PLC控制的自动售货机设计方案论文

2南京工程学院毕业论文专业：机电一体化班级:06机电技师（本)姓名：李宇指导老师：论文名称:自动售货机的PLC系统设计日期：20１2．３。２7论文等级:老师点评：摘要本文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。简略说明白可编程序掌握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掌握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。可编程序掌握器(PrｏgｒaｍｍａbｌｅLｏgｉcControｌlｅr）简称PLC，是一种以微处理器为核心的用于工程自动掌握的工业掌握机,其本质是一台工业掌握专用计算机。它的软、硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于掌握要求的编程语言。硬件主要由中央处理单元ＣＰU、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成。ＰLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动掌握技术和通信技术等现代科技而进展起来的一种新型工业自动掌握装置,是当今工业发达国家自动掌握的标准设设备之一。自动售货机是集声、光、机、电于一体的智能科技产物，进入21世纪，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向进展。使将来的自动售货机不仅仅具有售货功能，而是更加多元化,及人性化；如:手机支付、远程联机管理、共性的ＬCD广告显示屏、更节能.自动售货机的普及在某种程度上能反映一个国家的科技进展水平，是一个国家文明程度的象征.实践和直觉告知我们，自动售货机在中国的横空出世,必将为国内的食品、香烟、饮料等诸多行业的进展带来新的契机，中国的现代文明又将以自动售货机的应用和普及开启一个新的里程碑!随着中国经济的高速进展，自动售货机在中国的普及和应用已是必定趋势。据来自国内自动售货机市场行情分析报告表明：目前国内自动售货机市场走势已逐渐明晰,自动售货机逐步从沿海经济发达地区和各大中城市向内陆和次发达地区延长，逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所向高中档社区普及，大有星火燎原之势,可以说是市场潜力无限。关键词：ＰLC；可编程掌握器；应用；梯形图目录第1章绪论……………1第2章自动售货机与PＬＣ的介绍………２２．1自动售货机功能分析…………２２.１.1自动售货机的基本功能………………22．2PLC的选型原则………………2２。３ＰＬＣ的概论…………………3２.３。１PLＣ的产生……………３２.3．2PＬC的定义……………４2.3。3ＰＬC的进展趋……………52．3.4ＰLＣ的特点………………５2.3.5PＬＣ的基本功能…………６2。4PLC的基本结构和原理……62.4．1ＰLC各部分的作用………7第3章ＰＬＣ系统设……………………93．1可编程序掌握系统设计的基本原则……………93.1．１掌握系统设计原则………９3。１.2掌握系统设计的基本内容………………９3。1.3掌握系统设计的一般步骤………………１０3.１．4编写梯形图的注意事项…………………103.1．5程序设计的步骤…………10第４章自动售货机PＬＣ程序设计……104.１仿真实验中售货机的分析………１34.２设计任务的确定…………………134.３程序设计部分……………………14４.3.１程序设计说明………………144．４仿真界面与PLC…………………1７4。5数据连接…………１94。5．１定义I/Ｏ设备………………19４.5。2设计…………1９总结…………２０致谢………………………２1参考文献……………………２２绪论自动售货机是一种全新的商业零售形式,20世纪７0年月自日本和欧美进展起来。它的消灭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格外广泛,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。采纳可编程掌握器实现自动售货机的系统设计,不仅编程便利，而且增强了系统的抗干扰能力.第2章自动售货机和PLＣ的介绍2。1自动售货机功能分析1。自动售货机有3个投币孔,分别为1元、5元和10元。绪论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头闪烁，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。2．1。1自动售货机的基本功能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掌握程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；４.程序结构与掌握功能自行创新设计;5.进行系统调试,实现自动售货机的掌握要求。2.2PLＣ的选型原则当某一个掌握任务决定由PＬC来完成后,选择ＰＬC就成为最重要的事情。一方面要选择多大容量的ＰLC，另一方面是选择什么公司的PＬＣ及外设。首先要对掌握任务进行简略的分析，把全部的Ｉ/O点找出来,包括开关量I/Ｏ和模拟量I/Ｏ以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。掌握系统输出点的类型格外关键，如果他们之中既有沟通２2０V的接触器、电磁阀,又有２4V的指示灯，则最后选用的ＰLC的输出点数有可能大于实际电数。由于PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端,这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是沟通220Ｖ的负载负载使用。则直流24Ｖ的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费，增加成本.所以要尽可能选择相同等级和种类的负载,比如使用沟通２２0V的指示灯等。一般情况下继电器输出的ＰLＣ使用最多，但对于要求高速输出的情况,就要使用无触点的晶体管输出的PLＣ了.在选型方法上,应该考虑以下因素:(１)功能方面全部PＬC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求,就要知道所选用的PＬC是否有能力掌握任务.如对ＰＬＣ与ＰＬC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵敏便利的通信要求;或对ＰＬC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PＬＣ的位置掌握有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的ＰLC品种有一个简略的了解，以便做出正确的选择。（２)价格方面不同厂家的ＰLＣ产品价格相差很大,有些功能类似、质量相当、I/Ｏ点数相当的ＰＬC的价格能相差４０％以上。２。3PLC的概论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,它采纳可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行规律运算、挨次运算、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，掌握各种类型的机械或生产过程。PＬC具有体积小、结构简洁、操作便利、牢靠性好等特点，２.3．１PLC的产生2０世纪20年月起，人们把各种继电器，定时器,接触器及其触点按肯定的规律关系连接起来组成掌握系统，掌握各种生产机械,这就是大家所熟识的传统继电接触器掌握系统。由于它结构简洁，容易掌握,价格廉价，在肯定的范围内能满意掌握要求,因而使用面甚广，在工业掌握领域中始终占主导地位。但是机电接触器掌握系统有明显的缺点:设备体积大,牢靠性差，动作速度慢，功能少,难与现实较简洁的掌握，格外是由于它是靠硬连线规律构成的系统，接线简洁，当生产工艺或对象转变时，原有的接线和掌握盘就要更换,所以通用性和灵敏性较差。20世纪60年月末期,美国的汽车制造业竞争激烈,各生产厂家的汽车型号不断更新,它必定要求生产线的掌握系统亦随之转变,以及对整个开展系统重新配置，１968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线掌握系统提出简略要求,归纳起来是：编程便利，可现场修改程序维修便利,采纳插件式结构牢靠性高于继电器掌握盘体积小于继电器掌握盘数据可直接送入管理计算机成本可与继电器掌握盘竞争输入可以是沟通１50Ｖ以上输出为沟通１15Ｖ,容量要求在2A以上,可直接驱动接触器、电磁阀等扩展时源系统转变最小10，用户存储器至少能扩展到４KＢ(适应当时汽车装配过程的需要)2。３。２PLC的定义美国国际电工委员会(ＩEC）在1９８7年对可编程序掌握器作出以下定义:可编程序掌握器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采纳了可编程序的存储器，用来在其内部进行规律运算、挨次运算、定时、计数和算术运算等功能的面对用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入活输出,掌握各种类型的机械或产生过程.可编程序掌握器及其相关外部设备,都应依据易于与工业掌握系统联成一个整体，易于扩展的原则而设计。定义还强调了PＬＣ是“数字运算操作的电子系统”,他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采纳“面对用户的指令”，因此编程便利。它能完成规律运算、挨次运算、定时、计数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力。并且格外容易与“工业掌握系统联成一体"，易于“扩充".2。３。3ＰLＣ的进展趋势PＬC总的进展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向进展。简略表现在以下几个方面。(１）向小型化、专用化、低成本方向进展(2)向大容量、高速度方向进展（3)智能型I／O模块的进展(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２。3。４PLC的特点(1)抗干扰能力强，牢靠性好（２)掌握系统结构简洁，通用性强(3）编程便利，易于使用（４）功能完善(6)体积小，维护操作便利(7）易于实现网络化（8）可实现三电一体化２。3。５PLC的基本功能条件掌握功能定时/计数掌握功能数据处理功能Ａ/Ｄ与D／Ａ转换功能运动掌握功能过程掌握功能扩展功能2。4ＰＬＣ的基本结构和原理PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是全都的,可以简洁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。(见图1-4）读取输入读取输入执行用户程序处理通信要求自诊断检查改写输出RUN状态读取输入处理通信要求自诊断检查改写输出STOP状态图1-4-10各阶段处理任务2.４．1ＰLC各部分的作用(1)中央处理器CＰＵ是由掌握器和运算器组成的。运算器也称为算术规律单元,它的功能就是进行算术运算和规律运算.掌握器的作用是掌握整个计算机的各个部件有条不紊的工作,它的基本功能是从内存中取出指令和执行性指令。它的重要功能如下：图１—４－11ＰLＣ硬件结构图(2）存储器PLC的存储器分为两大部分：一大部分是系统存储器,用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据.而大部分使用户存储器,包括用户程序存储区及工作数据存储区。(3）输入输出接口电路PＬC通过输入输出（I/Ｏ)接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过ＰLC的输入端子接受现场输入设备的掌握信号,并将这些信号转换成ＣＰＵ所能接受和处理的数字信号.（4）电源ＰLＣ的电源是指将外部输入的沟通电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满意PＬC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。（５)输入输出I／O扩展接口若主机单元的I／O点数不能满意输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将Ｉ／O扩展单元与主机单元相连接。(6）ＰLC的基本工作原理PLC采纳的是循环扫描工作方式。对每个程序，COU从第一条指令开头逐条挨次执行用户程序，知道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的扫描周期全过程如图1－4—１2所示.（一）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。（二)程序执行阶段在程序执行阶段，依据用户输入的掌握程序,从第一条开头逐条执行,并将相应的规律运算结果存入对应的内部帮助寄存器和输出状态寄存器。（三）输出刷新阶段当全部指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容,依次送到输出锁存电路，并通过肯定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。图１-4—１２PＬC的扫描全过程第3章PＬC系统设计３．1可编程序掌握系统设计的基本原则３.1.1掌握系统设计原则任何一种电气掌握系统都是为了实现被掌握对象（生产设备活生产过程)的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。因此，在设计ＰLＣ掌握系统时,应遵循以下基本原则：(１）最大限度的满意被掌握对象的掌握对象。设计前，应深化现场进行调查讨论，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员亲密协作，共同拟定电气掌握方案，协同解决设计中消灭的各种问题。(２）在满意掌握系统要求的前提下，力求使掌握系统简洁、经济,使用及维修便利.(3）保证掌握系统的平安、牢靠。(4）考虑到生产的进展和工艺的改进，在选择PLＣ容量时，应适当留有裕量。３．１．2掌握系统设计的基本内容ＰＬＣ掌握系统是由PLＣ与用户输入、输出设备连接而成的。,因此,ＰLC掌握系统设计的基本内容应包括:用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的掌握对象(电动机、电磁阀等)。这些设备属于一般的电器元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。PLC的选择。PＬＣ是PLC掌握系统的核心部件，正确选择ＰLC对语保证整个掌握系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择PLC应包括机型选择、容量选择、I/Ｏ模块的选择、电源模块的选择等。安排I／O点,绘制Ｉ/O连接图。涉及掌握程序。包括设计梯形图、语句表（及程序清单）和掌握系统流程图。掌握系统程序是掌握整个系统工作的软件，是包子系统工作平安、牢靠的关键。因此,掌握程序设计必须是经过反复调试、修改,知道满意要求为止。必要时还需要设计掌握台。编制掌握系统的技术文件。3。1。3掌握系统设计的一般步骤（1）依据生产的工艺过程分析掌握要求。（2）依据掌握要求确定所需的用户输入、输出设备、据此确定ＯＬC的I/Ｏ点数。(3）选择PLC系统。（4)安排PＬC和I／O点，设计Ｉ/Ｏ连接图。(5)进行PLC程序设计，同时可进行掌握态的设计和现场施工。2.1．4编写梯形图的注意事项（１）输入输出继电器、内部帮助继电器、定时器、计数器等器件的触点可以多次重复使用，无需简洁的程序结果来削减触点的使用次数。（2)梯形图每一行都是从左母线开头，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除不经程序外,任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段,可以通过特殊内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接.（3）在程序中,不允许同一编号的线圈两次输出。(4）不允许消灭桥式电路。程序的编写挨次应是自上而下。从左至右的方式。为了削减程序的执行步数，程序应为“左大右小,上大右小”。图１－４-1３PLC外部接线图梯形图是用的最多的ＰLC图形编程语言。梯形图语言是在传统电器掌握系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演化而来的。它与电器掌握线路图相像，如图３-３示。继承了传统电器掌握规律中使用的框架结构、规律运算方式和输入输出形式,具有形象、直观、有用的特点。因此,这种编程语言为宽阔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。图１—图１—1—１４传统继电器控制线路图和PＬＣ梯形图ａ传统继电器控制线路图ｂPLC梯形图在梯形图中,有两根竖直的直线，被称为母线，现在很多PLC只保留了左边的母线，而把右边的母线略去不写。在梯形图中引入了“能流”的概念。左边的母线就如电源的“正极”，而右边的母线就如电源的“负极”。如果有“能流”从左至右流向线圈,则线圈被激励。如果没有能流，则线圈未被激励，“能流”在任何时刻都不会通过接点自右向左流。第4章自动售货机PLC程序设计4.１仿真实验中售货机的分析由于售货机的全部功能是在上位机上模拟的,所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟代替的.如钱币识别系统，可以用按某个“仿真对象"输出一个脉冲直接给ＰＬC发布命令，而传动系统也是由计算机直接模拟的，这些并不会影响实际程序的操作,完全能模拟实际自动售货机的运行。（１)实验状态假设ａ、由于是在计算机上模拟运行的,实验中有些区分于实际情况的假设：ｂ、自动售货机只售出三种商品;ｃ、自动售货机可以识别１０元、５元、１元；d、自动售货机可以退币１0元、5元、１元;e、自动售货机有液晶显示功能;f、试验中售货机忽视了各种故障以及缺货等因素；(2）一次交易过程分析为了便利分析，以一次交易过程为例a、初始状态：有电子标签显示各商品价格，显示屏显示界面,此时不能购买任何商品；b、投币状态：按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值，显示屏显示投入、消费、余额数值，当所投币值超过某商品价格时,相应商品选择按钮发生变化,提示可以购买。ｃ、购买状态:按下可以购买的选择按钮，所选的消灭在出货框中，同时显示屏上的金额数字依据消费情况相应变化。取走商品则出货框消灭。d、退币状态:按下退币按钮显示退币框,同时显示相应的退币值和数量,按下确认按钮则恢复初始状态.到此为止,自动售货机的一个完整工作结束。这也是本仿真系统的设计思想。4.２设计任务的确定依据掌握要求，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掌握程序设计，并有主程序、子程序和中断程序;4.程序结构与掌握功能自行创新设计；５.进行系统调试,实现自动售货机的掌握要求.４.3程序设计部分仿真程序的编写利用利用组态软件FＯRＣＥCONＴROL2。6,下位机程序的编制则利用PＬＣ专用编程软件欧姆龙完成的。ＰLＣ程序已经介绍,现在我们看一下仿真界面设计。（1）销售机背景的设计售货机背景是一个不动的画面，可以利用图片处理的方法依据制定样式的功能画出售货机的整体.先分几部分进行仿真设计，如图6－1所示。(２)显示屏部分的设计显示屏部分的设计利用了组态软件设计两个显示画面,一个是未交易时初始状态的欢迎界面如图6-2,在交易过程中的币值显示画面如图6-３所示，其中图6—1中的欢迎字符是可以闪烁变化的，‘ａaaa’字符可以显示系统时间，图3-2中的‘８8８8’用来显示币值，它们均是可以定义的变量。图1-３-1３售货机背景(３）标签设计电子标签用来显示程序中传上来的价格,所以其中要有可以定义的字符，所以标签设计为，其中“Ｊ．03显示03商品价格的变量。（4)按钮设计“选择”按钮的设计要反映出可以购买和不行以购买的差异,所以其中也要有可以变化的字符,设计如右图，其中字符“选择”在满意条件下可以闪烁变色，退币按钮设计成样式，按钮均可以动作。（5）投退币提示框设计投退币提示框要有可已投入的硬币,确认按钮以及框架，其中硬币、确认按钮和字符“a”均是可以定义的变量图１—3－16投币提示框图１—3－1７退币提示框（６）出货框的设计出货框中要有0１－０3商品的示意图以及框架，其中商品在满意条件后可以消灭，鼠标点击后可以消灭，因此也是可定义的变量效果如图６－６所示图１-3－18出货框4．3．1程序设计说明实验证明：该系统程序设计较全面地演示自动售货机的使用功能;通过修改PLC掌握程序,可在自动售货机上实现多种掌握方式、销售方式、销售种类。自动售货机可以依据投入的钱币自动付货。它依据投入钱币的多少，提示你可以买什么东西,再按一下相应的按钮，购买的饮料就可以从出口处提出,出口处提示用户将物品拿走，不买东西了就按下退币按钮,将多余的钱币取回，经过6秒后钱币没有取回则自动启动报警,避开顾客有不必要的损失。在交易的过程中，币值界面会显示投入钱币的金额、消费钱币的金额、余额.4。3.2定义I/Ｏ设备输入/输出单元通常也称I／O单元或I／Ｏ模块，是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对被掌握对象进行掌握的依据；同时ＰLC又通过输出接口将处理结果送给被掌握对象,以实现掌握目的。I/O点安排表如4。３。３设计4.3。４运行图1－３-19运行结果图第四章总结现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例照实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息准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。并且，为防止地球暖化,自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型凉爽饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比,它能够节省10－１5％的电力。进入2１世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向进展。

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