基于PLC自动售货机的专业系统设计精.doc

I
基于 PLC 自动售货机系统设计
摘要
本论文基于西门子 S7-200 系列 PLC 进行自动售货机控制系统设计,阐述 了自动售货机系统设计基本原理及工作流程,然后以一次交易过程为例,把交 易过程分为几种程序块,分别对程序块进行编程。在 PLC 梯形图编写时,文中 采用是西门子 PLC 梯形图专用编译软件 STEP7来进行编写,并完毕了 PLC 外部 接线图。运用 PLC 控制自动售货机提高了系统稳定性,保证自动售货机可以 长期稳定运营。
核心词 :PLC ;自动售货机;控制系统
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3、总结有错
4、参照文献有错
The System Design for Automatic Vending Machine Based on PLC
Tutor：Guilin liu
II Abstract
Professional Electrical automation No.12713 Name :wei yuan The design of this paper is based on Siemens S7-200 series automatic vending machine PLC control system，explains the vending system design principle and workflow，and then to a course of dealing，for example，the transaction process is divided into several blocks on blocks，respectively. In the preparation of the PLC ladder diagram，the text is a Siemens PLC ladder diagram private compile software to write the STEP7，and completed a PLC external wiring diagram. Use of PLC control vending machine improves the stability of the system，ensure the long-term stability of the vending machine to run.
Keywords :PLC ；vending system;
(格式有错
目 录
I
第 1章 引言 ................................................................ 3 1.1自动售货机发展 ....................................................... 3 1.2 自动售货机控制系统设计重要内容 . ...................................... 3 第 2章 可编程控制器 PLC ................................................. 4 2.1 PLC发展 ............................................................. 4 2.2 PLC选型原则及选型办法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 第 3章 自动售货机 PLC 程序设计 ........................................ 8 3.1 自动售货机控制规定及有关阐明 . ........................................ 8 3.2 自动售货机 I/O点分派 . .................................................. 9 3.3自动售货机顺序功能图 ................................................ 10 3.4 自动售货机梯形图编写 . ............................................. 11 3.5 自动售货机外部接线图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 结论 ............................................................... ......... 14 道谢 ....................................................................... .15 参照文献 .................................................................. .16 附录 ....................................................................... .17
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II
第 1章 引言
1.1自动售货机发展
自动售货机是一种全新商业零售形式，20世纪 70年代自日本和欧美发展起来。 它浮现是劳动密集型产业构造向技术密集型社会转变产物。 消费模式和销售环 境变化,规定新流通渠道,相对于超市、百货购物中心等流通渠道而言,场地 局限性以及购物便利性等这些因素制约，无人自动售货机作为一种必要机器便 应运而生了。
自动售货机售货领域非常广泛,是发达国家商品零售一种重要方式。近几年，自动售货机逐渐被越来越多消费者所接受。 采用可编程控制器实现自动售货机系统 设计,不但编程以便,并且增强了系统抗干扰能力。(把摘要和这里相应起来 1.2 自动售货机控制系统设计重要内容
1. 此自动售货机可以投入五角、一元硬币;
2. 如果顾客投入硬币在限定期间内(2分钟不按任何按键,自动售货机将退 还所投硬币;
3. 当投入硬币总值等于或超过物品价值时,相应物品批示灯亮绿灯;
4. 当物品相应批示灯亮绿灯时,按下相应按键,相应物品排出,同步批示 灯绿灯闪烁;
5. 如果顾客投入硬币总值超过所选物品价值时，自动售货机会自动将余款退还 顾客;
6. 当顾客成功购买完一件物品后 20秒无操作,自动售货机会自动将余款退还顾 客;
7. 如果顾客投入硬币后又不想买物品,按下退款按键,自动售货机会自动将余款 退还顾客;
8. 找零时顾客可选取退一元还是五角;
第 2章 可编程控制器 PLC
2.1 可编程控制器 PLC 发展前景
2.1.1 可编程控制器 PLC
PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置,它采用可 以编制程序存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术 运算等操作指令,并能通过数字式或模仿式输入和输出,控制各种类型机械或生 产过程。 PLC 具备体积小、构造简朴、操作以便、可靠性好等特点,
2.1.2 PLC发展前景
PLC 总发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向 发展。详细体当前如下几种方面。
(1向小型化、专用化、低成本方向发展
(2向大容量、高速度方向发展
(3智能型 I/O模块发展
(4基于 PC 编程软件取代编程器
(5 PLC 编程语言原则化
(6 PLC 通信易用化
(7组态软件与 PLC 软件化
(8 PLC 与现场总线相结合
(9开发新型特殊功能模块
(10 CPU解决速度进一步加快
2.1.3 PLC工作原理
PLC 工作原理与计算机工作原理基本是一致,可以简朴地表述为在系统程 序管理下,通过运营应用程序完毕顾客任务。 PLC 通电后,一方面对硬件和软件作一 些初始化操作,初始化重复不断地分阶段解决各种不同任务(见图 2-1。
2.1.4 PLC循环扫描工作
对每个程序，CPU 从第一条指令开始执行,按指令步序号做周期性程序循 环扫描,如果无跳转指令,则从则从第一条指令开始逐条顺序执行顾客程序,直 至遇到结束符后又返回第一条指令,如此周而复始不断循环,每一种循环称为一 个扫描周期。 PLC 扫描全过程如图 2-2所示。
(1 输入刷新阶段
在输入刷新阶段，CPU 扫描所有输入端口,读取其状态并写入输入状态寄存 器。完毕后关闭输入端口,转入程序执行阶段。
(2 程序执行阶段
在程序执行阶段,依照顾客输入控制程序,从第一条开始逐条执行,并 将相应逻辑运算成果存入相应内部辅助寄存器和输出状态寄存器。
(3 输出刷新阶段
当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中内容，依次送到输出锁存电 路,并通过一定输出方式输出,驱动外部相应执行元件工作,这才形成 PLC 实际输出。

图 2-2 PLC扫描全过程
2.1.5 PLC硬件构成
PLC 硬件重要由中央解决器(CPU 、存储器、输入单元、输出单元、通信 接口、扩展接口、电源等几某些构成。其中，CPU 是 PLC 核心;输入单元 /输出 单元是 CPU 与现场输入 /输出设备之间接口电路；通信接口用于连接编程器、上 位计算机等外部设备,其硬件构成图如图 2-3。

图 2-3 PLC硬件构造图
2.1.6 PLC编程语言
PLC 为顾客提供了完善编程语言来满足编制顾客程序规定。它提供编程
语言普通有如下 5种:梯形图(LAD 、语句表(STL 、顺序功能图(SFC 、功 能块图(FBD 和构造文本(ST 。
2.1.7 PLC特点
(1抗干扰能力强,可靠性好
(2控制系统构造简朴,通用性强
(3编程以便,易于使用
(4功能完善
(6体积小,维护操作以便
(7易于实现网络化
(8可实现三电一体化
2.2 PLC选型原则及选型办法
2.2.1 PLC选型原则
当某一种控制任务决定由 PLC 来完毕后，选取 PLC 就成为最重要事情。 一方 面要选取多大容量 PLC ,另一方面是选取什么公司 PLC 及外设。
一方面要对控制任务进行详细分析,把所有 I/O点找出来,涉及开关量 I/O和模仿量 I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。 控制系统输出点类 型非常核心，如果她们之中既有交流 220V 接触器、电磁阀，又有 24V 批示灯，则最后选用 PLC 输出点数有也许不不大于实际电数。 由于 PLC 输出点普通是几种 一组共用一种公共端，这一组输出只能有一种电源种类和级别。 因此一旦它们是 交流 220V 负载负载使用。则直流 24V 负载只能使用其她输出端了。这样有 也许导致输出点挥霍，增长成本。 因此要尽量选取相似级别和种类负载，例如 使用交流 220V 批示灯等。普通状况下继电器输出 PLC 使用最多,但对于规定 高速输出状况,就要使用无触点晶体管输出 PLC 了。
对第二个问题,则有如下几种方面要考虑:
(1功能方面 所有 PLC 普通都具备常规功能,但对某些特殊规定,就要 懂得所选用 PLC 与否有能力控制任务。 如对 PLC 与 PLC 、PLC 与智能仪表及上位机 之间有灵活以便通信规定;或对 PLC 计算速度、顾客程序容量等有特殊规定；或对 PLC 位置控制有特殊规定等。这就规定顾客对市场上流行 PLC 品种有一种 详细理解,以便做出对的选取。
(2 价格方面 不同厂家 PLC 产品价格相差很大，有些功能类似、质量相称、
I/O点数相称 PLC 价格能相差 40%以上。
第 3章 自动售货机系统设计
3.1自动售货机控制规定
3.1.1自动售货机控制规定
自动售货机基本功能就是对投入货币进行运算,并依照货币数值判断是 否可以购买某种商品,并作出相应反映。例如:售货机中有 2种商品，A 商品 价格为 0.5元，B 商品为 1元。现投入 1个 1元硬币,当投入货币超过 A 商品 价格时，A 商品选取按钮处应有变化，提示可以购买，B 商品也提示。 当按下 选取 A 商品价格时,售货机进行减法运算,从投入货币总值中减去 A 商品 价格同步启动相应电机,提取 A 号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外 部命令,如继续交易,则同上,如果此时不再购买而按下退币按钮,售货机则要 进行退币操作,退回相应货币,并在程序中清零,完毕本次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时除法运算,这是它 内部功能。还要有货币辨认系统和货币传动来实现完整售货、退币功能。 3.1.2 自动售货机有关阐明
当投入五角时加 5投入 1元是加 10，SUB_DI是双整数减法当成功购买物品时就 减去物品相应数；T37— T56表达通电延时定期器 ，按下物品按钮时 T37— T42延时 8秒,无操作时 T43启动计时 20秒，T44与 T43配合构成投币 2分钟无操作找零，T46— T56两两配合形成闪烁电路。

图 3-1自动售货机模仿操作面板
本设计统一采用按钮开关模仿物品选取,按钮内有绿灯和红灯分别表达可购买 物品和物品销售完;批示灯模仿物品输出及找零如图 3-1示。
3.1.3定期器
定期器是 PLC 中重要编程元件,是合计时间增量内部器件。定期器 工作过程与继电器控制系统时间继电器基本相似,但它没有瞬动触点,失电 时,常闭触点闭合,常开触点打开;定期器得电时,常闭触点打开,常开触点闭 合。 定期器当前值、设定值均为 10位有符号整数 (INT ，容许最大值为 32767。 定期器指令表见表 3-1。

3.1.4数学运算指令
在梯形图中,整数、双整数与浮点数加、减、乘、除指令(见表 3-2分别 执行下列运算:IN1+IN2=OUT，IN1— IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。 表 3-2 加减乘除指令

算:
IN1+ OUT =OUT，OUT — IN1=OUT，IN1* OUT =OUT，OUT /IN2=OUT。
3.2 自动售货机 I/O点分派
输入 /输出单元普通也称 I/O单元或 I/O模块，是 PLC 与工业生产现场之间 连接部件。 PLC通过输入接口可以检测被控对象各种数据，以这些数据作为 PLC 对被控制对象进行控制根据;同步 PLC 又通过输出接口将解决成果送给被控制 对象,以实现控制目。 I/O点分派表如表 3-3示。

3.3 自动售货机顺序功能图编写
由于顺序功能图(SFC 有五种基本构造:顺序构造、选取性分支构造、并发 性分支构造、循环构造、复合构造。本次自动售货机 SFC 图,依照控制规定选 用——选取性分支构造和并发性分之构造。由于选取性分支构造是一种控制流可 以转入各种也许控制流中某一种且不容许多路分支同步执行。详细进入哪个 分支,取决于控制流前面转移条件哪一种为真。而并发性分之构造是一种工作 步执行完后,需要同步启动若干条分之,并采用双水平线相连且要有一种公共转 移条件,这两种顺序功能图构造符合本次自动售货机控制规定,因此选取这两 种构造。
本次自动售货机 SFC 图如下图 3-2示:
··
·········
·······
图 3-2自动售货机顺序功能图
3.4.1梯形图
梯形图是用最多 PLC 图形编程语言。梯形图语言是在老式电器控制系统 中惯用接触器、继电器等图形表达符号基本上演变而来。它与电器控制线 路图相似,如图 3-3示。继承了老式电器控制逻辑中使用框架构造、逻辑运算 方式和输入输出形式,具备形象、直观、实用特点。因而,这种编程语言为广 大电气技术人员所熟知,是应用最广泛 PLC 编程语言,是 PLC 第一编程语 言。

图 3-3老式继电器控制线路图和 PLC 梯形图
a 老式继电器控制线路图 b PLC梯形图
在梯形图中,有两根竖直直线,被称为母线,当前诸多 PLC 只保存了左边 母线,而把右边母线略去不写。在梯形图中引入了“能流”概念。左边 母线就如电源“正极”,而右边母线就如电源“负极”。如果有“能流” 从左至右流向线圈,则线圈被勉励。如果没有能流,则线圈未被勉励,“能流” 在任何时刻都不会通过接点自右向左流。
3.4.2 自动售货机设计梯形图
本此设计自动售货机重要销售食品、饮料、日用三大类,而食品有五角和一 元,饮料有一元和二元,日用有二元和三元。(见附录
自动售货机外部接线图如图 3-4示，SB2— SB7为物品选取按钮,当投入货币 物品绿灯亮(Q2.1— Q2.6,按下 SB2— SB7其中一种,对用 KM 线圈得电电机转 动出相应物品(Q0.1— Q0.6,当有物品销售完其行程开关断开,物品红灯亮并 同步向总部发送物品销售完信息;当收买物品总值低于投入总值时,可按找零按 钮 SB1选取找一元还是五角(SB10、SB11后 KM1得电电机转动找零 (Q0.0。

图 3-4售货机外部接线图
总结
毕业设计对我来说是对大学三年学习成果总结和考核,通过对本课题设 计,使自己学会调研和查阅文献资料,达到对所学知识综合运用。提高了分析问 题能力,解决问题和独立工作能力,为将来工作打下良好基本。我认真 撰写了毕业设计,针对教师提出问题进行了调节和补充,完毕了自动售货机系统 设计,并画出自动售货机外部接线图。
道谢
一方面感谢学院为本人提供学习机会和条件,以及对本人悉心教诲。本文工 作是在导师刘桂林悉心指引下完毕。从论文选题,及研究工作进一步,最后 到论文撰写和修改都凝聚着教师心血。每当我遇到不懂、不会地方,刘教师 都会给我解说。她严谨教学作风、渊博知识、诲人不倦精神,让咱们深深敬 佩,也正是在教师协助下,我毕业设计才得以顺利完毕。在此,我对刘教师和 所有协助过我教师和同窗们表达衷心感谢。
衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩各位教师。
参照文献
[1] 程周·可编程序控制器原理与应用 [M ]·北京:高等教诲出版社，
[2] 王永华·当代电气控制及 PLC 应用技术 . ·北京:北京航空航天大学出版社， [3] 周美兰,周封,忘岳宇·PLC 电气控制与组态设计·北京:科学出版社， [4] 吴建强,姜三勇·可编程控制器原理及应用·哈尔滨工业大学出版社， [5] 吴中俊,黄永红·可编程序控制器原理及应用·北京:机械工业出版社， [6] 张万忠,刘明芹·电器与 PLC 控制技术·北京:化学工业出版社。
[7] 王兆义·可编程序控制器教程·北京:机械工业出版社，
[8] 廖常初·S7-200 PLC 基本教程·北京:机械工业出版社，
(格式有错
附录 自动售货机梯形图