基于PLC的自动售货机设计Word下载.docx
《基于PLC的自动售货机设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的自动售货机设计Word下载.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性。
设计的重要部分是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，并反复调试做到程序无误。
完成时间段
2011年12月15日至2012年3月15日共13周
指导教师单位
重庆科创职业学院
职称
讲师
院（系）审核意见
毕业设计（论文）进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师
签字
12月15日
至
12月25日
选题
12月26日
1月2日
论文提纲写作
1月3日
2月15日
初稿写作
2月29日
二稿写作
3月1日
3月10日
定稿并上交论文的电子文稿
3月15日
做好论文评阅准备
教师对进度计划
实施情况总评
签名
年月日
毕业设计（论文）中期检查记录表
学生填写
毕业设计（论文）题目:
基于PLC原理的自动售货机的设计
学生姓名:
王俊
学号：
专业：
机械制造与自动化
指导教师姓名:
邓文亮
职称:
讲师
检查
教师填写
毕业设计（论文）题目工作量
饱满
一般
不够
毕业设计（论文）题目难度
大
适中
毕业设计（论文）题目涉及知识点
丰富
比较丰富
较少
毕业设计（论文）题目价值
很有价值
价值不大
学生是否按计划进度独立完成工作任务
学生毕业设计（论文）工作进度填写情况
指导次数
学生工作态度
认真
较差
其他检查内容：
存在问题及采取措施:
检查教师签字:
年月日
院（系）意见
（加盖公章）:
年月日
摘要
本论文设计的是基于西门子系列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。
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
Abstract
ThisthesisisbasedonthedesignofSiemensPLThisthesisisbasedonthedesignofSiemensPLCconstituteavendingmachinemonitoringsystem,thispaperexpoundstheoriginanddevelopmentoftheautomaticvendingmachine,anditsdevelopingsituationinhomeandabroad,forvendingmachinearedemonstrated,introducedthePLCbasiccomposition,characteristicsandworkingprinciple,basedonSiemensPLCseriesavendingmachinesystemoveralldesignprocessinmoredetail.
Thispaperdescribesindetailthehardwarecompositionofthevendingmachine,andcompletedthePLCexternalwiringdiagram.InthePLCladderprogramming,thispaperadoptsSiemensPLCladderdiagramspecialcompilingsoftwareSTEP7toprepare.Introducedvendingmachine'
sbasicprincipleaswellastheworkflow,thentakeatransactionprocessasanexample,thetransactionprocessisdividedintoseveralblocks,andthentheblockofprogramming.Detaileddescriptionoftheprogrammablecontrollerinvendingmachinefunction.Theprocedureinvolvedthevendingmachineworkmostcourse.TheuseofPLCcontrolofthevendingmachinecanimprovethestabilityofthesystem,ensurestheautomaticvendingmachinecapableoflong-termstableoperation.
KEYWORD:
PLC;
sequentialfunctionchart;
ladderdiagram;
I/Opointdistribution
目录
第一章绪言1
第二章PLC的概述2
第一节PLC的特点和应用2
第二节PLC与其它工业控制装置的比较3
第三节PLC的应用场合4
第三章基于PLC原理的自动售货机的设计5
第一节自动售货机设计思路5
第二节外部接线7
第三节程序设计部分7
结论12
致谢13
参考文献14
第一章绪言
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。
从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。
从供给的条件看，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。
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。
第二章PLC的概述
第一节PLC的特点和应用
PLC专为在工业环境下应用而设计，以用户需要为主，又采用了先进的微型计算机技术，所以具有以下几个显著特点。
一、可靠性高
PLC由于选用了大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件和软件的设计制造过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，所以具有很高的可靠性。
PLC控制系统平均无故障时间可达2万小时以上。
高可靠性是PLC成为通用自动控制设备的首选条件之一。
二、编成简单、使用方便
PLC的编程采用类似继电控制系统电器原理的梯形图，用串联、并联、定时、计数等人们所熟悉的概念，使计算机语言大众化，只要是比较熟练的电工和熟悉工业和知识的人在几天内就能学会，只是PLC得到推广的重要原因之一。
三、通用性好，具有在线修改能力
PLC的硬件采用模块化结构，可以灵活的组态以适应不同的控制对象、控制规模和控制功能的要求，给组成各种系统带来极大的方便。
同一台PLC装置用于不同受控对象时,只是输入输出组件、功能模块和应用软件不同。
同时，PLC控制系统中的控制电路是由软间编程完成的，只要对应用程序进行修改就可以满足不同的控制要求，因此PLC具有在线修改能力，功能易于扩展，给生产带来了“柔性”，具有惯犯的工业通用性。
四、短设计、施工、投产试制周期，维护容易
目前PLC产品已实现了系列化、标准化，正朝着通用化方向发展，设计人员只需要根据控制系统的需要，选用相应的模块进行组件设计。
同时，用软件编程代替了机电控制的硬连线，大大的减轻了繁重的安装和接线工作，这不仅提高了可靠性，还极大的缩短了施工周期。
PLC还具有故障检测及显示的功能，使故障处理时间可缩短为10分钟，对维护人员的技术水平要求也不太高。
五、体积小
由于采用了微型计算机技术，使PLC达到了小型和超小型化，很容易装入机械设备内部，便于实现机电一体化。
由于上述特点，PLC作为通用自动控制设备，可用于单一机电设备的控制也可用于工艺过程的控制，而且控制精度相当高，操作简便，又具有很大的灵活性和可扩展性，使得PLC的应用越来越广泛。
第二节PLC与其它工业控制装置的比较
一、PLC与集散控制系统
PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，初期的功能是以数字量的顺序控制为主。
随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的发展，PLC在逻辑运算、璧还调节的功能，运算速度提高，输入输出规模扩大，并开始与小型计算机联成网络，构成以PLC为重要部件的初级分散控制系统[4]。
集散控制系统是由回路仪表控制系统发展而来，初期的功能以回路调节为主。
随着微处理器和单片机的出现，他把顺序控制技术、数据采集、过程控制的模拟量仪表和过程监控装置等有机的结合在一起，形成了新一代的集散型控制系统。
可见，不论是PLC还是集散系统，在发展过程中，始终是互相渗透，互相补充。
新一代的PLC增强了模拟量控制功能，可配备各种智能模块，具有了PID调节功能和构成网络系统、组成分级控制的功能。
集散系统既有单回路控制功能，也有多回路控制功能，同时也有顺序控制功能。
因此，当今的PLC与集散控制系统的发展越来越接近，很多生产过程的控制既可用PLC实现，也可用集散系统来实现。
二、PLC与工业控制计算机
工业控制计算机是指能够提供各种数据采集和控制功能，能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口，能够在恶劣的工业环境可靠运行的计算机系统。
工业控制机是由通用微机推广应用发展而来，硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速，实时性强，模型复杂的工业对象的控制占有优势。
但是，使用工业控制机的人员的技术水平要求较高，一般具有一定的计算机专业知识。
工业控制机在整机结构上尚不能适应恶劣的工作环境，因而，不如PLC那样容易推广。
PLC是专为工厂现场应用环境而设计的，结构上采用整体密封或插件组合型，并采用了一系列抗干扰措施，在工业现场使用有很高的可靠性；
PLC是由电气控制厂家研制出来的，采用梯形图语言编程，使熟悉电器控制的人员易学易懂，易于推广。
但是，由于PLC的运行方式不同于工业微机，微机的很多软件还不能直接应用；
且PLC的标准化程度较低，各厂家的产品不通用，因此在开发上不如工业控制机那样有基础。
第三节PLC的应用场合
随着电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。
目前在先进工业国家中PLC已经成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有的工业企业，诸如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车等等各行各业，所以PLC广泛应用在组合机床自动线、专用机床、塑料机械、包装机械、电梯等电器设备中。
PLC已经跃居现代工业自动化三大产柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主导地位。
第三章基于PLC原理的自动售货机的设计
第一节自动售货机设计思路
本次设计的自动售货机，主要是应用三菱FX-2N型PLC的梯形图来设计控制程序。
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（图4-1），再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，并反复调试做到程序无误。
图4-1自动售货机的外部图
图4-2顺序功能图
输入信号
输出信号
汽水按钮
X0
汽水排出电磁阀
Y0
花茶按钮
X1
花茶排出电磁阀
Y1
咖啡按钮
X2
咖啡排出电磁阀
Y2
一元投入按钮
X3
退币电磁阀（一元）
Y3
五元投入按钮
X4
退币电磁阀（十元）
Y7
十元投入按钮
X5
汽水指示灯
Y4
复位按钮
X6
花茶指示灯
Y5
退币按钮
X7
咖啡指示灯
Y6
七段译码显示
Y10——Y17
表4-3系统I/O分配表
第二节外部接线
图4-4外部接线图
第三节程序设计部分
一、程序设计说明
现在我们具体分析一下程序过程：
初始状态：
此时不能购买任何商品。
投币状态：
顾客投币，显示投入总值，即余额数值，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。
购买状态：
按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。
退币按钮：
按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。
按下确认钮，则恢复初始状态。
到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。
二、程序设计
可以把一次交易过程分为几个程序块：
运行初期清零过程；
投币过程；
价格比较与选择商品过程；
退币过程。
运行初期清零过程图（如图4-5）
从上的梯形图，D0是存放余额的数据寄存器，首先要对其进行清零。
不仅需要在完成一次交易后自动清零，而且也能让卖主自己手动清零。
所以用X6和M8002同时可以控制清零指令。
投币过程：
在投币的过程中，每投下一枚硬币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币制。
先建立变量表，在编写程序。
当按下投入1元时，相当于M1接通，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远加下去。
投入1元要投入显示、余额显示都相应增加相同数值，加法是由16位加法指令add来实现的。
投入5元、10元，原理同上。
七段译码指令SEGD梯形图4-6
价格比较和选择过程：
价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，提示可以购买。
这里用指示灯来代表此信号。
在梯形图中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M6,在程序执行过程中，M4始终保持闭合，CMP是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格，M6是大于价格，M5是等于标志。
再用定时器和M8013控制Y4，实现按下选择按钮并且余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。
一旦选择了相应的饮料，闪烁时间到，就驱动相应的饮料的电磁阀，电磁阀自己控制饮料流出时间。
具体梯形图如图4-7：
价格比较和选择过程图4-7
退币过程：
因为选择商品和退币是相互制约的，顾将这两个放在一起进行讨论。
顾客一旦选择了商品，就要用余额减去商品相应的价格，得出最新的余额，而且选择按钮必须是点动的，一次只有一次脉冲，保证SUB指令不会一直减下去。
而且不同商品的选择按钮是相互制约着减法指令的。
减法运算后的结果任放在D0中。
由于七段译码器始终是显示的是数据寄存器D0中的数据，所以就满足了余额显示的要求，如图4-8。
图4-8退币过程
退币的过程我们用到了除法运算，除法指令DIV将余额D0除以10，得到的商放在D1中，余数放在D2中。
然后将D1和D2分别赋值给计时器T3和T4，再用一个周期为0.1秒的时钟脉冲控制退币个数。
具体梯形图如图4-9：
退币的过程图4-9
结论
目前,可编程序控制器、机器人、CAD/CAM已经成为工业生产自动化的三大支柱。
在以PLC为核心的自动售货机控制系统中,当需要增加可选择的商品数量时,该控制系统的硬件只需要增加相应的输入信号,其硬件的原有接线不需要改变,软件则可以根据不同的控制要求进行修改,具有较强的适应性,因此在自动售货机行业中得到广泛的应用。
根据日本、美国等国家的经验,自动售货机将在全球范围内得到更大的普及,其未来的发展趋势主要有如下3点:
（1）自动售货机的机体内部结构已经相当完善,影响其普及的关键因素:
在现有的各种通信网络平台上如何让自动售货机形成一种销售连锁网,为其提供更方便的营销方式和管理机制,能最大限度地降低生产、运营成本。
目前,无论是基于Internet还是基于移动通信网或其他网络平台,其运作的机制都不太成熟,不过这并不影响自动售货机的发展潜力。
因此,自动售货机未来的发展趋势是将其纳入到一个更广阔、更便利的移动商务网络平台。
（2）社会将会更加需要能够合理利用能源的工业产品,因此自动售货机的发展也会向着这个方向发展,节能、环保型的自动售货机将是未来社会所需要的主流产品。
（3）自动售货机的发展目标是为社会和生活带来最大的便利,这就要求不但要具备实现其本身固有的功能,更重要的是要求不会给社会和日常生活带来各种各样的负面影响。
致谢
从十二月份接受课题到现在完成毕业设计论文，衷心的感谢我的指导老师给予了精心的指导和热情的帮助。
对我的设计工作给予了很多的指导和帮助，使我能够将理论中的结果与实际相结合。
最后的测试修改阶段老师抽出时间为我提供了必要的帮助，这样使得我得以顺利的完成毕业设计开发工作，老师渊博的知识，敏锐的思路和实事求是的工作作风给我留下了深刻的印象，这将使得我终身受益，谨此向老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。
参考文献
［1］裴进灵.一种新型自动售货机的研制[J]，科技情报开发与经济，2002，（12）。
［2］朱军.自动售货机的结构[J]，信息与电脑，1995。
［3］王永华.现场总线技术及应用教程，机械工业出版社,2007。
［4］周美兰,周封,王岳宇.PLC电气控制与组态设计，科学出版社。
［5］朱绍祥等编译.可编程序控制器原理及应用，上海交通大学出版社，1988年。
［6］王维亚等编.可编程序控制器及其应用，广西教育出版社，1990年。
［7］林晓峰编.可编程序控制器原理及应用，高等教育出版社，1991年。
［8］钟肇新等编译.可编程序控制器原理及应用，华南理工大学出版社，1991年。
［9］金广业等编著.可编程序控制器原理与应用，中国自动化学会应用专业委员会，1990年。
升级会员 