基于plc的自动售货机系统设计学士学位论文.docx
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基于plc的自动售货机系统设计学士学位论文
河南农业大学
本科生毕业论文（设计）
题目：
基于PLC的自动售货机设计
摘要
在今天的工业生产中，可编程逻辑控制器（PLC）已经成为实现工业自动化的关键。
本文简要介绍了有关可编程逻辑控制器的一些基础知识和简单应用，而且还介绍了PLC的技术特点，并重点在硬件、软件和组态软件方面进行了介绍，对它们在工业自动化中的典型应用、最新的技术发展趋势也作了介绍。
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。
关键词：
可编程逻辑控制器；梯形图；过程；自动售货机
PLC-baseddesignofavendingmachine
Abstract
Intoday'sindustrialproduction,theprogrammablelogiccontroller（PLC）hasbecomethekeytorealizationofindustrialautomation.Thisarticlebrieflydescribestheprogrammablelogiccontrollerofsomebasicknowledgeandsimpleapplications,butalsointroducesthetechnicalfeaturesofPLCandfocusonhardware,softwareandconfigurationsoftwareareintroduced,theirtypicalinindustrialautomationapplications,thelatesttrendsintechnologyarealsointroduced.
VendingmachinesinChinahasabrightfuture,thepaperintroducesthehistoryanddevelopmentofvendingmachinestatus.Duringthegraduationproject,IreviewedalotofinformationtodesignPLCbasedontheprincipleofautomaticvendingmachinesystem.Vendingmachinesworkaccordingtoatransactionprocessisdividedinto:
Runtheinitialclearingprocess,theprocessofcoin,thepricecomparisonprocess,theprocessofselectionofgoods,coinprocess.Ladderpreparedusingtheprocedureofeachprocesstocompletethedesignofthebasicrequirements.
KeyWords：
Programmablelogiccontroller；ladder；process；vendingmachines
目录
1引言……………………………………………………………………………4
2PLC的基本知识介绍…………………………………………………………5
2.1PLC的产生与发展…………………………………………………………5
2.2PLC的特点和应用…………………………………………………………6
2.3PLC与其他工业装置的比较………………………………………………7
2.4PLC的应用合………………………………………………………………8
2.5PLC的发展势………………………………………………………………10
3自动售货机的简介及设计要求………………………………………………12
3.1自动售货机的发展历史……………………………………………………12
3.2自动售货机简介…………………………………………………………13
3.3自动售货机工作原理………………………………………………………13
3.4自动售货机设计要求………………………………………………………14
4基于PLC原理的自动售货机的设计…………………………………………15
4.1自动售货机设计思路……………………………………………………15
4.2顺序功能图………………………………………………………………16
4.3I\O点的分配………………………………………………………………16
4.4外部接线…………………………………………………………………17
4.5程序设计部分……………………………………………………………17
4.5.1程序设计说明……………………………………………………………17
4.5.2程序设计………………………………………………………………18
5结语…………………………………………………………………………22
参考文献………………………………………………………………………23
致谢……………………………………………………………………………24
附录1：
程序清单………………………………………………………………25
1引言
自动售货机是能够根据投入的钱币自动付货的机器，它是商业自动化的常用设备，不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。
现代的自动售货机的种类、结构和功能依出售的商品而异。
钱币装置是售货机的核心，其主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。
如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。
自动售货机自动输出顾客所要的商品。
因此，自动售货机在商业，食品行业越来越普及，更方便消费者购买自己所需的商品。
使用方便、可靠、节省人力的自动售货机将在社会生活中成为一种趋势。
面对当前快速商品社会，人们的时间观念越来越重，如何才能更快的购买到顾客自己所需的商品，这都是顾客和商家共同面临的问题。
随着科技的发展及人们生活水平的提高，自动售货机市场的发展越来越呈现出多元化及个性化的需求。
通过自动售货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的消费时尚，快捷方便的购物方式满足了人们在当今科技高速发展的现代社会追求高品质生活的需要。
自动售货机在城市商业区、写字楼大厅、风景区、车站、码头、繁华街道等公共场所的布设能够美化亮化城市环境，方便群众生活，已经成为城市各角落的一道亮丽风景线。
自动售货机已在国内普及，并成为城市现代文明程度的一种象征性标志。
可程序逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController），乃是一种固态电子装置，主要利用输入／输出装置的回授信号及储存程序，控制机械或程序的操作。
在工厂自动化（FA）系统中，PLC因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为自动化业界所采用。
利用PLC设计自动售货机系统，方便简易，同时成本也低。
2PLC的基本知识介绍
2.1PLC产生与发展
PLC问世于1969年。
20世纪60年代末期，当时美国的汽车制造工业非常发达，竞争也非常激烈。
各生产成家为适应市场需求不断更新汽车型号，还必然要求相应的加工生产线随之改变，整个继电接触器控制系统也就必须重新设计和配置。
这样不但造成设备的极大浪费，而且新系统的接线也非常费时。
在这种情况下，采用继电器控制就显示出过多的不足。
正是从汽车制造业开始了对传统继电器的挑战，1968年美国的GeneralMotors（GM）公司，为了适应产品品种的不断更新、减少更换控制系统的费用和周期，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标：
1）编程简单，可在现场修改程序；
2）维护方便，最好是插件式；
3）体积小于继电器控制柜；
4）可靠性高于继电器控制柜；
5）可将数据直接送入管理计算机；
6）输入可以是交流115V；
7）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等；
8）在成本上可与继电器控制柜竞争；
9）在扩展时，原系统只需要很小变更；
10）用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。
这就是著名的GM十条。
如果说各种电控制器、电子计算机技术的发展是可编程序控制器出现的物质基础，那么GM十条就是可编程序控制器出现的直接原因。
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制生产出世界上第一台PLC,并成功的应用到美国通用汽车公司的生产线上。
它既具有继电控制系统的外部特性,又有计算机的可编程性、通用性和灵活性,它开创了自动控制设备的新局面。
由于当时技术所限,使用的器件集成度不高,其建树良多,体积大,只有来取代继电系统,在功能上仅限于执行机电控制逻辑,定时和技术等。
70年代中期,随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展,美国,日本,德国等把微处理器引入PLC,使可编程逻辑控制器有更多的计算机功能,不仅用软件编程取代了硬连线逻辑,还增加了数字运算,数据处理和数据通信功能,并求做到了小型化。
在编程方面采用了面向生产,面形用户的语言,打破了以往必须有计算机知识的人员使用的计算机编程的限制,使广大工程技术人员以及具有电工知识的人员乐于接受和应用,所以得到了迅速而广泛的推广。
80年代国外工业界把引进了微处理器的可编程逻辑控制器只是命名为PLC（ProgrammableController）,简称PLC。
在我国已不烦技术人员为了与个人计算机区别开来,把PLC简称为PLC。
1985年1月国际电工委员会对可编程序控制器给出了如下定义:
可编程序控制器是一种数字运算的电子系统,专为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,技术和算术运算等操作的指令,并通过数字式,模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充的原则设计。
PLC的发展相当迅速,在发达国家的应用几乎覆盖所有工业企业行业,PLC的销售额增长率在20%以上,PLC品种以多达数百种,世界上几十家著名的电器工厂都在生产PLC装置。
目前,美国处于领先的地位,著名的生产厂有德州公司、通用公司、歌德公司、数字设备公司等。
日本自1971年引进PLC技术后,发展也很快,三菱公司、日立公司和立石公司是最大的三家。
德国的西门子公司、荷兰的飞利浦公司、瑞典的通用公司及英国、法国等都生产自己的PLC。
近年来,国外的PLC大量的进入我国市场.我国也引进多条PLC生产线,在逐步消化国外技术的基础上防止和自行研制。
PLC在我国大多数工业部门得到应用,已经取得显著的经济效益并正在迅速推广。
2.2PLC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。
1）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。
2）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。
3）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。
4）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。
5）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。
2.3PLC与其它工业控制装置的比较
1）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。
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。
2）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。
2.4PLC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、特别是在轻工业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，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。
它的应用可大致分为以下几类：
1）逻辑控制
这是PLC最基本的也是最广泛的应用领域。
可用PLC来取代继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。
开关量的逻辑控制可用于单机控制、多机群控，也可用于自动生产线的控制。
如化工系统中各种泵和电磁阀的控制。
2）运动控制
PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。
早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
世界上各主要PLC厂生产的PLC几乎都有运动控制功能。
PLC的运动控制空能广泛地用于各种机械，如金属切削机床、电梯等。
3）闭环过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。
PLC通过模拟量I/O模块实现模拟量与数字量之间的A/D、D/A转换，并对模拟量进行闭环PID控制。
这一功能可以由PID子程序来实现，也可以使用专用的智能PID模块。
PLC的模拟量控制功能已经广泛应用于加热炉、热处理炉、锅炉等设备；还应用于化工等行业。
4）数据处理
现代的PLC具有数学运算（包括矩阵、函数运算、逻辑运算）、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考之相比较，也可以方便的传送到别的只能装置，或者将它们打印制表。
数据处理一般用在大、中型控制系统，如柔性制造系统、过程控制系统和机器人的控制系统。
5）过程控制
过程控制是通过配用A/D、D/A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行单回路或多回路闭环调节控制，使这些物理参数保持在设定值上。
在各种加热炉、锅炉控制记忆在化工、轻工、食品、制药、建材等许多领域的生产过程中有着广泛的应用。
6）多级控制
多级控制是利用PLC的网络通信功能模块及远程I/O控制模块实现多台PLC之间的链接、PLC与上位计算机的链接，以达到上位计算机与PLC之间及PLC与PLC之间的指令下达、数据交换与数据共享，这种由PLC进行分散控制、计算机进行集中管理的方式，能够完成较大规模的复杂控制，甚至实现整个工厂生产的自动化。
2.5PLC的发展趋势
2.5.1技术发展迅速，产品更新换代快
随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的不断发展，PLC的结构和功能也不断改进，生产厂家不断推出功能更强的产品，平均3~5年更新换代一次。
PLC的发展主要由两个趋势：
其一是向体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的PLC发展，使之适应于复杂单机，数控机床和工业机器人等领域的控制要求。
其二是向控制、管理一体化，并且具有更完善的通讯联网功能的高档大型PLC发展，使之于计算机组成单元控制系统。
2.5.2开发各种智能模块，增强过程控制功能
智能I/O模块是以微处理器为基础的功能部件，它们的CPU与主CPU并行工作，占用主机CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。
智能模块主要有模拟量I/O、PID回路控制、通信控制、机械运动控制、高速计数、中断输入、BASIC与C语言组件等。
由于智能I/O的应用，使过程控制功能大为增强，某些PLC的过程控制还具有自适应、参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。
2.5.3PLC与个人计算机结合
目前，个人计算机主要用作PLC的编程器、操作站或人/机接口终端，其发展是使PLC具备个人计算机的功能。
大型PLC采用功能很强的微处理器和大容量存储器，将逻辑控制、模拟量控制、数学运算和通讯功能紧密地结合在一起。
这样，PLC与个人计算机、工业控制计算机、集散控制系统在功能和应用方面相互渗透，使控制系统的性能价格比不断提高。
2.5.4通信联网功能不断增强
PLC的通信联网功能使PLC与PLC之间、PC与计算机之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。
现在几乎所遇的PLC产品都有联网通信功能，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
目前，PLC与PLC之间的网络是各厂家专用的。
通信协议想制造自动化协议靠拢，将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便的进行通信和联网。
2.5.5发展新的编程语言，增加容错功能
改善和发展新的编程语言、高性能的外部设备和图形监控技术构成的人/机对话技术，除梯形图、流程图、专用语言指令外，增加BASIC语言的编程功能。
增加容错功能，如双机热备、自动切换I/O、双机表决（当输出状态与PC逻辑状态比较出错时，自动断开该输出）、I/O三重表决（对I/O状态进行软硬件表决，取两台相同的），以满足极高可靠性的要求。
3自动售货机的简介及设计要求
3.1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，通过电话线路将自动售货机内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。
因经济复苏缓慢，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、刮胡刀、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。
韩国大约有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国家。
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。
3.2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
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