畢業(yè)設(shè)計論文基于西門子S7200PLC的自動售貨機(jī)設(shè)計

1、皖西學(xué)院本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計（申請學(xué)士學(xué)位）論文題目 基于西門子s7-200plc的自動售貨機(jī)設(shè)計 作者姓名 高 超 專 業(yè) 名 稱 自 動 化 指導(dǎo)教師 李強(qiáng) 2013年6月學(xué) 生： （簽字）學(xué) 號：2009210328答 辯 日 期：2013年 6 月 16 日指 導(dǎo) 教 師： （簽字）目 錄摘要1abstract11 緒論21.1 課題的選題背景及意義21.2 自動售貨機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀21.3 本課題研究主要內(nèi)容31.4 章節(jié)安排32 總體方案設(shè)計32.1 可選方案32.2 方案比較42.2.1 plc控制與繼電器控制相比較42.2.2 可編程控制器與單片機(jī)控制的區(qū)別52.3 方案

2、選擇53 自動售貨機(jī)的功能分析53.1 自動售貨機(jī)的基本功能53.2 自動售貨機(jī)的控制要求64 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的plc設(shè)計74.1 plc簡單介紹74.1.1 plc定義及特點74.1.2 plc的基本功能結(jié)構(gòu)和原理74.2 i/o地址分配表84.3 硬件接線圖94.4 程序設(shè)計104.4.1 軟件結(jié)構(gòu)104.4.2 程序設(shè)計114.5 軟件調(diào)試134.6 實驗過程及效果分析13結(jié) 論15參考文獻(xiàn)15附錄1 實驗設(shè)備及運行環(huán)境17附錄2 梯形圖17附錄3 西門子s7-200與實物接線圖23致 謝24基于西門子s7-200plc的自動售貨機(jī)設(shè)計摘要: 隨著社會的不斷進(jìn)步，plc與自動控制技術(shù)

3、的不斷發(fā)展，自動售貨機(jī)與消費者的聯(lián)系也越來越緊密。本設(shè)計以plc為控制系統(tǒng)，利用西門子s7-200編寫系統(tǒng)梯形圖。該自動售貨機(jī)主要由投幣、價格比較、找零模塊組成，并對各模塊進(jìn)行了梯形圖設(shè)計，從而實現(xiàn)了自動售貨機(jī)的計幣、價格比較、找零功能。利用plc設(shè)計的自動售貨機(jī)大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的運行，具有編程簡單、可靠性高、維護(hù)方便等優(yōu)點，有一定的市場應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：自動售貨機(jī)；西門子s7-200；可編程控制器；編程design of the vending machine based on siemens s7-200 programmable logic controlle

4、rabstract: with the development of science and technology，programmable logic controller (plc) and automatic control technology has been developing rapidly. the vending machine is more and more closely contact with consumers. this design takes the plc as control system, and writes the ladder figure o

5、f this design by siemens s7-200. this vending machine is mainly composed of insert coins, price comparisons and gives change, and the ladder diagram design of each module, is use to realize a money of account, price comparisons and gives change .the vending machine can greatly increase the system st

6、ability and ensure that system for long-term stable operation based on plc, which has a certain market value. key words: vending machine; siemens s7-200; plc; program1 緒論1.1 課題的選題背景及意義隨著社會的發(fā)展，自動售貨機(jī)的功能不斷提高。同時由于生活水平的提高和生活節(jié)奏的不斷加快，人們需要一種簡捷的消費方式。由于消費場所、環(huán)境不斷變化，急需一種新的交易方式出現(xiàn)，作為交易最廣泛的超市、商店等交易場所，由于占用人力資源和空間資源

7、，交易場所容易受周圍環(huán)境的限制，因此全新的交易方式自動售貨機(jī)便出現(xiàn)在人們的生活中。美國、英國等發(fā)達(dá)國家都把自動售貨作為主要的交易方式，同時這些國家把自動售貨機(jī)運用于各種領(lǐng)域，這種交易方式漸漸被更多消費者所青睞，其功能正向信息化、人性化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在國內(nèi)市場上的自動售貨機(jī)只有投幣交易方式，這樣大大限制了交易的速度，傳統(tǒng)的自動售貨機(jī)已經(jīng)不能滿足人們生活的需求，這要求它的功能更強(qiáng)大、交易更方便，使用簡單。因為大部分自動售貨機(jī)都放置在室外，這樣可能造成自動售貨機(jī)人為損壞或是由于環(huán)境原因不能正常工作。資料顯示，在我國自動售貨機(jī)由于人為損壞的比率占到一成，因此對于商家而言解決人為損壞問題首當(dāng)其沖。自動售

8、貨機(jī)有助于解決當(dāng)今社會人力資源不足的現(xiàn)象，占用空間有限、投資小，可以讓資源有效充分利用到其他方面，同時可以全天候的運營也是自動售貨機(jī)最重要的優(yōu)點。綜上所述，把plc技術(shù)運用到新的自動售貨機(jī)開發(fā)，改善其功能和質(zhì)量，增加自動售貨機(jī)的交易方式如刷卡式等，這樣可以滿足不同人群不同的需求。本課題開展的自動售貨機(jī)設(shè)計對推動自動售貨機(jī)行業(yè)的發(fā)展和提高我國自動售貨機(jī)整體技術(shù)水平有著重要的意義。1.2 自動售貨機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在公元前3世紀(jì)出現(xiàn)了世界上第一臺自動售貨機(jī)，當(dāng)時出現(xiàn)的自動售貨機(jī)是用于出售圣水的。到了十七世紀(jì)，英國出現(xiàn)了用于出售香煙的自動售貨機(jī)。進(jìn)入二十世紀(jì)后有實用意義的自動售貨機(jī)出現(xiàn)在日本，當(dāng)時用來

9、出售郵票和明信片。二戰(zhàn)以后自動售貨機(jī)的使用達(dá)到了空前巔峰。1942年我國開始發(fā)行1元和5角硬幣，這使得自動售貨機(jī)在我國得到發(fā)展1。如今自動售貨機(jī)在我國使用還不夠廣泛，因此將自動售貨機(jī)推廣應(yīng)用到生活中，是一個具有發(fā)展?jié)摿Φ男袠I(yè)2。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，自動售貨機(jī)開始向高效化的方向發(fā)展，現(xiàn)代plc技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，已被應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，相信隨著科技的進(jìn)步自動售貨機(jī)將會有著長足的發(fā)展。國內(nèi)方面，二十世紀(jì)末自動售貨機(jī)在中國出現(xiàn)。目前在很多人流量較大場所如火車站、購物中心、地鐵等，自動售貨機(jī)已經(jīng)開始出現(xiàn)并有一定的發(fā)展。自動售貨機(jī)不但可以出售物品還可以作為廣告的載體。國外方面，日本的自動售貨機(jī)行業(yè)發(fā)展

10、已經(jīng)相當(dāng)成熟，在日本有二千多種機(jī)器型號，可以出售六千多種貨物。由于自動售貨機(jī)可以全天運營，因此，自動售貨很受人們的喜愛。近幾年，自動售貨機(jī)逐漸被越來越多的消費者所接受。從近兩屆上海舉辦的“中國國際自動售貨系統(tǒng)及商務(wù)自助產(chǎn)品展覽會”來看，在國外自動售貨機(jī)在市場占據(jù)主要地位。特別的，在國內(nèi)一些發(fā)達(dá)省市，對自動售貨機(jī)研發(fā)的公司卻寥寥無幾，這和它們的經(jīng)濟(jì)實力是不符合的。在英國，國內(nèi)的銀行和信用機(jī)構(gòu)還專門推出了一種自動售貨機(jī)卡，人們站在自動售貨機(jī)前，只要把卡輕輕拉一下，就省去了投幣的麻煩，使用非常方便。到了2002年，英國持有這種卡的人已經(jīng)占到全國人口的五分之一以上，由此可見在英國自動售貨機(jī)的普遍性和受

11、人們歡迎的程度。如今，隨著自動售貨機(jī)在人們生活中的普及，也逐漸的被應(yīng)用于其他領(lǐng)域。自助服務(wù)的內(nèi)容不再是商品，服務(wù)的對象也不在局限于消費商品的顧客。未來的自動售貨機(jī)必然朝著監(jiān)控管理智能化、性能多樣化的道路發(fā)展。1.3 本課題研究主要內(nèi)容本課題研究主要內(nèi)容：本設(shè)計主要對自動售貨機(jī)的各個智能模塊進(jìn)行研究設(shè)計，包括投幣模塊、比較模塊、找零模塊。利用西門子s7-200型plc軟件來設(shè)計梯形圖，并利用可編程控制器作為自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的核心。同時描述了plc的結(jié)構(gòu)特點及其工作原理。根據(jù)自動售貨機(jī)的基本功能和控制要求給出了自動售貨機(jī)的設(shè)計方案。在軟件方面主要完成了plc梯形圖的設(shè)計，并將本次設(shè)計以仿真的形式

12、實現(xiàn)，驗證了各個模塊的正常功能。最后，指出了本設(shè)計目前尚存在的不足之處，為以后繼續(xù)深入研究作參考。1.4 章節(jié)安排本文共分為5章，各章節(jié)安排如下所示：第一章 緒論，介紹了本課題的背景及研究意義，介紹了自動售貨機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并概述了本文的主要研究工作。第二章 總體方案的設(shè)計，介紹了本設(shè)計可選的三種方案及三種方案的優(yōu)缺點，并通過比較得出最后選擇的方案。第三章 分析了plc的基本功能和控制要求。第四章 主要介紹了plc定義及特點、基本結(jié)構(gòu)和工作原理控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括i/o地址分配表、硬件接線圖、程序設(shè)計、軟件調(diào)試和實驗過程及效果分析。2 總體方案設(shè)計本次設(shè)計從自動售貨機(jī)的控制角度來說可采用可

13、編程控制器控制、繼電器控制和單片機(jī)控制。2.1 可選方案方案一：可編程控制器控制可編程控制器控制采用可編程的存儲器在其內(nèi)部存儲邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制和算術(shù)運算等操作指令，.并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。由于計算機(jī)每次只能執(zhí)行一項任務(wù)，所以程序的執(zhí)行是按順序一次完成各個電器的動作，其邏輯控制關(guān)系為內(nèi)部存儲邏輯方式。方案二：繼電器控制方式以繼電器為核心的繼電器控制，把各種繼電器、定時器、接觸器、及其觸點按照一定邏輯關(guān)系連接組成的控制系統(tǒng)。控制繼電器是一種自動電器，它適用于遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嘟弧⒅绷餍∪萘靠刂齐娐?，并在電力?qū)動系統(tǒng)中供控制、保護(hù)及信號轉(zhuǎn)換用。

14、控制繼電器的輸入量通常是電流、電壓等電量，也可以是溫度、壓力、速度等非電量，輸出量則是觸點動作時發(fā)出的電信號或輸出電路的參數(shù)變化。繼電器的特點是當(dāng)其輸入量的變化達(dá)到一定程度時，輸出量才會發(fā)生階躍性的變化。由繼電器控制方式組成的自動售貨機(jī)其控制邏輯關(guān)系為由繼電器、接觸器硬接線方式。方案三：單片機(jī)控制方式單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計，包括系統(tǒng)的要求、控制方案的選擇，以及工藝參數(shù)的測量范圍等；選擇各參數(shù)檢測元件及變送器；建立數(shù)學(xué)模型及確定控制算法；選擇單片機(jī)，并決定是自行設(shè)計還是購買成套設(shè)備；系統(tǒng)硬件設(shè)計：（1）包括接口電路，邏輯電路及操作面板；系統(tǒng)軟件設(shè)計，包括管

15、理、監(jiān)控程序以及應(yīng)用程序的設(shè)計，應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計包含有硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分。（2）系統(tǒng)的調(diào)試與試驗。2.2 方案比較2.2.1 plc控制與繼電器控制相比較(1) 邏輯控制繼電器控制是利用各電器件機(jī)械觸點的串、并聯(lián)組合成邏輯控制。采用硬接線連接，連接多而復(fù)雜，對今后的邏輯修改、增加功能很困難。而plc中邏輯控制是以程序的方式存儲在內(nèi)存當(dāng)中，改變程序便可改變邏輯，連線少，體積小，方便可靠。(2) 控制速度依靠機(jī)械觸點的吸合動作來完成控制的繼電器控制系統(tǒng)，工作頻率低、速度慢，而plc采用程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，不僅穩(wěn)定可靠，控制速度也大大提高。(3) 順序控制繼電器控制是利用時間繼電器的

16、滯后動作來完成時間上的順序控制，時間繼電器的內(nèi)部易受環(huán)境溫度和濕度變化的影響，造成定時的較大誤差。而plc內(nèi)部是由半導(dǎo)體電路組成的定時器以及由晶體振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖計時，定時的精度高。(4) 靈活性和擴(kuò)展性繼電器系統(tǒng)安裝后，受電器觸點數(shù)目的有限性和連線復(fù)雜等原因的影響，系統(tǒng)在今后的靈活性、擴(kuò)展性很差。而plc具有專用的輸入和輸出模塊，連線少，靈活性可擴(kuò)展好。(5) 計數(shù)功能繼電器控制可實現(xiàn)邏輯功能，但不具備計數(shù)功能。plc內(nèi)部有特定的計數(shù)器，可實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的步進(jìn)控制。(6) 可靠性和可維護(hù)性繼電器控制使用大量的機(jī)械觸點，觸點在開閉時會產(chǎn)生電弧，造成損傷并伴有磨損，使用壽命短運行可靠性差，不

17、易維護(hù)。而plc采用微電子技術(shù)，內(nèi)部的開關(guān)動作均由無觸點的半導(dǎo)體電路完成，體積小壽命長，可靠性高3。2.2.2 可編程控制器與單片機(jī)控制的區(qū)別(1) plc是單片機(jī)之上的產(chǎn)品，單片機(jī)是集成電路，這兩者之間不具可比性。(2) plc是單片機(jī)應(yīng)用的特例，單片機(jī)可以構(gòu)成功能各樣的應(yīng)用系統(tǒng)。(3) plc是工業(yè)控制領(lǐng)域的主力軍，能夠完成強(qiáng)電的邏輯控制和運動控制及pid運算；單片機(jī)適用于小型自動控制領(lǐng)域及無線控制領(lǐng)域；體積小價格便宜。(4) 單片機(jī)自身保護(hù)差，plc自身保護(hù)強(qiáng)。plc控制抗干擾能力比單片機(jī)強(qiáng)，plc適用于中、大型設(shè)備，單片機(jī)適用于微、小型設(shè)備 ?？偠灾?，它們的區(qū)別是使用的領(lǐng)域不同，基本

18、控制原理大體相同4-7。2.3 方案選擇綜上所述，鑒于plc功能完善，組合靈活，擴(kuò)展方便，實用性強(qiáng)，編程簡單，安裝簡單，容易維修，抗干擾能力和可靠性能力都強(qiáng)，環(huán)境要求低，易學(xué)易用等優(yōu)點。本次設(shè)計采用方案一，以可編程控制器為核心設(shè)計自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)8。3 自動售貨機(jī)的功能分析3.1 自動售貨機(jī)的基本功能自動售貨機(jī)的各種功能和控制要求，給出了完整的自動售貨機(jī)工作流程圖如下圖3-1所示，并介紹自動售貨機(jī)運行系統(tǒng)中所包括的人工操作步驟。本次設(shè)計制作的自動售貨機(jī)利用兩個按鍵進(jìn)行模擬，可識別兩種錢幣，分別是0.5元、1元硬幣，自動售貨機(jī)共出售四種貨物蘇打水、可樂、汽水、咖啡，價格分別為0.5元、1元、

19、3元、5元，在自動售貨機(jī)有需要的貨物的前提下，只有當(dāng)消費者投入的錢幣大于或等于所需要的錢幣時，指示燈亮，表示可以進(jìn)行購買，兩種貨物分別用四個小燈代替進(jìn)行模擬。除此之外，本次設(shè)計還涉及了顯示、找零、送貨等功能的實現(xiàn)，其中顯示部分采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，顯示投幣總數(shù)和購買后的余額；當(dāng)按下找零按鈕后，數(shù)碼管顯示進(jìn)行清零，采用從高到低遞減的形式進(jìn)行清零。送貨部分用指示燈表示。自動售貨機(jī)的基本功能就是對投入的貨幣進(jìn)行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。例如：售貨機(jī)中有2種商品，汽水價格為3元， 咖啡價格為5元。現(xiàn)投入1個1元硬幣， 當(dāng)投入的貨幣超過汽水的價格時，汽水的選擇按鈕處應(yīng)

20、有變化，提示可以購買，咖啡也提示。當(dāng)按下選擇汽水價格時，售貨機(jī)進(jìn)行減法運算，從投入的貨幣總值中減去汽水的價格同時汽水出貨口指示燈亮。此時售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買而按下退幣按鈕，售貨機(jī)則要進(jìn)行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的除法運算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。按下退幣按鈕投入硬幣按下選擇按鈕是否初始狀態(tài)投幣狀態(tài)購買狀態(tài)退幣狀態(tài)是否剩余?圖3-1 自動售貨機(jī)工作流程圖3.2 自動售貨機(jī)的控制要求鑒于實驗室的仿真條件，仿真時自

21、動售貨機(jī)共出售兩種貨物汽水和咖啡，自動售貨機(jī)操作面板如下圖3-2所示。m1、m2兩個復(fù)位按鈕表示投入自動售貨機(jī)的人民幣面值，yo貨幣指示（例如：按下m1則y0顯示1），自動售貨機(jī)里有汽水（3元/瓶）和咖啡（5元/瓶）兩種飲料，當(dāng)y0所顯示的值大于或等于這兩種飲料的價格時，c或d發(fā)光二極管會點亮，表明可以購買飲料；按下汽水按鈕或咖啡按鈕表明購買飲料，此時a或b發(fā)光二極管會點亮， e或f 發(fā)光二極管會點亮，表明飲料已從售貨機(jī)取出；按下zl按鈕表示找零，此時y0清零，延時0.6s找零出口 g發(fā)光二極管點亮，如超過20s不進(jìn)行任何操作，自動售貨機(jī)將自動找零。圖3-2 自動售貨機(jī)操作面板4 自動售貨機(jī)控

22、制系統(tǒng)的plc設(shè)計4.1 plc簡單介紹4.1.1 plc定義及特點plc是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc具有安裝簡單，容易維修，功能完善，擴(kuò)展方便，編程簡單，易于維修等特點9。4.1.2 plc的基本功能結(jié)構(gòu)和原理plc可實現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、定時、通信及聯(lián)網(wǎng)等功能10。可編程控制器有多種多樣的結(jié)構(gòu)，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實現(xiàn)基于硬件

23、的作用，且靠軟件的支持，實際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機(jī)。硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)基本相似主要包括中央處理器cpu、存儲器（romram ）、輸入輸出模塊、電源、i/o擴(kuò)展接口和通信接口、外部設(shè)備接口等如圖4-1所示。圖4-1 plc硬件圖（1）中央處理器：中央處理器單元一般由控制器、運算器和寄存器組成。cpu通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與儲存單元、輸入輸出接口、通信接口、擴(kuò)展接口相連。cpu是plc的核心，它不斷采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。（2）儲存器：plc的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩種。系統(tǒng)存儲器用于存放plc的系統(tǒng)程序，用戶存儲器用于存放plc的用戶程序。

24、（3）輸入輸出接口單元：plc的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時間比較短，可以直接與電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。（4）輸出接口電路：輸出接口電路通常有3種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。（5）擴(kuò)展接口和通信接口：plc的擴(kuò)展接口的作用是將擴(kuò)展單元和功能模塊與基本單元相連，使plc的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要；通信接口的功能是通過這些通信接口可以和監(jiān)視器、打印機(jī)、其他的plc或是計算機(jī)相連，從而實現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對話。（6）電源：plc一般使用220v交流電源或24v直流電源，內(nèi)部

25、的開關(guān)電源為plc的中央處理器、存儲器等電路提供5v、12v、24v直流電源，使plc能正常工作。plc基本工作原理是：:plc采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式：每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進(jìn)行刷新，輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。掃描周期的長短由cpu執(zhí)行指令的速度、指令本身占有的時間、指令條數(shù)，現(xiàn)在的plc掃描速度都是非?？斓?。由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯

26、后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲11-12。4.2 i/o地址分配表輸入/輸出單元通常也稱i/o單元或i/o模塊，是plc與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 plc通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為plc對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時plc又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的13。本次自動售貨機(jī)i/o點的分配如下表4-1所示。表4-1 i/o地址分配表接口序號輸入、輸出接口符號功能1i0.0zl找零按鈕2i0.1sd蘇打水按鈕3i0.2kl可樂按鈕4i0.3qs汽水按鈕5i0.4cf咖啡按鈕6i2.0m1五角投幣鍵7i2.1m2一元投幣鍵8i2.5-找零五角9

27、i2.6-找零一元10i3.1-蘇打水行程開關(guān)11i3.2-可樂行程開關(guān)12i3.3-汽水行程開關(guān)13i3.4-咖啡行程開關(guān)14q3.1-蘇打水紅燈(物品售完)15q3.2-可樂紅燈(物品售完)16q3.3-汽水紅燈(物品售完)17q3.4-咖啡紅燈(物品售完)18q0.0-找零19q0.1-蘇打水出口20q0.2-可樂出口21q0.3e汽水出口22q0.4f咖啡出口23q2.1-蘇打水可購買指示燈24q2.2-可樂可購買指示燈25q2.3a汽水可購買指示燈26q2.4b咖啡可購買指示燈4.3 硬件接線圖本次自動售貨機(jī)的外部接線圖如圖4-2所示，sd、kl、qs、cf為物品選擇按鈕，當(dāng)投入的貨

28、幣大于或等于物品價格時，物品指示燈（q2.1q2.4）亮，當(dāng)按下物品按鈕，對應(yīng)的貨物出口指示燈亮，當(dāng)收買物品總值低于投入總值時，可按找零按鈕zl選擇找零，如20s內(nèi)無人操作則自動退款，找零指示燈g亮。圖4-2 硬件接線圖4.4 程序設(shè)計4.4.1 軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)自動售貨機(jī)的工作原理和基本功能作出程序流程圖如下圖4-3所示。根據(jù)plc控制系統(tǒng)的工作原理硬件設(shè)計，主要由投幣過程、價格比較、找零等模塊組成主要模塊的功能如下：(1)投幣過程在投幣的過程中，每投入一枚硬幣，經(jīng)過識別把信號傳送給plc，該模塊是對識別的錢幣進(jìn)行累加并顯示出相應(yīng)的幣值。(2)價格比較投幣完成后，系統(tǒng)將投幣金額和可以購買的商品進(jìn)

29、行價格比較，若投幣總額大于或等于商品的價格，則可以購買商品，相應(yīng)的指示燈亮，否則不能購買。(3)找零模塊系統(tǒng)在顧客購買完商品后進(jìn)行找零。在找零過程中，系統(tǒng)主要完成貨幣的運算過程，運算結(jié)果存放在數(shù)據(jù)寄存器中，系統(tǒng)根據(jù)運算的結(jié)果在找零口退回相應(yīng)的貨幣。(4)顯示模塊實現(xiàn)幣值顯示和累計金額顯示。是否開始投幣計數(shù)金額>5?錢不足飲料選擇蘇打水選擇可樂選擇汽水選擇咖啡選擇減去蘇打水錢減去可樂錢減去汽水錢減去咖啡錢是否找零找零計算結(jié)束圖4-3 軟件程序流程圖4.4.2 程序設(shè)計利用西門子step7-micro/win v4.0編程軟件，在pc機(jī)上編寫程序，主要完成投幣過程、價格比較、找零等功能14。

30、（1）計幣部分當(dāng)有顧客購買飲料時，投入硬幣經(jīng)過識別，將信號傳送給到plc內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)運算，梯形圖如圖4-4所示。圖4-4 計幣程序（2）價格比較部分投幣完成后，系統(tǒng)將投幣金額和可以購買的商品進(jìn)行價格比較，若投幣總額大于或等于商品的價格，則可以購買商品，相應(yīng)的指示燈亮，否則不能購買。如圖4-5所示。圖4-5 價格比較程序（3）找零部分購買物品后，按下找零按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行找零操作，20s無人操作系統(tǒng)自動找零。如圖4-6所示。圖4-6 找零程序4.5 軟件調(diào)試（1）plc程序調(diào)試程序編寫完成后，利用西門子step7-micro/win v4.0編程軟件自帶的虛擬運行功能在電腦中運行該程序，觀察各輸出繼電

31、器、狀態(tài)繼電器和輔助繼電器的狀態(tài)。（2）聯(lián)機(jī)調(diào)試在plc實驗臺上連接好本設(shè)計要用到的輸入/輸出接口，然后連接pc與plc之間的連接線，開通電源，然后在pc上打開西門子step7-micro/win v4.0編程軟件，輸入該自動售貨機(jī)的梯形圖，再進(jìn)行保存、編譯、調(diào)試、裝載等過程，最后進(jìn)行硬件調(diào)試，在plc操作臺上，調(diào)試并觀察現(xiàn)像。4.6 實驗過程及效果分析（1）如圖4-7所示。按兩次0.5元投幣鍵m1，物幣指示yo顯示為1，汽水和咖啡可購買指示燈c和d都不亮，不可購買汽水和咖啡。圖4-7 不可購買汽水和咖啡（2）如圖4-8所示。按1元投幣鍵m2，直到物幣指示yo顯示為3，汽水可購買指示燈c亮，咖

32、啡可購買指示燈d不亮，按下汽水按鈕qs，汽水出口指示燈e先亮后滅，貨幣指示yo清零。圖4-8 汽水可購買指示燈亮（3）如圖4-9所示。分別按下1元投幣鍵，直到物幣指示yo顯示為5，汽水可購買指示燈c亮，咖啡可購買指示燈d亮，按下汽水按鈕qs，汽水出口指示燈e先亮后滅，貨幣指示yo顯示為2，如圖4-10所示，按下找零按鈕zl找零2元。圖4-9 汽水和咖啡可購買指示燈亮圖4-10 購買汽水后汽水可購買指示燈滅（4）如圖4-11所示。按下1元投幣鍵，直到物幣指示yo顯示為5，汽水可購買指示燈c亮，咖啡可購買指示燈d亮，按下咖啡按鈕cf，咖啡出口指示燈f先亮后滅，貨幣指示yo顯示為0，如圖4-12所示

33、。圖4-11 汽水和咖啡可購買指示燈亮貨幣指示為5圖4-12 購買咖啡后汽水和咖啡可購買指示燈滅貨幣指示為0結(jié) 論本設(shè)計講述了自動售貨機(jī)的發(fā)展歷程，以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一系列的方案論證，最終采用了plc作為控制系統(tǒng)的核心，并論述了plc的定義、特點、基本功能及原理。給出了自動售貨機(jī)的i/o地址分配和硬件接線圖，此次設(shè)計的自動售貨機(jī)具有計幣、價格比較、找零等功能，做出了軟件程序流程圖，并對每個功能模塊進(jìn)行分析畫出梯形圖。最后利用西門子s7-200對設(shè)計進(jìn)行仿真，初步實現(xiàn)了自動售貨機(jī)準(zhǔn)確無誤的計幣功能，在投入貨幣后，自動進(jìn)行價格比較，投入的貨幣大于貨物的價格時相對應(yīng)的燈亮，否則不亮，在購買完貨物后，實現(xiàn)了找零功能。此次畢業(yè)設(shè)計在自動售貨機(jī)的設(shè)計過程中初步實現(xiàn)了計幣、價格比較、找零功能，取得了一定的研究成果，但本次設(shè)計的自動售貨機(jī)還處于研究的初步階段，今后的研究主要有以下幾個研究方向：（1） 嘗試對貨幣的幣值與真?zhèn)巫R別也進(jìn)行了認(rèn)真的研究決定采用“圖紋重合比較法”來進(jìn)行。（2） 加入圖像特征采集模塊，以此解決新舊人民幣無法識別的情況。（3） 增加通信模塊，使自動售貨機(jī)能與多個外設(shè)之間通信。參考文