基于PLC的自动售货机控制系统的设计样本.doc

辽宁工程技术大学

电气控制技术与PLC 课程设计

设 计 题 目 基于PLC自动售货机控制系统设计
指 导 教 师 陈伟华
院（系、部） 电气与控制工程学院
专 业 班 级
学 号
姓 名
日 期 6月23日
课程设计成绩评估表
学期
/第2学期
姓名

专业

班级

课程名称
电气控制技术与PLC
设计题目
基于PLC自动售货机控制系统设计
成绩
评分项目
优
良
中
及格
不及格
设计体现
1.设计态度
非常认真
认真
较认真
普通
不认真
2.设计纪律
严格遵守
遵守
基本遵守
少量违背
严重违背
3.独立工作能力
强
较强
能独立设计完毕
基本独立设计完毕
不能独立设计完毕
4.上交设计时间
提早或准时
准时
迟交半天
迟交一天
迟交一天以上
设计阐明书
5.设计内容
设计思路清晰，构造方案良好，设计参数选取对的，条理清晰，内容完整，成果对的
设计思路清晰，构造方案合理，设计参数选取对的，条理清晰，内容较完整，很少量错误
设计思路较清晰，构造方案基本合理，设计参数选取基本对的，调理清晰，内容基本完整，有少量错误
设计思路基本清晰，构造方案基本合理，设计参数选取基本对的，调理清晰，内容基本完整，有些错误
设计思路不清晰，构造方案不合理，核心设计参数选取有错误，调理清晰，内容不完整，有明显错误
6.设计书写、字体、排版
规范、整洁、有条理，排版较好
较规范、整洁、有条理，个别排版有问题
基本规范、整洁、有条理，个别排版有问题
基本规范、整洁、有条理，排版有问题较多
不规范、不整洁、无条理，排版有问题很大
7.封面、目录、参照文献
完整
较完整
基本完整
缺项较多
不完整
图纸
8.绘图效果
很出众
较出众
普通
较差
很差
9.布局
合理、美观
较合理
基本合理
有些混乱
布局混乱

10.绘图工程原则
符合原则
较符合原则
基本符合原则
个别不符合原则
完全不符合原则
评估阐明：
不及格原则：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其她4项否决；
优、良、中、及格原则：以设计内容为主体，其她项超过三分之一为评估原则，否则评估为下一级别；如先进评估，设计内容要符合5，别的九项要有4项符合才干评估为优，否则评估为良好，以此类推。
最后成绩： 评估教师签字：

电气控制技术与PLC课程设计任务书

姓名
朱秋明
题目
基于PLC自动售货机控制系统设计
设计
规定
（1）自动售货机可投入5角、1元硬币。
（2）所售饮料标价：纯净水——1元,汽水——2.5元，咖啡——3元。
（3）当投入硬币总值超过所购饮料标价时，所相应可购买饮料指灯亮，作可购买提示。
（4）当物品相应批示灯亮时，按下相应按键，相应物品排出，5s后自动停止,同步批示灯闪烁。
（5）购买饮料后，系统自动计算剩余币值，并依照剩余币值提示可购买饮料（批示灯亮）。
（6）当顾客成功购买完一件物品后30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）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。
（9）当物品局限性时，相应物品批示灯亮红灯，顾客按下相应按键无反映（不出物品，不减余额）。

设计重要内容
（1） 拟定控制系统设计技术规定。
（2） 进一步理解和分析被控制对象工艺条件及控制规定。
（3） 选取适合PLC类型。
（4） 分派I/O点。
（5） 设计控制系统梯形图。
（6） 输入并调试程序。

目录

摘要 1
1系统概述 2
2 控制规定及设计思路 3
2.1控制规定 3
2.2方案设计 4
2.3控制流程图 4
3. 自动售货机有关设备参数选定 5
3.1PLC选取 5
3.2硬币辨认器 6
3.3开关电源 6
3.4电磁阀 6
3.5液位开关 7
4软件设计 7
4.1I/O口分派 7
4.2 控制接线图 8
4.3 程序设计 9
4.3.1计币某些 9
4.3.2比较某些 10
4.3.3选取和饮料供应某些 11
4.3.4余额计算某些 11
4.3.5退币某些 12
4.3.6报警某些 13
5系统调试 13
6结论 14
参照文献 15

摘要
自动售货机是可完毕无人自动售货商业自动化设备，它不受任何场地限制，以便快捷，可以每天24h售货，在国内也越来越普及。老式自动售货机采用单片机作为控制核心，但这样在输入输出接口上消耗很大。PLC不但可以实现类似控制功能，还具备可靠性高、编程简朴、功能强、能耗低、调试以便等长处。本售货机系统重要是针对纯净水、汽水和咖啡自动销售。
自动售货机普及在某种限度上能反映一种国家科技发展水平，是一种国家文明限度象征，实践和直觉告诉咱们，自动售货机在中华人民共和国横空出世，必将国内食品、香烟、饮料等诸多行业发展带来新契机。
设计以三菱PLC设计自动售货机控制系统，简要简介PLC各硬件选型，软件设计，并详细进行了PLC梯形图编写和系统调试，仿真证明该系统切实可行。
核心词:自动售货机；PLC；调试

1系统概述
自动售货机是可完毕无人自动售货，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，以便快捷，可以每天24h售货，因而深受上班族欢迎。随着科技发展和市场繁华，诸多都市公共场合里面都放置有自动售货机，出售商品五花八门，从饮料、零食、香烟、糖果，到牙刷、以便面、自动照相机。近年来，国内自动售货机行业突飞猛进：在汽车总站、商厦、医院、社区、学校等地区纷纷涌现出自动售货机踪迹。这种以便快捷购物方式越来越受到人们青睐，同步也是当代化都市配套设施需求。在人口集中学校、车站、医院等地方，瓶装饮料导致大量资金与产品挥霍，本课题就研究用PLC实现散装饮料自动销售。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。它又被称为24小时营业微型超市。在日本，70％罐装饮料是通过自动售货机售出；全球知名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。
从自动售货机发展趋势来看，它浮现是由于劳动密集型产业构造向技术密集型社会转变产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境变化，规定浮现新流通渠道，而相对超市、百货购物中心等新流通渠道产生，人工费用也不断上升，再加上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。
它售货领域非常广泛，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。但由于售货机分布零散、范畴辽阔特点，自动售货机在为消费者带来以便同步，也为经营者在监控、管理、维护等方面带来很大不便。当前售货机运营各种状况都需要由人工判断，涉及缺货、缺零钱、币箱已满、售货机机械故障等，经营者普遍采用人工定期巡回视察管理办法，既费时费力，又无法及时精确获取自动售货机状态报告，给经营者增长了管理成本和难度，也有也许给消费者正常消费导致不便[2]。
　　本系统设计和实现可以使自动售货机经营者依照网络记录销售状况进行商品销售状况分析，预测商品销售走势，拟定合理采购和配送方略，以获得最高投资回报率。同步售货机某些故障信息和警报信息可以实时传送到相应运营人员，从而可以在第一时间内发现并解决问题。并且本次设计题目是基于PLC自动售货机控制系统设计，重要是应用三菱FX-2N型PLC梯形图来设计控制程序，并简朴简介有关知识，如：PLC定义、PLC工作原理、PLC硬件构成等。依照设计内容和控制规定画出顺序功能图和梯形图，再依照PLC有关知识设计出它外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析阐明该设计控制原理过程。

2 控制规定及设计思路
2.1控制规定
（1）自动售货机可投入5角、1元硬币。
（2）所售饮料标价：纯净水——1元,汽水——2.5元，咖啡——3元。
（3）当投入硬币总值超过所购饮料标价时，所相应可购买饮料指灯亮，作可购买提示。
（4）当物品相应批示灯亮时，按下相应按键，相应物品排出，5s后自动停止,同步批示灯闪烁。
（5）购买饮料后，系统自动计算剩余币值，并依照剩余币值提示可购买饮料（批示灯亮）。
（6）当顾客成功购买完一件物品后30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）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。
（9）当物品局限性时，相应物品批示灯亮红灯，顾客按下相应按键无反映（不出物品，不减余额）。

2.2方案设计
（1）通过度析，取最有把握思路，故采用普通梯形图进行程序设计。
（2）注意点，程序运营开始阶段要有上电复位，让机子清零。
（3）本自动售货机可使用5角、1元硬币，计币时用ADD指令进行累加从而得到一种投币总额；比较币值时使用CMP指令来判断与否符合纯净水排出或汽水排出或咖啡排出条件；余额计算时用SUB指令从投币总额中扣除顾客所消费币值总额；退币计算时用到触点型比较指令。
（4）PLC选用继电器输出型。
（5）规定实现顾客循环购买，故需实现控制程序跳转。
（6）退币结束时，使用ZRST指令进行购买完毕复位，以准备下一种顾客购买饮料，防止浮现错误。

2.3控制流程图

自动售货机PLC控制流程图，如图2.1所示。
开始
比 较
币价
投币计数

与否
退币
纯净水选取
咖啡选取
减去咖啡用币
退币计数
钱币倒入退币箱
结束
减去纯净水用币
汽水选取
减去汽水用币

钱币
局限性
N
Y

图2.1 控制流程图

3. 自动售货机有关设备参数选定
3.1PLC选取
当前PLC品牌诸多，比较有名有美国AB，ABB，松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷等。而不同PLC其产品价格差价也是很大，在质量和I/O点数几乎相似状况下可以相差较多[10]。
三菱FX2N系列是作为一种小型机，其功能较为完善，性能价格比高，较为适合自动售货机。此外在本设计中PLC需要接11个输入点和12个输出点，以及为了后来扩展需要，由以上三点因素，选取了三菱PLC，FX2N-48MR型。
三菱PLC，FX2N-48MR是具备高档解决功能型号，其输入和输出点数之和为48点，还可以扩展到256点，构造紧凑，速度高。
三菱PLC FX2N-48MR性能规格：
（1）运转控制方式：通过储存程序周期运转。
（2）运转解决时间：基本指令：0.8µs/指令，应用指令：1.52至几百µs/指令。
（3）编程语言：逻辑梯形图和指令清单。
（4）程式容量：8000步内置。
（5）指令数目：基本顺序指令 27，步进梯形指令 2，应用指令 128。
（6）I/O配备：最大硬件I/O配备点256。
（7）辅助继电器（M线圈）：普通：500点，锁定：2572点，特殊：256点。
（8）状态继电器（S线圈）：普通：490点，锁定：400点，初始：10点，
信号报警器：100点。
（9）定期器（T）：100毫秒，范畴0至3276.7秒（200点）；10毫秒，范畴0至327.67秒（46点）；1毫秒保持型，范畴0至32.767秒（4点）。
（10）计数器（C）:普通16位，范畴0至32767数（200点），锁定16位，范畴100点，普通32位，范畴15点,锁定32位，范畴15点。
3.2硬币辨认器
硬币辨认器重要辨认当前国家发行一元、五角、一角硬币。国内当前发行一元，五角和一角硬币金属原材料是为制造硬币而专门使用特殊合金，因而在它通过投币入口进入由电感和电容构成特定传感器，金属材质和体积差别对电容量和电感量影响大小也浮现薄弱差别。电容量、电感量变化引起电压变化，再通过检测电路将信号放大，与设定值进行比较，拟定某种硬币种类并对PLC输入单元发出信号，PLC依照接受到信号,对硬币值进行累加计数。依照对硬币辨认器理解及选取，拟定使用侧投类CPU硬币辨认器。
3.3开关电源
在自动售货机中批示灯、警铃、等电源为DC 24V，因而需要配备直流24V开关电源，本文选取了WP10-S-24。关电源性能规格如下：
（1）交流电压输入范畴：170～264VAC。
（2）直流调节范畴：额定输出电压± 10 ％。
（3）输出过载保护：110 ％ 〜 150 ％。
（4）工作温度：-10～+50℃。

3.4电磁阀
电磁阀是用来控制流体自动化基本元件，属于执行器；并不限于液压，气动。用于控制液压流动方向，工厂机械装置普通都由液压缸控制，因此就会用到它工作原理，里面有密闭腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体移动来档住或漏出不同排油孔，而进油孔是常开，液压油就会进入不同排油管，然后通过油压力来推动油刚活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁电流就控制了机械运动。追朔发展史，到当前为止，国内外从原理上分为三大类(即：直动式、分布直动式、先导式)，而从阀瓣构造和材料上不同与原理上区别又分为六个分支小类(直动膜片构造、分步重片构造、先导膜式构造、直动活塞构造、分步直动活塞构造、先导活塞构造)，本次设计采用直动式电磁阀。通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，关闭。
3.5液位开关
液位开关，也称水位开关，液位传感器，顾名思义，就是用来控制液位开关。从形式上重要分为接触式和非接触式。
惯用非接触式开关有电容式液位开关,接触式浮球式液位开关应用最广泛。电极式液位开关，电子式液位开关，电容式液位开关也可以采用接触式办法实现。本次设计电子式液位开关，电子式液位开关通过内置电子探头对水位进行检测，再由芯片对检测到信号进行解决，当判断到有水时，芯片输出高电平24V或5V等(PNP型或NPN型均可），当判断到无水时，芯片输出0V。高低电平信号通过PLC或其他控制电路来读取，并驱动水泵等用电器工作。

4软件设计
4.1I/O口分派
列出I/O口分派表，如表4.1所示。

表4.1 I/O口分派表
输入
输出
输入点
功能
输出点
功能
X0
五角投币器
Y0
纯净水电磁阀
X1
一元投币器
Y1
汽水电磁阀
X2
纯净水按钮
Y2
咖啡电磁阀
X3
汽水按钮
Y3
纯净水批示灯
X4
咖啡按钮
Y4
汽水批示灯
X5
找钱按钮
Y5
咖啡批示灯
X6
急停按钮
Y6
余钱批示灯
X7
启动按钮
Y10
无纯净水报警灯
X10
纯净水液位开关
Y11
无汽水报警灯
X11
汽水液位开关
Y12
无咖啡报警灯
X12
咖啡液位开关
Y13
一元退币马达

Y14
五角退币马达
4.2 控制接线图
本系统是一种小型集中控制系统，PLC选型重要取决于控制系统输入、输出开关信号数量、顾客程序长短及有关功能。依照控制规定，I/O点数在24个左右，选取性能价格比较高三菱FX2N-48MR，其中其输入点为24点，输出点为24点，该PLC为继电器输出型。本设计中，退币按钮、各种饮料按钮和饮料出口（驱动电磁阀）等均为开关量。依照上述规定，绘制出PLC控制电路接线图，如图4.2所示。
图4.2 控制接线图

4.3 程序设计
由于本设计为毕业设计，因而规定上要有现实中自动售货机各种功能。依照自动售货机控制系统流程可以懂得自动售货机重要系统涉及：计币某些、比较某些、选取和饮料供应某些、余额计算某些、退币某些、报警某些。
4.3.1计币某些
当有顾客购买饮料时，投入硬币时由硬币辨认器辨认硬币，如果是真币则系统将硬币自动传送到相应硬币贮存某些,然后在PLC内进行数据运算，如果是假币则系统自动退出硬币,梯形图如图4.3所示。

图4.3 计币某些

4.3.2比较某些
投币完毕后，系统会将D0内钱币数据和可以购买饮料价格进行区间比较：若1元≤投币<2.5元，则纯净水选取批示灯长亮，此时可以选取纯净水或退币；若2.5元≤投币<3元，则纯净水和汽水批示灯长亮，此时可以选取纯净水、汽水或退币；投币≥3元,则纯净水、汽水和咖啡批示灯长亮,此时可以选取纯净水、汽水、咖啡或退币。梯形图如图4.4所示:

图4.4 比较某些
4.3.3选取和饮料供应某些
比较完毕后，按下批示灯长亮选取按钮，相应电磁阀起动，并且相应选取批示灯由长亮转为以1s为周期闪烁直至饮料供应完毕后闪烁停止。当饮料输出达到5s时，电磁阀关断。梯形图如图4.5所示：

图4.5 选取和饮料供应某些

4.3.4余额计算某些
饮料输出同步减去相应购买币数。梯形图如图4.6所示：

图4.6 余额计算某些

4.3.5退币某些
顾客可在购完饮料后，由退币批示灯Y6可知与否可以退币。批示灯亮，则可以退币，当按下退币控制按钮后，数据寄数器D1内币数除以10，商整数某些是需要退回1元个数并储存在D10中；D11数据除以5，商整数某些是需要退回5角钱个数，并储存在D12中，依次类推选取退币同步起动2个退币电动机。2个感应器开始计数，当感应器记币个数等于数据寄存器退回币数时，退币电动机停止运转。PLC编程梯形图如图4.7所示：

图4.7 退币某些

4.3.6报警某些
PLC在报警系统中，只起到开关连接作用，当售货机里面没有饮料时，相应批示灯就会亮红灯，作报警提示。详细梯形图如图4.8所示：

图4.8 报警某些

5系统调试
由于实验室没有相应实物控制模型(自动售货机)，因而，在调试系统控制程序时，所有输入信号均用开关按钮来代替，所有输出均用批示灯来表达。调试时，一方面按控制系统PLC接线图完毕硬件接线，并仔细检查接线与否有误，特别要注意接线时不能浮现短路、断路及反接等状况，否则会导致硬件损坏及人身意外。
开始程序调试：一方面将PLC控制程序写入到PLC机器中，再选取监控状态，使PLC处在“RUN”状态，然后逐个按投币感应器（即硬币辨认机相相应输入开关），观测有无进行累加币值；或按选取按钮，观测输出批示灯与否按预测效果闪灭（即显示饮料选取提示、饮料送出、送出时间和退币提示），并通过监控状态观测程序运营过程及输入输出信号、内部描述实际浮现问题及解决方案。对报警某些进行调试，只需给相应输入端口信号，然后相应批示灯变亮即可。要对照设计控制规定，逐个检查设计功能与否能有效实现，并对程序进行改进和完善。
调试过程中，发现了诸多在设计之初没有考虑到问题，通过重复调试和不断改进，问题逐个被解决。综上所述，对程序必要要重复调试，不断改进，以获得既完全实现功能，而又简朴、严谨性高PLC控制程序。

6结论

通过一种星期奋战，我课程设计终于完毕了。在没有做课程设计之前觉得课程设计只是对这一学期来所学知识单纯总结，但是通过这次课程设计，我发现学习过程中容不得半点马虎。
一方面，程序设计过程中，要按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查重复修改与完善先后顺序进行。PLC控制程序既要满足生产机械和工艺各种控制，又要满足电气控制装置自身制造、使用和维修需要。原理设计决定着生产机械设备合理性与先进性，考虑其与否具备生产可行性、经济性、美观、使用维修以便等特点PLC控制系统设计要全面考虑两方面内容；另一方面，应注重与同窗间协作，每一种人思维不同，对程序理解、功能实现方式也会有所不同，因而往往会对程序编制产生想象不到效果。在纯熟掌握典型环节控制电路、具备对普通电气控制电路分析能力之后，应当能举一反三。
做到以上几点，就达到了课程设计目，即在实践之中综合运用课本中知识，进一步直观理解课堂中所学知识；学会在实践之中发现问题、分析问题、解决问题；培养自己团队意识，为将来进入工厂，踏入社会做一次预演。

参照文献
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