电气控制与PLC自动售货机的控制方案设计.doc

电气控制技术课程设计题 目： 自动售货机控制设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气F1201 学生姓名： 邹海宏 学 号： 23910311 指引教师： 王艳芳 成绩：指引教师签名： 日期： 电气控制与PLC课程设计任务书学生姓名邹海宏专业班级电气F1201学号题 目自动售货机控制设计课题性质工程设计课题来源自拟课题指引教师王艳芳重要内容运用所学理论知识，进行自动售货机运营原理设计、硬件、软件系统设计重要内容涉及：1. 设计出硬件系统接线图、梯形图等；2. 系统有启动、停止功能；3. 运用功能指令进行PLC控制程序设计；4. 进行系统调试，实现自动售货机控制规定。任务规定第1天：熟悉课程设计任务及规定，针对课题查阅技术资料。第2天：确立方案，初步选定各某些框图。第3-4天：电路控制原理设计，软件编程，进行系统联调。第5天：撰写课程设计报告。重要参考资料1程宪平主编.机电传动与控制M.武汉：华中科技大学出版社，.2邓星钟.机电传动控制M. 武汉：华中科技大学出版社.3王永华编.当代电气控制及PLC应用技术M.北京：北京航空航天出版社，4殷洪义主编.可编程控制器选取设计与维护M.北京：机械工业出版社，5程子华，PLC原理与实例分析M.北京:国防工业出版社，6高钦和，可编程控制器应用技术及其设计实例M.北京:高等教诲出版社，审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日 目 录 1 系统概述 .12 方案论证 .22.1 PLC系统控制简介 .22.2 总体设计思路 .33 硬件设计 .43.1 系统原理方框图 .43.2 主电路 .53.3 I/O分派 .63.4 I/O接线图 .63.5 元器件选型 .73.5.1 PLC选型 .83.5.2 CD4511 七段数码管译码器 .94 软件设计 .10 4.1 主流程 .104.2 梯形图 .115 系统调试 .15设计心得 .16参照文献 .181 系统概述 自动售货机是能依照投入钱币自动付货机器。自动售货机是商业自动化惯用设备，它不受时间、地点限制，能节约人力、以便交易。是一种全新商业零售形式，又被称为24小时营业微型超市。能分为三种：饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机。自动售货机最基本功能是对投入货币进行运算，并依照所投入货币数值判断与否可以购买某种商品，并做出相应反映。本次设计自动售货机设有6个按钮，分别可以实现启动、停止、选取三种饮料和退币六种操作，并且有3个投币孔，投入钱总额和剩余钱总额可以通过外接两片LED数码管显示，同步可以依照消费者投入总额限制可购买商品，可以退回多余钱币。本次设计能较好完毕对自动售货机控制，使用起来迅速以便，可以满足使用者需求。可编程控制器（PLC）是一种专门用于工业环境、以开关量逻辑控制为主自动控制装置 ；它具备存储控制程序存储器，可以按照控制程序，将输入开关量（或模仿量）进行逻辑运算、定期、计数和算术运算等解决后，以开关量（或模仿量）形式输出，控制各种类型机械或生产过程。PLC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发展息息有关，这些高新技术发展推动了PLC发展，而PLC得发展又对这些高新技术提出了更高更新规定，增进了她们发展。本次设计就在于结合PLC种种长处联系实际状况来弥补原有系统局限性，运用PLC控制自动售货机提高了系统稳定性，保证了自动售货机可以长期稳定运营。PLC控制自动售货机系统重要有三个可以感受到投币量传感器、六个按钮开关（分别为启动按钮、停止按钮、退币按钮、汽水选取按钮、花茶选取按钮和咖啡选取按钮）、三个批示灯（分别为汽水批示灯、花茶批示灯和咖啡批示灯）、和两个七段数码管。传感器用来接受投币信号，传送投币量多少；按钮开关分别对系统功能进行控制，当投入钱币够某一种饮料时，按下这种饮料选取按钮时才会有饮料送出，有剩余钱币时，还可以通过按下退币按钮来找回剩余钱币；三个批示灯分别用来只是哪种饮料可以选取，只有投币量不不大于或等于这种饮料价格时，这种饮料批示灯才会亮；同步，尚有两个七段数码管，用于显示当前剩余总钱币。详细对自动售货机控制规定如下：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种饮料供选取，分别为汽水、花茶和咖啡。3如投币总额超过销售价格，将可由退币钮找回余额。4投币总额或当前值显示在7段数码管上。5投币值等于或不不大于12元时，汽水批示灯亮，表达只可选取汽水。6投币值等于或不不大于15元时，汽水和花茶批示灯亮，表达只可选取汽水和花茶。7投币值等于或不不大于20元时，汽水、花茶和咖啡批示灯亮，表达3种均可选取。8按下要饮用饮料按钮，则相相应批示灯开始闪烁，3s后自动停止，表达饮料已经掉出。9动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果不不大于10元，则先退10元再退1元，如果不大于10元则直接退1元。2 方案论证2.1 PLC控制系统简介 PLC是一种专门用于工业环境、以开关量逻辑控制为主，具备存储控制程序存储器，可以按照控制程序，将输入开关量（或模仿量）进行逻辑运算、定期、计数和算术运算等解决后，以开关量（或模仿量）形式输出，控制各种类型机械或生产过程自动控制装置。具备如下特点: 1) 可靠性高，抗干扰能力强；无触点免配线，采用了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰办法，适应于各种恶劣工业环境 。 2) 编程简朴，容易掌握；采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑设计相似 。 3) 功能完善，灵活以便；不但有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能，还具备模仿量解决、温度、位置、通信等功能。 4) 体积小，质量小，能耗低； 采用大规模集成电路芯片构成。 图2.1 PLC控制系统设计环节流程图2.2 总体设计思路 自动售货机是可以完毕无人自动售货商业自动化设备。她不受任何场地限制，以便快捷，在国内也越来越普及，老式自动售货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，还具备高可靠性，编程简朴，功能强，能耗低，调试以便等长处。自动售货机基本功能就是对投入钱币数进行计算，然后依照运算成果做出相应判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买，本次课程设计规定是可辨认三种钱币，分别是1元、5元、10元，采用三个按钮进行模仿，自动售货机共出售三种货品，其价格分别定为12元、15元、20元，当投币数不不大于等于货品价格时且售货机里有这种货品时，批示灯亮，表达可以进行购买，三种货品分别用三个小灯泡代替进行模仿。除此之外，本次设计还涉及了了显示、找零、出货等功能实现，其中显示某些采用数码管进行显示，显示投币总数和购买后余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零退币，且退币批示灯闪烁。由于售货机所有功能是在下位机上模仿，而监控是用上位机组态王进行实时监控。因此售货机某些硬件是由计算机软件来模仿代替，这些并不会影响实际程序操作，完全能模仿现实售货机运营。 图2.1 自动售货机顺序功能图 3 硬件设计3.1 系统原理方框图自动售货机是售汽水、花茶和咖啡这三种饮料，它售货过程是：一方面由顾客按下商品选取开关，然后顾客投入硬币（投入硬币面值和剩余值由PLC驱动数码管显示）通过光传感器感应，再由光传感器驱动硬币辨认传感器辨认硬币。然后由顾客选取，同步PLC控制，使PLC输出口上有相应信号输出。最后输出饮料。 自动售货机控制系统硬件构成原理方框图如图所示：图3.1 自动售货机控制系统硬件构成原理方框图3.2 主电路图3.2 自动售货机主电路3.3 I/O分派 输入输出单元普通也叫I/O单元，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对象，以实现控制目。本次设计PLC控制自动售货机控制系统I/O分派表如下：表3.3 自动售货机 I/O分派表输入输出输入点功能输出点功能X01元投币孔ST1Y0够买汽水批示灯X15元投币孔ST2Y1够买花茶批示灯X210元投币孔ST3Y2够买咖啡批示灯X3选取汽水SB1Y3Y9数码管显示X4选取花茶SB2Y10送出汽水X5选取咖啡SB3Y11送出花茶X6退币Y12送出咖啡X7启动Y13退出10元X8停止Y14退出1元3.4 I/O接线图 依照规定，将输出均用批示灯代替，由此绘出PLC控制电路接线图，如图所示。图3.4 自动售货机I/O接线图3.5 元器件选型自动售货机基本功能就是对投入钱币数进行计算，然后依照运算成果做出相应判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买，本次课程设计规定是可辨认三种钱币，分别是1元、5元、10元，采用三个按钮进行模仿，自动售货机共出售3种货品，其价格分别定为12元、15元、20元，当投币数不不大于等于货品价格时，该种货品批示灯亮，表达可以进行购买，3种货品分别用3个信号灯进行批示。除此之外，本次设计还涉及了显示、找零等功能实现，其中显示某些采用数码管进行显示，PLC外围接口由两个CD4511连接两个数码显示管，以显示投币总数和购买后余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零。整个系统由三个可以感受到投币量传感器、六个按钮开关、三个批示灯、和两个七段数码管和两片CD4511构成。 图3.5.1 PLC硬件构造图3.5.1 PLC选型 PLC硬件重要由中央解决器，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/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。当前世界上PLC生产厂家有200多家，提供400各种品种PLC供顾客选取，当前国内市场上重要PLC产品有：西门子公司S7-400/300/200系列、施奈德公司momentum等、尚有就是日本欧姆龙、三菱、松下等公司产品。西门子公司生产PLC可靠性高，特别合用于大工业控制系统，造价比较高，对于小型自动售货机控制系统来说成本过高。相反，当前国内市场上主流小型三菱PLC就比较适当，三菱公司生产小型PLC代表为FX-2N系列PLC、它具备丰富内部资源：程序存储器具备16K步最大存储容量，128种应用指令，还具备184点8进制编号输入点数，184点8进制编号输出点数，普通型、掉电保持性和赋予特殊用途型三种内部继电器，以及状态寄存器、定期器、计数器、数据寄存器、常数与指针等功能与资源。可靠性高、造价低，对于自动售货机控制中心就特别适当。因而，本次设计采用PLC为三菱公司生产FX-2N系列单片机。3.5.2 CD4511七段数码管译码器CD4511是一组用来作为BCD对共阴极LED七段显示屏译码包装。其引脚图，其各引脚功能如下： LT：做灯泡测试用，当LT=0，则无论其他输入状态为什么，其输出abcdefg=1111111，使七段显示屏全亮，即显示8，以便观测七段显示屏与否正常。当LT=1，则正常解码。BI：空白输入控制，当BI=0 (LT 为1 时) 则无论DCBA 之输入为什么，其输出abcdefg皆为0，即七段显示屏完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义数据输入时显示出来导致字型系乱。LE：数据栓锁致能控制；在CD4511 中，不但具译码功能，更具备数据栓锁记忆功能。当LE=0 时(LT=1 且 BI=1)，DCBA 数据会被送入IC 缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1 时，则IC 中暂存器会关闭，仅保存本来在LE=0 时DCBA数据供译码器译码。换句话说当LE=1 时，无论DCBA 输入数据为什么，皆不影响其输出，其输出abcdefg 仍保存本来在LE 由0转为1此前资料。图3.5.2 CD4511引脚图4 软件设计4.1 主流程 系统总体构造流程图如下：图4.1 系统总体构造流程图4.2 梯形图系统梯形图如下图所示：5 系统调试一方面接好系统硬件电路，然后将梯形图下载到PLC中，再运营程序。在整个程序调试过程中，我遇到了某些问题，最初设计比较简朴，只是将投币，购买过程考虑进去，而没有将投币后显示模块加进设计方案中，日后在仔细阅读设计规定后，我又将显示模块加进设计方案中，用了两个七段数码管和两个CD4511七段数码管译码器构成了PLC外接显示某些，这样投入总钱币和剩余钱币数量就可以在数码管上显示出来。在数码显示过程中也遇到了某些问题，数码显示需要两片七段数码管，如果使PLC直接连接七段数码管话，需要14个输出，输出接口过多，系统变得复杂化，在查找各方面资料后，决定采用两片七段数码管译码器CD4511来驱动两片七段数码管，大大减少了输出点数，程序运营也简朴得多，数码显示功能顺利实现。在找零阶段，按下找零按钮后直接没有设计将数码显示清零功能，日后通过思考和仔细探讨整个系统，将找零某些又逐渐进行了完善，将找零过程在数码管上显示了出来，找零时只找两种钱币，即10元和1元，先找大面额10元钱币，后找小面额1元钱币，其内部进行减法运算，使得整个找零过程清晰可见。通过认真调试，使整个系统可以按照规定完毕各种工作，FX-2N系列PLC控制自动售货机设计工作也最后完毕。 图5.1 自动售货机调试图设计心得 通过这一周控制系统课程设计，可以说感受颇深啊！在自己努力下，最后完毕FX-2N系列PLC控制自动售货机系统设计。本控制系统就是充分运用了PLC、接口电路芯片以及显示模块。实现了对自动售货机控制，达到了设计目。这次设计PLC控制自动售货机系统重要内容涉及设计出了硬件系统接线图、梯形图等；并且系统具备启动、停止功能；运用功能指令进行PLC控制程序设计；还进行了系统调试，实现自动售货机控制规定。这设计中酸甜艰辛与成功喜悦并不能用言语去表达。与其说完毕这次课程设计，不如说学会关于PLC一点点皮毛，由于在这一周时间里，自己可以明显感觉到认知变化。之前从PLC和工程组态教师那理解某些关于工程上应用，当前通过人们课程设计题目上，可以发现PLC确离咱们生活很近。在设计中运用所学理论知识，进行自动售货机运营原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题能力。综合运用了所学知识，理论与实际相结合，提出并论证设计方案，然后进行软、硬件设计、制作与调试，最后获得对的成果。加深了对所学理论知识巩固，加强了建立PLC控制工业机械和生产过程系统整体概念，初步掌握了PLC控制工业生产和社会生活软、硬件开发办法，为后来进行实际PLC软、硬件应用开发奠定了良好基本。与此同步，也加强了咱们对问题分析解决能力，为后来毕业设计和毕业后工作做了充分准备。作为一位电气工程及其自动化专业学生，控制系统是咱们必修课，如何使咱们所控制变得更简便而又不影响控制效果，这是咱们无论在工作还是在学习上都应当时刻注意问题。关于这个问题，在这次课程设计中，自己是深有体会。一方面是分析课程设计规定，画出相应流程图，这是所有设计都必要考虑，它明确与否关系到背面编程思路与否对的简便。另一方面是在编程过程中使用简便语句，在这次课程设计编程中，对于这点，我可伤透脑筋。由于我在编程时是从单个模块开始，因此导致之前设计好各个组合在一起时就变得不那么让人满意。好在我有一颗好奇摸索心，尝试去解决问题，只有这样才干最后从主线上解决所有难题。重要不是成果而是在过程中学会了什么！总体来说,这次课设我受益匪浅。在摸索该如何设计程序使之实现所需功能过程中,特别有趣,培养了我设计思维,增长了实际操作能力.在让我体会到了设计艰辛同步,更让我体会到成功喜悦和高兴。这次控制系统课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面提高。同步,非常感谢教师指引和同窗们协助,我才干顺利完毕这次课程设计,谢谢人们!参照文献1 阎石.数字电子技术基本.北京：高等教诲出版社，.2 康华光.电子技术基本模仿某些.北京：高等教诲出版社，.3 冯博琴，吴宁.微型计算机原理与接口技术.北京：清华大学出版，. 4 朱玉玺，崔如春，邝小磊.计算机控制技术.北京：电子工业出版社，.5 夏路易，石宗义.电路原理图与电路板设计教程protel 99se.北京：北京但愿电子出版社，.6 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社，. 7 Microsoft Office Visio SP3简体中文版.微软，