基于SPLC自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、學(xué)號091401132電氣控制與可編程控制技術(shù)課 程 設(shè) 計（ 2009級本科） 題 目：基于S7-200PLC 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 系（部）院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 趙春帥 指導(dǎo)教師： 張靜 職稱： 副教授 完成日期： 2012 年 12 月 14 日 課程設(shè)計任務(wù)書 學(xué) 生 姓 名趙春帥學(xué) 號091401132專 業(yè) 方 向電力系統(tǒng)班 級09級（1）班題 目 名 稱基于S7-200PLC自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計一、設(shè)計的主要內(nèi)容1.完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要包括：電氣元件的選擇、電氣原理圖設(shè)計、可編程控制器輸入輸出接線圖設(shè)計及控制面板設(shè)計等。2

2、.完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，主要包括：程序流程圖設(shè)計、梯形圖程序設(shè)計及仿真調(diào)試。3.完成課程設(shè)計說明書的撰寫，主要包括：封面、目錄、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計總體思路、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、總結(jié)體會、參考文獻(xiàn)等。二、設(shè)計要求1.自動售貨機(jī)有6個投孔，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值時，對應(yīng)的物品指示燈亮綠燈。4.當(dāng)物品對應(yīng)的指示燈亮綠燈時，按下相應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，同時指示燈綠燈閃爍。5.當(dāng)顧客成功購買完一件物品后20秒無操作，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客。6.如果顧客投入硬幣在限定的時間內(nèi)（2分鐘）不按任何按鍵，自動售貨機(jī)將

3、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，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客。8.找零時顧客可選擇幣額進(jìn)行退幣。9.當(dāng)物品不足時，對應(yīng)的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應(yīng)的按鍵無反應(yīng)（不出物品，不減余額），并向總部發(fā)送所缺物品。三、設(shè)計進(jìn)度安排第一周星期一 查閱文獻(xiàn)資料，了解與設(shè)計題目相關(guān)的知識星期二星期四 確定控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計星期五至第二周星期二 完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計及調(diào)試星期三星期四 撰寫課程設(shè)計說明書星期五 答辯 指導(dǎo)教師簽字：目錄一、引言1二、設(shè)計目的1三、設(shè)計任務(wù)及要求11 設(shè)計要求12 設(shè)計任務(wù)2四、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計21 計幣系統(tǒng)22比

4、較系統(tǒng)23 選擇系統(tǒng)34 物品供應(yīng)系統(tǒng)35 退幣系統(tǒng)3五、PLC的選型31 PLC的選型原則32 PLC選型4六、硬件外部接線圖5七、系統(tǒng)的程序設(shè)計61 I/O分配表62 程序設(shè)計的流程圖73 程序設(shè)計梯形圖7八、系統(tǒng)仿真與調(diào)試17九、設(shè)計總結(jié)20十、參考文獻(xiàn)21一、引言 自動售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它的出現(xiàn)是勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(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，相對于超市、百貨購物中心等流通渠道而言，場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。自動售貨機(jī)的售貨領(lǐng)

5、域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機(jī)逐漸被越來越多的消費(fèi)者所接受。二、設(shè)計目的通過對自動售貨機(jī)PCPLC控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計、編程、及上機(jī)調(diào)試工作的實踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計的方法，并掌握利用PC對PLC工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法。三、設(shè)計任務(wù)及要求1 設(shè)計要求1.自動售貨機(jī)有6個投幣孔分別為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間內(nèi)（2分鐘）不按任何按鍵，自動售貨機(jī)將退還所投硬幣。4.當(dāng)投入硬幣的總

6、值等于或超過物品價值時，對應(yīng)的物品指示燈亮綠燈。5.當(dāng)物品對應(yīng)的指示燈亮綠燈時，按下相應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，同時指示燈綠燈閃爍。6如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價值時，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客。7當(dāng)顧客成功購買完一件物品后20秒無操作，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客。8如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下退款按鍵，自動售貨機(jī)會自動將余款退還顧客。9找零時顧客可選擇退幣金額種類。10.當(dāng)物品不足時，對應(yīng)的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應(yīng)的按鍵無反應(yīng)（不出物品，不減余額），并向總部發(fā)送所缺物品。2 設(shè)計任務(wù)主要內(nèi)容包括：1.設(shè)計出硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等；2運(yùn)用功能指令進(jìn)行PLC控制

7、程序設(shè)計；3進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)自動售貨機(jī)的控制要求。四、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計售貨機(jī)的自動控制系統(tǒng)主要包括:計幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、物品供應(yīng)系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。1 計幣系統(tǒng)當(dāng)有顧客買物品時，投入的錢幣經(jīng)過感應(yīng)器，感應(yīng)器記錄1元、5元、10元、20元、50元和100元的個數(shù)，通過幣值個數(shù)的疊加，把最終的錢數(shù)放在VD4中。2比較系統(tǒng)投入錢幣完畢后,系統(tǒng)會把VD4幣值和可以購買物品的價格進(jìn)行區(qū)間比較, 如果投入的錢幣不足則指示綠燈不亮，要求繼續(xù)投入錢幣，或者退幣。當(dāng)物品不足時，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物品價格時，相應(yīng)的指示綠燈亮。3 選擇系統(tǒng)比較電路完成后選擇電路指示燈亮

8、，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，閃爍同時停止。4 物品供應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)按下物品選擇按鈕時，相應(yīng)的物品輸出的同時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?fù)晡锲泛螅?0秒后無操作，系統(tǒng)將自動退回幣值；當(dāng)顧客需要自行退幣時，按下相應(yīng)的退幣按鈕即可。五、PLC的選型1 PLC的選型原則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PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計過程中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計之前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，充分收集控制現(xiàn)場的資料，同時收集相關(guān)國內(nèi)、國外相

9、關(guān)的資料。同時還要注意和現(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)計中的問題和疑難問題。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)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、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新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)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

10、制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴(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)計時要適當(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，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)。2 PLC選型S7-200PLC它有四種不同的型號，由于設(shè)計要求有25個輸入點(diǎn)和13個輸出點(diǎn)，因此選擇CPU224較為合適CPU224主機(jī)數(shù)字量I/O點(diǎn)為14輸入/1

11、0輸出共24個；擴(kuò)展能力強(qiáng)，可連續(xù)7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168個數(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個獨(dú)立的30KHz高數(shù)計數(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)計任務(wù)要求PLC主機(jī)的硬件接線圖如下圖所示圖1自動售貨機(jī)外部接線圖七、系統(tǒng)的程序設(shè)計1 I/O分配表 此次設(shè)計的PLC控制的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的I/O分配表如下表：表一 自動售貨機(jī)I/O分配表定義功能說明I3.1飲料三元售完按鈕I0.0找零(無操作)I3.2飲料五元售完按鈕I0.1飲料三元按鈕I

12、3.3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

13、）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)計的流程圖 根據(jù)對自動售貨機(jī)工作過程的描述，可以設(shè)計出自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)PLC程序的程序流程圖，如圖下圖所示。圖2自動售貨機(jī)工作流程圖3 程序設(shè)計梯形圖 梯形圖語言是在傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電氣控制線路圖相似，繼承了

14、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，這種編程語言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。自動售貨機(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，可購買三種飲料及一種日用品等的顯示；及三元飲料可購買的梯形圖。 當(dāng)輸入金額大于一百元時，可購買三種飲料及三種日用品等的顯示；及日用品三十元可以購買的梯形圖當(dāng)輸入金額大于80元時，飲料五元缺貨時，按下飲料五元按鈕時，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，退回余額50元以后的梯形圖九、設(shè)計總結(jié)通過本次論文設(shè)計，使我對PLC控制的知

15、識有了更深層次的認(rèn)識，同時通過多次上機(jī)操作，我對計算機(jī)的應(yīng)用能力也有很大的提高，而在論文設(shè)計中通過查閱文獻(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，分析解決實際問題的能力也得到了很大的提高。在具體的設(shè)計過程中，通過老師和同學(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，同時也培養(yǎng)了自己的工程設(shè)計思想，為以后的實際工作打下了一定的基礎(chǔ)。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：國防工業(yè)出版社，2010.2 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 張萬忠.可編程控制器入門與應(yīng)用實例（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)計技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2010.第21頁電氣