基于PLC控制的自动售货机设计毕业设计论文.docx

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基于PLC控制的自动售货机设计毕业设计论文

本科毕业论文（设计）

题目（中文）基于PLC的自动售货机系统设计

（英文）ThedesignofvendingmachinesystembasedonPLC

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

本设计在西门子S7-200系列PLC基础上设计出来的自动售货机控制系统。

下面文章将介绍自动售货机的起源，出生以及之后的发展，简述了它在国内和国外发展的现状。

对常见自动售货机的设计方案进行了PLC的描述，简介了PLC的硬件基本的组成、性能特点以及其工作原理。

同时含有以西门子S7-200系列为基础的PLC构成的自动贩卖机系统的整个设计过程和思路的叙述。

现在把一次交易过程作为例子，可以先将几个程序块组合起来成为交易过程，再分别对每个程序块进行设计。

首先确认收到了货币的情况下，依靠顾客主动按下各控制按钮来输入信号使所对应的控制器启动按钮控制的机械装置最后完成所规定动作，将货物售卖。

且当顾客按下与所需货品相对应的按钮时，数码显示管上需要显示出该货品的价格，之后顾客需要将对应的硬币投入投币口，数码显示管同时显示出所投币额。

当按下确认键，则系统将对投入的货币与商品价格两者进行比较。

计较的结果如果是投入的货币大于商品的价格那么在售出货物的同时进行余款的找零计算，余款也会数码管上显示出来。

如果两者币的相等，则直接送出商品。

与当投入的币额不足时的情况下将无操作。

以此完成一次交易。

关键字：

PLC；顺序功能图；梯形图；I/O点的分配

Abstract

VendingmachinecontrolsystemdesigninthedesignSiemensS7-200seriesbasedonPLC.Thisarticlewillintroducetheoriginofthevendingmachine,anafterthebirthdevelopment,discussesitsstatusinthedomesticandforeigndevelopmednt.DesignofvendingmachineforthedescriptionofPLC,introducesthePLChardwarebasiccomposition,characteristicsanditsworkingprinciple.AtthesametimewiththewholedesignprocessandthoughtofvendingmachinesystemtoSiemensS7-200seriesbasedPLCconsistsofnarrative.

Nowtakeatransactionprocessasanexample,canbecombinedintoseveralblocksthetransactionprocess,theneachblockdesign.Weacknowledgereceiptofthemoney,dependingonthecontrolleractivecustomerpressthecontrolbuttontoinputsignaltothecorrespondingtothestartbuttoncontrolmechanismattheendofthecompletionoftherequiredaction,thesaleofgoods.Andwhenthecustomerpressesthecorrespondingtothedesireditembutton,digitaldisplaytubeneedstoshowthatthepriceofthegoods,thenthecustomerwillneedtocorrespondtothecoinsintheslot,thedigitaldisplaytubeanddisplaytheamountofcoin.WhenyoupresstheEnterkey,thesystemwillputonthecurrencyandcommoditypricecomparison.Regardlessoftheresultsiftheinputisgreaterthanthemoneycommoditypricesthenthebalanceatthesametimetoselloffthegoodschangecalculation,thebalancewillbedisplayedonthedigitaltube.Ifthetwocurrenciesareequal,thensendgoodsdirectly.Andwhentheamountofmoneyinvestedislessthanthecasewithoutoperation.Inordertocompleteatransaction.

Keywords:

PLC;sequentialfunctionchart;ladderdiagram;distributionofI/Opoints

上海师范大学本科毕业论文（设计）诚信声明……………………………

上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表…………………………

上海师范大学本科毕业论文（设计）指导记录表…………………………Ⅳ

中文摘要及关键词…………………………………………………Ⅴ

英文摘要及关键词………………………………………………………VI

1绪论

自动售货机是能根据顾客投入的一定数额的货币来完成人机间自动买卖的机械设备。

自动售货机是商业活动减少人工参与自动化的代表设备，其固有跨时代的意义。

它不受限制于时间、地点远近，运输对外界环境的要求较低，还能节省人力资源、整个交易流程很简便。

同时它可以出售的商品各种各样无很大的限制。

从饮料、零食、香烟、糖果、牙刷、方便面等等。

广义上说，手机，信用卡，二维码的背后就是销售产品的新的方法，也是自动售货机的未来的方向。

狭义的讲，自动售货机可以很大程度上的弥补某些人工人力不足的地方，这是完全跟随现代全新消费环境和消费理念和模式的改变，而且是全天24小时的自助系统无需过多分散商家的精力。

需要的资本少，面积小，购买的自主性，解决人工费上涨问题等优点。

所以近年来自动售货机在全球范围内得到大力的推广，广受好评。

下面就较为精细地介绍一份以PLC完成自动售货机软件设计的方案。

1.1自动售货机设计目的和意义

现如今，基于文明的发展以至于传统消费即将被淘汰，以及消费模式和销售环境的改变，也必将要出现新的销售模式；此外面对整体生活的节奏越来越快，人们也就越来越看重时间的价值，因此雇佣人工的花费也在不断升高；再加上一块场地的开发饱和买卖追求便利性，快速性等原因。

伴随着现代各种高科技的出现发展和社会的整体进步,商业机械设备的自动化更加被人们所接受也就有了更加宽阔的存在空间，有需求就有存在的价值。

自动商业售卖设备作为商业自动化装置的前沿代表作品被广泛应用于各类地点公园，大型购物中心，火车站头等等。

综上所述自动售货机的发展已经处于一个转折点，正呈现出一个迅速扩张的现象。

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购买习惯，快捷方便的购物方式既能满足人们在当今科技迅速发展的现代社会追求高品质生活的需要又能满足能源紧缺这一现状去节省能源。

且自动售货机的附属功能很强打，比如国外正在尝试带wifi的自动售货机，带导航定位的自动售货机等等，都将进一步提升生活质量。

1.2自动售货机的发展历史和前景

起源与发展：

自动商业售货机的起源源头可以追溯到那远古的埃及。

自动贩卖机的起源是大概在公元前215年左右，地点是安装在埃及寺，设备是用来售卖“神圣的水（圣水）”。

人都是存在惰性的所以生活中是越方便越好。

于是自动贩卖机的首个登场是在20世纪60年代的西欧。

在那个时候在美国的地下轨道交通里，人们花费1美分，可以冲自动售卖机买一块当时最火热的口香糖。

真正开发了饮料的自动贩卖机是日本，当时的日本在接受第二次世界大战战败后，国内经济正刚刚恢复兴盛的1957年。

当时和美国类似，不过贩卖的是饮料每当顾客往自动售货机投入10日元，杯子就会被注入一剂量的果汁。

机械的从上部安装关注的喷水装置，这个自动贩卖机“喷水型果汁自贩机”，它爆炸性喷出果汁。

那个喷水型果汁自贩机消费方式新奇，先锋的购买方法，后日本的自动贩卖机的高度普及起了重大作用。

接下来登场的是可乐的自动贩卖机。

之后美国一家大型商业公司即可乐公司在1960年代中期按照商业策略正式进入日本，同时推出用铁罐头承装饮料的自动售卖机。

出人意料的自动售卖机的受到广泛的欢迎也就带动了可乐的销量，为惊人可乐之后巨大市场做出了极为重要的贡献。

此外，美国公司优秀的自动售卖机市场布局，设备设计技术等也同时提升日本国内的自动话商业装置的发展，造成了很深远的影响。

1962年，作为流通革命的使者，自动销售机的帷幕。

最初是塑料瓶饮料自贩机。

1967年，在100日元以下的货币单位改变了一切硬币从而促进，自动贩卖机产业的发展，直至今天这个发展。

售货机的前景：

供应的相同的外界条件下，一个自动售货机机可以充分弥补人工人力方面的短缺，淘汰过去陈旧腐朽的消费习惯和消费模式。

也正符合全新消费环境和消费思想的转变。

自动售货系统可以连续不断地工作，交易便捷，所需要的操作少，占地面积小，对外界要求不高，美丽的外观随时随地吸引人们的购买欲望。

因此既能解决劳动力成本上升的问题又能带来客观的销售量。

自动贩卖机行业走向信息和更合理化。

例如，在线模式的实施，通过电话线的自动贩卖机内的库存信息和电脑操作时立即传输，从而确保货物交付货物，补充和选定的顺利进行。

另外，防止地球温暖化为了拯救，自动贩卖机的能源开发工作，以省能源的清凉饮料的自动贩卖机业界为主要方向。

比如夏季用电高峰，这个类型的自动贩卖机保持耗电低水平，维持电力这块得节约。

从二十一世纪以来，自动贩卖机更节约资源，能源和网络通信化发展。

1.3自动售货机的PLC控制设计原理

众所周知自动售货机是一部以自动化来实现商业活动的机器其最终目的是完成销售货品。

在已经接收到硬币已被投入传感器的信号下，客户依靠按下控制按扭来完成不同货品信号的输入使对应控制器来进行通断。

相关位置机械装置完成动作，最后把顾客所选的货品售出。

（1）客户将硬币投入投币口，货币识别器识别所投的硬币面额；

（2）控制器以金额进行比较通过货品按键指示灯的明暗信号告诉顾客是否可以购买本商品，由客户进行选择想要购买哪个商品；

（3）通过客户按下所选商品的按钮传递信号给PLC系统以此来通断组件并且使得相应组件动作把客户选择的货品送达到取物口；

（4）假如之前所投的货币在第一次交易后还有多出的钱款，可以进行第二次交易。

或者在15秒之内，自动售货机将自动退出余款，当然客户也可以自行通过旋转退币旋钮，来取出剩下的钱款。

（5）从退币口取出所余款结束此次交易。

图1-3自动售货机流程图

1.4自动售货机设计的基本方法

由于本次所设计的课题是自动售卖机控制，大部分的控制是应用西门子S7-200型PLC的梯形图来设计并且来达到控制的目的的。

因此简单介绍与其相互穿插的一些知识，如：

PLC的大概定义、PLC所用到的编程语言、PLC由哪些硬件组成等。

同时要按照设计的功能内容和控制的要求画出顺序功能图和梯形图，再根据PLC的相关标准来画出其接线图，结合程序梯形图和外部的接线图，分析简述该设计的控制原理步骤。

2PLC的概述

2.1PLC的定义

PLC是一种产品，但这种产品具有不一样的地方。

比如缺少程序员编制的控制程序的话，它无法实现任何控制功能，换句话说，假如没有对应的编写程序的PLC是无法发挥作用的。

其实PLC实际上是专为大规模设备使用的通用控制平台，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的I／O接口。

它必须进行专业程序员的二次 编写研发才能完成达成控制目的，因此，它还要求具备程序编辑/调试软件的配合工作。

PLC在微电子技术的基础上，不仅结合了现代自动化应用控制技术还有计算机控制应用技术和通信应用技术，日益被开发出来的一套用于自动化设备控制的技术。

当然其在和一些传统继电器组成的控制系统相比时它的体积更小，而且修理维护操作更加便捷，抗信号干扰能力很强，所以更为可靠方便。

此外同时支持在线更改程序，而且PLC所需编程呈现方便，通用性很强，功能相较下更完善由此可以缩短设计、施工、调试的周期。

除此之外PLC的价格低廉，在工业领域处于举重若轻的低位。

它采用程序员的存储器存储程序内部逻辑运算，执行数电的同步异步时序控制，计时器以及定时器，计数和数学操作等等由程序员编写的指令来完成数字以及模拟输入/输出信号来实现控制不同功能，类型的机械和生产过程。

2.2PLC的简介

PLC是一般是采用程序自带的内存，在其内部进行相关的逻辑运算，同步时序控制异步时序控制，以及定时器/计数和算术指令运算等等功能命令最后靠模拟式的输入与输出部分，实现型号各异的机械设备运作和生产过程。

传统的接力控制系统主要有以下两个缺点存在，信赖性差，故障排除困难，那是，接触控制，所以触点磨损和断裂等损坏的情况是难对应处理；二是柔软性差，全体的成本很高。

接力本身并不高，但控制柜内的安装，连接工作，技术的变化相应变更更复杂。

所以，适应市场需求的变化时，PLC出生了。

当PLC的计算机控制技术和传统的流水线，皮带运输等等工业硬件控制技术相结合时，它能够避免继电器接触控制系统里的机械硬件的复杂交错的连接的，个个点之间关联性交差的问题，消耗电量高，通用性不够有所局限以及灵活性不好的缺点。

PLC便是充分发挥了微型处理器的优越性，还可以方便到现场修理维人员的操作和电的使用方式。

此外尤其是PLC的编程，不像基于PC的软件编程需要具备深入了解专业计算机编程语言知识例如java,c#,c++等等，而是采用了一套类似梯形图的基础简单的框图加上相应的指令命令，便可以让用户实现编程控制，对模块分的较为细，方便检查，十分直观。

2.3PLC的工作原理

当PLC投入运行后，PLC整个工作过程一般情况下包括了三个阶段，分别为输入信号的抽样（既是信号在时间上的离散化）、预先程序员的编程的执行以及输出刷新状态更新状态这三个步骤。

如果PLC完整的完成一次这三个步骤，那么我们称之为完成一个扫描周期。

从PLC开始工作到最终停止工作，这段期间PLC的CPU一直以一定的扫描速度重复地进行一个个扫描周期

每当PLC由于触发进行一个状态扫描时，便会集中进行输入信号的抽样采集，集中在对输出信号的进行更新。

大概的说首先进入刷新输入信号的采集过程，然后关断输入端口这是无法采样输入信号，程序也就不受之后动作的干扰，开始执行预先编制的程序，输入端有新状态，新状态不能被读入。

有且仅当PLC接收到进行下一次扫描信号时，之后的输入状态才可以被读入而完成下一次的程序执行。

这是各个元件寄存器所存的状态模拟量是会通过执行所编写的程序的一次次执行而进行改变的。

扫描周期的长短由以下三条决定。

（1）CPU在执行指令时的速度

（2）指令其本身所需要花费的时间

（3）指令的条数，目前PLC扫描速度基本都很迅速。

此外由于PLC技术特点即要集中采样和集中输出的工作模式，所以存在一个滞后的现象，我们将其称为输入/输出响应延迟。

总结的来说将PLC看作一个系统，外界输入的各种通断信号或模拟信号均为输入模拟量，模拟量被输入到PLC内部的数据寄存器中，而后按用户程序要求进行逻辑运算或数据处理，最后以输出到输出接口，从而控制控制设备和机械外设。

2.4PLC的工作过程及过程图

（1）首先处于在PLC内存内部处理的步骤，在此步骤时，PLC必须查看CPU各个硬件组件是否工作正常，同时复位计时器，定时器，其他一些内部的工作也会在这个阶段完成将其称为CPU自诊断。

（2）接下来是连接服务阶段，PLC与不同功能模块进行接通、响应编程器键入的命令，更新数码管或者显示屏的所展示的内容等。

如果PLC正处于停状态，那则只需要处理内容和通信操作。

（3）接下来便是扫描周期的步骤即输入采集阶段，输入采集也叫输入抽样。

在此阶段依次按照规定的先后读取所有输入端口的通断状态以模拟量表示，同时将所采样获取的信息储存输入映象寄存器中，这时输入印象器的内容被替换成这次采集的内容。

（4）当处于程序处理阶段，和其他编程一样从上至下的，从左到右的规定，对所