 动。用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压缸控制，所以就会

18、用 到它的工作原理，里面有密闭的腔，在不同的位置开有通孔，每个孔都通向不同 的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引 到哪边，通过控制阀体的移动來档住或漏出不同的排油孔，而进油孔是常开的， 液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力來推动油刚的活塞，活塞乂带 动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运 动。追朔的发展史，到目前为止，国内外的从原理上分为三大类（即：直动式、 分布直动式、先导式），而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别乂分为六 个分支小类（直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分 步直动活塞结构、先导

19、活塞结构），本次设计采用直动式电磁阀。通电时，电磁 线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧 把关闭件压在阀座上，关闭。3. 5液位开关液位开关，也称水位开关，液位传感器，顾需思义，就是用來控制液位的开 关。从形式上主要分为接触式和非接触式。常用的非接触式开关有电容式液位开关,接触式的浮球式液位开关应用最广 泛。电极式液位开关，电子式液位开关，电容式液位开关也可以采用接触式方法 实现。本次设计电子式液位开关，电子式液位开关通过内置电子探头对水位进行 检测，再由芯片对检测到的信号进行处理，当判断到有水时，芯片输出高电平 24V或5V等（PNP型或NPN型均可），当判

20、断到无水时，芯片输出0V。高低电平 的信号通过PLC或其它控制电路來读取，并驱动水泵等用电器工作。精品文档4软件设计4.11/0 口分配列出I/O 口分配表，如表4.1所示。表4.1 I/O 口分配表输入输出输入点功能输出点功能X0五角投币器Y0纯净水电磁阀XI一元投币器Y1汽水电磁阀X2纯净水按钮Y2咖啡电磁阀X3汽水按钮Y3纯净水指示灯X4咖啡按钮Y4汽水指示灯X5找钱按钮Y5咖啡指示灯X6急停按钮Y6余钱指示灯X7启动按钮Y10无纯净水报警灯X10纯净水液位开关Y11无汽水报警灯XII汽水液位开关Y12无咖啡报警灯X12咖啡液位开关Y13一元退币马达Y14五角退币马达4.2控制接线图本系

21、统是一个小型集中控制系统，PLC选型主要取决于控制系统输入、输出 开关信号的数量、用户程序的长短及相关的功能。根据控制要求，I/O点数在24 个左右，选择性能价格比较高的三菱FX2N-48MR,其中其输入点为24点，输出楮品文档点为24点，该PLC为继电器输出型。本设计中，退币按钮、各种饮料按钮和饮 料出口（驱动电磁阀）等均为开关量。根据上述要求，绘制出PLC控制电路接线 图，如图4. 2所示。五角投市器 元投币器 纯净水按钮 汽水按钮 咖啡按钮 找钱按钮 急停按钮 启动按钮 纯净水液位开关 汽水液位开关 咖啡液位开关SOUSB6SQ4XOYOXIY1X2曇X3 姜；X4岸Y5X54Y6X6S

22、Y1OX7Ynv10Y12X1Y13xnY14X12COMCOMSB3,SB4.SB5SQ3,_SQ_图4. 2控制接线图KM1KM2KM3L1L2L3L4L5L6纯净水电磁阀汽水电磁阀 咖啡电磁阀 纯净水指示灯 汽水指示灯 咖啡指示灯 余钱指示灯 纯净水不足报警灯 汽水不足报警灯 咖啡不足报警灯 元退币马达 五角退币马达43程序设计由于本设计为毕业设计，因此要求上要有现实中的自动售货机的多种功能。 根据自动售货机控制系统的流程可以知道自动售货机的主要系统包括：计币部 分、比较部分、选择和饮料供应部分、余额计算部分、退币部分、报警部分。4. 3.1计币部分当有顾客购买饮料时，投入硬币时由硬币识

23、别器识别硬币，如果是真币则系 统将硬币自动传送到相应的硬币贮存部分，然后在PLC内进行数据运算，如果是假 币则系统自动退出硬币，梯形图如图4. 3所示。精品文档X01ADDP K5DO 计丽织JDO廿希a4ADDF K1-?DODO廿币总怕；DOMWOMF KS5DOM20Vt-rfiatfCMP FQO图4. 3计币部分4. 3. 2比较部分投币完成后，系统会将DO内钱币数据和可以购买的饮料价格进行区间比较: 若1元W投币2. 5元，则纯净水选择指示灯长亮，此时可以选择纯净水或退币； 若2.5元W投币3元，则纯净水和汽水指示灯长亮，此时可以选择纯净水、汽水 或退币；投币23元，则纯净水、汽水

24、和咖啡指示灯长亮，此时可以选择纯净水、 汽水、咖啡或退币。梯形图如图4. 4所示：M11WOCHYOONHOYO1GI Iri-tJ-fPf芬臼元住衣祐口夕咔比口鬼拆初&即*净M12：M21YO(*0 Y 沁MlV011I Iri-tJ-fPf越企客-Y04M32M31YO(*0Y0加M2Y012：I Iri-tJ-fPf越企客Y05rrM32結品文档图4. 4比较部分4. 3. 3选择和饮料供应部分比较完成后，按下指示灯长亮的选择按钮，相应的电磁阀起动，并且相应的 选择指示灯由长亮转为以1S为周期的闪烁直至饮料供应完毕后闪烁停止。当饮料 输出达到5s时，电磁阀关断。梯形图如图4. 5所示：M

25、O04虫1*茨勾T2O0D2100Y0D2FlK4C-02图4. 5选择和饮料供应部分結品文档4. 34余额计算部分拠0饮料输出的同时减去相应的购买币数。梯形图如图4. 6所示:SU&P DDK10DIJ侧余钱STY01Y他127 | 1(SUESP DD紅5xt-rtiaticDISU&P DOK 初图4.6余额计算部分4. 3. 5退币部分顾客可在购完饮料后，由退币指示灯Y6可知是否可以退币。指示灯亮，则 可以退币，当按下退币控制按钮后，数据寄数器D1内的币数除以10,商的整数 部分是需要退回1元的个数并储存在D10中；D11的数据除以5,商的整数部分 是需要退回的5角钱的个数，并储存在D

26、12中，依次类推选择退币的同时起动2 个退币电动机。2个感应器开始计数，当感应器记币的个数等于数据寄存器退回 的币数时，退币电动机停止运转。PLC编程梯形图如图4. 7所示：結品文档精品文档4iftS 下足V011&咅讯朕0012：图4. 8报警部分5系统调试由于实验室没有相应的实物控制模型（自动售货机），因此，在调试系统控制 程序时，所有的输入信号均用开关按钮來代替，所有的输出均用指示灯來表示。 调试时，首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线，并仔细检查接线是否有误， 特别要注意接线时不能出现短路、断路及反接等情况，否则会造成硬件损坏及人 身意外。开始程序调试：首先将PLC控制程序写入到PLC机器中，再选择监控状态， 使PLC处于“RUN”状态，然后逐一按投币感应器（即硬币识别机相对应的输入 开关），观察有没有进行累加币值；或按选择按钮，观察输出指示灯是否按预计 效果闪灭（即显示饮料选择提示、饮料送出、送出时间和退币提示），并通过监 控状态观察程序的运行过程及输入输出信号、内部描述实际出现的问题及解决方 案。对报警部分进行调试，只需给相应的输入端口信号，然后相应的指示灯变亮 即可。要对照设计控制要求，逐一检验设计功能是否能有效的实现，并对程序进 行改进和完善。调试过程中，发现了很多在设计之初没有考虑到的问题，经过反复的调试和 不断的改进，问题逐个被解决。总而言之，对程序必须要