PLC的自動售貨機(jī)的課程設(shè)計(jì)

1、word格式文檔湖南工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 課題名稱： 自動售貨機(jī)的控制設(shè)計(jì)專業(yè)名稱： 自動化 學(xué)生班級： 自本0701 學(xué)生學(xué)號： 410070131 學(xué)生姓名： 馮 源 指導(dǎo)老師： 陸秀令 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書自動售貨機(jī)的控制設(shè)計(jì)一、控制要求1自動售貨機(jī)有3個(gè)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(jià)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(shí)，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(shí)，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(shí)，汽水、花茶和咖

2、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。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)用所學(xué)的理論知識，進(jìn)行自動售貨機(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(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等；2. 系統(tǒng)有啟動、停止功能；3. 運(yùn)用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)，并有主程序、子程序和中

3、斷程序；4. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)；5. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動售貨機(jī)的控制要求。三、設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)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(jì)報(bào)告寫作要求”。目錄第1章 緒論11.1 引言 1 1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)編程要求 2 1.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 31.4 本人的主要工作 4第2章 自動售貨機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5 2.1 I/O點(diǎn)的統(tǒng)計(jì) 5 2.2 PLC選型與I/O的分配 5 2.3 自動售貨機(jī)的硬件線路設(shè)計(jì)5第3章 自動售貨機(jī)PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 7 3.1 常見的梯形圖的設(shè)計(jì)方法7 3.2 自動售貨機(jī)的PLC控制程序設(shè)

4、計(jì) 7 3.3 組態(tài)面板 11 3.4 梯形圖的調(diào)試 12第4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 15參考文獻(xiàn)16第1章 緒 論1.1引言自動售貨機(jī)是可完成無人自動售貨，集光、機(jī)、電一體化的商業(yè)自動化設(shè)備。 自動售貨機(jī)不受任何場地限制，方便快捷,可以每天24h售貨,因此深受上班族的歡迎,很多城市的公共場所里面都放置有自動售貨機(jī),出售的商品五花八門,從飲料、零食、香煙、糖果,到牙刷、方便面、自動照相機(jī)。近年來，我國的自動售貨機(jī)行業(yè)突飛猛進(jìn)：在汽車總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學(xué)校等地區(qū)紛紛涌現(xiàn)出自動售貨機(jī)的蹤跡。這種方便快捷的購物方式越來越受到人們的青睞,同時(shí)也是現(xiàn)代化城市配套設(shè)施的需求 傳統(tǒng)的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)采用單

5、片機(jī)作為控制核心,這樣不僅會在輸入輸出接口上做大量的工作，而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logical Controller），簡稱PLC?？删幊绦蚩刂破魇蔷C合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置,它具有可靠性高、編程簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。 因?yàn)樽詣邮圬洐C(jī)作為社會上完成商品零售和綜合服務(wù)的獨(dú)立設(shè)施,要求它的結(jié)構(gòu)必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。PLC是以CPU為核心， 綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置， 是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱( P L C 、機(jī)器人和C A D

6、 / C A M ) 之一。P L C 的工作原理與計(jì)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(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。但是P L C 也有它自己的特點(diǎn)， P L C 在確定了工作任務(wù), 裝入了專用程序后成為一種專用機(jī), 它采用循環(huán)掃描工作方式, 系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。目前，可編程控制器在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保等各行各業(yè)。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。自動售貨機(jī)最基本的功能是對投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)所投入的貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商

7、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, 能夠?qū)λ度氲膸胖颠M(jìn)行累計(jì), 并提供所要購買的商品。當(dāng)按下選擇商品的按鈕時(shí)，自動售貨機(jī)根據(jù)投入的幣值，起動電機(jī)，提取商品到出貨口，顧客取出商品，完成此次交易。它還具有識幣系統(tǒng)、貨物和貨幣的傳送系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)完整的售貨功能。1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)編程要求任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：1. 最大限度地滿足被控對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)過程中最重要的一條原

8、則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，充分收集控制現(xiàn)場的資料，同時(shí)收集相關(guān)國內(nèi)、國外相關(guān)的資料。同時(shí)還要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場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)問題和疑難問題。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)

9、量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，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)。1.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1、所編的程序要合

10、乎所使用的PLC的有關(guān)的規(guī)定主要是對指令要準(zhǔn)確地理解，正確地使用。各種PLC指令多有類似之處，但還有些差異。對于有PLC使用經(jīng)驗(yàn)的人，當(dāng)選用另一種不太熟悉的型號進(jìn)行編程設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對新型號PLC的指令重新理解一遍，否則容易出錯(cuò)。2、要使所編的程序盡可能簡潔簡短的程序可以節(jié)省內(nèi)存，簡化調(diào)試，而且還可節(jié)省執(zhí)行指令的時(shí)間，提高對輸入的響應(yīng)速度。要使所編的程序簡短，就要注意編程方法，用好指令，用巧指令，還要能優(yōu)化結(jié)構(gòu)。要實(shí)現(xiàn)某種功能，一般而言，在達(dá)到的目的相同時(shí)，用功能強(qiáng)的指令比用功能單一的指令，程序步數(shù)可能會少些。3、要使所編的程序盡可能清晰這樣既便于程序的調(diào)試、修改或補(bǔ)充，也便于別人了解和讀懂程

11、序。要想使程序清晰，就要注意程序的層次，講究模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化。特別是在編制復(fù)雜的程序時(shí)，更要注意程序的層次，可積累自己的與吸收別人的經(jīng)驗(yàn)，整理出一些標(biāo)準(zhǔn)的具有典型功能的程序，并盡可能使程序單元化，像計(jì)算機(jī)中的常用的一些子程序一樣，移來移去都能用，這樣，設(shè)計(jì)起來簡單，別人也易了解。4、要使所編的程序合乎PLC的性能指標(biāo)及工作要求所編程序的指令條數(shù)一定少于所選用的PLC內(nèi)存的容量，即程序在PLC中能放得下，所用的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)要在所選用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)范圍之內(nèi)，PLC的掃描時(shí)間要少于所選用PLC的程序運(yùn)行監(jiān)測時(shí)間。PLC的掃描時(shí)間不僅包括運(yùn)行用戶程序所需的時(shí)間，而且還包括運(yùn)行系統(tǒng)程序所需的時(shí)間。5

12、、所編程序能夠循環(huán)運(yùn)行PLC的工作特點(diǎn)是循環(huán)反復(fù)、不間斷地運(yùn)行同一程序。它的運(yùn)行從初始化后的狀態(tài)開始，待控制對象完成了工作循環(huán)（完整程序執(zhí)行一次），則又返回初始化狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。因?yàn)橹挥羞@樣才能使控制對象在新的工作周期中也得到相同的控制。1.4 本人的主要工作 我的主要工作是設(shè)計(jì)自動售貨機(jī)的所有硬件系統(tǒng)與軟件程序。其中包括對I/O點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)與分配，對PLC的選型，對硬件線路的設(shè)計(jì)，對PLC梯形圖的編程設(shè)計(jì)，與最終的調(diào)試仿真。第2章 自動售貨機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 I/O點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)本系統(tǒng)是一個(gè)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、用戶程序的長短及相關(guān)的功能

13、。根據(jù)控制要求, I/O點(diǎn)數(shù)在32個(gè)左右,其中其輸入點(diǎn)為16點(diǎn),輸出點(diǎn)為16點(diǎn)。2.2 PLC選型與I/O的分配根據(jù)PLC的程序選擇性能價(jià)格比較高的三菱FX2N32MR，自動售貨機(jī)的I/O分配表如表2-1。表2-1 I/O分配表輸入輸出X說明Y說明X0總開關(guān)Y0汽水指示燈X11元硬幣識別器Y1花茶指示燈X25元硬幣識別器Y2咖啡指示燈X310元硬幣識別器Y3汽水出口X4汽水按鈕Y4花茶出口X5花茶按鈕Y5咖啡出口X6咖啡按鈕Y610元硬幣退幣機(jī)構(gòu)X7退幣按鈕Y71元硬幣退幣機(jī)構(gòu)Y10-Y17帶鎖存的七段顯示器2.3 自動售貨機(jī)的硬件控制電路設(shè)計(jì)了解各個(gè)控制對象的驅(qū)動要求，分析對象的控制要求，確

14、定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量、模擬量的控制等，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。本設(shè)計(jì)中，退幣按鈕、各種飲料按鈕、開始購買按鈕、繼續(xù)按鈕退幣機(jī)構(gòu)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，由此繪制出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，PLC控制電路接線圖。如圖2-1，圖2-2，所示。圖2-1 自動售貨機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖 2-2 自動售貨機(jī)的接線圖第3章 自動售貨機(jī)PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 常見的梯形圖的設(shè)計(jì)方法1 根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計(jì)梯形圖 用PLC改造繼電器控制系統(tǒng)時(shí)，原有的繼電器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期的使用和考驗(yàn)，已經(jīng)被證明能完成系統(tǒng)要求的控制功能，而繼電器電路圖與梯形圖在表示方法和

15、分析方法上有很多相似之處，因此可以根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計(jì)梯形圖，即將繼電器電路圖“轉(zhuǎn)換”為具有相同功能的PLC的外部硬件接線圖和梯形圖。2 經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)梯形圖 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)琺是在一些經(jīng)典的電路基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖，設(shè)計(jì)比較簡單的控制系統(tǒng)的梯形圖。一般需要多次反復(fù)地調(diào)試和修改梯形圖，增加一鞋觸電或中間編程元件，最后才能得到一個(gè)滿意的結(jié)果。 這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯一的，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間，設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，一般用于較簡單的梯形圖的設(shè)計(jì)。3 順序控制法的設(shè)計(jì)梯形圖順序控制就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順

16、序，在各個(gè)輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地有次序的進(jìn)行操作。此次設(shè)計(jì)我是運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)的梯形圖，根據(jù)平時(shí)上課所學(xué)與實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的梯形圖。3.2 自動售貨機(jī)的PLC控制程序設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求，繪出自動售貨機(jī)PLC控制流程圖，表達(dá)出各控制對象的動作順序，相互間的制約關(guān)系。自動售貨機(jī)PLC控制流程圖，如圖2-3所示。圖 3-1 自動售貨機(jī)的流程圖在明確PLC寄存器空間分配，確定專用寄存器的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，包括主程序編制、各功能子程序編制、其他輔助程序的編制等。自動售貨機(jī)PLC控制梯形圖，如圖3-2，3-3，3-4所示。圖3-2 自動售貨機(jī)

17、的程序梯形圖1圖3-3 自動售貨機(jī)的程序梯形圖2圖3-4 自動售貨機(jī)的程序梯形圖33.3組態(tài)面板根據(jù)I/O分配表畫出組態(tài)面板。如圖3-5。圖3-5 自動售貨機(jī)的組臺面板圖將余額顯示，投幣孔，1元，10元，汽水，花茶，咖啡出口和汽水指示燈，花茶指示燈，咖啡指示燈利用標(biāo)簽進(jìn)行輸入并設(shè)計(jì)指示燈顯示來觀察各部分的動作，輸入框進(jìn)余額的顯示。對退幣，汽水，花茶和咖啡設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按鈕來控制。設(shè)備窗口選擇通用串口父設(shè)備0和三菱FX2N-32MR。并對其進(jìn)行設(shè)置偶校驗(yàn)，周期200MS，七位數(shù)據(jù)位。并根據(jù)梯形圖設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性，進(jìn)行通道連接。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)內(nèi)進(jìn)行寫入咖啡指示燈，花茶指示燈和汽水指示燈。3.4梯形圖的調(diào)試由

18、于實(shí)驗(yàn)室沒有相應(yīng)的實(shí)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(shí)，所有的輸入信號（包括硬幣、紙幣識別）均用開關(guān)信號來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調(diào)試時(shí)，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(shí)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)懭氲絇LC機(jī)器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使PLC處于“RUN”狀態(tài)，然后逐一按開始購買觀察按鈕，投幣按鈕（硬幣識別機(jī)構(gòu)），按鈕，或繼續(xù)購買按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計(jì)效果閃滅，并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運(yùn)行過程及輸入輸出信號、內(nèi)部描述實(shí)際出現(xiàn)的問題及解決方案。要

19、對照設(shè)計(jì)控制要求，逐一檢驗(yàn)設(shè)計(jì)功能是否能有效的實(shí)現(xiàn)，并對程序進(jìn)行改進(jìn)和完善。下面是我用電腦在三菱GX-Developer進(jìn)行的仿真。首先我按下總開關(guān)X000，然后按下3次1元硬幣按鈕X001，1次1-元投幣按鈕X003，使顯示器上余額到達(dá)13，汽水指示燈亮，仿真如圖3-6，圖3-7。圖3-6 仿真圖1圖3-7 仿真圖2然后，按下選擇汽水按鈕X004，仿真如圖3-8。圖3-8 仿真圖3接著來對退幣系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真前后如圖3-9，圖3-10。圖3-9 退幣仿真前圖3-9 退幣仿真后 仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。第4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)，我的課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做課程設(shè)計(jì)以前覺得課程設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次設(shè)計(jì)過程，我發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程中不容得半點(diǎn)馬虎和隨意。首先，程序設(shè)計(jì)過程中，要按主電路、控制電路、輔助電路、聯(lián)鎖與保護(hù)、總體檢查反復(fù)修改與完善的先后順序進(jìn)行。PLC控制程序既要滿足生產(chǎn)機(jī)械和工藝的各種控制，又要滿足電氣控制裝置本身的制造、使用和維修的需要。原理設(shè)計(jì)決定著生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的合理性與先進(jìn)性，考慮其是否具有生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟(jì)性、美觀、使用維修方便等特點(diǎn)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要全面考慮兩方面的