自動售貨機(jī)__PLC課程設(shè)計

1、電氣控制技術(shù)課程設(shè)計說明書課題名稱：注塑機(jī)的控制設(shè)計 系 部：專 業(yè)：班 級：設(shè) 計 人：學(xué) 號：指導(dǎo)老師：陸秀令時 間：2010年12月課程設(shè)計任務(wù)書一、控制要求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元時，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和花茶。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

2、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。二、設(shè)計任務(wù)學(xué)生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進(jìn)度計劃，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。主要內(nèi)容包括：1. 設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖等；2. 系統(tǒng)有啟動、停止功能；3. 運用功能指令進(jìn)行PLC 控制程序設(shè)計，并有主程序、子程序和中斷程序；4. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；5. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)自動售貨

3、機(jī)的控制要求。三、設(shè)計報告課程設(shè)計報告要做到層次清晰，論述清楚，圖表正確，書寫工整；詳見“課程設(shè)計報告寫作要求”。目錄第1章 緒論 3第2章 可編程控制器PLC 的介紹42.1 可編程控制器PLC 42.2 PLC目前的主要品牌 6第3章 自動售貨機(jī)PLC 設(shè)計 73.1 硬件設(shè)計分析 73.2 軟件設(shè)計分析 93.3仿真與分析 12 結(jié)束語 16 參考文獻(xiàn) 17第1章 緒論自動售貨機(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。它的出現(xiàn)是勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求新的流通渠道，相對于超市、百貨購物中心等流通渠道而言，場地的

4、局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機(jī)作為一種必需的機(jī)器便應(yīng)運而生了。自動售貨機(jī)的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機(jī)逐漸被越來越多的消費者所接受。采用可編程控制器實現(xiàn)自動售貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計，不僅編程方便，而且增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步, 自動化商業(yè)機(jī)械有了越來越廣泛的應(yīng)用, 自動售貨機(jī)作為自動化商業(yè)機(jī)械的代表被廣泛用于公共場所。人們通過自動售貨機(jī)可以買到食品、香煙、飲料、報紙、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。自動售貨機(jī)實現(xiàn)了商品需求化、性能多樣化的發(fā)展, 又由原來只能出售有限商品品種, 轉(zhuǎn)變?yōu)槔^百貨公司、超級市場、便民店之

5、后, 以消費者與售貨機(jī)“一對一”自動售貨的無店鋪銷售業(yè)態(tài)。自動售貨, 給人們的生活帶來了極大的方便。自動售貨機(jī)的新奇、文明、高檔、靈活方便等深受廣大市民青睞。售貨機(jī)的最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)值判斷是否能購買某種商品，并做出相應(yīng)的反映。因此，售貨機(jī)應(yīng)能夠辨識機(jī)內(nèi)包含的商品:售貨機(jī)應(yīng)該能夠顯示已投入的幣值，以及再投入貨幣累計顯示; 同時提示可以購買的商品(或商品的編號 。當(dāng)按下選擇商品的按鈕時，售貨機(jī)進(jìn)行減法運算，從投入的貨幣總值中減去該商品的價格，同時起動相應(yīng)的電機(jī)，提取該商品到出貨口，此時售貨機(jī)繼續(xù)等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買，則按下退幣按鈕，售貨

6、機(jī)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。第2章 可編程控制器PLC 介紹2.1 可編程控制器PLC2.1.1 PLC概述PLC 是一種專門為在工業(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 具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性好等特點。2.1.2 PLC的發(fā)展前景PLC 總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。·向小型化、專用化、

7、低成本方向發(fā)展·向大容量、高速度方向發(fā)展·智能型I/O模塊的發(fā)展·基于PC 的編程軟件取代編程器·PLC 編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化·PLC 通信的易用化·組態(tài)軟件與PLC 的軟件化·PLC 與現(xiàn)場總線相結(jié)合·開發(fā)新型特殊功能模塊·CPU 的處理速度進(jìn)一步加快2.1.3 PLC的工作原理PLC 的工作原理與計算機(jī)的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC 通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖2-1）。 2.1.

8、4 PLC的循環(huán)掃描工作對每個程序，CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC 的掃描全過程如圖2-2所示。 圖2-2 PLC的掃描全過程2.1.5 PLC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

9、如圖2-3。 圖2-3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.1.6 PLC的編程語言PLC 為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下5種：梯形圖（LAD ）、語句表（STL ）、順序功能圖（SFC ）、功能塊圖（FBD ）和結(jié)構(gòu)文本（ST ）。 2.1.7 PLC的特點·抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 ·控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng) ·編程方便，易于使用 ·功能完善·體積小，維護(hù)操作方便 ·易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 ·可實現(xiàn)三電一體化2.2 PLC目前的主要品牌德國有西門子，日本有OMRON 三菱、日立、東芝、松下、富士，

10、美國有GE 施奈德、IPM 、AB 公司等PLC 生產(chǎn)廠家。第3章 自動售貨機(jī)的PLC 設(shè)計3.1 硬件設(shè)計分析3.1.1控制要求分析自動售貨機(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、15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

11、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。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。除此之外，本次設(shè)計還涉及了找零功能的實現(xiàn)。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)、三個指示燈組成。 3.1.2 I/O點統(tǒng)計 表3-1 I/O點統(tǒng)計3.1.3

12、PLC選擇現(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S7-400/300/200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。目前我國市場上主流的小型的三菱PLC 比較合適此設(shè)計控制，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

13、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。可靠性高、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PLC 軟組件，控制系統(tǒng)選用FX 2N -32MR-001，I/O點數(shù)各為16點，可以滿足要求，且有一定裕量。 3.1.4 CD4511七段數(shù)碼管譯碼器CD4511是一組用來作為BCD 對共陰極LED 七段顯示器譯碼的包裝。其引腳圖，其各引腳功能如下：LT ：做燈泡測試用，當(dāng)LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdef

14、g=1111111，使七段顯示器全亮，即顯示8，以便觀測七段顯示器是否正常。當(dāng)LT=1，則正常解碼。BI ：空白輸入控制，當(dāng)BI=0 (LT 為1 時 則不論DCBA 之輸入為何，其輸出abcdefg 皆為0，即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無意義的數(shù)據(jù)輸入時顯示出來造成字型的系亂。LE ：數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在CD4511 中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能。當(dāng)LE=0 時(LT=1 且 BI=1，DCBA 數(shù)據(jù)會被送入IC 的緩存器中保存，以供譯碼器碼；當(dāng)LE=1 時，則IC 中的暫存器會關(guān)閉，僅保存原來在LE=0 時的DCBA 數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換

15、句話說當(dāng)LE=1 時，不論DCBA 的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcdefg 仍保留原來在LE 由0轉(zhuǎn)為1以前的資料。 圖3-1 CD4511引腳圖3.2 軟件設(shè)計分析3.2.1 I/O分配表此次設(shè)計的PLC 控制的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的I/O分配表如下： 表3-2 自動售貨機(jī) I/O分配表3.2.2 系統(tǒng)流程圖10 圖3-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)流程圖3.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計梯形圖程序梯形圖如下： 11 123.2.3 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖 圖3-2 自動售貨機(jī)外部接線圖3.3 仿真與分析3.3.1 仿真設(shè)計仿真程序的編寫利用利用組態(tài)軟件FORCECONTROL2.6，下位機(jī)程序的

16、編輯則用PLC 專用FX-20P-E 編程器完成的。PLC 程序已經(jīng)介紹，現(xiàn)在我們看一下仿真界面設(shè)計。 1銷售機(jī)背景的設(shè)計售貨機(jī)背景是一個不動的畫面，可以利用圖片處理的方法按照制定樣式的功能畫出售貨機(jī)的整體。先分幾部分進(jìn)行仿真設(shè)計，如圖3-3所示。2顯示屏部分的設(shè)計顯示屏部分的設(shè)計利用了組態(tài)軟件設(shè)計兩個顯示畫面，一個是未交易時初始狀態(tài)的歡迎界面如圖3-4，在交易過程中的幣值顯示畫面如圖3-5所示 ，其中圖3-3中的歡迎字符是可以閃爍變化的，aaaa 字符可以顯示系統(tǒng)時間，圖3-5中的8888用來顯示幣值，它們均是可以定義的變量。13圖3-3售貨機(jī)背景 圖3-4 歡迎界面 圖3-5幣值界面3標(biāo)簽

17、設(shè)計電子標(biāo)簽用來顯示程序中傳上來的價格，所以其中要有可以定義的字符，所以標(biāo)簽設(shè)計為，其中“J.03顯示03商品價格的變量。4按鈕設(shè)計“選擇”按鈕的設(shè)計要反映出可以購買和不可以購買的差異，所以其中也要 有可以變化的字符，設(shè)計如右圖，其中字符“選擇”在滿足條件下可以閃爍變色，退幣按鈕設(shè)計成樣式，按鈕均可以動作。5投退幣提示框設(shè)計投退幣提示框要有可已投入的硬幣，確認(rèn)按鈕以及框架，其中硬幣、確認(rèn)按鈕和字符“a ”均是可以定義的變量 14 圖3-6投幣提示框 圖3-7 退幣提示框6出貨框的設(shè)計出貨框中要有01-03商品的示意圖以及框架，其中商品在滿足條件后可以出現(xiàn)，鼠標(biāo)點擊后可以消失，因此也是可定義的變

18、量效果如圖3-8所示 圖3-8 出貨框3.3.2 仿真結(jié)果及分析1首先接好系統(tǒng)的硬件電路，然后將梯形圖下載到PLC 中，再運行程序。運行結(jié)果圖如下： 圖3-9 運行結(jié)果圖2結(jié)果分析 該系統(tǒng)程序設(shè)計較全面地演示自動售貨機(jī)的使用功能； 通過修改 PLC 控制 程序， 可在自動售貨機(jī)上實現(xiàn)多種控制方式、銷售方式、銷售種類。自動售貨 機(jī)可以根據(jù)投入的錢幣自動付貨。它根據(jù)投入錢幣的多少，提示你可以買 什么東西，再按一下相應(yīng)的按鈕，購買的飲料就可以從出口處提出，出口 處提示用戶將物品拿走，不買東西了就按下退幣按鈕，將多余的錢幣取回。 在交易的過程中，幣值界面會顯示投入錢幣的金額、消費錢幣的金額、余 額。 經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)試，使整個系統(tǒng)能夠按照要求完成各種工作，F(xiàn)X-2N 系列 PLC 控制的自動售貨機(jī)的設(shè)計工作也最終完成。 15 結(jié)束語 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。 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