PLC的自动售货机的专业课程设计.doc

湖南工学院
课程设计说明书

课题名称： 自动售货机控制设计
专业名称： 自动化
学生班级： 自本0701
学生学号：
学生姓名： 冯 源
指导老师： 陆秀令

课程设计任务书
自动售货机控制设计
一、控制要求
1．自动售货机有3个投币孔，分别为1元、5元和10元。
2．售货共有3种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。
3．如投币总额超出销售价格，将可由退币钮找回余额。
4．投币总额或目前值显示在7段数码管上。
5．投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水。
6．投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶。
7．投币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。
8．按下要饮用饮料按钮，则相对应指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示饮料已经掉出。
9．动作停止后按退币钮，能够退回余额，退回金额假如大于10元，则先退10元再退1元，假如小于10元则直接退1元。
二、设计任务
学生依据控制要求，明确设计任务，确定设计方案和进度计划，利用所学理论知识，进行自动售货机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提升理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题和处理问题能力。关键内容包含：
1. 设计出硬件系统结构图、接线图、时序图等；
2. 系统有开启、停止功效；
3. 利用功效指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中止程序；
4. 程序结构和控制功效自行创新设计；
5. 进行系统调试，实现自动售货机控制要求。
三、设计汇报
课程设计汇报要做到层次清楚，叙述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计汇报写作要求”。
目录

第1章 绪论 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1.1 引言 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1.2 PLC控制系统设计编程要求 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2
1.3 PLC控制系统设计基础标准 ．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3
1.4 本人关键工作 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4
第2章 自动售货机PLC控制系统硬件设计 ．．．．．．．．．． 5
2.1 I/O点统计 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5
2.2 PLC选型和I/O分配 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5
2.3 自动售货机硬件线路设计 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5
第3章 自动售货机PLC控制系统软件设计 ．．．．．．．．．．．7
3.1 常见梯形图设计方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7
3.2 自动售货机PLC控制程序设计 ．．．．．．．．．．．．．．．． 7
3.3 组态面板 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.4 梯形图调试 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12
第4章 课程设计总结 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15
参考文件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 16
第1章 绪 论

1.1引　言
自动售货机是可完成无人自动售货，集光、机、电一体化商业自动化设备。 自动售货机不受任何场地限制，方便快捷,能够天天24h售货,所以深受上班族欢迎,很多城市公共场所里面全部放置有自动售货机,出售商品五花八门,从饮料、零食、香烟、糖果,到牙刷、方便面、自动摄影机。多年来，中国自动售货机行业突飞猛进：在汽车总站、商厦、医院、小区、学校等地域纷纷涌现出自动售货机踪迹。这种方便快捷购物方法越来越受到大家青睐,同时也是现代化城市配套设施需求 传统自动售货机控制系统采取单片机作为控制关键,这么不仅会在输入输出接口上做大量工作，而且系统抗干扰性也比较差。可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller），简称PLC。可编程序控制器是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来一个新型工业控制装置,它含有可靠性高、编程简单、维护方便等优点,已在工业控制领域得到广泛地应用。 因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务独立设施,要求它结构必需可靠、稳定和实施效率高。PLC是以CPU为关键， 综合了计算机技术和通信技术发展起来一个通用工业自动控制装置， 是现代工业控制三大支柱( P L C 、机器人和C A D / C A M ) 之一。P L C 工作原理和计算机工作原理基础是一致, 能够简单地表述为在系统程序管理下, 经过运行应用程序完成用户任务。不过P L C 也有它自己特点， P L C 在确定了工作任务, 装入了专用程序后成为一个专用机, 它采取循环扫描工作方法, 系统工作任务管理及应用程序实施全部是用循环扫描方法完成。现在，可编程控制器在中国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环境保护等各行各业。
自动售货机新奇、文明、高级、灵活方便等深受广大市民青睐。自动售货机最基础功效是对投入货币进行运算，并依据所投入货币数值判定是否能够购置某种商品, 并做出对应反应。所以，售货机应能够辨识机内包含商品, 能够对所投入币值进行累计, 并提供所要购置商品。当按下选择商品按钮时，自动售货机依据投入币值，起动电机，提取商品到出货口，用户取出商品，完成此次交易。它还含有识币系统、货物和货币传送系统来实现完整售货功效。
1.2 PLC控制系统设计编程要求
任何一个控制系统全部是为了实现被控对象工艺要求，以提升生产效率和产品质量。
所以，在设计PLC 控制系统时，应遵照以下基础标准：
1. 最大程度地满足被控对象控制要求
充足发挥PLC 功效，最大程度地满足被控对象控制要求，是设计PLC
控制系统首要前提，这也是设计过程中最关键一条标准。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充足搜集控制现场资料，同时搜集相关中国、国外相关资料。同时还要注意和现场工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，确定控制方案，共同处理设计中关键问题和疑难问题。
2. 确保PLC 控制系统安全可靠
确保PLC 控制系统能够长久安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统关键标准。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全方面考虑，以确保控制系统安全可靠。比如：应该确保PLC 控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。
3. 努力争取简单、经济、使用及维修方便
一个新控制工程当然能提升产品质量和数量，带来巨大经济效益和
社会效益，但新工程投入、技术培训、设备维护也将造成运行资金增加。所以，在满足控制要求前提下，首先要注意不停地扩大工程效益，其次也要注意不停地降低工程成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
4. 适应发展需要
因为技术不停发展，控制系统要求也将会不停地提升，设计时要合适考虑到以后控制系统发展和完善需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，要合适留有裕量，以满足以后生产发展和工艺改善。
1.3 PLC控制系统设计基础标准
1、所编程序要合乎所使用PLC相关要求
关键是对指令要正确地了解，正确地使用。多种PLC指令多有类似之处，但还有些差异。对于有PLC使用经验人，当选择另一个不太熟悉型号进行编程设计时，一定要对新型号PLC指令重新了解一遍，不然轻易犯错。
2、要使所编程序尽可能简练
简短程序能够节省内存，简化调试，而且还可节省实施指令时间，提升对输入响应速度。要使所编程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧指令，还要能优化结构。要实现某种功效，通常而言，在达成目标相同时，用功效强指令比用功效单一指令，程序步数可能会少些。
3、要使所编程序尽可能清楚
这么既便于程序调试、修改或补充，也便于她人了解和读懂程序。要想使程序清楚，就要注意程序层次，讲究模块化、标准化。尤其是在编制复杂程序时，更要注意程序层次，可积累自己和吸收她人经验，整理出部分标准含有经典功效程序，并尽可能使程序单元化，像计算机中常见部分子程序一样，移来移去全部能用，这么，设计起来简单，她人也易了解。
4、要使所编程序合乎PLC性能指标及工作要求
所编程序指令条数一定少于所选择PLC内存容量，即程序在PLC中能放得下，所用输入、输出点数要在所选择PLCI/O点数范围之内，PLC扫描时间要少于所选择PLC程序运行监测时间。PLC扫描时间不仅包含运行用户程序所需时间，而且还包含运行系统程序所需时间。
5、所编程序能够循环运行
PLC工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。它运行从初始化后状态开始，待控制对象完成了工作循环（完整程序实施一次），则又返回初始化状态继续运行。因为只有这么才能使控制对象在新工作周期中也得到相同控制。
1.4 本人关键工作
我关键工作是设计自动售货机全部硬件系统和软件程序。其中包含对I/O点统计和分配，对PLC选型，对硬件线路设计，对PLC梯形图编程设计，和最终调试仿真。

第2章 自动售货机PLC控制系统硬件设计

2.1 I/O点统计
本系统是一个小型集中控制系统, PLC选型关键取决于控制系统输入、输出开关信号数量、用户程序长短及相关功效。依据控制要求, I/O点数在32个左右,其中其输入点为16点,输出点为16点。
2.2 PLC选型和I/O分配
依据PLC程序选择性能价格比较高三菱FX2N—32MR，自动售货机I/O分配表如表2-1。
表2-1 I/O分配表
输入
输出
X
说明
Y
说明
X0
总开关
Y0
汽水指示灯
X1
1元硬币识别器
Y1
花茶指示灯
X2
5元硬币识别器
Y2
咖啡指示灯
X3
10元硬币识别器
Y3
汽水出口
X4
汽水按钮
Y4
花茶出口
X5
花茶按钮
Y5
咖啡出口
X6
咖啡按钮
Y6
10元硬币退币机构
X7
退币按钮
Y7
1元硬币退币机构

Y10-Y17
带锁存七段显示器
2.3 自动售货机硬件控制电路设计
了解各个控制对象驱动要求，分析对象控制要求，确定所控制参数精度及类型，如：对开关量、模拟量控制等，完成PLC硬件结构配置。本设计中，退币按钮、多种饮料按钮、开始购置按钮、继续按钮退币机构和饮料出
口（驱动电磁阀）等均为开关量。依据上述要求，因条件所限输出均用指示灯替换，由此绘制出系统结构图，PLC控制电路接线图。图2-1，图2-2，所表示。
图2-1 自动售货机结构图
图 2-2 自动售货机接线图第3章 自动售货机PLC控制系统软件设计

3.1 常见梯形图设计方法
1 依据继电器电路图设计梯形图
用PLC改造继电器控制系统时，原有继电器控制系统经过长久使用和考验，已经被证实能完成系统要求控制功效，而继电器电路图和梯形图在表示方法和分析方法上有很多相同之处，所以能够依据继电器电路图设计梯形图，立即继电器电路图“转换”为含有相同功效PLC外部硬件接线图和梯形图。
2 经验法设计梯形图
经验设计珐是在部分经典电路基础上，依据被控对象对控制系统具体要求，不停地修改和完善梯形图，设计比较简单控制系统梯形图。通常需要数次反复地调试和修改梯形图，增加一鞋触电或中间编程元件，最终才能得到一个满意结果。
这种方法没有普遍规律能够遵照，含有很大试探性和随意性，最终结果不是唯一，设计所用时间，设计质量和设计者经验有很大关系，通常见于较简单梯形图设计。
3 次序控制法设计梯形图
次序控制就是根据生产工艺预先要求次序，在各个输入信号作用下，依据内部状态和时间次序，在生产过程中各个实施机构自动地有次序进行操作。
此次设计我是利用经验法设计梯形图，依据平时上课所学和试验中经验设计梯形图。
3.2 自动售货机PLC控制程序设计
依据控制要求，绘出自动售货机PLC控制步骤图，表示出各控制对象动作次序，相互间制约关系。
自动售货机PLC控制步骤图，图2-3所表示。

图 3-1 自动售货机步骤图
在明确PLC寄存器空间分配，确定专用寄存器基础上，进行控制系统程序设计，包含主程序编制、各功效子程序编制、其它辅助程序编制等。
自动售货机PLC控制梯形图，图3-2，3-3，3-4所表示。

图3-2 自动售货机程序梯形图1
图3-3 自动售货机程序梯形图2
图3-4 自动售货机程序梯形图3
3.3组态面板
依据I/O分配表画出组态面板。图3-5。

图3-5 自动售货机组台面板图
将余额显示，投币孔，1元，10元，汽水，花茶，咖啡出口和汽水指示灯，花茶指示灯，咖啡指示灯利用标签进行输入并设计指示灯显示来观察各部分动作，输入框进余额显示。对退币，汽水，花茶和咖啡设计标准按钮来控制。设备窗口选择通用串口父设备0和三菱FX2N-32MR。并对其进行设置偶校验，周期200MS，七位数据位。并依据梯形图设置设备内部属性，进行通道连接。在实时数据内进行写入咖啡指示灯，花茶指示灯和汽水指示灯。
3.4梯形图调试
因为试验室没有对应实物控制模型(自动售货机)，所以，在调试系统控制程序时，全部输入信号（包含硬币、纸币识别）均用开关信号来替换，全部输出均用指示灯来表示。调试时，首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线，并仔细检验接线是否有误，尤其要注意接线时不能出现短路、断路及反接等情况，不然会造成硬件损坏及人身意外。
开始程序调试：首先将PLC控制程序写入到PLC机器中，再选择监控状态，使PLC处于“RUN”状态，然后逐一按开始购置观察按钮，投币按钮（硬币识别机构），按钮，或继续购置按钮，观察输出指示灯是否按估计效果闪灭，并经过监控状态观察程序运行过程及输入输出信号、内部描述实际出现问题及处理方案。要对照设计控制要求，逐一检验设计功效是否能有效实现，并对程序进行改善和完善。
下面是我用电脑在三菱GX-Developer进行仿真。
首先我按下总开关X000，然后按下3次1元硬币按钮X001，1次1-元投币按钮X003，使显示器上余额抵达13，汽水指示灯亮，仿真图3-6，图3-7。
图3-6 仿真图1
图3-7 仿真图2
然后，按下选择汽水按钮X004，仿真图3-8。
图3-8 仿真图3
接着来对退币系统进行仿真，仿真前后图3-9，图3-10。
图3-9 退币仿真前
图3-9 退币仿真后
仿真结果符合设计要求。

第4章 课程设计总结

经过一周奋战，我课程设计最终完成了。在没有做课程设计以前认为课程设计只是对这几年来所学知识单纯总结，不过经过这次设计过程，我发觉学习过程中不容得半点马虎和随意。首先，程序设计过程中，要按主电路、控制电路、辅助电路、联锁和保护、总体检验反复修改和完善前后次序进行。PLC控制程序既要满足生产机械和工艺多种控制，又要满足电气控制装置本身制造、使用和维修需要。原理设计决定着生产机械设备合理性和优异性，考虑其是否含有生产可行性、经济性、美观、使用维修方便等特点PLC控制系统设计要全方面考虑两方面内容；其次，应重视和同学间协作，每一个人思维不一样，对程序了解、功效实现方法也会有所不一样，所以往往会对程序编制产生影响不到效果。这种同学间相互协作，能够使程序日益完善、精简，实现模块化编程（这也是企业中运行模式，能够提前感受社会生产活动），进而培养自己团体意识；再者，在熟练掌握经典步骤控制电路、含有对通常电气控制电路分析能力以后，应该能举一反三。
我认为做到已上几点，就达成课程设计目标，即在实践之中灵活利用书本中知识，深入直观了解课堂中所学知识；学会在实践之中发觉问题、分析问题、处理问题；培养自己团体意识，为未来进入工厂，踏入社会做一次预演。
参考文件

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[2] 李敏强，寇纪淞等．遗传算法基础理论及其应用[M].北京：科学出版社．.3
[3] 王小平，曹立明．遗传算法——理论、应用和软件实现[M].西安：西安交通大学出版社，.1
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[5] 廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，.3
[6] 王国海.可编程控制器及其应用[M].北京：中国劳动社会保障出版社，.6
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[8] 龚仲华,史建成,孙毅.三菱FX/Q系列PLC应用技术[M].北京：人民邮电出版社,.10
[9] 三菱企业 三菱微型可编程序控制器手册
[10] 黄云龙 工厂常见电气设备手册 机械出版社