基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、PAGE PAGE 14目 錄 摘要1關(guān)鍵字1一、概述21.1 自動售貨機的發(fā)展現(xiàn)狀 21.2 自動售貨機的前景 21.3 自動售貨機的主要內(nèi)容 2二、功能需求分析. 3三、具體設(shè)計43.1 自動售貨機的控制要求43.2 自動售貨機的工作流程 43.3 PLC的選型 53.4 傳感器的選型 63.5 I/O分配表 73.6 外部接線圖 73.7 控制流程圖83.8 梯形圖9四、 總結(jié)13參考文獻(xiàn)14基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要 隨著社會的發(fā)展，越來越多方便人們的東西出現(xiàn)在了這個世界上，自動售貨機就是其中之一。自動售貨機的新奇、文明、高檔、靈活方便深受廣大市民青睞。自動售貨機是可完成

2、無人自動售貨的商業(yè)自動化設(shè)備，它不受任何場地限制，方便快捷，可以每天24h售貨，在我國也越來越普及。可編程序控制器是一種以微處理器為核心的用于工程自動控制的工業(yè)控制機，其本質(zhì)是一臺工業(yè)控制專用計算機。它的軟、硬件配置與計算機極為類似，只不過它比一般計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言。硬件主要由中央處理單元CPU、存貯器、輸入/輸出單元以及編程器、電源和智能輸入/輸出單元等構(gòu)成.PLC是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，它是以微處理機為基礎(chǔ)，綜合了計算機是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)設(shè)備之一。自動售貨機是集聲、光、機、電于一體的智能科技產(chǎn)物

3、,進(jìn)入21世紀(jì)，自動售貨機也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，發(fā)展。使未來的自動售貨機不僅僅具有售貨功能，而是更加多元化,及人性化。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，自動售貨機在中國的普及和應(yīng)用已是必然趨勢。據(jù)來自國內(nèi)自動售貨機市場行情分析報告表明；目前國內(nèi)自動售貨機市場走勢已逐漸明晰，自動售貨機逐步從沿海經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)和各大中城市向內(nèi)陸和次發(fā)達(dá)地區(qū)延伸，逐步從高級賓館、地鐵、機場等豪華高檔場所向高中檔社區(qū)普及，大有星火燎原之勢，可以說是市場潛力無限。 關(guān)鍵字：PLC 可編程控制器的應(yīng)用 梯形圖 一、概述1.1自動售貨機的

4、發(fā)展現(xiàn)狀從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應(yīng)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(yīng)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

5、能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。1.2自動售貨機的前景自動售貨機產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式，通過電話線路將自動售貨機內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)約1015%的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時，自動售貨機也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。1.3自動售貨機的主要內(nèi)容 由于本設(shè)計為課程

6、設(shè)計，因此要求上沒有現(xiàn)實中的自動售貨機功能強大，沒有過多商品選擇和各種報警系統(tǒng)。且自動售貨機的內(nèi)部具有計幣和比較的功能。自動售貨機實現(xiàn)最終的飲料，咖啡的輸出，以及找錢過程由PLC控制電機來實現(xiàn)。 自動售貨機具有以下三種模塊： （1）投幣模塊在投幣過程中,每投下一枚硬幣,該模塊將判定具體的幣值,并進(jìn)行錢幣的累加。（2）價格比較模塊投幣完成后,系統(tǒng)會將在總額中錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的商品價格進(jìn)行區(qū)間比較：若大于或等于汽水的價格,則可以購買汽水，汽水指示燈亮；若大于或等于咖啡的價格,則咖啡指示燈亮。 （3）退幣模塊 系統(tǒng)可在顧客購買完商品后退回余幣。在退幣過程中 ,最主要的是要完成退幣的運算過程,運算結(jié)

7、果放在數(shù)據(jù)寄存器,根據(jù)結(jié)果起動退幣電動機工作,輸出相應(yīng)的錢幣,退幣結(jié)束時還要給程序中使用到的某些寄存器重新賦零。 二、功能需求分析在現(xiàn)在科技成果迅猛發(fā)展的今天，市場經(jīng)濟的競爭就是利用最小的投資獲取最大的利潤，為了使人們在生活購物中得到方便，就出現(xiàn)了自動售貨機。對于一臺自動售貨機，如果采用電力機械來進(jìn)行控制，會造成售貨機有用價值空間少，浪費不必要的動力資源；如果采用液壓系統(tǒng)控制，由于液壓系統(tǒng)控制要求技術(shù)高，各種閥體和設(shè)備的組裝較高，反應(yīng)速度相對較慢，用于控制售貨機的經(jīng)濟價值消費高，從利潤價值觀來考慮不適宜用于控制售貨機。采用單片機作為控制核心，這樣不僅會在輸入輸出接口上做大量的工作，而且系統(tǒng)的抗

8、干擾性也比較差。但是PLC（即可編程序控制器）是綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(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，它不但可實現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點，已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因為自動售貨機作為社會上完成商品零售和綜合服務(wù)的獨立設(shè)施，要求它的結(jié)構(gòu)必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高?？梢钥闯觯捎肞LC對自動售貨機控制系統(tǒng)進(jìn)行控制可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，這在現(xiàn)代化商業(yè)社會的今天尤為重要。 三、具體設(shè)計3.1自動售貨機的控制要求（1）自動售貨機的控制要求1）此自動售貨機可以投入五角、一元的硬幣；2）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，

9、自動售貨機將退還所投硬幣；3）當(dāng)投入硬幣的總值等于或超過物品價值時，對應(yīng)的物品的指示燈亮；4）當(dāng)物品對應(yīng)的指示燈亮燈時，按下相應(yīng)的按鍵，指示燈閃爍，指示燈閃爍停止后相應(yīng)的物品排出；5）如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價值時，自動售貨機會自動將余款退還顧客； 6）汽水或咖啡壓著行程開關(guān)時行程開關(guān)不動作，當(dāng)汽水或咖啡被賣出，行程開關(guān)動作，汽水或咖啡重新擺出。(2)狀態(tài)的定義1）初始狀態(tài)：自動售貨機內(nèi)部各元件都處于復(fù)位狀態(tài)，內(nèi)部電機停止運轉(zhuǎn)，等待投幣操作。2）投幣狀態(tài)：投入硬幣，自動售貨機內(nèi)部進(jìn)行相加運算、相減運算。3）購買狀態(tài)：按下可以購買的選擇按鈕，當(dāng)錢數(shù)大于所選商品，所選商品被推出，如有余額

10、退還余額。 4) 退幣狀態(tài)：按下退幣按鈕，選擇退一元還是五角，退幣完成則恢復(fù)初始狀態(tài)。 到此為止，自動售貨機的一個完整工作過程結(jié)束。3.2自動售貨機的工作流程 自動售貨機的工作流程如下圖1所示：圖1 自動售貨機的工作流程圖3.3 PLC的選型當(dāng)某一個控制任務(wù)決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設(shè)。首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示

11、燈，則最后選用的PLC的輸出點數(shù)有可能大于實際電數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。在選型方法上，應(yīng)該考慮以下因素：（1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對PLC與PLC、PLC與智

12、能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。（2）價格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價格能相差40%以上。 （3）根據(jù)輸入、輸出點的情況選擇綜合上面幾方面，本設(shè)計選擇S7-200 CPU224。3.4 傳感器的選型3.4.1傳感器簡介光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)

13、點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應(yīng)用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。3.4.2光電傳感器的工作原理光電傳感器是通過把光的

14、強度變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。3.4.3光電傳感器的選型本設(shè)計選擇光纖傳感器。當(dāng)硬幣投入時由自動售貨機內(nèi)部的光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器識別硬幣；硬幣經(jīng)識別后給PLC一個信號進(jìn)行硬幣的相加運算；當(dāng)退幣時由自動售貨機的內(nèi)部給PLC一個信號

15、進(jìn)行減法運算。3.5 I/O分配表 輸入輸出設(shè)備輸入點設(shè)備輸出點找零按鈕SB1I0.0找零出口KM1Q0.05角入口SB2I0.1汽水輸出KM2Q0.11元入口SB3I0.2咖啡輸出KM3Q0.2咖啡按鈕SB4I0.3汽水?dāng)[出KM4Q0.3汽水按鈕SB5I0.4咖啡擺出KM5Q0.4啟動SB6 I0.5咖啡指示燈HL1Q0.5停止SB7I0.6汽水指示燈HL2Q0.6汽水行程開關(guān)SQ1I0.7咖啡行程開關(guān)SQ2I1.0表1 輸入輸出分配表3.6 外部接線圖 圖2外部接線圖3.7系統(tǒng)流程圖 圖3系統(tǒng)流程圖3.8梯形圖圖4梯形圖 四、總結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計，令我學(xué)到了很多東西受益匪淺，仿佛又經(jīng)歷了

16、一次系統(tǒng)學(xué)習(xí)，在作畢業(yè)設(shè)計前，一直認(rèn)為沒有什么困難，但在實際運作過程中才清楚地認(rèn)識到自己的不足和短練，端正了學(xué)習(xí)態(tài)度。我之所以選擇此設(shè)計題目一是它與我國工業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，更重要的是借此機會驗證自己在校3年來所學(xué)是否學(xué)以致用，是否能夠理論聯(lián)系實際，以此為媒介進(jìn)一步掌握PLC在實際中的具體應(yīng)用方法。通過本設(shè)計，再一次直觀地證明了PLC控制的優(yōu)越性先進(jìn)性，在實踐中探索答案，具有極強地說服力。這次畢業(yè)設(shè)計使我加深鞏固了基礎(chǔ)知識，更加深刻的把握到基礎(chǔ)知識的重要，了解了本專業(yè)的具體應(yīng)用范圍和未來工作中應(yīng)用方法措施。提高了動手和實際解決問題的能力，提高了對問題整體規(guī)劃的意識。能把握重點設(shè)計的核心，并提高查閱資料的能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊合作精神和人際交往能力。通過本次畢業(yè)設(shè)計的鍛煉，使我更加自信，更加智慧，這會對我更快的融入到將來的社會，出色地完成工作任務(wù)有不可估量的積極作用。經(jīng)過兩個多月的努力，終于有了一個較成型的設(shè)計展現(xiàn)在了我面前，加深了對PLC控制系統(tǒng)的進(jìn)一步了解，更加清楚地認(rèn)識到其在現(xiàn)代化工業(yè)中所起的巨大作用。由于本人水平有限，難免有考慮不足之處，所以懇請老師同學(xué)們批評指正。 總結(jié)這次的畢業(yè)設(shè)計，它對我來說是對大學(xué)三年的學(xué)習(xí)成果的總結(jié)和考核，通過對本課題的設(shè)計，使自己學(xué)會調(diào)研和查閱文獻(xiàn)資料，達(dá)到對所學(xué)知識的綜合運用。提高了分析問題的能力，解決問題和獨立工作的能力，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。