自動售貨機課程設計報告

課程設計報告名稱自動售貨機控制系統(tǒng)的設計院系 班級 姓名 學號 指導教師目錄引言……………………..31.自動售貨機的介紹………………….....................................31.2PLC的選型原則……………..31.3PLC的概述…………………….31.3.1PLC的產生……………………..3.1.3.2PLC的定義……………………..31.3.3PLC的發(fā)展趨勢……………….41.3.4PLC的特點……………………..41.4西門子公司可編程控制器產品S7-300介紹……41.4.1S7-300PLC的系統(tǒng)組成……………………..41.4.2技術性能…………42.自動售貨機PLC程序設計……………………52.1仿真實驗系統(tǒng)中售貨機的分析…………52.2設計任務的確定………………62.3程序設計部分………………….72.3.1程序設計說明…………………..72.3.2PLC程序設計……………………72.4下載和調試程序………………162.4.1下載程序及模塊信息………….162.4.2用S7-PLCSIM調試程序……….163.結束語………………164.參考文獻………….175.附錄…………………..17引言可編程控制器（PLC）是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)。他采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計時，算數(shù)運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和輸出，控制各類類型的機械或者生產過程。自動售貨機的自動售貨功能是基于PLC程序的設計來實現(xiàn)。主要設計介紹：一臺用于銷售汽水和咖啡的自動售貨機，具有硬幣識別的功能，幣值累加自動售貨，自動找錢等功能，此售貨機可接受的硬幣有0.1元，0.5元，1元。汽水的價格為1.2元;咖啡的價格為1.5元。1自動售貨機介紹1.1自動售貨機介紹自動售貨機是能根據投入的錢幣自動付貨的機器。自動售貨機是商業(yè)自動化的常用設備，它不受時間、地點的限制，能節(jié)省人力、方便交易。是一種全新的商業(yè)零售形式，又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。能分為三種：飲料自動售貨機、食品自動售貨機、綜合自動售貨機。1.2PLC的選型原則深入了解被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入輸出設備，常用的輸入設備有按鈕，行程開關，選擇開關，傳感器等等，輸出設備有接觸器，繼電器，指示燈，氣缸等等。根據已經確定的I/O設備，統(tǒng)計所需要的I/O信號的點數(shù)，選擇PLC的類型，包括PLC機型的選擇，容量的選擇，I/O模塊的選擇，電源模塊的選擇以及通信模塊的選擇。1.3PLC的概述1.3.1PLC的產生早期工業(yè)生產中廣泛使用的電氣自動控制系統(tǒng)是繼電器接觸器控制系統(tǒng)，隨著20世紀工業(yè)生產的迅速發(fā)展，市場競爭越來越激烈，工業(yè)產品更新?lián)Q代的周期日趨縮短，新產品不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代社會小批量、多品種、低成本、高質量生產方式的生產控制要求，因此，迫切需要一種新的更先進的自動控制裝置來取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。1969年美國數(shù)字設備公司(DEC)研制出了世界上第一臺PLC，并在GM公司汽車生產線上首次應用成功。當時人們把它稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC。1.3.2PLC的定義可編程控制器（PLC）是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)。他采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計時，算數(shù)運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和輸出，控制各類類型的機械或者生產過程。1.3.3PLC的發(fā)展趨勢目前，為了適應大中小型企業(yè)的不同需要，進一步擴大PLC在工業(yè)自動化領域的應用范圍，PLc正朝著以下幾個方向發(fā)展：

①向高速度、大存儲容量方向發(fā)展；②向多品種方向發(fā)展和提高可靠性；③產品更加規(guī)范化、標準化；④發(fā)展分散型／智能型I／O系統(tǒng)，發(fā)展與現(xiàn)場總線兼容的I／O系統(tǒng)；⑤加強聯(lián)網和通信的能力i⑥控制的開放和模塊化的體系結構。1.3.4PLC的特點可編程邏輯控制器（PLC）具有以下鮮明的特點。一、系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產過程的綜合自動化。二、使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。三、能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型。1.4西門子公司可編程序控制器產品—S7-300介紹1.4.1S7-300PLC的系統(tǒng)組成S7-300系列PLC采用緊湊的，無槽位限制的模塊結構，電源模塊（PS），CPU模塊，信號模塊（SM），功能模塊（FM），接口模塊（IM），通信處理器（CP）都安裝在導軌上，用背板總線將除電源以外的各個模塊連接起來。1.4.2技術性能S7-300是針對低性能要求的模塊式中小型PLC，最多可擴展32個模塊，適用于中等性能的控制要求。S7-300具有品種繁多的CPU模塊，信號模塊和功能模塊，用戶可根據系統(tǒng)的具體情況選擇適合的模塊。2自動售貨機PLC程序設計2.1仿真實驗系統(tǒng)中售貨機的分析由于售貨機的全部功能時在上位機上模擬的，所以售貨機的部分硬件是由計算機軟件來模擬替代的。如錢幣識別系統(tǒng)可以用按壓某個“仿真對象”輸出一個脈沖直接給PLC發(fā)布命令，而傳動系統(tǒng)也是由計算機來直接模擬的，這些并不會影響實際程序的操作，完全能模擬現(xiàn)實中自動售貨機的運行。試驗狀態(tài)假設由于是在計算機上模擬運行，試驗中有一些區(qū)別于實際情況的假設，本試驗中假設：=1\*GB3①自動售貨機只售2種商品。=2\*GB3②自動售貨機可識別1元、5角、1角硬幣。=3\*GB3③自動售貨機可退幣1角硬幣。=4\*GB3④自動售貨機有自動退幣功能。=5\*GB3⑤實驗中售貨機忽略了各種故障以及缺貨等因素。（2）一次交易過程分析為了方便分析，我們以一次交易過程為例。=1\*GB3①初始狀態(tài)。由電子標簽顯示各商品價格，顯示屏顯示友好界面，此時不能購買任何商品。=2\*GB3②投幣狀態(tài)。按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值顯示屏顯示投入、消費、余額數(shù)值，當所投幣值超過商品價格時，相應價格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購買。=3\*GB3③購買狀態(tài)。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品出現(xiàn)在出貨框中，同時顯示屏上的金額數(shù)字根據消費情況相應變化。取走商品后出貨框消失。=4\*GB3④復位按鈕。按下復位按鈕，顯示退幣框，同時顯示出應退幣值及數(shù)量。按下確認鈕，則恢復初始狀態(tài)。到此為止，自動售貨機的一個完整工作過程結束.2.2設計任務的確定在清楚自動售貨機運行工作過程的基礎上，制定出設計方案，確定任務的目標，以設計出合理的仿真系統(tǒng)。首先，應該做上位機與下位機的任務分工：上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設計自動售貨機的外型；在進行PLC程序的編寫時需要先分配PLC的I/O點，確定上、下位機的接口。然后，分別對上、下位機分別進行設計工作。最后，進行上位機設計結果與下位機設計結果的配合工作，經調試后完成整個系統(tǒng)的設計另外，上位機與下位機的設計工作是密切配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應該是一致的。總體上講，仿真界面是被控對象，利用PLC來控制這個仿真的自動售貨機，仿真的自動售貨機接受PLC的控制指令并完成相應的動作；另一方面，仿真界面中的仿真自動售貨機的運行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統(tǒng)內部各大部件之間的內在關系。我主要是對自動售貨機中的下位機，也就是主要是對PLC在其中的程序進行設計。仿真程序只做了解，雖然只做了解，但是也將在下面有所介紹。清楚了仿真實驗的整體設計思路，下面就可以開始著手設計了。2.3程序設計部分2.3.1程序設計說明自動售貨機的程序編制則是利用西門子PLC專用編程軟件STEP7完成的。在設計的過程中，就像上面所敘述的那樣，并非孤立地分別進行每個步驟的設計工作，而是互相配合的。因此在以下的詳細設計過程中，并沒有將自動售貨機的PLC設計整體分開來寫，而是相互交替，同時盡量清晰地敘述，在相應的設計部分中注明具體的解說2.3.2PLC程序設計可以把自動售貨機運行時的一次交易過程分為幾個程序塊：投幣過程；價格比較過程；選擇商品過程；退幣過程。（1）自動售貨機控制要求①該自動售貨機可以同時投入1角，5角或1元硬幣，自動銷售汽水和咖啡。②當投入的硬幣總值等于或超過1.2元時，汽水按鈕指示燈亮；當投入的硬幣總值等于或超過1.5元時，汽水按鈕和咖啡按鈕同時亮；③當汽水按鈕燈亮時，按汽水按鈕，則汽水排出8s后自動停止，同時汽水按鈕指示燈閃爍1s。④當咖啡按鈕燈亮時，按咖啡按鈕，則咖啡排出8s后自動停止，同時咖啡按鈕指示燈閃爍1s。⑤若投入的硬幣總值超過所購商品的價格（汽水1.5元，，咖啡1.5元），則找錢指示燈亮,同時進行找錢動作。⑥如果售貨口故障，或顧客投入硬幣不想買了，可按下復位按鈕，則售貨機可如數(shù)退回顧客已投的硬幣。（2）I/O地址定義表（3）投幣過程在投幣的過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應的幣值，余額也增加同樣幣值。先建立地址分配表，再編寫程序。變量表如圖8所示。對應的梯形圖程序如圖9所示。圖8投幣過程地址分配表圖9投幣過程梯形圖在圖9中，當投入1角硬幣時，相當于讓SQ1閉合。每投入一個1角硬幣，SQ1就閉合一次，產生一次上升沿指令。每出現(xiàn)一個上升沿指令，加計數(shù)輸入端CU的計數(shù)器就自動加“1”，累加值保存在MW2。再經過乘法指令MUL，把累加值MW2乘以1，結果保存在MW4。就是每投入一個1角硬幣，MW4的值就會加1。投入5角，1元原理同上。（4）價格比較過程價格的比較要貫穿實驗過程的始終，只要投幣數(shù)總額大于或等于某種商品的價格時，就需要輸出一個信號提示可以購買。這里只要選擇LED指示燈來代表此信號。所建立的變量表如圖10所示。圖10價格比較過程地址分配表圖11價格比較過程梯形圖在圖11的梯形圖中，為了實現(xiàn)數(shù)據的實時比較，用了兩個加法運算指令ADD,用來計算投幣數(shù)的總額，結果保存在MW16。在程序執(zhí)行過程中，用了2個比較指令CMP，用它來比較投幣數(shù)總額MW16和商品的價格。當投幣數(shù)總額MW16大于或等于某種商品的價格時，程序使相應的LED指示燈發(fā)亮表示可以購買該種商品。如圖12所示。圖12可購買LED指示燈梯形圖（5）選擇商品過程當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應的“選擇”按紐會使相應商品的電磁閥通電8s后停止。同時相應按鈕的指示燈閃爍1s，其他指示燈熄滅不亮。建立的地址分配表如圖13所示圖13選擇商品過程的地址分配表根據地址分配表和控制要求，對應的梯形圖程序如圖14所示。圖14選擇商品過程的梯形圖在圖14的梯形圖中，一是要使相應商品的電磁閥通電8s；二是要實現(xiàn)相應按鈕的指示燈閃爍1s；三是使其他指示燈熄滅不亮。以購買汽水為例，按下選擇汽水的按鈕SB1，相當于給通電延時定時器T0一個啟動信號，使汽水排出電磁閥通電8s。當T0通電時，在其他指示燈的T0常閉開關斷開，使其他指示燈熄滅不亮。與此同時，控制汽水指示燈的T0常開開關閉合，使控制汽水指示燈閃爍的2個延時定時器通電，汽水指示燈開始閃爍。汽水排出電磁閥和汽水指示燈閃爍均在選擇商品8s停止。而控制它們停止的T0是一個通電延時定時器S_PEXT，S_PEXT在一次交易過程中只接受一次啟動信號，當S_PEXT接受到啟動信號開始執(zhí)行倒計時，T0常閉開關斷開，阻止在定時結束之前SB1又一次的啟動信號。購買咖啡的原理同上。（6）退幣過程在退幣過程中，最主要的是檢測是否需要退幣的運算過程，當選擇了購買的商品后，馬上檢測投入的硬幣總值是否超過所購商品的價格（汽水1.2元，，咖啡1.5元），是則找錢指示燈亮,同時進行找錢動作。否則找錢指示燈不亮,不進行找錢動作。當退幣過程結束后，還要使某些用到的寄存器重新賦零。所建立的地址分配表如圖15所示。對應的梯形圖程序如圖16所示圖15退幣過程的地址分配表圖16退幣過程梯形圖整個退幣過程在按下選擇的商品按鈕時執(zhí)行，同樣也用到一個算術指令，馬上算出扣除商品價格后的硬幣余額，結果保存在MW18，進而執(zhí)行下面的指令。CMP是比較指令，將硬幣余額MW18與0比較，硬幣余額大于0，則表示購買后有余額，找錢指示燈通電亮起，找錢電磁閥通電進行找錢動作；如果遇到售貨口故障或者購買者不想購買了，當按下復位按鈕時，自動退出已投硬幣，8s自動停止。當整個交易結束后（商品排出電磁閥通電8s后），程序進行初始化，給MW2（C0）、MW4、MW6（C1）、MW8、MW10、MW12、MW14、MW16賦零，MW2（C0）、MW4、MW6（C1）、MW8、MW10、MW12、MW14是程序的中間量，為的只是程序在使用過程中能穩(wěn)定執(zhí)行，避免出現(xiàn)錯誤，防止下一次交易時出錯。整個交易過程考慮到PLC的主要特點是執(zhí)行過程穩(wěn)定可靠，但執(zhí)行速度較慢。在計算時盡量將數(shù)值作為整數(shù)計算，因為是在計算機上模擬，可以把一部分功能交由計算機來實現(xiàn)，這里把5角當作5、1元當作10、這樣可以避免把這些數(shù)據當作有小數(shù)點的實數(shù)計算。完成了以上6個過程，自動售貨機的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售貨機實現(xiàn)各種要求的功能。2.4下載和調試程序為了調試前面所完成的自動售貨機的PLC設計項目，必須將程序和模塊信息下載到PLC的CPU模塊。要實現(xiàn)編程設備與PLC之間的數(shù)據傳送，首先應正確安裝PLC硬件模塊，然后用編程電纜（如USB-MPI電纜、PROFIBUS總線電纜）將PLC與PG/PC連接起來，并打開電源開關。2.4.1下載程序及模塊信息在STEP7的應用程序組件中，下載功能都可以通過單擊下載按鈕或菜單命令【PLC】→【Download】實現(xiàn)，具體步驟如下：（1）啟動SIMATICManager，并打開自動售貨機項目。（2）單擊仿真工具按鈕，啟動S7-PLCSIM仿真程序。（3）將CPU工作模式開關切換到STOP模式。（4）在項目窗口內選中要下載的工作站。(5)執(zhí)行菜單命令【PLC】→【Download】，或單擊鼠標右鍵執(zhí)行快捷菜單命令【PLC】→【Download】將整個S7-30