自動(dòng)售貨機(jī)的PLC控制

PAGE 《電氣控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書自動(dòng)售貨機(jī)的PLC控制系、部：電氣與信息工程系學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱副教授專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：完成時(shí)間：

《電氣控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一．課題名稱：自動(dòng)售貨機(jī)的PLC控制二．概述圖1所示為一自動(dòng)售貨機(jī)示意圖，其工作要求如下：1．此售貨機(jī)可投入1元、5元或10元硬幣。2．當(dāng)投入的硬幣總值超過(guò)12元時(shí)，汽水按鈕指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值超過(guò)15元時(shí)，汽水及咖啡按鈕指示都亮。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，這段時(shí)間內(nèi)，汽水指示燈閃動(dòng)。4．當(dāng)咖啡按鈕燈亮?xí)r，按咖啡按鈕，則咖啡排出7s后自動(dòng)停止，這段時(shí)間內(nèi)，咖啡指示燈閃動(dòng)。5．當(dāng)投入的硬幣總值超過(guò)所需的錢數(shù)（汽水12元，咖啡15元）時(shí)，找錢指示燈亮，表示找錢動(dòng)作，并退出多余的錢。圖1自動(dòng)售貨機(jī)示意圖三．設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1．根據(jù)題意，設(shè)計(jì)該P(yáng)LC控制系統(tǒng)。2．PLC選擇及I/O及其它PLC元器件分配。3．選擇電器元件，編制元件目錄表。找錢、汽水及咖啡指示燈為6.3V指示燈。4．繪制梯形圖。5．用計(jì)算機(jī)繪制主電路圖、PLC控制電路圖、電器元件布置圖。6．編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書及設(shè)計(jì)小結(jié)。四．設(shè)計(jì)方案提示1．I/O地址X0：1元識(shí)別器X1：5元識(shí)別器X2：10元識(shí)別器X3：咖啡按鈕X4：汽水按鈕X5：復(fù)位按鈕Y0：咖啡出口Y1：汽水出口Y2：咖啡指示燈Y3：汽水指示燈Y4：找錢指示燈Y5：找錢出口2．方案提示①硬幣投入值的累加可采用計(jì)數(shù)指令，也可用INC加1指令或ADD加法指令。②汽水和咖啡選擇可采用比較指令。

摘要本設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)以三菱FX2N-48MR型PLC為核心，能實(shí)現(xiàn)售貨機(jī)的自動(dòng)售貨功能，并能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。本文介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，從硬件和軟件上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了較詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)以一次交易過(guò)程為例，把交易過(guò)程分為幾個(gè)程序塊，分別對(duì)程序塊編寫梯形圖程序，最后完成了總個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使所設(shè)計(jì)系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。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)；PLC；梯形圖ABSTRACTThedesignofthevendingmachinewithMitsubishiFX2N-48MR-PLCasthecore,toachievetheautomaticvendingmachinesalesfunctions,andbeabletorunthelong-termstability.

Thispaperintroducesthebasicprinciplesofthevendingmachine,aswellasworkflow,fromthehardwareandsoftwaresystemsforthemoredetaileddesign.Inthesoftwaretodesignacourseofdealing,forexample,thetransactionprocessisdividedintoseveralblocks,eachblockforthepreparationoftheladderprogram,lastmonthcompletedatotalsystemdesign,sothatthesystemdesignedtomeetthedesignrequirements.PLCcontroloftheuseofvendingmachinestoimprovethestabilityofthesystemtoensurethatvendingmachinesbeabletorunthelong-termstability.KeywordsVendingmachine；PLC；Ladderdiagram

目錄1緒論 11.1自動(dòng)售貨機(jī)簡(jiǎn)介 11.2自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能 12系統(tǒng)方案論證 32.1PLC的特點(diǎn) 32.2PLC控制自動(dòng)售貨機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 43系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 53.1系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)及PLC選型 53.2I/O地址分配 53.3PLC控制外部接線電路 64系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 74.1系統(tǒng)流程圖 74.2計(jì)幣系統(tǒng) 74.3比較系統(tǒng)和選擇系統(tǒng) 84.4飲料供應(yīng)系統(tǒng) 94.5退幣系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng) 94.6系統(tǒng)總體PLC編程梯形圖 105結(jié)束語(yǔ) 11參考文獻(xiàn) 12致謝 13PAGE141緒論1.1自動(dòng)售貨機(jī)簡(jiǎn)介從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，它的出現(xiàn)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)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(duì)的超市、百貨購(gòu)物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再加上場(chǎng)地的局限性以及購(gòu)物的便利性等這些因素的制約，無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。從廣義來(lái)講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機(jī)械，從狹義來(lái)講就是自動(dòng)銷售商品的機(jī)械。從供給的條件看，自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24小時(shí)無(wú)人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要的資本少、面積小，有吸引人們購(gòu)買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用上升的問(wèn)題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。 自動(dòng)售貨機(jī)使用數(shù)量最多的國(guó)家主要是日本、美國(guó)、英國(guó)和韓國(guó)。從不同的種類來(lái)看，咖啡茶的自動(dòng)售貨機(jī)約占全部售貨機(jī)的40%以上；另外，還有冰飲料自動(dòng)售貨機(jī)、聽(tīng)裝飲料自動(dòng)售貨機(jī)、辦公咖啡自動(dòng)售貨機(jī)和照片膠粘標(biāo)簽自動(dòng)售貨機(jī)、票類自動(dòng)售貨機(jī)、手機(jī)充電自動(dòng)售貨機(jī)、成人用品自動(dòng)售貨機(jī)、生活用品自動(dòng)售貨機(jī)、煙、方便面自動(dòng)售貨機(jī)等多種。自動(dòng)售貨機(jī)主要的設(shè)置場(chǎng)所包括學(xué)校、樓房、公共機(jī)關(guān)、地鐵等，公共汽車站、公園、體育場(chǎng)、展示場(chǎng)、工廠等。運(yùn)營(yíng)自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的公司在全國(guó)大約有800余個(gè)，而銷售自動(dòng)售貨機(jī)原料、商品流通、機(jī)械銷售的公司大約達(dá)到了1150個(gè)。1.2自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能在實(shí)際生活中，我們見(jiàn)到的售貨機(jī)可以銷售一些簡(jiǎn)單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機(jī)的基本功能就是對(duì)投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購(gòu)買某種商品，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明，例如：售貨機(jī)中有8中商品，其中01號(hào)商品（代表第一種商品）價(jià)格為2.60元，02商品為3.50元，其余類推?，F(xiàn)投入1個(gè)1元硬幣，當(dāng)投入的貨幣超過(guò)01商品的價(jià)格時(shí)，01商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購(gòu)買，其他商品同比。當(dāng)按下選擇01商品的價(jià)格時(shí)，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取01號(hào)商品到出貨口。此時(shí)售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時(shí)不再購(gòu)買而按下退幣按鈕，售貨機(jī)則要進(jìn)行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來(lái)，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的邏輯運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程圖如圖1.1所示。圖1.1自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖

2系統(tǒng)方案論證本設(shè)計(jì)通過(guò)多種方案的比較和對(duì)照，并從PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用出發(fā)，選定了自動(dòng)售貨機(jī)PLC控制設(shè)計(jì)方案。2.1PLC的特點(diǎn)PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。PLC與普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道(字)的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外還有位處理器(布爾處理器)，進(jìn)行點(diǎn)(位)運(yùn)算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。(1)可靠性:對(duì)可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。A.PLC不需要大量的活動(dòng)元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。B.PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTBF，降低了MTTR使可靠性提高。C.PLC有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。D.PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。采用了精簡(jiǎn)化的編程語(yǔ)言，編程出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。E.在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造;對(duì)干擾的屏蔽、隔離和濾波等;對(duì)電源的斷電保護(hù);對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)等。F.PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波;軟件自診斷;簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言等。(2)易操作性，PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面:A、操作方便對(duì)PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對(duì)大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。B、編程方便PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語(yǔ)言時(shí)，十分有助于編程人員的編程。C、維修方便PLC具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。(3)靈活性，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:A.編程的靈活性。PLC采用的編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語(yǔ)句描述編程語(yǔ)言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。B.擴(kuò)展的靈活性。PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。C.操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。2.2PLC控制自動(dòng)售貨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)PLC控制自動(dòng)售貨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：(1)在自動(dòng)售貨機(jī)控制中采用PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高。(2)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。(3)PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。(4)PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。(6)更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)及PLC選型根據(jù)設(shè)計(jì)要求，自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)輸入信號(hào)有7個(gè)，其中用于咖啡選擇、汽水選擇、復(fù)位、找錢執(zhí)行的4個(gè)輸入信號(hào)是開(kāi)關(guān)量，而1元、5元、10元識(shí)別器3個(gè)輸入量是模擬量；輸出系統(tǒng)有6個(gè)，其中3個(gè)用于咖啡指示燈、汽水指示燈、找錢指示燈，另外3個(gè)用于驅(qū)動(dòng)咖啡、汽水、找錢動(dòng)作。根據(jù)I/O信號(hào)數(shù)量、類型以及控制要求，選擇日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，其24個(gè)輸入端子和24個(gè)輸出端子能夠很好的滿足控制要求。FX2N型機(jī)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：(1)專用于開(kāi)關(guān)量控制，其體積小，安裝起來(lái)節(jié)省空間；(2)其功能較強(qiáng)，具有2kHz的高速計(jì)數(shù)器，可作為定位控制的標(biāo)準(zhǔn)硬件使用;在指令方面，具有編碼、譯碼、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、可逆計(jì)數(shù)等功能。從結(jié)構(gòu)上看：包括主機(jī)單元、I/O擴(kuò)展單元、I/O鏈接單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元等；(3)采用的是箱體結(jié)構(gòu)，其價(jià)格便宜，可靠性高；(4)其任一種CPU箱和任一種擴(kuò)展箱均可配置在一起，因此，用戶可根據(jù)所需的I/0點(diǎn)數(shù)進(jìn)行選件配置，使用靈活、方便。3.2I/O地址分配 將7個(gè)輸入信號(hào)、6個(gè)輸出信號(hào)按各自功能類型分好，并與PLC的I/O端一一對(duì)應(yīng)，編排好地址，列出外部信號(hào)與PLC的I/O端地址編號(hào)對(duì)照表，如表3.1所示。表3.1外部信號(hào)與PLC的I/O地址編號(hào)對(duì)照表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱功能編號(hào)名稱功能編號(hào)SQ11元識(shí)別器X000YA1驅(qū)動(dòng)咖啡排出電磁閥Y000SQ25元識(shí)別器X001YA2驅(qū)動(dòng)汽水排出電磁閥Y001SQ310元識(shí)別器X002HL1咖啡指示燈Y002SB1咖啡按鈕X003HL2汽水指示燈Y003SB2汽水按鈕X004HL3找錢指示燈Y004SB3復(fù)位按鈕X005YA3驅(qū)動(dòng)找錢電磁閥Y005SB4找錢按鈕X0063.3PLC控制外部接線電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求及I/O地址分配畫出PLC與外部模塊的接線圖如圖3.1所示。圖3.1PLC輸入、輸出接線圖

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)流程圖自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)主要包括：計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)、退幣系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng)。根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)的使用要求，采用了三菱公司的FX2N－48MR可編程序控制器，控制系統(tǒng)流程圖如圖4.1所示。圖4.1自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)流程圖4.2計(jì)幣系統(tǒng)當(dāng)有顧客購(gòu)買飲料時(shí)，投入錢幣的個(gè)數(shù)經(jīng)過(guò)感應(yīng)器記憶并傳送到檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)幣系統(tǒng)。當(dāng)電子天平檢測(cè)的重量小于誤差時(shí)，允許計(jì)幣系統(tǒng)疊加錢幣并將結(jié)果數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)寄存器D0中。PLC編程梯形圖如圖4.2所示。圖4.2計(jì)幣系統(tǒng)PLC編程梯形圖4.3比較系統(tǒng)和選擇系統(tǒng)投幣完成后，系統(tǒng)會(huì)將D0內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購(gòu)買的飲料價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較：若投幣＜12元，則指示燈均不亮，投幣不足，此時(shí)可以繼續(xù)投幣或退幣；若12元≤投幣＜15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≥15元，則汽水和咖啡選擇指示燈同時(shí)長(zhǎng)亮，此時(shí)可以選擇汽水、咖啡或退幣。PLC編程梯形圖如圖4.3所示。圖4.3比較系統(tǒng)PLC編程梯形圖比較完成后，按下指示燈長(zhǎng)亮的選擇按鈕，相應(yīng)的選擇指示燈由長(zhǎng)亮轉(zhuǎn)為以0.1s為周期的閃爍直至飲料供應(yīng)完畢后閃爍停止。PLC編程梯形圖如圖4.4所示。圖4.4選擇系統(tǒng)PLC編程梯形圖4.4飲料供應(yīng)系統(tǒng)按下選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的電磁閥起動(dòng)，飲料輸出的同時(shí)減去相應(yīng)的購(gòu)買幣數(shù)，計(jì)數(shù)器加1表示已經(jīng)購(gòu)買過(guò)飲料。當(dāng)飲料輸出達(dá)到7s時(shí)，電磁閥關(guān)斷。PLC編程梯形圖如圖4.5所示。圖4.5飲料供應(yīng)系統(tǒng)PLC編程梯形圖4.5退幣系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng)顧客購(gòu)?fù)觑嬃虾?，?dāng)找錢指示燈亮?xí)r，可退回余幣。按下找錢按鈕后，找錢電磁閥動(dòng)作，退出余幣，隨后自動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)，也可手動(dòng)復(fù)位，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D0內(nèi)的幣數(shù)清零、計(jì)數(shù)器清零。PLC編程梯形圖如圖4.6所示。圖4.6退幣、復(fù)位系統(tǒng)PLC編程梯形圖4.6系統(tǒng)總體PLC編程梯形圖由單個(gè)系統(tǒng)共同構(gòu)成的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)總體PLC編程梯形圖如圖4.7所示。圖4.7