電氣控制系統(tǒng)與PLC課程設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的控制設(shè)計(jì)

1、 電氣控制系統(tǒng)與plc課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí)自動(dòng)f0802學(xué)號(hào)題 目自動(dòng)售貨機(jī)的控制設(shè)計(jì)課題性質(zhì)其他課題來源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)） 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(shí)，進(jìn)行自動(dòng)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(shí)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。任務(wù)要求（進(jìn)度）17月4日 查閱相關(guān)資料, 準(zhǔn)備與調(diào)研27月5日 確立方案，初步選定各部分框圖37月6日 電路控制原理設(shè)計(jì)47月7日 軟件編程，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)57月8日 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)完成，并完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)書主要參考資料1、常曉玲.工廠電氣控制技術(shù)與pl

2、c.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20002、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3、電工手冊(cè)4、組合機(jī)床設(shè)計(jì)（電氣部分） 上下冊(cè)5、工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè) 上下冊(cè)審查意見系（教研室）主任簽字： 2011年 07月 日 目 錄1. 引言.12. 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)背景及功能概述.1 2.1 設(shè)計(jì)背景.1 2.2 功能概述.1 2.3 控制要求.23. 總體方案設(shè)計(jì).24. 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)背景及功能概述.3 4.1硬件選擇.3 4.1.1 plc選型.3 4.2 系統(tǒng)的i/o分配.5 4.3 飲料自動(dòng)售貨機(jī)外部硬件接線圖及主電路.55. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).7 5.1 飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程.7 5.2 飲料自動(dòng)售貨機(jī)各控制功能

3、的程序設(shè)計(jì).76. 總結(jié).10參考文獻(xiàn).11附錄.121 引言 隨著社會(huì)發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化商業(yè)機(jī)械也有了越來越廣泛的應(yīng)用，自動(dòng)售貨機(jī)作為自動(dòng)化商業(yè)機(jī)械的代表被廣泛用于公共場(chǎng)所，人們通過自動(dòng)售貨機(jī)可以買到自己想要的物品，自動(dòng)售貨機(jī)實(shí)現(xiàn)了商品需求化，性能多樣化的發(fā)展，給人們的生活帶來了極大的方便。面對(duì)當(dāng)前快速商品社會(huì)，人們的時(shí)間觀念越來越重，如何才能更快的購買到顧客自己所需的商品，這都是顧客和商家共同面臨的問題。隨著科技的發(fā)展及人們生活水平的提高，自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展越來越呈現(xiàn)出多元化及個(gè)性化的需求。通過自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行自助購物正逐漸成為市民的一種新的消費(fèi)時(shí)尚，快捷方便的購物方式滿足了人們

4、在當(dāng)今科技高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)追求高品質(zhì)生活的需要。自動(dòng)售貨機(jī)已在國(guó)內(nèi)普及，并成為城市現(xiàn)代文明程度的一種象征性標(biāo)志。2 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)背景及功能概述2.1設(shè)計(jì)背景自動(dòng)售貨機(jī)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(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心,這樣不僅會(huì)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。可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱plc，是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(jiǎn)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?dòng)售貨機(jī)作為社會(huì)上完成商品零售和綜合服務(wù)的獨(dú)立設(shè)

5、施,要求它的結(jié)構(gòu)必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高,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。所以在控制要求下，采用plc來控制售貨機(jī)顯得很順理成章。2.2 功能概述自動(dòng)售貨機(jī)最基本的功能是對(duì)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品, 并做出相應(yīng)的反映。因此, 售貨機(jī)應(yīng)能夠辨識(shí)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(dòng)售貨機(jī)根據(jù)投入的幣值, 起動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu), 提取商品到出貨口, 顧客取出商品, 完成此次交易。具體功能如售貨機(jī)的簡(jiǎn)單工作圖1所示。圖1 自動(dòng)售貨機(jī)簡(jiǎn)單工作過程2.3 控制

6、要求 1. 自動(dòng)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、花茶和咖啡指示燈亮，表示3種均可選。 8按下要飲用的飲料按鈕，則相對(duì)應(yīng)的指示燈開始閃爍，3s后自動(dòng)停止，表示飲料已經(jīng)掉出。 9動(dòng)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?jiǎng)t直

7、接退1元的。3 總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用plc作為控制器，通過用光電貨幣檢測(cè)對(duì)所投幣的數(shù)量與類型計(jì)算可得貨幣的總數(shù)，顯示在led數(shù)碼管上。根據(jù)各燈的顯示看能購買那種商品，顧客可以按下相應(yīng)的開關(guān)來選擇飲料，從而來驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器來控制相應(yīng)的商品執(zhí)行機(jī)構(gòu)來送出相應(yīng)的飲料。當(dāng)按下找?guī)砰_關(guān)時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的余下的貨幣找錢。4 飲料自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)飲料自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)硬件組成示意圖如圖2所示。圖2 硬件組成圖（1） 商品驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用繼電器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式以平穩(wěn)的推出動(dòng)作，使儲(chǔ)存排放的商品落到取貨口處，便于顧客方便的取走所購商品。（2） 錢幣識(shí)別系統(tǒng)。由電子識(shí)別器，識(shí)幣后的鈔幣自累加和退幣機(jī)構(gòu)三部

8、分組成。（3） plc控制系統(tǒng)。plc控制系統(tǒng)是自動(dòng)售貨機(jī)在銷售過程中，收到識(shí)幣信號(hào)后，自動(dòng)進(jìn)行累計(jì)、外部金額顯示、顧客按下按鈕后自動(dòng)推出商品和發(fā)出退幣信號(hào)找零等信號(hào)的電控系統(tǒng)。同時(shí)，該系統(tǒng)還具備預(yù)設(shè)價(jià)格、售出累計(jì)、驅(qū)動(dòng)檢測(cè)和故障自檢等功能，是“售貨機(jī)器人”的“大腦”。4.1硬件選擇4.1.1 plc選型（1）輸入輸出信號(hào)分析如下：一元光電檢測(cè)開關(guān)：一元光電檢測(cè)開關(guān)用來檢測(cè)輸入的一元硬幣的數(shù)量，可直接連接在plc主機(jī)的數(shù)字量輸入端口。五元光電檢測(cè)開關(guān)：五元光電檢測(cè)開關(guān)用來檢測(cè)輸入的五元硬幣的數(shù)量，可直接連接在plc主機(jī)的數(shù)字量輸入端口。十元光電檢測(cè)開關(guān)：十元光電檢測(cè)開關(guān)用來檢測(cè)輸入的十元硬幣的

9、數(shù)量，可直接連接在plc主機(jī)的數(shù)字量輸入端口。汽水（花茶，咖啡）按鈕：按下汽水（花茶，咖啡）按鈕，表示顧客選擇購買汽水（花茶，咖啡），自動(dòng)售貨機(jī)將選擇送出汽水（花茶，咖啡），可直接連接在plc主機(jī)的數(shù)字量輸入端口。找錢按鈕：按下找錢按鈕，售貨機(jī)將執(zhí)行退幣動(dòng)作，可直接連接在plc主機(jī)的數(shù)字量輸入端口。汽水指示燈（花茶，咖啡）：汽水（花茶，咖啡）指示燈指示顧客投入的幣值可購買汽水。汽水（花茶，咖啡）出貨繼電器：汽水出貨線圈執(zhí)行汽水的出貨。當(dāng)按下汽水按鈕，plc主機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，汽水（花茶，咖啡）出貨繼電器控制商品執(zhí)行機(jī)構(gòu)送出汽水。汽水（花茶，咖啡）出貨線圈可直接連接在plc主機(jī)的數(shù)字量輸出端口。退

10、幣指示燈： 退幣指示燈提示顧客購買結(jié)束或錢幣不足，按下找錢按鈕，找錢執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行退幣動(dòng)作。找1元繼電器：找1元繼電器是在找錢按鈕按下后，若剩余錢幣小于10則控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行退出1元的動(dòng)作，可直接連接在plc主機(jī)的數(shù)字量輸出端口。找10元繼電器：找10元繼電器是在找錢按鈕按下后，若剩余錢幣小于10元?jiǎng)t控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行退出10元的動(dòng)作，可直接連接在plc主機(jī)的數(shù)字量輸出端口。數(shù)碼管顯示：自動(dòng)售貨機(jī)中的錢幣進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，可直接連接在plc主機(jī)的數(shù)字量輸出端口。（2）plc主機(jī)的比較選擇相對(duì)于西門子plc，西門子的功能比三菱的強(qiáng)大，但三菱plc更適合用于小型機(jī)，更穩(wěn)定更易上手。大型的設(shè)備趨向于西門子，

11、價(jià)格昂貴，三菱的較便宜，小型化。其主要特點(diǎn)如下： （1）體積?。?）先進(jìn)美觀的外部結(jié)構(gòu)（3）提供多個(gè)子系列供用戶選用 （4）靈活多變得系統(tǒng)配置（5）功能強(qiáng)，使用方便通過對(duì)各輸入輸出信號(hào)的分析可知，該飲料自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)共有6個(gè)數(shù)字量輸入和18個(gè)數(shù)字量輸出，需24個(gè)i/o點(diǎn)。三菱plc具有結(jié)構(gòu)靈活、傳輸質(zhì)量高、速度快、使用范圍廣、低成本等優(yōu)點(diǎn)，考慮到留有余量的原則，可選擇三菱系列的fx2n-64mr的plc作為主機(jī)。4.2 系統(tǒng)的i/o分配 根據(jù)對(duì)飲料自動(dòng)售貨機(jī)的輸入輸出端的分析確定，其共有6個(gè)輸入端，18個(gè)輸出端，對(duì)所選用的fx2n-64mr的plc進(jìn)行i/o地址分配。如表1所示。表1 飲料自動(dòng)

12、售貨機(jī)控制系統(tǒng)i/o地址分配名稱地址說明輸入信號(hào)1元投幣光電開關(guān)sb1x0檢測(cè)投入1元硬幣的數(shù)量5元投幣光電開關(guān)sb2x1檢測(cè)投入5元錢幣的數(shù)量10元投幣光電開關(guān)sb3x2檢測(cè)投入10元錢幣的數(shù)量汽水按鈕sb1x3選擇購買汽水花茶按鈕sb2x4選擇購買花茶咖啡按鈕sb3x5選擇購買咖啡找錢按鈕sb4x6選擇退幣輸出信號(hào)汽水指示燈l1y0指示投入的錢幣可購買汽水花茶指示燈l2y1指示投入的錢幣可購買花茶咖啡指示燈l3y2指示投入的錢幣可購買咖啡找錢指示燈l4y3指示錢幣不足汽水出貨km1y4控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行送出汽水的動(dòng)作花茶出貨km2y5控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行送出花茶的動(dòng)作咖啡出貨km3y6控制執(zhí)行機(jī)

13、構(gòu)執(zhí)行送出咖啡的動(dòng)作找1元km4y7控制找錢機(jī)構(gòu)執(zhí)行退1元?jiǎng)幼髡?0元km5y10控制找錢機(jī)構(gòu)執(zhí)行退10元?jiǎng)幼鲾?shù)碼管y20y27驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，顯示錢數(shù)4.3 飲料自動(dòng)售貨機(jī)外部硬件接線圖及主電路根據(jù)i/o地址分配表，連接各輸入輸出端子，畫plc硬件接線圖，如圖3所示。 圖3 plc硬件接線圖電機(jī)主電路由五臺(tái)電機(jī)組成，分別為控制汽水出口的電機(jī)，控制花茶出口的電機(jī)，控制咖啡出口的電機(jī)，控制找1元出口的電機(jī)，控制找10元出口的電機(jī)。如圖4所示。圖4 主電路圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)工作過程主要包括計(jì)幣比較顯示可買飲料、選擇、飲料供應(yīng)、退幣，顯示五個(gè)

14、步驟。（1）計(jì)幣比較顧客投入的錢幣通過光電開關(guān)，將其存儲(chǔ)在寄存器d0中并累加。錢幣投入完成后，系統(tǒng)會(huì)將寄存器中的錢幣數(shù)據(jù)與可買飲料價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較，如果投入的錢幣不足，則找錢指示燈亮，要求繼續(xù)投幣或退幣。當(dāng)投入錢幣大于等于12元時(shí)，汽水指示燈亮；若大于等于15元，汽水和花茶指示燈亮；若大于等于20元，三種飲料指示燈全亮。此時(shí)可選擇飲料。（2）選擇飲料比較電路完成后，可選擇飲料。當(dāng)按下按鈕時(shí)，相應(yīng)的指示燈閃爍。（3）飲料供應(yīng)當(dāng)按下按鈕時(shí)，相應(yīng)的繼電器啟動(dòng)輸出所選擇的飲料，輸出地同時(shí)寄存器減去購買的飲料的錢幣數(shù)。（4）退幣購買結(jié)束后，若還剩余錢幣，按下退幣按鈕，系統(tǒng)會(huì)把數(shù)據(jù)寄存器中的錢幣退回。 (

15、 5)系統(tǒng)的所存的錢數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。根據(jù)對(duì)飲料自動(dòng)售貨機(jī)的工作過程描述，可以設(shè)計(jì)出飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)plc程序的程序流程圖。其流程如圖5所示。5.2 飲料自動(dòng)售貨機(jī)各控制功能的程序設(shè)計(jì) （1）計(jì)幣比較系統(tǒng)的程序 存儲(chǔ)錢幣寄存器d0清零。當(dāng)投入1元硬幣時(shí)，數(shù)據(jù)寄存器做加1計(jì)算，當(dāng)投入5元時(shí)，數(shù)據(jù)寄存器做加5計(jì)算，當(dāng)投入10元時(shí)，數(shù)據(jù)寄存器做加10計(jì)算。將顧客投入的錢幣與購買飲料所需要的錢幣進(jìn)行比較，若小于12元，則找錢指示燈y3長(zhǎng)亮，表示錢幣不足；若大于或等于12元，則汽水指示燈y0長(zhǎng)亮，表示可以購買汽水；若大于或等于15元，則汽水指示燈y0和花茶指示燈y1長(zhǎng)亮，表示可買汽水或花茶；若大于或

16、等于20元，則咖啡指示燈y3、花茶指示燈y1和汽水指示燈y0長(zhǎng)亮，表示可買咖啡、汽水或花茶。 圖五 plc程序流程圖（2）選擇飲料的程序 當(dāng)選擇汽水時(shí)，按下汽水按鈕x3，中間繼電器m100得電，汽水指示燈y0閃爍；當(dāng)選擇花茶時(shí)，按下花茶按鈕x4，中間繼電器m101得電，花茶指示燈y1閃爍；當(dāng)選擇咖啡時(shí)，按下咖啡按鈕x5，中間繼電器m102得電，咖啡指示燈y3閃爍；（3）供應(yīng)系統(tǒng)的程序當(dāng)選擇汽水時(shí)，m100得電，驅(qū)動(dòng)繼電器y4接通，輸出汽水，3s之后y4斷開停止供應(yīng)。當(dāng)選擇花茶時(shí)，m101得電，驅(qū)動(dòng)繼電器y5接通，輸出花茶，3s之后y5斷開停止供應(yīng)。當(dāng)選擇咖啡時(shí)，m102得電，驅(qū)動(dòng)繼電器y6接通

17、，輸出咖啡，3s之后y6斷開停止供應(yīng)。(4）退幣系統(tǒng)的程序當(dāng)飲料輸出結(jié)束后，寄存器中數(shù)據(jù)進(jìn)行減去所用錢幣計(jì)算（汽水減12元，花茶減15元，咖啡減20元），此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)寄存器d0中的數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)間比較。按下退幣按鈕x6，若剩余錢幣小于或等于10，則y7得電，找一元繼電器km4接通，驅(qū)動(dòng)找出一元，5s后找錢完成，同時(shí)數(shù)據(jù)寄存器d0進(jìn)行減1計(jì)算，再次對(duì)d0中數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)間比較。若剩余錢幣大于10，則y10得電，找五元繼電器km5接通，驅(qū)動(dòng)找出10元，5s后找錢完成，同時(shí)數(shù)據(jù)寄存器d0進(jìn)行減5計(jì)算，再次對(duì)d0中數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)間比較。(5) 實(shí)時(shí)顯示程序當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，七段數(shù)碼管就開始顯示自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的錢數(shù)

18、。即對(duì)數(shù)據(jù)寄存器d0的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后輸出到y(tǒng)20y27，顯示系統(tǒng)的錢數(shù)。具體梯形圖見附錄。6 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(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)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內(nèi)容；其次，應(yīng)注重與同學(xué)間的協(xié)作，每一個(gè)人的思維不同，對(duì)程序的理解、功能的實(shí)現(xiàn)方式也會(huì)有所不同，因而往往會(huì)對(duì)程