基于plc的自动售货机控制系统设计.doc

安徽机电职业技术学院

毕 业 论 文

自动售货机设计

系 部 电气工程系
专 业 机电一体化
班 级 机电3143班
姓 名 高志超
学 号 1302143162
指导老师 曾劲松、赵晓莹

2016～ 2017学年第一学期

指导教师评语

目 录

1、绪论 - 1 -
1.1、设计背景 - 1 -
1.2、应用前景 - 1 -
1.3、设计的目的和意义 - 2 -
2、总体设计方案 - 2 -
2.1、总体设计思路 - 2 -
2.2、PLC总体设计流程 - 3 -
3、硬件设计 - 4 -
3.1、I/O地址分配 - 4 -
3.2、中间继电器分配 - 4 -
3.3、整体系统工作流程 - 5 -
3.4、硬件接线图 - 6 -
3.5、实物接线图 - 7 -
4、软件设计 - 7 -
5、程序调试 - 18 -
6、结论 - 19 -
参考文献 - 19 -

1、绪论
1.1、设计背景
公元1世纪,希腊人希罗制造的自动出售圣水的装置是世界上最早的自动售货机。1925年美国研制出售香烟的自动售货机，此后又出现了出售邮票、车票的各种现代自动售货机。现代自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而异，主要有食品、饮料、香烟、邮票、车票、日用品等自动售货机。一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。钱币装置是售货机的核心，其主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。指示装置用以指示顾客所选商品的品种。贮藏售货装置保存商品，接收出售指示信号，把顾客选择的商品送至付货口。一般售货机的钱币装置由投币口、选别装置、确认钱币真伪的检查装置、计算金额的计算装置和找钱装置组成。70年代以来，出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统，如无人自选商场、车站的自动售票和检票系统、银行的现金自动支付机等
1.2、应用前景
现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约10－15％的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。
从自动售货机的发展趋势来看，大量生产，大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道，而相对的超市，百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升，在加上场地的局限性和购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器也就有了其相当可观的前景。
1.3、设计的目的和意义
PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了他们的发展。本次设计就在于结合PLC的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足，利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证了自动售货机能够长期稳定的运行。
2、总体设计方案
2.1、总体设计思路
自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算，然后根据运算结果做出相应的判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买，本次课程设计的要求是可识别三种钱币，分别是1元、2元、5元，采用三个按钮进行模拟，自动售货机共出售四种货物，其价格分别定为1元、3元、4元、6元，当投币数大于等于货物价格时且售货机里有这种货物时，指示灯亮，表示可以进行购买，四种货物分别用四个小灯代替进行模拟。除此之外，本次设计还涉及了显示、找零、送货等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，显示投币总数和购买后的余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零，采用从高到低递减的形式进行清零，例如：当余额为17元时，按下找零按钮后，先找三个五元数码管分别显示12、7、2，然后再找2元，清零。送货部分采用小车直线运动进行模拟，将四种货物分别送到四个不同的地点，采用四个光电开关分别代表四个不同的送货地点，当按下不同的送货按钮后，小车会以其对应的光电开关为终点做直线往返运动，表示送货过程
由于售货机的全部功能是在上位机上模拟的，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟替代的这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实售货机的运行。
2.2、PLC总体设计流程
以下为PLC的一般工作过程流程图。
图一 PLC工作过程流程图
3、硬件设计
我们本次采用的是西门子公司的S7—200系列PLC，它可以提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元，其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。
3.1、I/O地址分配
本次课程设计的主要I/O分配如下：
表一 I/O地址分配
输入单元
PLC地址
输出单元
PLC地址
投币1元
I0.1
A货物显示
Q1.0
投币2元
I0.2
B货物显示
Q1.1
投币5元
I0.3
C货物显示
Q2.0
送货（A货物）
I0.4
D货物显示
Q2.1
送货（B货物）
I0.5
找零出口
Q2.2
送货（C货物）
I0.6
出货口
Q2.3
送货（D货物）
I0.7
电机正转
Q2.6
找零
I0.0
电机反转
Q2.5
数码个位显示
I0.0—I0.3

数码十位显示
I0.4—I0.7

限位开关S1
I1.0

限位开关S2
I1.1

限位开关S3
I1.2

限位开关S4
I1.3

3.2、中间继电器分配

表二 中间继电器分配
中间继电器
功 能
中间继电器
功 能
M0.0
送A货
M1.2
电机反转
M0.1
限位开关S1
M1.3
电机正转
M0.2
限位开关S2
M1.4
电机正转
M0.3
送B货
M1.5
电机反转
M0.4
送C货
M1.6
电机正转
M0.5
限位开关S3
M2.0
送货延时
M0.6
送D货
M2.1
送货延时
M0.7
限位开关S4
M2.2
送货延时
M1.0

电机反转
M20.0
找零
M1.1
电机正转

3.3、整体系统工作流程
整个系统的整体工作流程如图二所示

图二 整体工作流程图
3.4、硬件接线图

图三 硬件接线图
3.5、实物接线图

图四 实物接线图
4、软件设计

5、程序调试
在整个程序的调试过程中，我遇到了一些问题，最初的设计比较简单，只是将投币，购买的过程考虑进去，而没有将购买之后送货的过程加进设计的方案中，后来在老师的提醒之下，我又将送货的过程采用了小车直线运动进行模拟，将四个光电开关模拟成四种货物的送货地点，分别在按下四个送货按钮之后，将货物送到四种地点，使得整个系统更加完善，功能更加强大。
在数码显示的过程中也遇到了一些问题，数码显示时数据的传输所用到的中间继电器和后来送货时的中间继电器发生了冲突，使得程序运行过程发生了紊乱，后来在同学的帮助下，我明白了问题的关键，将其解决，使数码显示功能顺利实现。
在最后的送货过程中，由于有四个地点，所以要对电机的正反转分别进行控制，最初我是将所有的正转输入都采用了Q2.6进行驱动，所有的反转输入都采用了Q2.5进行驱动，当程序运行时，发现得不到预期的现象，经检查程序没有问题，后来经过考虑和同学的提醒，采用中间继电器进行驱动，现象就出现了，实现了最初预想的送货过程。
在找零阶段，最初只是按下找零按钮后直接将数码显示清零，后来经过思考和老师的提醒，将找零部分又逐步进行了完善，将找零的过程在数码管上显示了出来先找大面额的钱币，后找小面额的钱币，其内部进行减法运算，使得整个找零的过程清晰可见。
在购买货物的过程中最初忽略了如果货物售完该怎么办，后来经过完善将货物的数量进行了设定，只有当投币金额大于等于所要购买的货物时，且货物数量大于零时才能进行购买，这使得整个过程更加完善。
6、结论
通过本次PLC课程设计使得我对PLC的操作更加的熟练，同时掌握了自动售货机的基本工作原理，对自动售货机的发展也有了一定的了解更加充分的体会到了PLC在实际生活中的重要应用与在当今控制领域的重要地位。
与此同时，我也对S7—200系列的PLC有了更进一步的了解，同时对PLC的高效性和实用性有了更进一步的认识，在整个课程设计过程中，在遇到问题的时候，我学会了如何借助外界的帮助和自身的努力来解决实际问题，懂得如何进行独立思考，如何冷静的面对要解决的问题，这些都是今后学习生活的宝贵经验，在以后的各个方面都有着至关重要的作用。
参考文献
[1]赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社，2002，7
[2]钟肇新.范建东.可编程控制器原理及应用.华南理工大学出版社，2003
[3]陈金华.可编程序控制器(PC)应用技术.北京电子工业出版社,1995
[4]陈在平.赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京机械出版社,2002
[5]廖常初主编.PLC编程及应用.北京机械工业出版社,2002
[6]何衍庆.可编程序控制器原理及应用技巧.北京化学工业出版社,2000
目 录
第一章 总 论 1
1.1项目概况 1
1.2研究依据及范围 3
1.3主要技术经济指标 4
1.4研究结论及建议 4
第二章 项目建设的背景和必要性 6
2.1项目建设的背景 6
2.2项目建设的必要性 8
第三章 项目服务需求分析 11
第四章 项目选址与建设条件 13
4.1选址原则 13
4.2项目选址 13
4.3建设条件 14
4.4项目建设优势条件分析 15
第五章 建设方案 18
5.1建设规模与内容 18
5.2总体规划设计 19
5.3建筑方案 24
5.4结构方案 26
5.5给水工程 27
5.6排水工程 29
5.7电气设计 31
5.8暖通设计 34
5.9项目实施进度 35
第六章 节能措施 37
6.1 设计依据 37
6.2节能措施 37
第七章 环境影响分析 39
7.1 环境影响分析 39
7.2 环境保护措施及治理效果 40
第八章 消防与安全卫生 42
8.1 消防 42
8.2  劳动安全 43
8.3  卫生防护 44
第九章 组织机构与运作方式 45
9.1  组织机构 45
9.2组织管理 46
9.3劳动定员 46
第十章 投资估算 47
10.1编制依据 47
10.2  投资估算 47
10.3资金筹措 48
第十一章  经济效益评价 49
11.1 成本核算 49
11.2 利润估算 51
11.3经济风险分析 52
11.4财务评价结论 54
第十二章 结 论 55