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最新版毕业设计报告论文
毕业设计报告（论文）
（2012届）
题目：
基于PLC的自动售货机设计
所属系：
自动化技术系
班级：
自动化0913
学生姓名：
周*春
学号：
同组成员：
杨*秀
指导教师：
刘*凯
摘要
本文在PLC及MCGS的支持下对售货机进行了研究。
利用PLC控制自动售货机，选择合适的方案，并进行合理的硬件选型、设计及I/O配置、MCGS组态的编辑、将程序输入PC机进行调试，最终确定设计方案。
文中详尽的介绍了自动售货机的各硬件及软件组成，并完成了PLC外部接线图。
在编辑PLC梯形图时专用编辑软件三菱PLC进行编写。
本文介绍了自动售货机的工作原理及工作流程，具体说明了可编程控制器在自动售货机中的作用，程序涉及到了售货机的工作的绝大部分过程，利用PLC控制的售货机提高了系统的稳定性，确保自动售货机能够长期运行。
关键字：
自动售货机、PLC、MCGS
摘要II
目录III
一、绪论1
二、自动售货机的简介2
2.1、自动售货机的起源2
2.2、自动售货机的现状与发展2
2.3、自动售货机的售货流程3
三、硬件选型5
3.1、PLC的简介5
3.2、PLC的选型5
3.3、按钮的选型6
3.4、导线的选型7
3.5、信号指示灯的选型7
四、PLC控制系统的设计8
4.1、硬件的分析8
4.1.1、控制要求的分析8
4.1.2、I\O点的统计8
4.1.3、PLC的I/O分配图9
4.2、程序编写9
五、软件仿真的设计13
5.1、组态王的简介13
5.2、MCGS的简介13
5.3、组态软件的选型15
5.4、仿真画面的设计15
5.4.1、组态与PLC联机设置17
5.4.2、实时数据库定义17
5.4.3、组态输入输出点设置17
六、PLC及MCGS的联机仿真调试18
6.1、仿真调试18
6.2、仿真结果及分析18
6.3、控制系统19
结论20
致谢21
参考文献22
附录：
自动售货机程序23
一、绪论
自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧。
自动售货机适宜经营的场所比较广泛，机场、车站、码头、地铁口、商业街、校园、办公写字楼、居民生活小区、游乐场所等都是安装自动售货机的好地方，而适销的商品更是五花八门、种类繁多，只要是各种标准化的商品，都可通过自动售货机予以销售。
我们相信，随着我国经济的持续发展，人民消费水平的不断提高，对自动售货机的需求必将越来越多、越来越广泛。
自动售货机是可完成无人自动售货，集光、电、机一体化的商业自动化设备。
自动售货机具有不受任何场地限制、方便快捷、可以每天24H售货的优点。
传统自动售货机控制系统采用单片机作为核心，这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作，而且系统抗干扰性比较差。
PLC是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点、已在工业控制领域得到广泛的应用。
因为自动售货机作为社会上完成零售和综合服务的独立设施，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。
PLC是以CPU为核心，综合了计算机技术和通讯技术发展起来的工业控制装置，目前已广泛应用于各个行业。
本文是基于PLC所设计的自动售货机，在本设计中将根据设计要求，完成自动售货机的基本功能，在组态仿真中能够仿真运行。
并根据设计思想用PLC做出自动售货机的模拟实物，进行简单的运行。
二、自动售货机的简介
2.1、自动售货机的起源
自动售货机的历史，可一直追溯到远古时代的埃及。
亚历山大的科学家HERON在其所著的《气体装置（PNEUMATIKA）》中描述，只要将钱币投入该装置，水就会自动流出来。
这就是自动售货机的起源，大约在公元前215年左右，埃及寺院中就安装了这种装置，用来销售“神圣之水（圣水）”。
日常生活中最重要的是方便。
自动售货机最早出现在二十世纪五六十年代的西欧，当时在美国的地铁中，人们可以用1美分在自动售货机上买到一块口香糖。
第二次世界大战后，经济开始复兴的1957年，以日本作为代表，开发出了饮料自动售货机。
只要在饮料自动售货机中投入10日元，就会在纸杯内注入一定量的果汁。
由于机器的上部安装有引人注目的喷水装置，所以该自动售货机被称为“喷水型果汁自动售货机”，自此出现了爆发性的自动售货机狂潮。
此种喷水型果汁自动售货机为消费者带来了新奇、前卫的购买方式，并对之后日本的自动售货机高度普及起到了很大的作用。
之后登场的是可乐自动售货机。
随着美国大型可乐公司正式进驻日本市场，到了1960年代中期，罐装饮料自动售货机也登场了。
自动售货机的活跃表现对可乐销量的惊人增长贡献巨大。
同时，优秀的自动售货机市场战略、操作技巧等都对日本的自动售货机产业的发展产生了很大的影响。
2.2、自动售货机的现状与发展
目前，自动售货机作为一种不同于传统的零售方式进入四十五个国家市场。
在这四十五个国家中，美国和日本发展最快。
在国外主要是以饮料厂
引导，带动自动售货机的发展。
作为世界上最大的自动售货市场，日本通过自动售货机出售的商品多达6000余种。
在欧洲每台自动售货机日销售额达到50到100美元不等，以巴黎地铁车站为例，在各个站点总计摆放了1500台，每月销售额达600万法郎。
美国自动售货机的零售营业额高达293亿美元，日本每个消费者每年在自动售货机上的消费金额达5.5万日元。
全世界每年通过自动售货机销售商品的总额已达2000亿美元。
伴随收入水平的提高，人们追求灵活、方便、快捷以及自助式服务是自动售货机得以如此迅猛发展的主要原因。
在发达国家自动售货机已经成为零售业一个不可分割的部分，特别是对青年一代，这种伴随其成长的前卫零售方式更可谓是一种新的消费时尚。
现代都市生活的节奏日趋加快，追求方便、快捷的服务成为人们的一种时尚，以麦当劳、肯德基为代表的的西式快餐在我国的迅速发展就是很好的例子。
随着对外开放的不断扩大，传统的零售业发展成百货商店、连锁超市、电视直销、厂家直销等多种方式并存的局面，极大地方便了人们的生活。
自动售货机如图2.1：
图2.1自动售货机
2.3、自动售货机的售货流程
自动售货机的售货流程如图2.2：
图2.2自动售货机的售货流程图
三、硬件选型
3.1、PLC的简介
PLC是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
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由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性；配套齐全，功能完善，适用性强，易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小；维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低。
PLC如图3.1：
图3.1PLC
3.2、PLC的选型
根据输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
电源的选择
PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计
和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压
一致。
重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。
经济性的考虑
选择PLC时，应考虑性能价格比。
考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展
性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产
品。
输入输出点数对价格有直接影响。
每增加一块输入输出卡件就需增加一定的
费用。
当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相
应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择
都有影响。
在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价
格比。
根据所需控制要求点数、经济方面考虑，故选择三菱FX2N-48MR。
3.3、按钮的选型
根据颜色
根据使用要求和用途选择适合要求的颜色。
根据类型
开启式按钮：
一般用于开关柜、控制台、控制柜的面板上。
保护式按钮：
带有保护外壳，可防止内部的零件受机械损伤或操作者
触及带电部分。
防水式按钮：
带有密封外壳，防止雨水浸入，户外使用。
防爆事按钮：
适用于煤矿等有爆炸性气体和尘埃的环境使用。
防腐式按钮：
适用于有化工腐蚀性气体的环境使用。
紧急式按钮：
有红色大蘑菇头突出于按钮螺帽之外，供需要紧急切断
电源时使用。
钥匙式按钮：
只有用钥匙插入按钮才可操作，防止误动作。
旋转式按钮：
用手把旋转操作触头，接通或分断电路。
带灯按钮：
带有指示灯的按钮，尚可兼做指示灯。
自持按钮：
按钮内装有自持装置，一般为面板操作。
双速按钮：
触头机构的操作可以通过接触器对具有2个绕组的双速电
机进行无间歇的转换，保证电机及其他起重机在转速变换时的机械性
能。
根据使用要求选择相应的类型按钮。
根据经济
在经济及控制允许的前提下故选择开启式按钮。
3.4、导线的选型
根据载流量选择
计算或者估算线路最大电流的承受范围，在满足要求的前提下选择合适导
线。
根据经济选择
在经济及控制的要求下1平方厘米的导线。
3.5、信号指示灯的选型
根据使用信号灯大小
小型机械只要装36直径，直径42，直径50的信号灯就可以，中型机械（一
般都为中性机械）选择直径60或者直径70的，大型机械（很少）那就选择
直径80以上的，但一般情况下直径70为标准直径。
根据信号灯类型
一般分为组合式信号灯和一体式信号。
根据发光源
信号灯一般分为LED灯泡和普通灯泡。
根据安装方式
分为直立式安装、侧壁安装、内螺纹安装。
根据经济及控制要求的条件和使用要求选择LED信号指示灯。
四、PLC控制系统的设计
4.1、硬件的分析
在基于设计要求和综合因素的考虑下，采用三菱FX2N-48MR型号的PLC。
4.1.1、控制要求的分析
售货机可以出售矿泉水1元、可乐2元、冰红茶2.5元。
此售货机可投入1角、5角和1元硬币
当投入的硬币总值超过1元时，矿泉水灯亮；当投入的硬币总值超过2
元时，矿泉水灯和可乐灯亮；当投入的硬币总值超过2.5元时，矿泉水灯、可乐灯和冰红茶灯亮。
当按钮矿泉水灯亮时，按动矿泉水按钮，开始售货，同时矿泉水灯闪3s后熄灭。
可乐和冰红茶售货与矿泉水售货相同。
可以进行找钱。
4.1.2、I\O点的统计
I\O如表4.1：
输入
输入点
输出
输出点
1角开关
X0
矿泉水指示灯
Y0
5角开关
X1
可乐指示灯
Y1
1元开关
X2
冰红茶指示灯
Y2
矿泉水按钮
X3
矿泉水输出灯
Y3
可乐按钮
X4
可乐输出灯
Y4
冰红茶按钮
X5
冰红茶输出灯
Y5
退币按钮
X6
找钱机构
Y6
4.1.3、PLC的I/O分配图
PLC的I/O分配图如图4.2：
图4.2PLC的I/O分配图
4.2、程序编写
根据设计要求进行程序编写。
当顾客投相应售货机所识别的三种币后，分别接通X1、X2、X3，所投面值不同的硬币，均累计显示在D0中。
程序需投币计数，程序如图4.1：
图4.1投币计数程序图
在顾客投入相应数量钱币后，钱币的数额综合跟程序设定好的饮料数值进行比较，当钱币比较结束后，如所投钱币数额在规定范围内，满足购买币值，即可进入选择饮料环节。
钱币需识别比较，程序如图4.2：
图4.2钱币识别比较程序图
在投币程序比较后，顾客即可选择自己欲购买的饮料，按下饮料相对应按钮后，触动X4、X5、X6任意其中之一，即可完成选择步骤。
客户需选择购买饮料，程序如4.3：
图4.3饮料选择程序图
当顾客选择好饮料的同时，所选饮料所对应的指示灯开始动作，即Y0、Y1、Y2其一动作，触发对应指示灯亮。
在选择饮料后，对应指示灯会作出相应动作即为亮，程序如4.4：
图4.4饮料选择指示灯程序图
顾客在购买饮料结束后，如有余额，售货机会自动退还余额。
退换程序如图4.5：
图4.5退币程序图
将程序组合，即可实现自动售货机的自动售货需求。
五、软件仿真的设计
5.1、组态王的简介
组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。
尤其考虑三方面问题：
画面、数据、动画。
通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。
组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。
而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。
它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
5.2、MCGS的简介
MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，监视与控制通用系统）是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。
MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。
具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。
通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。
用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。
MCGS软件的版面如图5.1：
图5.1MCGS软件的版面图
MCGS的软件结构如图5.2：
图5.2MCGS的软件结构
相比组态王，mcgs的性能更加稳定，出于方便、性能稳定故选择MCGS。
5.3、组态软件的选型
随着自动化产品的不断升级，在选择软件产品时的要求也越来越高。
相比以前，对软件产品各方面的性能都有更多的关注。
现在看来，各种标准之间的重要性差别不是很大。
总体而言，使用时更加关注软件的性能和运行效率，例如软件运行可靠性、可维护性、口碑以及可操作性。
5.4、仿真画面的设计
点击用户窗口中的，点击下方的窗口属性，在弹出窗口中更改名称，点确定。
返回点击，根据要求进行动画画面的设计。
动画如图5.3：
图5.3组态画面
当画面设计好之后，进行画面定义。
双击所需定义动画，填出窗口后切换到动画连接，点击后，出现，点击问号，会弹出如图5.4：
图5.4动画定义图
在窗口中选择所需对象后点击确定。
以此编辑各动画。
5.4.1、组态与PLC联机设置
打开MCGS组态软件，找到设备窗口双击，弹出页面后在空白处右击鼠标点开设备工具箱，点开弹出窗口中的，当添加好后，再次点击，添加完成后显示为
即可。
5.4.2、实时数据库定义
点击，双击添加好的对象进行设置，全部设置如图6.1：
:
图5.1对象设置图
5.4.3、组态输入输出点设置
打开设备窗口再次双击
，在弹出来的窗口中点击进行输入输出点设置。
当全部设置如图6.2：
图5.2组态输入输出点设置图
六、PLC及MCGS的联机仿真调试
6.1、仿真调试
将程序输入计算机编程软件后，点开
，点击写入，在弹出画面中写入相应步数，点击运行。
再点击
中的开始监控。
将相对应的PLC外部接线接好。
打开组态画面，再打开仿真监控程序，进行运行仿真。
6.2、仿真结果及分析
由于实验室没有相应的实物控制模型（自动售货机），因此在调试程序时，所有的输入输出均用按钮及指示灯来代替。
在调试前仔细检查接线是否有误，注意不可以短路、断路，否则会造成硬件损害及人身意外。
在调试过程中出现了程序显示跟组态不同步和程序不能实现退币功能等一些现象，经过同组人员的检查导师的指导，修改了程序和组态定义数据后。
满足了所需设计要求，成功的完成了课题设计。
6.3、控制系统
在整个设计中，控制系统的整体设计图如图6.1：
图6.1控制系统图
结论
通过本次PLC课程设计使我对PLC的操作更加熟练，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，更加深刻的体会到PLC在现实生活中的重要性，以及在当今社会控制领域的重要地位。
与此同时我也对三菱FX2N-48MR系列的PLC有了更进一步的了解。
在整个设计过程中我学会了在遇到困难的时候如何借助外界的帮助和自己的努力来解决实际问题，懂得如何进行独立思考，如何冷静的面对需要解决的问题，这些都是今后学习生活中的宝贵经验，在今后各个方面都有很重要的作用。
致谢
在大学三年中，毕业论文就是我们所学知识的见证，完成它既有一种收获感，又有一种失落感，可是无论如何它代表了我大学三年的努力，当它终于完工的时候，我不禁想起了很多人，很多事，尤其是辛苦培养我们的老师们，谢谢你们！
在这里，首先要特别感谢我的导师刘书凯老师对我的谆谆教诲，正是在他的循循善诱盒悉心指导下，我顺利地完成了我的毕业设计。
其次感谢我的同组成员杨秀秀同学，正是在她的帮助下，我才能不断地解决各种困难，才能最终完成毕业设计。
也感谢我的同学和朋友们，他们给了我无私的帮助和无穷的精神动力，在我遇到知识上的困难的时候，他们总是给我及时的援助。
感谢我的舍友，谢谢他们在大学三年中给我的帮助和关心。
再次深深的感谢我的父母，他们在物质上和精神上给了我很大的支持，使我大学三年可以顺利地完成。
是他们教会了我人生的真谛，让我茁壮成长，父母的教会是我一生中最宝贵的财富，再一次感谢他们对我的培养。
最后，衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！
衷心地祝愿各位身体健康、工作顺利！
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