基于S7-200PLC-自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

學(xué)號(hào)091401132《電氣控制與可編程控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)〔2023級(jí)本科〕題目：基于S7-200PLC自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)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：趙春帥指導(dǎo)教師：張靜職稱：副教授完成日期：2023年12月14日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名趙春帥學(xué)號(hào)091401132專業(yè)方向電力系統(tǒng)班級(jí)09級(jí)〔1〕班題目名稱基于S7-200PLC自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1.完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括：電氣元件的選擇、電氣原理圖設(shè)計(jì)、可編程控制器輸入輸出接線圖設(shè)計(jì)及控制面板設(shè)計(jì)等。2.完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要包括：程序流程圖設(shè)計(jì)、梯形圖程序設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試。3.完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)，主要包括：封面、目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)總體思路、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、總結(jié)體會(huì)、參考文獻(xiàn)等。二、設(shè)計(jì)要求1.自動(dòng)售貨機(jī)有6個(gè)投孔，分別為一、五、十、二十、五十、一百元。2.售貨共有飲料與日用品兩種選擇。3當(dāng)投入硬幣的總值大于等于物品價(jià)值時(shí)，對(duì)應(yīng)的物品指示燈亮綠燈。4.當(dāng)物品對(duì)應(yīng)的指示燈亮綠燈時(shí)，按下相應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，同時(shí)指示燈綠燈閃爍。5.當(dāng)顧客成功購(gòu)置完一件物品后20秒無(wú)操作，自動(dòng)售貨時(shí)機(jī)自動(dòng)將余款退還顧客。6.如果顧客投入硬幣在限定的時(shí)間內(nèi)〔2分鐘〕不按任何按鍵，自動(dòng)售貨機(jī)將退還所投硬幣。7如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下退款按鍵，自動(dòng)售貨時(shí)機(jī)自動(dòng)將余款退還顧客。8.找零時(shí)顧客可選擇幣額進(jìn)行退幣。9.當(dāng)物品缺乏時(shí)，對(duì)應(yīng)的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應(yīng)的按鍵無(wú)反響〔不出物品，不減余額〕，并向總部發(fā)送所缺物品。三、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排第一周星期一查閱文獻(xiàn)資料，了解與設(shè)計(jì)題目相關(guān)的知識(shí)星期二～星期四確定控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)星期五至第二周星期二完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試星期三～星期四撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)星期五辯論指導(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11設(shè)計(jì)要求12設(shè)計(jì)任務(wù)2四、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)21計(jì)幣系統(tǒng)22比擬系統(tǒng)23選擇系統(tǒng)34物品供給系統(tǒng)35退幣系統(tǒng)3五、PLC的選型31PLC的選型原那么32PLC選型4六、硬件外部接線圖5七、系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)61I/O分配表62程序設(shè)計(jì)的流程圖73程序設(shè)計(jì)梯形圖7八、系統(tǒng)仿真與調(diào)試17九、設(shè)計(jì)總結(jié)20十、參考文獻(xiàn)21一、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年代自日本和歐美開(kāi)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，是興旺國(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。二、設(shè)計(jì)目的通過(guò)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)PC－PLC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1設(shè)計(jì)要求1.自動(dòng)售貨機(jī)有6個(gè)投幣孔分別為1、5、10、20、50和100元。2.售貨共有飲料和日用兩種選擇，飲料分為三元、五元、十元；日用分為五元、二十元和三十元。3如果顧客投入硬幣在限定的時(shí)間內(nèi)〔2分鐘〕不按任何按鍵，自動(dòng)售貨機(jī)將退還所投硬幣。4.當(dāng)投入硬幣的總值等于或超過(guò)物品價(jià)值時(shí)，對(duì)應(yīng)的物品指示燈亮綠燈。5.當(dāng)物品對(duì)應(yīng)的指示燈亮綠燈時(shí)，按下相應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，同時(shí)指示燈綠燈閃爍。6如果顧客投入硬幣總值超過(guò)所選物品的價(jià)值時(shí)，自動(dòng)售貨時(shí)機(jī)自動(dòng)將余款退還顧客。7當(dāng)顧客成功購(gòu)置完一件物品后20秒無(wú)操作，自動(dòng)售貨時(shí)機(jī)自動(dòng)將余款退還顧客。8如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下退款按鍵，自動(dòng)售貨時(shí)機(jī)自動(dòng)將余款退還顧客。9找零時(shí)顧客可選擇退幣金額種類。10.當(dāng)物品缺乏時(shí)，對(duì)應(yīng)的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應(yīng)的按鍵無(wú)反響〔不出物品，不減余額〕，并向總部發(fā)送所缺物品。2設(shè)計(jì)任務(wù)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運(yùn)用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)；3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)、比擬系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、物品供給系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。1計(jì)幣系統(tǒng)當(dāng)有顧客買物品時(shí)，投入的錢幣經(jīng)過(guò)感應(yīng)器，感應(yīng)器記錄1元、5元、10元、20元、50元和100元的個(gè)數(shù)，通過(guò)幣值個(gè)數(shù)的疊加，把最終的錢數(shù)放在VD4中。2比擬系統(tǒng)投入錢幣完畢后,系統(tǒng)會(huì)把VD4幣值和可以購(gòu)置物品的價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比擬,如果投入的錢幣缺乏那么指示綠燈不亮，要求繼續(xù)投入錢幣，或者退幣。當(dāng)物品缺乏時(shí)，相應(yīng)的物品指示綠燈不亮，而紅燈亮。當(dāng)投入的錢幣總值超過(guò)物品價(jià)格時(shí)，相應(yīng)的指示綠燈亮。3選擇系統(tǒng)比擬電路完成后選擇電路指示燈亮，當(dāng)按下相應(yīng)的物品按鈕，應(yīng)的指示綠燈為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。4物品供給系統(tǒng)當(dāng)按下物品選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的物品輸出的同時(shí)VD4中的數(shù)據(jù)減少相應(yīng)幣值，8秒后停止。5退幣系統(tǒng)當(dāng)顧客購(gòu)?fù)晡锲泛螅?0秒后無(wú)操作，系統(tǒng)將自動(dòng)退回幣值；當(dāng)顧客需要自行退幣時(shí)，按下相應(yīng)的退幣按鈕即可。五、PLC的選型1PLC的選型原那么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那么。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)中的問(wèn)題和疑難問(wèn)題。2.保證PLC控制系統(tǒng)平安可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期平安、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原那么。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)平安可靠。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本錢。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、本錢低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。4.適應(yīng)開(kāi)展的需要由于技術(shù)的不斷開(kāi)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)開(kāi)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)的開(kāi)展和工藝的改良。2PLC選型S7-200PLC它有四種不同的型號(hào)，由于設(shè)計(jì)要求有25個(gè)輸入點(diǎn)和13個(gè)輸出點(diǎn)，因此選擇CPU224較為適宜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。六、硬件外部接線圖根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求PLC主機(jī)的硬件接線圖如下列圖所示圖1自動(dòng)售貨機(jī)外部接線圖七、系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)1I/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：表一自動(dòng)售貨機(jī)I/O分配表定義功能說(shuō)明I3.1飲料三元售完按鈕I0.0找零(無(wú)操作)I3.2飲料五元售完按鈕I0.1飲料三元按鈕I3.3飲料十元售完按鈕I0.2飲料五元按鈕I3.4日用五元售完按鈕I0.3飲料十元按鈕I3.5日用二十元售完按鈕I0.4日用五元按鈕I3.6日用三十元售完按鈕I0.5日用二十元按鈕I4.0找一元按鈕I0.6日用三十元按鈕I4.1找五元按鈕I2.0投幣一元按鈕I4.2找十元按鈕I2.1投幣五元按鈕I4.3找二十元按鈕I2.2投幣十元按鈕I4.4找五十元按鈕I2.3投幣二十元按鈕I4.5找一百元按鈕I2.4投幣五十元按鈕Q0.0顯示找零等I2.5投幣一百元按鈕Q0.1飲料三元燈Q0.2飲料五元燈Q0.3飲料十元燈Q0.4日用五元燈Q0.5日用二十元燈Q0.6日用三十元燈Q2.0飲料三元綠燈〔可買〕Q2.1飲料五元綠燈〔可買〕Q2.2飲料十元綠燈〔可買〕Q2.3日用五元綠燈〔可買〕Q2.4日用二十元綠燈〔可買〕Q2.5日用三十元綠燈〔可買〕Q3.1飲料三元紅燈〔售完〕Q3.2飲料五元紅燈〔售完〕Q3.3飲料十元紅燈〔售完〕Q3.4日用五元紅燈〔售完〕Q3.5日用二十元紅燈〔售完〕Q3.6日用三十元紅燈〔售完〕2程序設(shè)計(jì)的流程圖根據(jù)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)工作過(guò)程的描述，可以設(shè)計(jì)出自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)PLC程序的程序流程圖，如圖下列圖所示。圖2自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖3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)的根底上演變而來(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)言為廣闊電氣技術(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。自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)梯形圖八、系統(tǒng)仿真與調(diào)試當(dāng)輸入金額大于十元時(shí)，可購(gòu)置三種飲料及一種日用品等的顯示；及三元飲料可購(gòu)置的梯形圖。當(dāng)輸入金額大于一百元時(shí)，可購(gòu)置三種飲料及三種日用品等的顯示；及日用品三十元可以購(gòu)置的梯形圖當(dāng)輸入金額大于80元時(shí)，飲料五元缺貨時(shí)，按下飲料五元按鈕時(shí)，不出飲料五元，余額不減的梯形圖。當(dāng)輸入金額大于97元時(shí)，退回余額50元以后的梯形圖九、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)屢次上機(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根底。十、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，2023.[2]宋伯生.PLC編程控制指南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.[3]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，2004.[4]張萬(wàn)忠.可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例〔西門子S7-200系列).北京：清華大學(xué)出版社，2007.[5]王鑫.PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2023.電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓名趙春帥學(xué)號(hào)091401132專業(yè)班級(jí)電氣工程