自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(最終版)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：飲料自動(dòng)售貨機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)： 機(jī)械測(cè)控 班級(jí)： 姓名： 組員： 指導(dǎo)老師：VIII【摘要】本文介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個(gè)程序塊，然后分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。具體說明了可編程序控制器在自動(dòng)售貨機(jī)中的作用。程序涉及到了自動(dòng)售貨機(jī)工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動(dòng)售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：自動(dòng)售貨機(jī)；可編程序控制器；梯形圖Abstract:Thispaperintroducesthebasicprinciplesofvendingmachines

2、,aswellasworkflow,andthentoatransactionprocessasanexample,thetransactionprocessisdividedintoseveralblock,andthentheblockwereprogrammed.SpecifythePLCintheroleofvendingmachines.Proceduresrelatedtotheworkofthevastmajorityofvendingmachineprocess.PLCcontroloftheuseofvendingmachinesenhancethestabilityofth

3、esystemtoensurethatvendingmachinescapableoflong-termstableoperation.Keywords:Vendingmachines;PLC;LadderDiagram一PLC的概述1.1PLC的產(chǎn)生20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器，定時(shí)器，接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。容易掌握，價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，

4、難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差.20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國(guó)通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：1. 編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序2.維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)3. 可靠性高于繼電器控制裝置4. 體積小于繼電器控制盤5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)6. 成本可與

5、繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)7. 輸入可以是交流150V以上8. 輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等9. 擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小10.用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要）1.2PLC的定義美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可遍程序控制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)

6、聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。1.3PLC的發(fā)展趨勢(shì)PLC總的發(fā)展趨勢(shì)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(gè)方面。（1） 向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展（2） 向大容量、高速度方向發(fā)展（3） 智能型I/O模塊的發(fā)展（4） 基

7、于PC的編程軟件取代編程器（5） PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化（6） PLC通信的易用化（7） 組態(tài)軟件與PLC的軟件化（8） PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合（9） 開發(fā)新型特殊功能模塊（10） CPU的處理速度進(jìn)一步加快1.4PLC的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)（3）編程方便，易于使用（4）功能完善（5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短（6）體積小，維護(hù)操作方便（7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化（8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化1.5PLC的主要功能1. 條件控制功能2. 定時(shí)/記數(shù)控制功能3. 數(shù)據(jù)處理功能4. A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能5. 運(yùn)動(dòng)控制功能6. 過程控制功能7. 擴(kuò)展功能二任務(wù)描述：自動(dòng)

8、售貨機(jī)是可完成無人自動(dòng)售貨的商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，它不受任何場(chǎng)地限制，方便快捷，在我國(guó)也越來越普及。傳統(tǒng)的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)、能耗低、調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的是售汽水和啤酒這兩種飲料的自動(dòng)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(shí)，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(dòng)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(dòng)硬幣識(shí)別傳感器識(shí)別硬幣（由于能力有限，在識(shí)別硬幣上不做具體研究）。大體運(yùn)行如圖2-1： 圖2-1自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖圖2-2是自動(dòng)售貨機(jī)簡(jiǎn)單示意圖。在該

9、機(jī)中有兩種已經(jīng)配制好的飲料儲(chǔ)液桶（未畫出來），一種為汽水，另一種為啤酒。汽水出口和啤酒出口分別代表由兩個(gè)電磁閥控制放入杯中的飲料品種的飲料出口。 圖2-2自動(dòng)售貨機(jī)簡(jiǎn)單示意圖三 控制要求基本工作過程：1、本自動(dòng)售貨機(jī)可以投入1角、5角或1元硬幣，自動(dòng)銷售聽裝汽水和啤酒。2、當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過1.2元時(shí)，汽水按鈕指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過1.5元時(shí)，汽水按鈕和啤酒按鈕指示燈亮。3、當(dāng)汽水按鈕燈亮?xí)r，按汽水按鈕，則汽水排出7s后自動(dòng)停止，同時(shí)汽水按鈕指示燈閃爍7s；4、當(dāng)啤酒按鈕燈亮?xí)r，按啤酒按鈕，則啤酒排出7s后自動(dòng)停止，同時(shí)啤酒按鈕指示燈閃爍7s；5、若投入硬幣的總值超過按鈕

10、所需錢數(shù)（啤酒1.5元，汽水1.2元）時(shí)，找錢指示燈亮，同時(shí)進(jìn)行找錢動(dòng)作。設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、記錄已經(jīng)售出貨品的總錢數(shù)以及各種貨品的數(shù)量，并將各種貨品的數(shù)量顯示在數(shù)碼管上。2、控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，包括確定控制對(duì)象和控制范圍，繪制工作時(shí)序圖，PLC的選型。3、硬件部分設(shè)計(jì)，包括I/O配置，操作面板布置，接線圖。4、程序設(shè)計(jì)，包括流程圖，梯形圖，上機(jī)調(diào)試，完成指令表。四系統(tǒng)配置及輸入/輸出繼電器地址分配4.1 I/O口分配列出I/O口分配表，如表所示：名稱輸入點(diǎn)編號(hào)名稱輸出點(diǎn)編號(hào)1角投幣按鈕X0汽水指示燈Y15角投幣按鈕X1啤酒指示燈Y21元投幣按鈕X2汽水電磁閥Y2汽水按鈕X3啤酒電磁閥Y4啤酒按鈕

11、X4退幣控制按鈕X5 I/O口分配表五自動(dòng)售貨機(jī)硬件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 自動(dòng)售貨機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 圖5.1 自動(dòng)售貨機(jī)結(jié)構(gòu)1、箱體外觀正面上部為商品展示窗和價(jià)格標(biāo)簽，中部設(shè)投幣入口、退幣鈕和金額顯示窗，在價(jià)格標(biāo)簽附近設(shè)有選擇商品的按鍵，正面下部為退幣口和顧客取貨口；面向顧客的機(jī)構(gòu)正面，是完成商品價(jià)格介紹、接受投幣、顯示金額、推出商品和退幣整個(gè)售出過程的表體部分。2、商品樣品展示窗商品樣品展示窗由透明有機(jī)板窗、樣品展示架、商品價(jià)格標(biāo)簽、選購按鈕和照明燈組成，設(shè)在前門體內(nèi)部的可開啟樣品門，用來更換商品樣品和價(jià)格標(biāo)簽；展示窗相當(dāng)于商店櫥窗或者柜臺(tái)，以清晰明亮的商品展示和明碼標(biāo)價(jià)來招攬顧客。3、商品驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)商

12、品的包裝多種多樣，主要有箱、盒、罐、袋等，它們的提取機(jī)構(gòu)也各種各樣，商品在送出時(shí)可以采用“螺旋移動(dòng)”等動(dòng)作移到取貨口。4、商品貯存部分由于商品的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是雙螺旋體出貨機(jī)構(gòu)，由此決定了該自動(dòng)售貨機(jī)的商品貯存方式，商品主要是擺放在雙螺旋體中，通過雙螺旋體的旋轉(zhuǎn)把商品推到出貨口。5、錢幣識(shí)別系統(tǒng)錢幣識(shí)別系統(tǒng)由錢幣識(shí)別器、識(shí)別后的錢幣自動(dòng)分類貯存機(jī)構(gòu)和退幣機(jī)構(gòu)3部分組成。6、PLC控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)是自動(dòng)售貨機(jī)在自動(dòng)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、顧客按鍵后自動(dòng)推出商品和發(fā)出退幣找零等信號(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)

13、器人”的“大腦”。六程序設(shè)計(jì)根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的流程可以知道自動(dòng)售貨機(jī)的主要系統(tǒng)包括：計(jì)幣部分、比較部分、選擇和飲料供應(yīng)部分、余額計(jì)算部分、退幣部分。1 計(jì)幣部分當(dāng)有顧客購買飲料時(shí)，投入硬幣時(shí)經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動(dòng)硬幣識(shí)別器識(shí)別硬幣,系統(tǒng)將硬幣自動(dòng)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(yùn)算，梯形圖如圖：2 比較部分投幣完成后，系統(tǒng)會(huì)將D200內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的飲料價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較：若1.2元投幣1.5元，則汽水選擇指示燈長(zhǎng)亮，此時(shí)可以選擇汽水或退幣；若投幣1.5元,則汽水和啤酒指示燈長(zhǎng)亮,此時(shí)可以選擇汽水、啤酒或退幣。梯形圖如圖：3 選擇和飲料供

14、應(yīng)部分比較完成后，按下指示燈長(zhǎng)亮的選擇按鈕，相應(yīng)的電磁閥起動(dòng)，并且相應(yīng)的選擇指示燈由長(zhǎng)亮轉(zhuǎn)為以1s為周期的閃爍直至飲料供應(yīng)完畢后閃爍停止。當(dāng)飲料輸出達(dá)到7s時(shí)，電磁閥關(guān)斷。梯形圖如圖：4 余額計(jì)算部分飲料輸出的同時(shí)減去相應(yīng)的購買幣數(shù)。梯形圖如圖：5 退幣部分 顧客可在購?fù)觑嬃虾?，由退幣指示燈可知是否可以退幣，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(gè)數(shù)并儲(chǔ)存在D0中；D1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(gè)數(shù)，并儲(chǔ)存在D0中，依次類推選擇退幣的同時(shí)起動(dòng)3個(gè)退幣電動(dòng)機(jī)。3個(gè)感應(yīng)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)感應(yīng)器記幣的個(gè)數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器

15、退回的幣數(shù)時(shí)，退幣電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。梯形圖如圖：附件 系統(tǒng)的流程圖整體運(yùn)行梯形圖 指令表 七梯形圖程序調(diào)試1. 由于實(shí)驗(yàn)室沒有相應(yīng)的實(shí)物控制模型(自動(dòng)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(hào)均用開關(guān)信號(hào)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(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(huì)造成硬件損壞及人身意外。2. 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法A. 程序不執(zhí)行減錢動(dòng)作原因：輸入程序時(shí)將常閉按鈕輸入成了常開按鈕參考文獻(xiàn)1廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.1127.2趙紅梅等.自動(dòng)售貨機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.3高勤.可編程控制器原理及應(yīng)用（三菱機(jī)型）M.北京:電子工業(yè)出版社.2006.4146