电气控制系统与PLC课程设计自动售货机的控制设计.docx
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电气控制系统与PLC课程设计自动售货机的控制设计
目录
1.引言..........................................................................................................................1
2.自动售货机设计背景及功能概述..........................................................................1
2.1设计背景............................................................................................................1
2.2功能概述............................................................................................................1
2.3控制要求............................................................................................................2
3.总体方案设计..........................................................................................................2
4.自动售货机设计背景及功能概述..........................................................................3
4.1硬件选择.............................................................................................................3
4.1.1PLC选型.....................................................................................................3
4.2系统的I/O分配.................................................................................................5
4.3饮料自动售货机外部硬件接线图及主电路....................................................5
5.系统软件设计..........................................................................................................7
5.1饮料自动售货机控制系统的工作流程............................................................7
5.2饮料自动售货机各控制功能的程序设计........................................................7
6.总结.........................................................................................................................10
参考文献......................................................................................................................11
附录..............................................................................................................................12
1引言
随着社会发展和科技的不断进步，自动化商业机械也有了越来越广泛的应用，自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所，人们通过自动售货机可以买到自己想要的物品，自动售货机实现了商品需求化，性能多样化的发展，给人们的生活带来了极大的方便。
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。
2自动售货机设计背景及功能概述
2.1设计背景
自动售货机这种方便快捷的购物方式越来越受到人们的青睐,同时也是现代化城市配套设施的需求，传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心,这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作,而且系统的抗干扰性也比较差。
可编程逻辑控制器，简称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地应用。
因为自动售货机作为社会上完成商品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,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。
所以在控制要求下，采用PLC来控制售货机显得很顺理成章。
2.2功能概述
自动售货机最基本的功能是对投入的货币进行运算,并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品,并做出相应的反映。
因此,售货机应能够辨识机内包含的商品,能够对所投入的币值进行累计,并提供所要购买的商品。
当按下选择商品的按钮时,自动售货机根据投入的币值,起动执行机构,提取商品到出货口,顾客取出商品,完成此次交易。
具体功能如售货机的简单工作图1所示。
图1自动售货机简单工作过程
2.3控制要求
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。
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元的。
3总体方案设计
本系统采用PLC作为控制器，通过用光电货币检测对所投币的数量与类型计算可得货币的总数，显示在LED数码管上。
根据各灯的显示看能购买那种商品，顾客可以按下相应的开关来选择饮料，从而来驱动相应的继电器来控制相应的商品执行机构来送出相应的饮料。
当按下找币开关时，根据相应的余下的货币找钱。
4饮料自动售货机系统硬件设计
饮料自动售货机的控制系统硬件组成示意图如图2所示。
图2硬件组成图
（1）商品驱动机构。
采用继电器驱动电机的驱动方式以平稳的推出动作，使储存排放的商品落到取货口处，便于顾客方便的取走所购商品。
（2）钱币识别系统。
由电子识别器，识币后的钞币自累加和退币机构三部分组成。
（3）PLC控制系统。
PLC控制系统是自动售货机在销售过程中，收到识币信号后，自动进行累计、外部金额显示、顾客按下按钮后自动推出商品和发出退币信号找零等信号的电控系统。
同时，该系统还具备预设价格、售出累计、驱动检测和故障自检等功能，是“售货机器人”的“大脑”。
4.1硬件选择
4.1.1PLC选型
（1）输入输出信号分析如下：
一元光电检测开关：
一元光电检测开关用来检测输入的一元硬币的数量，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。
五元光电检测开关：
五元光电检测开关用来检测输入的五元硬币的数量，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。
十元光电检测开关：
十元光电检测开关用来检测输入的十元硬币的数量，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。
汽水（花茶，咖啡）按钮：
按下汽水（花茶，咖啡）按钮，表示顾客选择购买汽水（花茶，咖啡），自动售货机将选择送出汽水（花茶，咖啡），可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。
找钱按钮：
按下找钱按钮，售货机将执行退币动作，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。
汽水指示灯（花茶，咖啡）：
汽水（花茶，咖啡）指示灯指示顾客投入的币值可购买汽水。
汽水（花茶，咖啡）出货继电器：
汽水出货线圈执行汽水的出货。
当按下汽水按钮，PLC主机发出控制信号，汽水（花茶，咖啡）出货继电器控制商品执行机构送出汽水。
汽水（花茶，咖啡）出货线圈可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。
退币指示灯：
退币指示灯提示顾客购买结束或钱币不足，按下找钱按钮，找钱执行机构执行退币动作。
找1元继电器：
找1元继电器是在找钱按钮按下后，若剩余钱币小于10则控制执行机构执行退出1元的动作，可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。
找10元继电器：
找10元继电器是在找钱按钮按下后，若剩余钱币小于10元则控制执行机构执行退出10元的动作，可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。
数码管显示：
自动售货机中的钱币进行实时显示，可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。
（2）PLC主机的比较选择
相对于西门子PLC，西门子的功能比三菱的强大，但三菱PLC更适合用于小型机，更稳定更易上手。
大型的设备趋向于西门子，价格昂贵，三菱的较便宜，小型化。
其主要特点如下：
（1）体积小
（2）先进美观的外部结构
（3）提供多个子系列供用户选用
（4）灵活多变得系统配置
（5）功能强，使用方便
通过对各输入输出信号的分析可知，该饮料自动售货机系统共有6个数字量输入和18个数字量输出，需24个I/O点。
三菱PLC具有结构灵活、传输质量高、速度快、使用范围广、低成本等优点，考虑到留有余量的原则，可选择三菱系列的FX2N-64MR的PLC作为主机。
4.2系统的I/O分配
根据对饮料自动售货机的输入输出端的分析确定，其共有6个输入端，18个输出端，对所选用的FX2N-64MR的PLC进行I/O地址分配。
如表1所示。
表1饮料自动售货机控制系统I/O地址分配
名称
地址
说明
输入信号
1元投币光电开关SB1
X0
检测投入1元硬币的数量
5元投币光电开关SB2
X1
检测投入5元钱币的数量
10元投币光电开关SB3
X2
检测投入10元钱币的数量
汽水按钮SB1
X3
选择购买汽水
花茶按钮SB2
X4
选择购买花茶
咖啡按钮SB3
X5
选择购买咖啡
找钱按钮SB4
X6
选择退币
输出信号
汽水指示灯L1
Y0
指示投入的钱币可购买汽水
花茶指示灯L2
Y1
指示投入的钱币可购买花茶
咖啡指示灯L3
Y2
指示投入的钱币可购买咖啡
找钱指示灯L4
Y3
指示钱币不足
汽水出货KM1
Y4
控制执行机构执行送出汽水的动作
花茶出货KM2
Y5
控制执行机构执行送出花茶的动作
咖啡出货KM3
Y6
控制执行机构执行送出咖啡的动作
找1元KM4
Y7
控制找钱机构执行退1元动作
找10元KM5
Y10
控制找钱机构执行退10元动作
数码管
Y20～Y27
驱动数码管，显示钱数
4.3饮料自动售货机外部硬件接线图及主电路
根据I/O地址分配表，连接各输入输出端子，画PLC硬件接线图，如图3所示。
图3PLC硬件接线图
电机主电路由五台电机组成，分别为控制汽水出口的电机，控制花茶出口的电机，控制咖啡出口的电机，控制找1元出口的电机，控制找10元出口的电机。
如图4所示。
图4主电路图
5系统软件设计
5.1饮料自动售货机控制系统的工作流程
饮料自动售货机控制系统工作过程主要包括计币比较显示可买饮料、选择、饮料供应、退币，显示五个步骤。
（1）计币比较
顾客投入的钱币通过光电开关，将其存储在寄存器D0中并累加。
钱币投入完成后，系统会将寄存器中的钱币数据与可买饮料价格进行区间比较，如果投入的钱币不足，则找钱指示灯亮，要求继续投币或退币。
当投入钱币大于等于12元时，汽水指示灯亮；若大于等于15元，汽水和花茶指示灯亮；若大于等于20元，三种饮料指示灯全亮。
此时可选择饮料。
（2）选择饮料
比较电路完成后，可选择饮料。
当按下按钮时，相应的指示灯闪烁。
（3）饮料供应
当按下按钮时，相应的继电器启动输出所选择的饮料，输出地同时寄存器减去购买的饮料的钱币数。
（4）退币
购买结束后，若还剩余钱币，按下退币按钮，系统会把数据寄存器中的钱币退回。
（5）系统的所存的钱数进行实时显示。
根据对饮料自动售货机的工作过程描述，可以设计出饮料自动售货机控制系统PLC程序的程序流程图。
其流程如图5所示。
5.2饮料自动售货机各控制功能的程序设计
（1）计币比较系统的程序
存储钱币寄存器D0清零。
当投入1元硬币时，数据寄存器做加1计算，当投入5元时，数据寄存器做加5计算，当投入10元时，数据寄存器做加10计算。
将顾客投入的钱币与购买饮料所需要的钱币进行比较，若小于12元，则找钱指示灯Y3长亮，表示钱币不足；若大于或等于12元，则汽水指示灯Y0长亮，表示可以购买汽水；若大于或等于15元，则汽水指示灯Y0和花茶指示灯Y1长亮，表示可买汽水或花茶；若大于或等于20元，则咖啡指示灯Y3、花茶指示灯Y1和汽水指示灯Y0长亮，表示可买咖啡、汽水或花茶。
图五PLC程序流程图
（2）选择饮料的程序
当选择汽水时，按下汽水按钮X3，中间继电器M100得电，汽水指示灯Y0闪烁；当选择花茶时，按下花茶按钮X4，中间继电器M101得电，花茶指示灯Y1闪烁；当选择咖啡时，按下咖啡按钮X5，中间继电器M102得电，咖啡指示灯Y3闪烁；
（3）供应系统的程序
当选择汽水时，M100得电，驱动继电器Y4接通，输出汽水，3S之后Y4断开停止供应。
当选择花茶时，M101得电，驱动继电器Y5接通，输出花茶，3S之后Y5断开停止供应。
当选择咖啡时，M102得电，驱动继电器Y6接通，输出咖啡，3S之后Y6断开停止供应。
（4）退币系统的程序
当饮料输出结束后，寄存器中数据进行减去所用钱币计算（汽水减12元，花茶减15元，咖啡减20元），此时系统自动对数据寄存器D0中的数据进行区间比较。
按下退币按钮x6，若剩余钱币小于或等于10，则Y7得电，找一元继电器KM4接通，驱动找出一元，5S后找钱完成，同时数据寄存器D0进行减1计算，再次对D0中数据进行区间比较。
若剩余钱币大于10，则Y10得电，找五元继电器KM5接通，驱动找出10元，5S后找钱完成，同时数据寄存器D0进行减5计算，再次对D0中数据进行区间比较。
（5）实时显示程序
当系统启动时，七段数码管就开始显示自动售货机内的钱数。
即对数据寄存器D0的数据进行实时监控，然后输出到Y20～Y27，显示系统的钱数。
具体梯形图见附录。
6总结
经过一周的奋战，我的课程设计终于完成了。
在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次设计过程，我发现学习过程中不容得半点马虎和随意。
首先，程序设计过程中，要按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查反复修改与完善的先后顺序进行。
PLC控制程序既要满足生产机械和工艺的各种控制，又要满足电气控制装置本身的制造、使用和维修的需要。
原理设计决定着生产机械设备的合理性与先进性，考虑其是否具有生产可行性、经济性、美观、使用维修方便等特点PLC控制系统设计要全面考虑两方面的内容；其次，应注重与同学间的协作，每一个人的思维不同，对程序的理解、功能的实现方式也会有所不同，因而往往会对程序的编制产生影响不到的效果。
这种同学间的相互协作，可以使程序日益完善、精简，实现模块化编程（这也是公司中运行模式，可以提前感受社会生产活动），进而培养自己的团队意识；再者，在熟练掌握典型环节控制电路、具有对一般电气控制电路分析能力之后，应该能举一反三。
我认为做到已上几点，就达到课程设计的目的，即在实践之中灵活运用书本中的知识，进一步直观的理解课堂中所学的知识；学会在实践之中发现问题、分析问题、解决问题；培养自己的团队意识，为将来进入工作岗位，踏入社会做一次预演。
参考文献
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附录梯形图
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