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 ........................................................1
2 方案论证 ...................2
2.1 PLC系统控制简介 ................................................2
2.2 总体设计思路 ...................................................3
3 硬件设计 ........................................................4
3.1 系统原理方框图 ...............................................4
32 主电路 .........................................................5
3.3 I/O分派 ........................................................6
3.4 I/O接线图 ......................................................6
3.5 元器件选型 .....................................................7
3.5.1 PLC选型 ..................8
3.5.2 CD4511 七段数码管译码器 ......................................9
4 软件设计 .......................................................10
4.1 主流程 ........................................................10
4.2 梯形图 ........................................................11
5 系统调试 .......................................................15
设计心得 ..........................................................16
参照文献 ..........................................................18

1 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
X0
1元投币孔ST1
Y0
够买汽水批示灯
X1
5元投币孔ST2
Y1
够买花茶批示灯
X2
10元投币孔ST3
Y2
够买咖啡批示灯
X3
选取汽水SB1
Y3~Y9
数码管显示
X4
选取花茶SB2
Y10
送出汽水
X5
选取咖啡SB3
Y11
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，