基于PLC的飲料自動售貨機控制系統(tǒng)設計說明

1、畢業(yè)設計（論文）基于PLC自動售貨機設計學 院 職業(yè)技術學院 系 部 機電工程系 專 業(yè) 機電一體化 班 級 10機電四班 學生 雷豪強 學 號 09 指導老師 艷平 完成日期 2013/3/24 21 / 212013屆畢業(yè)設計任務書一、 課題名稱：基于PLC自動售貨機設計二、指導教師：艷平三、設計容與要求1、課題概述：本課題采用三菱FX2N系列PLC對飲料飲料自動售貨機控制系統(tǒng)進行設計，首先對飲料飲料自動售貨機結構進行簡單介紹，然后根據(jù)系統(tǒng)的設計要求對飲料自動售貨機控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)進行分析，給出飲料自動售貨機控制系統(tǒng)的總體設計思路，并通過I/O列表、I/O接線圖、梯形圖、指令表等對其控制

2、系統(tǒng)進行了程序設計，控制程序經上機調試運行，其結果基本符合要求。2、設計容與要求：1）簡單介紹飲料自動售貨機結構；2）分析飲料自動售貨機的控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)，確定其控制系統(tǒng)的總體設計思路；3）采用FX2N系列PLC作為飲料自動售貨機控制PLC，正確選取PLC型號，設計出其控制程序。4）控制程序上機調試。5）所設計的飲料自動售貨機控制程序，應符合飲料自動售貨機運行規(guī)則。如飲料自動售貨機收到識幣信號后，自動進行累計、外部金額顯示、顧客按鍵后自動推出商品和發(fā)出退幣找零等信號的電控系統(tǒng)。6）設計說明書要有硬件原理連接圖，I/O分配圖，程序梯形圖、指令表與相應的說明。要求文字流暢，圖形清晰，便于閱讀。有

3、條件的設計方案要求在實驗室驗證其正確性。目 錄摘要6第1章任務與要求,81.1課題概述.81.2 設計容與要求81.3 FX2N-32MR產品說明8第2章引言.102.1研究背景.102.2論文研究目標和意義.12第3章方案論證與設計.14 3.1 總體設計分析.14 3.2 方案的選擇與設計.14 3.2.1 繼電控制.14 3.2.2 單片機控制.15 3.2.3 PLC控制.153.3 方案確定.16第4 章自動售貨機的PLC控制系統(tǒng)設計.17 4.1 硬件電路設計.174.1.1硬件系統(tǒng)組成.174.1.2 電氣設備的選擇17 4.2 軟件設計.194.2.1 自動售貨機控制要求.19

4、4.2.2 控制流程圖.204.2.3 I/O分配表.21 4.2.4 硬件接線圖.22 4.2.5程序設計.23第5章系統(tǒng)調試.275.1 調試設備.275.2調試步驟.27第6章心得體會（致）.29參考文獻.30附表一： 梯形圖.31 摘 要在今天的工業(yè)生產中，可編程邏輯控制器（PLC）已經成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的關鍵。本文簡要介紹了有關可編程邏輯控制器的一些基礎知識和簡單的應用，而且還介紹了PLC的技術特點，并重點在硬件、軟件和組態(tài)軟件方面進行了介紹，對他們在工業(yè)自動化中的典型應用、最新的技術發(fā)展趨勢也做了介紹。自動售貨機在中國有著廣闊的發(fā)展前景，文中介紹了自動售貨機的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀。在這次

5、的畢業(yè)設計中，我查閱了大量的資料，以PLC原理為基礎設計了自動售貨機系統(tǒng)。按照自動售貨機的工作方式，把一次交易過程分為：運行初期清零過程、投幣過程、價格比較過程、選擇商品過程、退幣過程。利用梯型圖編制各個過程的程序完成了設計的基本要求。 關鍵詞:自動售貨機；可編程邏輯控制器。第1章 任務與要求1.1課題概述本課題采用三菱PLC-FX2N-32MR對飲料飲料自動售貨機控制系統(tǒng)進行設計，首先對飲料飲料自動售貨機結構進行簡單介紹，然后根據(jù)系統(tǒng)的設計要求對飲料自動售貨機控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)進行分析，給出飲料自動售貨機控制系統(tǒng)的總體設計思路，并通過I/O列表、I/O接線圖、梯形圖、指令表等對其控制系統(tǒng)進行

6、了程序設計，控制程序經上機調試運行，其結果基本符合要求。1.2 設計容與要求1）簡單介紹飲料自動售貨機結構；2）分析飲料自動售貨機的控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)，確定其控制系統(tǒng)的總體設計思路；3）采用FX2N系列PLC作為飲料自動售貨機控制PLC，正確選取PLC型號，設計出其控制程序。4）控制程序上機調試。5）所設計的飲料自動售貨機控制程序，應符合飲料自動售貨機運行規(guī)則。如飲料自動售貨機收到識幣信號后，自動進行累計、外部金額顯示、顧客按鍵后自動推出商品和發(fā)出退幣找零等信號的電控系統(tǒng)。6）設計說明書要有硬件原理連接圖，I/O分配圖，程序梯形圖、指令表與相應的說明。要求文字流暢，圖形清晰，便于閱讀。有條件的

7、設計方案要求在實驗室驗證其正確性。1.3 FX2N-32MR產品說明：FX系列PLC擁有無以匹與的速度，高級的功能邏輯選件以與定位控制等特點； FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應用的選擇方案； FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。 除輸入出16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等 特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC.我本次設計所選用的是三菱PLC-FX2N-32MR。32點，16輸入，16輸出的。 第2章 引 言2.1研究背景2.1.1 PLC的組成PLC的組成有中央處理單

8、元（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）電路、電源、編程器等幾方面組成。電源輸入電路中央處理單元CPU編程器輸出電路系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器2.1.1 PLC的特點1. 使用方便，編程簡單 2. 功能強，性能價格比高 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強 3. 可靠性高，抗干擾能力強 5.系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 6.維修工作量小，維修方便 2.2論文研究目標和意義2.2.1 自動售貨機 自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產業(yè)構造向技術密集型社會轉變的產物

9、。大量生產、大量消費以與消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道,再加上場地的局限性以與購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供給的條件看，自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。2.2.1 目的和意義 本次設計的主要目的能夠實現(xiàn)自動售貨機的自動控制系統(tǒng)的PLC設計，進一步增強和完善自我的創(chuàng)新與

10、動手能力。主要容是首先整個控制系統(tǒng)的設計思路，從硬件到軟件的資料收集，對一些硬件以與自動售貨機部接線電路都逐一進行了研究學習。第三章 方案論證與設計3.1總體方案設計分析3.1 控制系統(tǒng)設計原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產設備或生產過程）的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則：(1) 最大限度地滿足被控對象的控制對象。(2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經濟，使用與維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）考慮到生產的發(fā)展和工藝和改進，在選擇PLC容量時，應適當留有裕量。3.2 方案的選擇與設計3.2

11、.1 繼電控制利用具有繼電特性的元件進行控制的自動控制系統(tǒng)。所謂繼電特性是指在輸入信號作用下輸出僅為通、斷等幾個狀態(tài)的特性。繼電控制也稱通斷控制。例如，電爐溫度調節(jié)中根據(jù)爐溫是否超過規(guī)定值而斷開或接通電源。這種只有通、斷兩個狀態(tài)的控制又稱雙位式控制。對于繼電控制型伺服系統(tǒng)，繼電控制是指驅動電源的全部電壓按照控制偏差值符號的正負，正向或反向地加到執(zhí)行電動機上。繼電控制的缺點：繼電器已應用到家庭與工業(yè)控制的各個領域。他們比以往的產品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。3.2.2 單片機控制目前單片機滲透到我們生活的各個

12、領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置 ，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊?，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以與各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。 3.2.3 PLC控制在工業(yè)自動化領域，可編程控制器(PLC)作為自動控制以成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設備基礎，同時也給工業(yè)控制帶來了前所未有的非凡變化。使用PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的用繼電器的工業(yè)控制系統(tǒng)相比，在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有無法比擬的優(yōu)點。雖然在工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的繼電器控制設備不會被

13、完全淘汰，但是由于PLC的出現(xiàn)已經改變了工業(yè)控制設計者的設計思想?？删幊绦蚩刂破鞯膬?yōu)勢、特點與功能：可編程控制器以體積小功能強大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產過程的自動控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網絡時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)。1、 順序控制2、 閉環(huán)過程控制3、 運動位置控制4、 生產過程的監(jiān)控和管理5、 網絡特性3.3 方案確定 PLC控制比繼電控制在邏輯上更改方便、控制速度更高、更靈活且便

14、于維護。PLC是建立在單片機上的產品。單片機是一種集成電路，不具可比性。單片機可以構成各種各樣的應用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機應用系統(tǒng)的一個特例。從工程角度上說：對于單項或重復極少的項目，采用PLC是更明智、快捷的途徑。功率高，可靠性好！通過對各種控制的優(yōu)缺點分析，各適用于不同控制要求的場合。西門子PLC多用于大型、超大型的場合。所以我選用了三菱FX2N-32MR型plc來進行自動售貨機的控制。第4章 自動售貨機的PLC控制系統(tǒng)設計4.1 硬件電路設計 4.1.1 硬件系統(tǒng)組成1）主控制板2）溫控模版溫度采集加熱制冷等3） 貨幣識別模塊在投入貨幣之后，系統(tǒng)會用紅外線識別

15、器識別貨幣的面額。4） 銷售模塊在顧客選擇商品時，用電機驅動相關的硬件設施送出相應的商品。在退幣時驅動電機完成退幣動作。完成銷售過程。 4.1.2 電氣設備的選擇在整個硬件控制中包括各種電氣設備：斷路器、接觸器、繼電器、隔離開關、熱繼電器、和電動機。繼電器的選用原則：(1)按使用類別選用：中小型工廠的生產實際，90kW與以下的籠型電動機占全廠電機總數(shù)的90以上，基本屬于按AC-3使用類別選用。(2)確定容量等級：接觸器的容量即主觸頭在額定電壓等技術條件下，其額定電流的確定，應注意如下幾點：工作制與工作頻率的影響：環(huán)境條件的影響：電動機的選用原則：1）電動機的機械特性、啟動、制動、調速與其它控制

16、性能應滿足機械特性和生產工藝過程的要求，電動機工作過程中對電源供電質量的影響（如電壓波動、波干擾等），應在容許的圍；2）按預定的工作制、冷卻方法基輔在情況所確定的電動機功率，電動機的溫升應在限定的圍；3）根據(jù)環(huán)境條件、運行條件、安裝方式、傳動方式，選定電動機的結構、安裝、防護形式，保證電動機可靠工作；4）綜合考慮一次投資幾運行費用，整個驅動系統(tǒng)經濟、節(jié)能、合理、可靠和安全。4.2 軟件設計4.2.1 自動售貨機控制要求1. 投幣類型分為1元、5元、10元、20元、50元2. 各種紙幣各一個投錢處3. 分為五種飲料汽水、可樂、牛奶、咖啡、紅茶。價格分別為3元、4元、5元、6元、7元4. 當錢數(shù)大

17、于3時汽水燈亮5. 當錢數(shù)大于4時汽水、可樂燈亮6. 當錢數(shù)大于5時汽水、可樂、牛奶燈亮等等7. 按下飲料的按鈕，電動機得電指示燈亮，相應飲料的燈閃。錢數(shù)減去飲料錢數(shù)，等閃爍3秒，出貨結束。8.按下退幣錢退出1元硬幣4.2.2三菱FX2N-32型PLC自動售貨機流程圖4.2.3 I/O分配表輸入符號功能地址輸出符號功能地址SB11元X0HL1汽水顯示燈Y0SB25元X1HL2可樂顯示燈Y1SB310元X2HL3牛奶顯示燈Y2SB420元X3HL4咖啡顯示燈Y3SB550元X4HL5紅茶顯示燈Y4SB6汽水按鈕X5YV1汽水電磁閥Y5SB7可以按鈕X6YV2可樂電磁閥Y6SB8牛奶按鈕X7YV3

18、牛奶電磁閥Y7SB9咖啡按鈕X10YV4咖啡電磁閥Y10SB10紅茶按鈕X11YV5紅茶電磁閥Y11SB11退幣按鈕X12YV6退幣電磁閥Y124.2.4 硬件接線圖4.2.5程序設計程序設計可分為6個部分。分別為：1啟動清零部分、2投幣部分、3表示可購買顯示部分、4選擇飲料部分、5貨幣相減部分和6退幣部分。1） 啟動清零 2） M8002為初始脈沖。當PLC從STOP撥到RUN時接通瞬間。自動初始清零。2） 投幣部分 用PLS上升沿觸發(fā)投幣。用ADD指令作加法運算。3）表示可購買顯示部分4）飲料選擇部分（購買、出貨）Y0：可購買汽水 X5：選擇汽水 Y5：輸出汽水。當按下購買的按鈕之后，相應

19、的商品指示燈閃爍，同時排出商品。3秒后，貨物排出完畢、相應指示燈停止閃爍。 5）貨幣相減部分這里使用了SUB減法運算用于計算投幣額與商品價格之差。 6）退幣部分 按下退幣按鈕X12（機械自鎖按鈕）后，當D1大于1時，M61得電。D1等于1時，M62得電。執(zhí)行DECP指令（減1）、并輸出。退幣線圈Y12得電。退幣完成后，把X12按鈕復位，完成售貨。第5章 系統(tǒng)調試 正確的調試系統(tǒng)才能使各模塊電路正常工作，實現(xiàn)高穩(wěn)定性的顯示。此段程序首先采用M8002進行自動清零。用PLS上升沿觸發(fā)實現(xiàn)投幣。用ADD指令進行貨幣的累加并把數(shù)據(jù)儲存在D1數(shù)據(jù)存儲器中。用> D1 K3指令來表示可買的物品。還使

20、用了T計時器用于計時。用減法指令進行貨幣的相減以與退幣程序。完成整個自動售貨的程序。 正確的編寫程序是調試成功的關鍵。下面就要說說調試所用到的設備和過程。5.1調試的設備三菱FX2N-32型PLC一臺接觸器5臺指示燈10個電機5臺熱繼電器一個5.2調試步驟一：硬件調試1）電按照相關的要求連接繼電器、和熱繼電器以與相關的飲料輸出電機。2）檢查繼電器的觸點是否有問題。沒有問題正確接線。3）檢查電機是否能夠正常運轉。把熱繼器連入電路中。二：軟件調試1 運行PLC，D1自動清零。 2 按下1元投幣開關X0和5元投幣開關X1后，表示投了6塊錢。然后汽水顯示燈（Y0）、可樂顯示燈（Y1）、牛奶顯示燈（Y2）、咖啡顯示燈（Y3）亮。表示可以購買。 3 按下可樂購買開關（X6），后可樂顯示燈（Y2）閃爍，同時可樂輸出線圈（Y6）亮。三秒后完成。說明可樂排出！按下找零按鈕（X12）后，退幣線圈（Y12）得電（亮），表示退出1元硬幣。 4 結束。經過程序的多次改動和最后的調試，所有功能都實現(xiàn)了。達到了這次設計的目的！第7章 心得體會（致