基于PLC自动售货机控制系统毕业设计论文.docx
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基于PLC自动售货机控制系统毕业设计论文
编号
信息职业技术学院
毕业论文
题目
基于PLC的自动装卸料系统的设计
学生
学号
院系
电气工程系
专业
电气自动化
班级
指导教师
顾问教师
二〇一四年六月
摘要
自动售货机在中国有着广阔的发展前景，文中介绍了自动售货机的发展历史和现状。
在这次毕业设计中，我查阅了大量资料，以PLC原理为基础设计了自动售货机系统。
按照自动售货机的工作方式，把一次交易过程分为：
运行初期清零过程、投币过程、价格比较过程、选择商品过程、退币过程。
利用梯形图编制各个过程的程序，完成了设计的基本要求
本论文是基于西门子S7-200系列PLC进行自动饮料售货机控制系统的设计的。
本文介绍了PLC的硬件基本组成，特点以及工作原理。
阐述了自动饮料售货机的来源，发展及系统设计的基本原理及工作流程。
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4.0版本的STEP7来进行编写，并完成了PLC外部接线图。
利用PLC控制的自动饮料售货机提高了系统的稳定性，且逻辑上保证无或者尽量减少漏洞，使自动售货机能够长期稳定运行，不需要经常有人维护。
关键词：
自动饮料售货机PLC梯形图西门子
ABSTRACT
VendingmachinesinChinahasabrightfuture,thepaperintroducesthehistoryanddevelopmentofvendingmachinestatus.Duringthegraduationproject,IreviewedalotofinformationtodesignPLCbasedontheprincipleofautomaticvendingmachinesystem.Vendingmachinesworkaccordingtoatransactionprocessisdividedinto:
Runtheinitialclearingprocess,theprocessofcoin,thepricecomparisonprocess,theprocessofselectionofgoods,coinprocess.Ladderpreparedusingtheprocedureofeachprocesstocompletethedesignofthebasicrequirements.
ThedesignofAutomaticBeverageVendingMachinePLCControlSystemisbasedonSiemensS7-200series.ThepaperintroducesthebasicstructureofPLC,characteristicsandworkprinciple.InthePLCtrapezoidalchartcompilation,thispaperadoptstheSiemensPLCladderspecialcompilersoftwareversion4oftheSTEP7towrite,andcompletedthePLCexternalwiringdiagram.ToimprovethestabilityofthesystembyusingautomaticbeveragevendingmachinePLCcontrollogic,andensurenoorlittleloopholes,thevendingmachinecanhavealong-termstableoperation,notoftenneedsomeonemaintenance
Keywords:
automaticbeveragevendingmachine；PLC；ladderdiagram；Siemens
第一章．绪论
1.1自动售货机的发展历史
据说世界上最早的自动售货机出现在公元前3世纪，那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。
17世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。
在自动售货机历史的长河中，日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。
日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动出售机”，它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。
自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。
50年代，“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎，果汁被注入在纸杯里出售。
后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，1962年，出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。
1967年，100日元单位以下的货币全部改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。
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。
例如实行联机方式，通过线路将自动售货机的库存信息及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，节能型清凉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，它能够节约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发展。
因经济复缓慢，社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。
自动售货机不仅保障了惬意的工休时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。
特别是在24小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机，解决了不间断提供咖啡饮品服务的问题，这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。
1999年的全美自动售货机协会和全美咖啡服务协会的合并使人们更直观地看到了这种融合现象。
日本是自动售货机的天堂。
除鸡蛋、米饭之外，报纸、杂志、一次性相机、干电池、磁带、刮刀、袜子、花及宠物食品等各种商品都通过自动售货机进行销售。
连熟知自动售货机的美国游客在日本看到10台自动售货机排成一列的景象后，也是连声称奇。
国大约有78万台自动售货机，是除了日本、美国、英国之外自动售货机使用数量最多的。
从不同的种类来看，咖啡茶的自动售货机约占全部售货机的40%以上；另外，还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、办公咖啡自动售货机和照片胶粘标签自动售货机、票类自动售货机、手机充电自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。
主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁等，公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。
运营自动售货机产业的公司在全国大约有800余个，而销售自动售货机原料、商品流通、机械销售的公司大约达到了1150个。
1.2自动售货机简介
自动售货机是集声、光、机电一体化的高新智能化产品，在我国也开始得到应用。
在中国人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所。
自动售货机在中国有着广阔的发展前景。
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。
从广义来讲自动售货机就是在投入硬币、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。
1.3自动售货机工作原理
1）从投币口送入货币，然后经过传感器采集数据、识别器判别人民币的真伪并判别面值。
2）识别器把信息数据传给通信模块。
3）通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已售完，并等待顾客按键选择商品。
4）顾客选择商品后，根据售出的商品包装类型的不同，采用不同的驱动技术把商品送出。
此次设计的售货机主要出售易拉罐装饮料，是利用电磁阀带动翻版驱动的。
5）显示余额，如果金额足够多，顾客可以选择找币或继续买商品；如果款额不足，售货机经过延时予以退币。
退币分两种情况：
一种是由纸币识别器完
成退纸币，另一种是由硬币的通信模块完成退硬币。
6）系统复零，完成售货。
1.4自动售货机设计要求
1）自动售货机有3个投币孔，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始闪烁，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。
第二章．总体设计方案
2.1总体设计思路
自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算，然后根据运算结果做出相应的判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买，本次课程设计的要可识别三种钱币，分别是1元、2元、5元，采用三个按钮进行模拟，自动售货机共出售四种货物，其价格分别定为1元、3元、4元、6元，当投币数大于等于货物价格时且售货机里有这种货物时，指示灯亮，表示可以进行购买，四种货物分别用四个小灯代替进行模拟。
除此之外，本次设计还涉及了显示、找零、送货等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，显示投币总数和购买后的余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零，采用从高到低递减的形式进行清零，例如：
当余额为17元时，按下找零按钮后，先找三个五元数码管分别显示12、7、2，然后再找2元，清零。
送货部分采用小车直线运动进行模拟，将四种货物分别送到四个不同的地点，采用四个光电开关分别代表四个不同的送货地点，当按下不同的送货按钮后，小车会以其对应的光电开关为终点做直线往返运动，表示送货过程
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替代的这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实售货机的运行。
2.2、PLC总体设计流程
以下为PLC的一般工作过程流程图。
图一PLC工作过程流程图
第三章．硬件设计
我们本次采用的是西门子公司的S7—200系列PLC，它可以提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元，其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。
3.1、I/O地址分配
本次课程设计的主要I/O分配如下：
表一I/O地址分配
输入单元
PLC地址
输出单元
PLC地址
投币1元
I0.1
A货物显示
Q1.0
投币2元
I0.2
B货物显示
Q1.1
投币5元
I0.3
C货物显示
Q2.0
送货（A货物）
I0.4
D货物显示
Q2.1
送货（B货物）
I0.5
找零出口
Q2.2
送货（C货物）
I0.6
出货口
Q2.3
送货（D货物）
I0.7
电机正转
Q2.6
找零
I0.0
电机反转
Q2.5
数码个位显示
I0.0—I0.3
数码十位显示
I0.4—I0.7
限位开关S1
I1.0
限位开关S2
I1.1
限位开关S3
I1.2
限位开关S4
I1.3
3.2、中间继电器分配
表二中间继电器分配
中间继电器
功能
中间继电器
功能
M0.0
送A货
M1.2
电机反转
M0.1
限位开关S1
M1.3
电机正转
M0.2
限位开关S2
M1.4
电机正转
M0.3
送B货
M1.5
电机反转
M0.4
送C货
M1.6
电机正转
M0.5
限位开关S3
M2.0
送货延时
M0.6
送D货
M2.1
送货延时
M0.7
限位开关S4
M2.2
送货延时
M1.0
电机反转
M20.0
找零
M1.1
电机正转
3.3、整体系统工作流程
整个系统的整体工作流程如图二所示
图二整体工作流程图
3.4、硬件接线图
图三硬件接线图
3.5、实物接线图
图四实物接线图
第四章．软件设计
第五章．程序调试
在整个程序的调试过程中，我遇到了一些问题，最初的设计比较简单，只是将投币，购买的过程考虑进去，而没有将购买之后送货的过程加进设计的方案中，后来在老师的提醒之下，我又将送货的过程采用了小车直线运动进行模拟，将四个光电开关模拟成四种货物的送货地点，分别在按下四个送货按钮之后，将货物送到四种地点，使得整个系统更加完善，功能更加强大。
在数码显示的过程中也遇到了一些问题，数码显示时数据的传输所用到的中间继电器和后来送货时的中间继电器发生了冲突，使得程序运行过程发生了紊乱，后来在同学的帮助下，我明白了问题的关键，将其解决，使数码显示功能顺利实现。
在最后的送货过程中，由于有四个地点，所以要对电机的正反转分别进行控制，最初我是将所有的正转输入都采用了Q2.6进行驱动，所有的反转输入都采用了Q2.5进行驱动，当程序运行时，发现得不到预期的现象，经检查程序没有问题，后来经过考虑和同学的提醒，采用中间继电器进行驱动，现象就出现了，实现了最初预想的送货过程。
在找零阶段，最初只是按下找零按钮后直接将数码显示清零，后来经过思考和老师的提醒，将找零部分又逐步进行了完善，将找零的过程在数码管上显示了出来先找大面额的钱币，后找小面额的钱币，其部进行减法运算，使得整个找零的过程清晰可见。
在购买货物的过程中最初忽略了如果货物售完该怎么办，后来经过完善将货物的数量进行了设定，只有当投币金额大于等于所要购买的货物时，且货物数量大于零时才能进行购买，这使得整个过程更加完善。
第六章．结论
通过本次PLC课程设计使得我对PLC的操作更加的熟练，同时掌握了自动售货机的基本工作原理，对自动售货机的发展也有了一定的了解更加充分的体会到了PLC在实际生活中的重要应用与在当今控制领域的重要地位。
与此同时，我也对S7—200系列的PLC有了更进一步的了解，同时对PLC的高效性和实用性有了更进一步的认识，在整个课程设计过程中，在遇到问题的时候，我学会了如何借助外界的帮助和自身的努力来解决实际问题，懂得如何进行独立思考，如何冷静的面对要解决的问题，这些都是今后学习生活的宝贵经验，在以后的各个方面都有着至关重要的作用。
致
在此答辩之际，我首先要感夏玉红老师。
因为无论从论文选题，到编写过程，直到完成，夏老师无不倾注着心血和辛劳。
这点让我们深受感动。
夏老师认真的求学精神、严谨的治学态度、渊博的专业学识、敏锐的学术眼光、深邃的学术思想、勤勉塌实的治学作风、诲人不倦的精神无不让人感动。
我在这里说一声，老师，辛苦了！
同时，我还要感其他给我指导帮助的各位老师，他们都在我做设计的时候无私的帮助过我，给我提出很多很好的建议，让我获益匪浅。
三年大学生活转眼即逝。
在这三年学习期间，信息职业技术学院的老师们无私耕耘、孜孜教诲，让我们学到了很多书里和书外的知识。
为我们即将进入社会打下了良好的基础。
在这里我向所有老师们表示深深得意和崇高的敬意。
你们辛苦了！
最后，衷心地感在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！
忠心地祝愿各位身体健康、工作顺利。
参考文献
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