plc自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計

1、目錄第 1 章 自動售貨機(jī)的控制工藝流程分析 1.1.1 系統(tǒng)描述與控制要求 11.2 控制工藝分析 2第 2 章自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計 3.2.1 自動售貨機(jī)系統(tǒng)的硬件組成 32.2 I/O 分配 42.3 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖 5第 3 章 系統(tǒng)的流程圖 6.第 4 章 程序設(shè)計 7.4.1 計幣部分 74.2 比較部分 74.3 選擇和飲料供應(yīng)部分 84.4 余額計算部分 84.5 退幣部分 94.6 整體運行梯形圖 11第 5 章 梯形圖程序調(diào)試 1.4.課程設(shè)計心得 1.5.參考文獻(xiàn) 1.6.PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計第1章 自動售貨機(jī)的控制工藝流程分析自動售貨機(jī)是可完成無

2、人自動售貨的商業(yè)自動化設(shè)備，它不受任何場地限制，方便快 捷，在我國也越來越普及。傳統(tǒng)的自動售貨機(jī)采用單片機(jī)作為控制核心，但這樣在輸入輸 出接口上消耗很大。PLC不但可實現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡單、功能強(qiáng)、 能耗低、調(diào)試方便等優(yōu)點。本文設(shè)計的是售汽水和咖啡這兩種飲料的自動飲料機(jī)，它的售 貨過程是：首先由顧客按下商品選擇開關(guān)時，然后顧客投入的硬幣（投入硬幣的面值和剩余 值由PLC驅(qū)動數(shù)碼管顯示）經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，再由光傳感器驅(qū)動硬幣識別傳感器識別硬 幣（由于能力有限，在識別硬幣上不做具體研究）。如果是無效幣則使繼電器打開閥門， 將硬幣退出；如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應(yīng)的硬幣貯

3、幣腔，并經(jīng)硬幣識別傳感 器將信號送給PLC。最后經(jīng)顧客選擇，同時 PLC控制，使PLC的輸出口上有相應(yīng)的信號 輸出。若貯幣腔內(nèi)無硬幣（紅外檢測器感應(yīng)）、飲料的量位小于設(shè)定值（紅外傳感器感應(yīng)）、 售貨機(jī)遭損，系統(tǒng)就報警【7】。大體運行如圖1.1：圖1.1自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成示意圖1.1系統(tǒng)描述與控制要求PLC控制的自動售貨機(jī)系統(tǒng)主要有三個可以感受到投幣量的傳感器，六個按鈕開關(guān)（分別為啟動按鈕、停止按鈕、退幣按鈕、汽水選擇按鈕、花茶選擇按鈕和咖啡選擇按鈕）三 個指示燈，（分別為汽水指示燈，花茶指示燈和咖啡指示燈），和兩個七段數(shù)碼管。傳感 器用來接收投幣信號，傳送投幣量的多少；按鈕開關(guān)分別對系

4、統(tǒng)功能進(jìn)行控制，當(dāng)投入的錢幣夠某一種飲料時，按下這種飲料的選擇按鈕時才會有飲料送出，有剩余錢幣時，還可以通過按下退幣按鈕來找回剩余錢幣；三個指示燈分別用來只是哪種飲料可以選擇，只有投幣量大于或等于這種飲料的 價格時，這種飲料的指示燈才會亮；同時，還有兩個 七段數(shù)碼管，用于顯示當(dāng)前 剩余的總錢幣。具體對自動售貨機(jī)的控制要求如下：1自動售貨機(jī)有3個投幣孔，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如投幣總額超過銷售價格，將可由退幣鈕找回余額。4投幣總額或當(dāng)前值顯示在 7段數(shù)碼管上。5投幣值等于或大于12元時，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水。6投幣值等于或大于15

5、元時，汽水和花茶指示燈亮，表示可選擇汽水和茶。7投幣值等于或大于20元時，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示3種均可選擇。8按下要飲用的飲料按鈕，則相對應(yīng)的指示燈開始閃爍，3s后自動停止，表示飲料已經(jīng)掉出。9.動作停止后按退幣鈕，可以退回余額，退回金額如果大于10元，則先退10元再退1元，如果小于10元則直接退1元的。1.2控制工藝分析自動售貨機(jī)的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進(jìn)行計算，然后根據(jù)運算結(jié)果做出相應(yīng) 的判斷，看看哪種商品可以進(jìn)行購買，哪種商品不能購買，本次課程設(shè)計 的要求是可識別 三種錢幣，分別是1元,5元,10元，采用三個按鈕進(jìn)行模擬，自動售貨機(jī)共出售3種貨 物，其價格分別定為12元,1

6、5元,20元,當(dāng)投幣數(shù)大 于等于貨物價格時，該種貨物的指示 燈亮,表示可以進(jìn)行購買,3種貨物分別用3個信號燈進(jìn)行指示.除此之外,本次設(shè)計還涉 及了顯示,找零等功能的實現(xiàn)，其中顯示部分采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，PLC的外圍接口由兩 個CD4511連接兩個數(shù)碼顯示管，以顯示投幣總數(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。整個系統(tǒng)由三個可以感受到投幣量的傳感器，六個按鈕開關(guān)，三個指示燈，和兩個七段數(shù)碼管和兩片 CD4511組成。7第2章自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計2.1自動售貨機(jī)系統(tǒng)的硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、 擴(kuò)展接口、電源等幾部

7、分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與 現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機(jī)等外部設(shè)備， 其硬件構(gòu)成圖如圖2.1。圖2.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.1.1系統(tǒng)的PLC的選型現(xiàn)在世界上PLC的生產(chǎn)廠家有200多家，提供400多個品種的PLC供用戶選擇，目 前我國市場上主要的 PLC產(chǎn)品有：西門子公司的 S7-400300/200系列，施奈德公司的 momentum等，還有就是日本的歐姆龍、三菱、松下等公司的產(chǎn)品。西門子公司生產(chǎn)的 PLC 可靠性高，特別適用于大的工業(yè)控制系統(tǒng)，造價比較高，對于小型的自動售貨機(jī)的控制系 統(tǒng)來說成本過高。相反，目前

8、我國市場上主流的小型的三菱PLC就比較合適，三菱公司生產(chǎn)的小型PLC的代表為FX-2N系列的PLC，它具有豐富的內(nèi)部資源：程序存儲器具有16K 步的最大存儲容量，128種應(yīng)用指令，還具有184點8進(jìn)制編號的輸入點數(shù)，184點8 進(jìn)制編號的輸出點數(shù)，普通型，掉電保持性和賦予特殊用途型三種內(nèi)部繼電器，以及狀態(tài) 寄存器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、常數(shù)與指針等功能與資源?？煽啃愿?，造價低， 對于自動售貨機(jī)的控制中心就特別的合適。因此，本次設(shè)計采用的PLC為三菱公司生產(chǎn)的FX-2N系列單片機(jī)。2.2 I/O分配輸入/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

9、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對被控對象 進(jìn)行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理的結(jié)果送給被控對象，以實現(xiàn)控制目 的。本次自動售貨機(jī)I/O點的分配表如表2-1所示。表2-1 I/O 口分配輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號1元投幣感應(yīng) 器ST1X0顯示指示燈HL1Y0 Y75元投幣感應(yīng) 器ST2X1汽水指示燈HL2Y1010元投幣感應(yīng)器ST3X2咖啡指示燈HL3Y11汽水按鈕SB1X3汽水電磁閥YV1Y12花茶按鈕SB2X4花茶電磁閥YV2Y13咖啡按鈕SB3X5咖啡電磁閥YV3Y141元退幣感應(yīng) 器ST4X6無幣報警控制YV4Y155

10、元退幣感應(yīng) 器ST5X7沒有汽水報警YV5Y1610元退幣感 應(yīng)器ST6X8沒有咖啡報警YV6Y17退幣控制按鈕SB3X10售貨機(jī) 遭破壞報警YV7Y181元剩余錢幣 感應(yīng)器ST7X111元傳 動電機(jī)控制YV8Y205元剩余錢幣感應(yīng)器ST8X125元傳 動電機(jī)控制YV9Y2110元剩余錢 幣感應(yīng)器ST9X1310元傳動電機(jī)控制YV10Y22汽水液位感應(yīng)器ST10X14退幣指示燈HL4Y23咖啡液位感應(yīng)器ST11X15投幣不足指示燈HL5Y24售貨機(jī)遭破壞感應(yīng)器ST12X162.3自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖本系統(tǒng)是一個小型集中控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關(guān)信號 的數(shù)量、用

11、戶程序的長短及相關(guān)的功能。根據(jù)控制要求，I/O點數(shù)在48個左右，選擇性能價格比較高的三菱FX2n-48MR，其中其輸入點為24點，輸出點為24點，該PLC為繼電 器輸出型。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，分析對象的控制要求，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。本設(shè) 計中，退幣按鈕、各種飲料按鈕和飲料出口（驅(qū)動電磁閥）等均為開關(guān)量。根據(jù)上述要求，因條件所限輸出均用指示燈代替，由此繪制出PLC控制電路接線圖，如圖2.2所示：圖2.2控制接線圖第3章系統(tǒng)的流程圖開始<12J>13>20錢幣不足£比較錢幣*M選擇卿娜飲料/L、r8汽水選擇花茶選擇咖啡選擇/算鋤1 1計算余數(shù)&算余數(shù)

12、N是否退幣,)1_JYf輸出退幣（返風(fēng)）PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計第4章程序設(shè)計根據(jù)自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的流程可以知道自動售貨機(jī)的主要系統(tǒng)包括：計幣部分、比較部 分、選擇和飲料供應(yīng)部分、余額計算部分、退幣部分、報警部分。妨功害能身份證4.1計幣部分當(dāng)有顧客購買飲料時，投入硬幣時經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動硬幣識別 器識別硬幣，如果是假幣則系統(tǒng)自動退出硬幣，如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應(yīng)的 硬幣貯存腔，并經(jīng)光傳感器感應(yīng)，然后在PLC內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)運算，否則認(rèn)為是假幣并退出系統(tǒng)，梯形圖如圖4.1：11813947圖4.1記幣部分梯形圖4.2比較部分投幣完成后，系統(tǒng)會將D1內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的

13、飲料價格進(jìn)行區(qū)間比較：若投幣2元,則指示燈丫24亮，顯示投幣不足，此時可以繼續(xù)投幣或退幣；若2元W投幣3元，則汽水選擇指示燈長亮，此時可以選擇汽水或退幣；若投幣 3元，則汽水和咖啡指示燈長亮 此時可以選擇汽水、咖啡或退幣。梯形圖如圖4.2:977MOT卜M12CMFCMP01DIK20 W4傭M1001卜< Y024 :M411IIY0I2TIM7!II_Y0I3胎川3nihM80I3I fY013-14< YOH :圖4.2比較部分梯形圖Y12或丫13）起動，并且相應(yīng)4.3選擇和飲料供應(yīng)部分比較完成后，按下指示燈長亮的選擇按鈕，相應(yīng)的電磁閥（的選擇指示燈由長亮轉(zhuǎn)為以1S為周期的閃

14、爍直至飲料供應(yīng)完畢后閃爍停止。當(dāng)飲料輸出達(dá)4.4余額計算部分飲料輸出的同時減去相應(yīng)的購買幣數(shù)。梯形圖如圖4.4：19111412?圖4.4余額計算梯形圖M10D1MilD14.5退幣部分顧客可在購?fù)觑嬃虾?，由退幣指示燈Y23可知是否可以退幣，指示燈亮，則可以退幣， 當(dāng)按下退幣控制按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器 D1內(nèi)的幣數(shù)除以10,商的整數(shù)部分是需要退回1元 的個數(shù)并儲存在D2中；D3的數(shù)據(jù)除以5,商的整數(shù)部分是需要退回的5角錢的個數(shù)，并 儲存在D4中，依次類推選擇退幣的同時起動 3個退幣電動機(jī)。3個感應(yīng)器開始計數(shù)，當(dāng)感 應(yīng)器記幣的個數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時，退幣電動機(jī)停止運轉(zhuǎn)。 PLC編程梯形圖如

15、圖 4.5：133抄TPDI KO MI2142149MI5 I卜X0U-II-M8013！一X003<T3K10；<T4KIOPLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計19M15-DIVPD1KIDD23-DIVPD3K5D4-DIVPD5K1D6M17M02711卜M18279M2 3L>>PD2K0D4K0M20D6D2D4D6K0K0K0K0HQ07 I I-X006I卜X005JI卜M17-I卜M20-I卜T3CMPPD2PLSY022DECPD2M16K0T3Y021D4Y020D6M2 2SEGLD1Y000K0RSTD1D6圖4.5退幣部分梯形圖4.6整體運行梯形圖M0OO

16、2TI-M0113147557784M0M8002HHM0M1M2M3M0MEM4M5ZRST D1D6X001D1X002 卄YQ12M聞 13liMY013 41M8K0PLSPLSPLSM1-ADDDIKIDI-flDDDI馬DIDIkioDI-CMPDIK20M4-CMPDIK30M7M100 Y024 < Y010 J< V011 jPLS111htIOY012 IP114HIOT卜DIDI122Y0137MilMilTSUBDIDI166MO271279288308-O)IVPDIK10-Q)IYPD3K5M-pivpD5KId«=PPPEM備K0K0K0K0

17、K0Y022MK¥021J)ECP WCMPP M KO MI9浙嚇 M20 T9卜一1 | ls mDECP DeCMPPD6KODIY000KOpRSTDID6MOX011X0091I IIYOUYQ15Y016Y017END 第5章梯形圖程序調(diào)試由于實驗室沒有相應(yīng)的實物控制模型（自動售貨機(jī)），因此，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時， 所有的輸入信號均用開關(guān)信號和復(fù)位按鈕來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調(diào)試時，首先按控制系統(tǒng)PLC接線圖完成硬件接線，并仔細(xì)檢查接線是否有誤，特別要注意接線時 不能出現(xiàn)短路、斷路及反接等情況，否則會造成硬件損壞及人身意外。開始程序調(diào)試：首先將PLC控制程序?qū)?/p>

18、入到PLC機(jī)器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使 PLC 處于“ RUN”狀態(tài)，然后逐一按投幣感應(yīng)器（即硬幣識別機(jī)構(gòu)用復(fù)位按鈕信號來表示硬幣 的輸入），觀察有沒有進(jìn)行累加幣值；或按選擇按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計效果閃 滅（即顯示飲料選擇提示、飲料送出、送出時間和退幣提示），并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運行過程及輸入輸出信號、內(nèi)部描述實際出現(xiàn)的問題及解決方案。 對報警部分進(jìn)行調(diào)試， 只需給相應(yīng)的輸入端口信號，然后相應(yīng)的指示燈變亮即可。要對照設(shè)計控制要求，逐一檢 驗設(shè)計功能是否能有效的實現(xiàn)，并對程序進(jìn)行改進(jìn)和完善。例如，調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)重復(fù) 線圈問題，需將程序進(jìn)行合并，避免重復(fù)線圈等等?？偠灾?，對程序必須要

19、反復(fù)調(diào)試， 不斷改進(jìn)，以獲得既完全實現(xiàn)功能，而又簡單、嚴(yán)謹(jǐn)性高的PLC控制程序。課程設(shè)計心得通過一周的PLC的課程設(shè)計，在自己的努力下，最終完成FX-2N系列PLC控制自動售貨機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計本控制系統(tǒng)就是充分利用了PLC,接口電路芯片以及顯示模塊.實現(xiàn)了對自動售貨機(jī)的控制，達(dá)到了設(shè)計的目的這次設(shè)計的PLC控制自動售貨機(jī)系統(tǒng)的主要 內(nèi)容包括設(shè)計出了硬件系統(tǒng)的接線圖，梯形圖等;并 且系統(tǒng)具有啟動，停止功能；運用功能指 令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計；還進(jìn)行了 系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)自動售貨機(jī)的控制要求在設(shè)計中運 用所學(xué)的理論知識，進(jìn)行自動售貨機(jī)運行原理設(shè)計，硬件系統(tǒng)設(shè) 計,軟件系統(tǒng)設(shè)計,創(chuàng)新設(shè)計, 提高理論知識工程應(yīng)用能力，系統(tǒng)調(diào)試能力，分析問題與解決問題的能力綜合運用了所學(xué) 的知識,理論與實際相結(jié)合，提出并 論證設(shè)計方案，然后進(jìn)