毕业论文设计PLC控制自动售货机的设计.docx
《毕业论文设计PLC控制自动售货机的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文设计PLC控制自动售货机的设计.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业论文设计PLC控制自动售货机的设计
毕业论文（设计）
题目PLC控制自动售货机的设计
毕业论文（设计）原创性声明
本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：
日期：
毕业论文（设计）授权使用说明
本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
保密的论文（设计）在解密后适用本规定。
作者签名：
指导教师签名：
日期：
日期：
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
德州学院毕业论文（设计）开题报告书
xxxx年xx月xx日
院（系）
机电工程系
专业
自动化
姓名
学号
论文（设计）题目
PLC控制自动售货机的设计
一、选题目的和意义
自动售货机是一种全新的商业零售形式。
随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对自动售货机的安全性、可靠性的要求越来越高。
PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以安全可靠性、运行稳定、编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点。
在自动售货机控制系统过程中得到了广泛的应用。
自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。
自动售货机解放了人力，方便了生活，创造了效益，方便广大的市民。
实践和直觉告诉我们，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！
所以设计自动售货机是非常必要的。
二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势
自动售货机是集声、光、机、电于一体的智能科技产物，进入21世纪之后，自动售货机进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展，同时，PLC的过程控制应用已被广泛应用于连续过程控制领域，而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。
使未来的自动售货机不仅仅具有售货功能，而是更加多元化，人性化，更节能。
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。
自动售货机将成为一个潜在的巨大产业,继百货商店、超市之后掀起第三次零售业革命,其前景非常广阔。
透过这种智能售货系统,存货、销售、物流信息可以准确、及时地反馈给客户和管理人员。
自动售货机除了更方便售卖货品之外,还被视为一种传播广泛的广告媒介。
近几年，自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。
实践和直觉告诉我们，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！
三、课题设计方案[主要说明：
研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。
]
本次设计的题目是自动售货机，主要是应用西门子S7-200型PLC的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：
PLC的定义、PLC的编程语言、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。
本次设计的重要部分是第三章的设计部分，即自动售货机梯形图的设计。
首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，这样才能真正理解本次智能抢答器的控制原理。
自动售货机设计的主要内容
（1）此自动售货机可以投入五角、一元的硬币；
（2）如果顾客投入硬币在限定的时间内（2分钟）不按任何按键，自动售货机将退还所投硬币；
（3）当投入硬币的总值等于或才超过物品价值时，对应的物品指示灯亮绿灯；
（4）当物品对应的指示灯亮绿灯时，按下按下相应的按键，相应的物品排出，同时指示灯绿灯闪烁；
（5）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；
（6）当顾客成功购买完一件物品后20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）找零时顾客可选择退一元的还是五角的；
（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），并向总部发送所缺物品。
四、计划进度安排[主要说明：
起止时间及分阶段的进度要求。
]
1.毕业设计（论文）准备阶段：
2011.10.8----2011.10.24：
确定毕业论文课题
2011.10.24----2011.10.31：
撰写课题说明书
2.毕业设计（论文）的研究及设计（论文）撰写阶段
2011.11.3----2011.12.20确定设计（论文）题目及撰写开题报告
2011.12.21----2012.3.30毕业学生查询相关资料，完成初稿
2012.4.1----2012.4.15提交中期检查表
2012.4.16----2012.4.30综合老师和自己意见最终定稿
2012.5.4----2012.5.10将设计（论文）交于评阅教师进行评阅，进行毕业答辩
3.毕业设计（论文）答辩阶段：
2012.5.15----2012.5.28毕业设计（论文）答辩
五、主要参考文献
[1]程周,可编程序控制器原理与应用[M],北京：
高等教育出版社，2003年
[2]王永华,现代电气控制及PLC应用技术.[M],北京：
北京航空航天大学出版社，2000年
[3]周美兰,周封忘岳宇,PLC电气控制与组态设计[M],北京：
科学出版社，2003年
[4]吴建强,姜三勇,可编程控制器原理及应用[M],哈尔滨工业大学出版社，2000年
[5]吴中俊,黄永红,可编程序控制器原理及应用[M],北京：
机械工业出版社，2003年
[6]张万忠,刘明芹,电器与PLC控制技术[M],北京：
化学工业出版社，2003年
[7]王兆义,可编程序控制器教程[M],北京：
机械工业出版社，2001年
[8]廖常初,S7-200PLC基础教程[M],北京：
机械工业出版社，2001年
[9]裴进灵.,新型自动售货机的研制[J]，科技情报开发与经济，2002年
指导教师意见及建议：
签名：
年月日
教学单位领导小组审批意见：
组长签名：
年月日
德州学院毕业论文（设计）中期检查表
院（系）：
机电工程系专业：
自动化××××年××月××日
毕业论文（设计）题目：
PLC控制自动售货机的设计
学生姓名
邢生歧
学号
2
指导教师
冉玉梅
职称
计划完成时间：
2007年5月1日
毕业论文（设计）的进度计划：
2010.01-2010.02：
整理和查询资料并完成开题报告，写出论文提纲；
2010.02-2010.03：
整理资料，结合所学知识，依据修改的提纲撰写论文初稿；
2010.03-2010.04：
在初稿基础上修改论文，撰写论文第二稿；
2010.04-2010.05：
继续修改论文，最后定稿，交指导老师；
2010.05：
整理论文资料并装订成册，组织小组答辩
完成情况：
本人经过前一段时间的不断学习及查阅相关学习资料，论文的开题报告及解决问题的基本思路已经形成，煤气泄漏检测及报警系统的相关资料也已经准备完毕，分析确定了系统的设计框架，涉及到以前学过的单片机等相关知识，我的论文草稿目前已经接近尾声，敬请老师对我的论文初稿进行指导！
指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页）
签名：
xxxx年x月x日
备注：
PLC控制自动售货机的设计
邢生歧
（德州学院机电系，山东德州253023）
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，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S7-200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。
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。
关键词：
PLC；顺序功能图；梯形图；I/O点的分配
1绪论
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。
1.2自动售货机设计的主要内容
（1）此自动售货机可以投入五角、一元的硬币；
（2）如果顾客投入硬币在限定的时间内（2分钟）不按任何按键，自动售货机将退还所投硬币；
（3）当投入硬币的总值等于或才超过物品价值时，对应的物品指示灯亮绿灯；
（4）当物品对应的指示灯亮绿灯时，按下按下相应的按键，相应的物品排出，同时指示灯绿灯闪烁；
（5）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；
（6）当顾客成功购买完一件物品后20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）找零时顾客可选择退一元的还是五角的；
（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），并向总部发送所缺物品。
1.3自动售货机设计的基本思路
本次设计的题目是自动售货机，主要是应用西门子S7-200型PLC的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：
PLC的定义、PLC的编程语言、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。
本次设计的重要部分是第三章的设计部分，即自动售货机梯形图的设计。
首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，这样才能真正理解本次智能抢答器的控制原理。
2PLC的概述
2.1PLC的定义
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及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
2.2PLC的简介
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。
2.3PLC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（见图1）。
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。
2.4PLC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。
PLC的扫描全过程如图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2PLC的扫描全过程
2.5PLC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、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3。
图3PLC硬件结构图
2.6PLC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）。
2.7PLC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。
3自动售货机的设计
3.1西门子S7-200PLC特点
（1）体积小
（2）重量轻（3）DIN导轨安装和安装孔
（1）免维护性
（2）内配24V/180mA或280mA直流（3）灵活中断输入（4）便于扩展
（5）没配有高速计数器（6）模拟电位器外部设定（7）CPU214还有脉冲输出、实时时钟等功能；CPU215/CPU216在此基础上还有PID指令、通讯能力强等特点
3.2自动售货机设计软元件
3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，但它没有瞬动触点，失电时，常闭触点闭合，常开触点打开；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），允许的最大值为32767。
定时器指令表见表1。
表1定时器指令
语句
描述
TONTxxx，PT
接通延时定时器
TOFTxxx，PT
断开延时定时器
TONRTxxx，PT
保持型接通延时定时器
BITIMOUT
起动间隔定时器
CITIMIN,OUT
计算间隔定时器
数学运算指令
在梯形图中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令（见表2）分别执行下列运算：
IN1+IN2=OUT，IN1—IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。
表2加减乘除指令
梯形图
语句表
描述
梯形图
语句表
描述
ADD_I
+IINT1,OUT
整数加法
DIV_DI
/DINT1,OUT
双整数除法
SUB_I
-IINT1,OUT
整数减法
ADD_R
+RINT1,OUT
实数加法
MUL_I
*IINT1,OUT
整数乘法
SUB_R
-RINT1,OUT
实数减法
DIV_I
/IINT1,OUT
整数除法
MUL_R
*RINT1,OUT
实数乘法
ADD_DI
+DINT1,OUT
双整数加法
DIV_R
/RINT1,OUT
实数除法
SUB_DI
-DINT1,OUT
双整数减法
MUL
MULINT1,OUT
整数乘法产生双整数
MUL_DI
*DINT1,OUT
双整数乘法
DIV
DIVINT1,OUT
带余数的整数除法
在语句表中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令分别执行下列运算：
IN1+OUT=OUT，OUT—IN1=OUT，IN1*OUT=OUT，OUT/IN2=OUT。
自动售货机的基本功能
自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规程（如图4），并介绍了自动售货机运行系统中所包括的人工操作步骤。
在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。
售货机的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够购买某种商品，并作出相应的反应。
例如：
售货机中有2种商品，A商品价格为0.5元，B商品为1元。
现投入1个1元硬币，当投入的货币超过A商品的价格时，A商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，B商品也提示。
当按下选择A商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去A商品的价格同时启动相应的电机，提取A号商品到出货口。
此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。
由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能。
还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能
自动售货机I/O点的分配
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对被控制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制对象，以实现控制目的。
本次智能抢答器I/O点的分配如表3所示。
表3自动售货机I/O点的分配表
序号
定义点
符号
功能
1
SB1
找零按钮
2
SB2
食品五角按钮
3
SB3
食品一元按钮
4
SB4
饮料一元按钮
5
SB5
饮料二元按钮
6
SB6
日用二元按钮
7
SB7
日用三元按钮
8
SB8
投五角硬币
9
SB9
投一元硬币
10
SB10
找零五角
11
SB11
找零一元
12
SB12
食品五角行程开关
13
SB13
食品一元行程开关
14
SB14
饮料一元行程开关
15
SB15
饮料二元行程开关
16
SB16
日用二元行程开关
17
SB17
日用三元行程开关
18
食品五角红灯（物品售完）
19
食品一元红灯（物品售完）
20
饮料一元红灯（物品售完）
21
饮料二元红灯（物品售完）
22
日用二元红灯（物品售完）
23
日用三元红灯（物品售完）
24
找零
25
出食品五角
26
出食品一元
27
出饮料一元
28
出饮料二元
29
出日用二元
30
出日用三元
31
食品五角绿灯（可
升级会员 