自動(dòng)售貨機(jī)的控制設(shè)計(jì)

電氣控制與可編程控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目自動(dòng)售貨機(jī)的控制設(shè)計(jì)系（部）院物理與機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化作者姓名指導(dǎo)教師職稱副教授完成日期2011年12月29日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2011年秋季學(xué)期學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專業(yè)方向電力系統(tǒng)班級(jí)題目名稱自動(dòng)售貨機(jī)的控制設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求1自動(dòng)售貨機(jī)有3個(gè)投孔幣，分別為1元、5元和10元。2售貨共有3種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。3如投幣總額超過(guò)銷售價(jià)格，將可由退幣按鈕找回余額。4投幣值等于或大于12元時(shí)，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水5投幣值等于或大于15元時(shí)，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和花茶，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水6投幣值等于或大于20元時(shí)，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示3種均可選擇。7按下要飲用的飲料按鈕，則相對(duì)應(yīng)的指示燈開(kāi)始閃爍，3S后自動(dòng)停止，表示飲料已掉出。8動(dòng)作停止后按退幣扭，可退回余額，退回余額如果大于10元，則先退10元再退5元或者1元，如果小于5元?jiǎng)t直接退1元的。二、設(shè)計(jì)任務(wù)學(xué)生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行原理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。3、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)要求1設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等2系統(tǒng)有啟動(dòng)、停止功能3運(yùn)用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)；4進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求。四、設(shè)計(jì)進(jìn)度及安排第一周星期一、二講解設(shè)計(jì)課題內(nèi)容、布置任務(wù)及要求星期三、四PLC輸入輸出接線圖，初步設(shè)計(jì)星期五梯形圖，控制面板圖初步設(shè)計(jì)第二周星期一、二PLC輸入輸出接線圖，梯形圖，控制面板的修改星期三、四繪圖，系統(tǒng)仿真調(diào)試，寫(xiě)說(shuō)明書(shū)及操作使用說(shuō)明星期五完善上述設(shè)計(jì)內(nèi)容，裝訂設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，答辯指導(dǎo)教師簽字目錄一、引言1二、設(shè)計(jì)目的1三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求131設(shè)計(jì)要求132設(shè)計(jì)任務(wù)2四、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)241計(jì)幣系統(tǒng)242比較系統(tǒng)243選擇系統(tǒng)244飲料供應(yīng)系統(tǒng)245退幣系統(tǒng)3五、PLC的選型351PLC的選型原則352PLC選型4六、硬件外部接線圖4七、系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)471I/O分配表572程序設(shè)計(jì)的流程圖根據(jù)673程序設(shè)計(jì)梯形圖6八、系統(tǒng)仿真與調(diào)試10九、設(shè)計(jì)總結(jié)12十、參考文獻(xiàn)12一、引言自動(dòng)售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來(lái)。它的出現(xiàn)是勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變化，要求新的流通渠道，相對(duì)于超市、百貨購(gòu)物中心等流通渠道而言，場(chǎng)地的局限性以及購(gòu)物的便利性等這些因素的制約，無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。自動(dòng)售貨機(jī)的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國(guó)家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動(dòng)售貨機(jī)逐漸被越來(lái)越多的消費(fèi)者所接受。采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅編程方便，而且增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。二、設(shè)計(jì)目的通過(guò)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)PCPLC控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程、及上機(jī)調(diào)試工作的實(shí)踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)的方法，并掌握利用PC對(duì)PLC工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法。三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求31設(shè)計(jì)要求1自動(dòng)售貨機(jī)有3個(gè)投孔幣，分別為1元、5元和10元。2售貨共有3種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。3如投幣總額超過(guò)銷售價(jià)格，將可由退幣按鈕找回余額。4投幣值等于或大于12元時(shí)，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水5投幣值等于或大于15元時(shí)，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和花茶6投幣值等于或大于20元時(shí)，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示3種均可選擇。7按下要飲用的飲料按鈕，則相對(duì)應(yīng)的指示燈開(kāi)始閃爍，3S后自動(dòng)停止，表示飲料已掉出。8動(dòng)作停止后按退幣扭，可退回余額，退回余額如果大于10元，則先退10元再退5元或者1元，如果小于5元?jiǎng)t直接退1元的。32設(shè)計(jì)任務(wù)學(xué)生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行原理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)仿真調(diào)試能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。主要內(nèi)容包括1設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等；2系統(tǒng)有啟動(dòng)、停止功能；3運(yùn)用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)；4進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求。四、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)售貨機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。41計(jì)幣系統(tǒng)當(dāng)有顧客買(mǎi)飲料時(shí)，投入的錢(qián)幣經(jīng)過(guò)感應(yīng)器，感應(yīng)器記錄1元、5元或10元錢(qián)的個(gè)數(shù)，通過(guò)個(gè)數(shù)與幣值相加，把最終疊加的錢(qián)幣數(shù)據(jù)存放在MW12中。42比較系統(tǒng)投入錢(qián)幣完畢后,系統(tǒng)會(huì)把MW12內(nèi)的錢(qián)幣數(shù)據(jù)和可以購(gòu)買(mǎi)飲料的價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較,如果投入的錢(qián)幣不足則沒(méi)有指示燈亮，要求繼續(xù)投入錢(qián)幣，或者退幣。當(dāng)投入的錢(qián)幣總值超過(guò)12元時(shí)，汽水指示燈亮。當(dāng)投入的錢(qián)幣總值超過(guò)15元時(shí)，汽水和花茶指示燈都亮，當(dāng)投入的錢(qián)幣總值超過(guò)20元時(shí)，汽水、花茶和咖啡指示燈都亮，此時(shí)可以選擇飲料或選擇退幣。43選擇系統(tǒng)比較電路完成后選擇電路指示燈亮，當(dāng)按下汽水、花茶或者咖啡選擇按鈕，相應(yīng)的指示燈轉(zhuǎn)為1秒為周期的閃爍。當(dāng)相應(yīng)的飲料取出后，閃爍同時(shí)停止。44飲料供應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)按下飲料選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的電機(jī)啟動(dòng)。在飲料輸出的同時(shí)，減去相應(yīng)的購(gòu)買(mǎi)錢(qián)幣數(shù)。當(dāng)飲料輸出達(dá)到5秒時(shí),電機(jī)停機(jī)。45退幣系統(tǒng)當(dāng)顧客購(gòu)?fù)觑嬃虾?，多余的錢(qián)幣只要按下退幣按鈕。系統(tǒng)就會(huì)把數(shù)據(jù)寄存器MW12中的錢(qián)幣退回。五、PLC的選型51PLC的選型原則1最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，充分收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，同時(shí)收集相關(guān)國(guó)內(nèi)、國(guó)外相關(guān)的資料。同時(shí)還要注意和現(xiàn)場(chǎng)的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員等緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。2保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程等方面要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如應(yīng)該保證PLC控制程序不僅能在正常條件下運(yùn)行，而且要在非正常情況下，也能正常工作。3力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。4適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。52PLC選型S7200PLC它有四種不同的型號(hào)，由于設(shè)計(jì)要求有9個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，因而選擇S7CPU226最為合適。CPU224主機(jī)數(shù)字量I/O點(diǎn)為14輸入/10輸出共24個(gè)；擴(kuò)展能力強(qiáng)，可連續(xù)7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；13KB程序和數(shù)據(jù)存取空間；6個(gè)獨(dú)立的30KHZ高數(shù)計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20KHZ高數(shù)緩沖輸出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整體拆卸，是具有將強(qiáng)控制能力的控制器。6、L硬件外部接線圖根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求PLC主機(jī)的硬件接線圖如圖1所示。NLI00I01I02I03I04I05I06I07COMQ00Q01Q02Q04Q03Q05COMST1ST2ST3SB2SB3SB4SB5SB11元投幣光電開(kāi)關(guān)5元投幣光電開(kāi)關(guān)10元投幣光電開(kāi)關(guān)汽水按鈕花茶按鈕咖啡按鈕找錢(qián)按鈕汽水指示燈花茶指示燈咖啡指示燈汽水出貨電磁閥花茶出貨電磁閥咖啡出貨電磁閥S7200CPU224Q06Q07Q10Q11可退幣指示燈退十元錢(qián)電磁閥退五元錢(qián)電磁閥退一元錢(qián)電磁閥啟動(dòng)按鈕HL1HL2HL3HL4YB1YB2YB3YB4YB5YB6ST4托盤(pán)開(kāi)關(guān)圖1自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的PLC硬件線圖7、系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)71I/O分配表此次設(shè)計(jì)的PLC控制的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的I/O分配表如下表表1I/O分配表名稱地址說(shuō)明輸入信號(hào)啟動(dòng)按鈕I00開(kāi)始1元光電開(kāi)關(guān)I01檢測(cè)投入的1元硬幣的數(shù)量5元光電開(kāi)關(guān)I02檢測(cè)投入的5元硬幣的數(shù)量10元光電開(kāi)關(guān)I03檢測(cè)投入的10元硬幣的數(shù)量汽水按鈕I04選擇購(gòu)買(mǎi)汽水花茶按鈕I05選擇購(gòu)買(mǎi)花茶咖啡按鈕I06選擇購(gòu)買(mǎi)咖啡退錢(qián)按鈕I07選擇退錢(qián)托盤(pán)開(kāi)關(guān)I10檢測(cè)選擇的飲料是否取出輸出信號(hào)汽水指示燈L1Q00指示所投入的幣值購(gòu)買(mǎi)汽水花茶指示燈L2Q01指示所投入的幣值購(gòu)買(mǎi)花茶咖啡指示燈L3Q02指示所投入的幣值購(gòu)買(mǎi)咖啡汽水出口Q03控制商品執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行送出汽水的動(dòng)作花茶出口Q04控制商品執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行送出花茶的動(dòng)作咖啡出口Q05控制商品執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行送出咖啡的動(dòng)作可退幣指示燈Q06指示售貨機(jī)機(jī)內(nèi)有錢(qián)可退10元硬幣退幣機(jī)構(gòu)Q07可退出時(shí)元的紙幣5元硬幣退幣機(jī)構(gòu)Q10可推出五元的紙幣1元硬幣退幣機(jī)構(gòu)Q11可推出一元的硬幣72程序設(shè)計(jì)的流程圖根據(jù)根據(jù)對(duì)飲料自動(dòng)售貨機(jī)工作過(guò)程的描述，可以設(shè)計(jì)出飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)PLC程序的程序流程圖，如圖2所示。開(kāi)始投幣計(jì)數(shù)比較錢(qián)幣選擇飲料錢(qián)不足咖啡減20花茶減15汽水減12是否找零找錢(qián)結(jié)束圖2程序流程圖73程序設(shè)計(jì)梯形圖梯形圖語(yǔ)言是在傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。它與電氣控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電氣控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入、輸出形式，具有形象、直觀、使用的特點(diǎn)。因此，這種編程語(yǔ)言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語(yǔ)言，是PLC的第一編程語(yǔ)言。設(shè)計(jì)梯形圖指令語(yǔ)句表見(jiàn)附錄1。8、系統(tǒng)仿真與調(diào)試采用S7_200仿真對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真及調(diào)試,采集的圖如下圖所示輸入一元的紙幣后可退幣指示燈亮。當(dāng)輸入的錢(qián)的總額大于20元時(shí)三種飲料的指示燈都亮。當(dāng)總額大于20元時(shí)，按下咖啡飲料鍵后則咖啡執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。當(dāng)余額大于10元時(shí)則先退10元的紙幣9、設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)本次論文設(shè)計(jì)，使我對(duì)PLC控制的知識(shí)有了更深層次的認(rèn)識(shí)，同時(shí)通過(guò)多次上機(jī)操作，我對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力也有很大的提高，而在論文設(shè)計(jì)中通過(guò)查閱文獻(xiàn)，搜集資料，綜合分析等方面的訓(xùn)練，使我綜合應(yīng)用各方面知識(shí)，分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力也得到了很大的提高。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)老師和同學(xué)的幫助和自己的不斷摸索，掌握了不少的工程技術(shù)方法，同時(shí)也培養(yǎng)了自己的工程設(shè)計(jì)思想，為以后的實(shí)際工作打下了一定的基礎(chǔ)。10、參考文獻(xiàn)1張曉鋒，張靜電氣控制與可編程控制技術(shù)及應(yīng)用北京國(guó)防工業(yè)出版社，20102宋伯生PLC編程控制指南北京機(jī)械工業(yè)出版社，20073史國(guó)生電氣控制與可編程控制技術(shù)北京化學(xué)工業(yè)出版社，20044張萬(wàn)忠可編程控制器入門(mén)與應(yīng)用實(shí)例（西門(mén)子S7200系列北京清華大學(xué)出版社，20075王