自动售货机控制系统的设计最终版样本.doc

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课程设计任务书

设计题目: 饮料自动售货机PLC控制系统设计

学院: 机械工程学院
专业: 机械测控
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【摘要】 
  本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程, 然后以一次交易过程为例, 把交易过程分为几个程序块, 然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性, 保证自动售货机能够长期稳定运行。  
关键词:  自动售货机; 可编程序控制器; 梯形图 

Abstract:This paper introduces the basic principles of vending machines, as well as workflow, and then to a transaction process as an example, the transaction process is divided into several block, and then the block were programmed. Specify the PLC in the role of vending machines. Procedures related to the work of the vast majority of vending machine process. PLC control of the use of vending machines enhance the stability of the system to ensure that vending machines capable of long-term stable operation. 

Key words:Vending machines; PLC; Ladder Diagram

一．PLC的概述 
1.1 PLC的产生 
    20世纪20年代起, 人们把各种继电器, 定时器, 接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统, 控制各种生产机械, 这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统。由于它结构简单。容易掌握, 价格便宜, 在一定范围内能满足控制要求, 因而使用面甚广, 在工业控制领域中一直占主导地位.可是继电接触器控制系统有明显的缺点 设备体积大, 可靠性差, 动作速度慢, 功能少, 难与实现较复杂的控制, 特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统, 接线复杂, 当生产工艺或对象改变时, 原有的接线和控制盘就要更换, 因此通用性和灵活性较差. 
      20世纪60年代末期, 美国的汽车制造业竞争激烈, 各生产厂家的汽车型号不断更新, 它必然要求生产线的控制系统亦随之改变, 以及对整个开展系统重新配置。为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚, 适应白热化的市场竞争要求, 1968年美国通用汽车公司公开向社会招标, 对汽车流水线控制系统提出具体要求, 归纳起来是:  
1.  编程方便, 可现场修改程序
 2. 维修方便, 采用插件式结构 
3.  可靠性高于继电器控制装置 
4.  体积小于继电器控制盘 
5.  数据可直接送入管理计算机 
6.  成本可与继电器控制盘竞争 
7.  输入能够是交流150V以上 
8.  输出为交流115V, 容量要求在2A以上, 可直接驱动接触器, 电磁阀等 
9.  扩展时原系统改变最小 
10. 用户存储器至少能扩张到4KB( 适应当时汽车装配过程的需要)  

1.2 PLC的定义 
美国国际电工委员会( IEC) 在1987年对可编程序控制器做出如下定义: 可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统, 它采用了可编程序的存储器, 用来在其内部进行存储执行逻辑运算、 顺序运算、 定时、 记数和算术运算等功能的面向用户的指令, 并经过数字式或模拟式的输入或输出, 控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备, 都应按照易于与工业控制系统联成一个整体, 易于扩展其功能的原则而设计。 
定义还强调了PLC是”数字运算操作的电子系统”, 她也是一种计算机, 它是”专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用”面向用户的指令”, 因此编程方便。它能完成逻辑运算、 顺序运算、 定时、 记数和算术运算等操作, 它还具有”数字量和模拟量输入和输出”的能力, 而且非常容易与”工业控制系统联成一体”, 易于”扩充”。 
1.3 PLC的发展趋势 
PLC总的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。具体表现在以下几个方面。 
（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模块的发展 
（4） 基于PC的编程软件取代编程器
（5） PLC编程语言的标准化 
（6） PLC通信的易用化
（7） 组态软件与PLC的软件化 
（8） PLC与现场总线相结合 
（9） 开发新型特殊功能模块  
（10）  CPU的处理速度进一步加快 
1.4 PLC的特点 
( 1) 抗干扰能力强, 可靠性好 ( 2) 控制系统结构简单, 通用性强 ( 3) 编程方便, 易于使用 ( 4) 功能完善 
( 5) 设计、 施工、 调试、 的周期短 ( 6) 体积小, 维护操作方便 ( 7) 易于实现网络化 ( 8) 可实现三电一体化                       
1.5 PLC的主要功能 
1.  条件控制功能 
2.  定时/记数控制功能 
3.  数据处理功能 
4.  A/D与D/A 转换功能 
5.  运动控制功能 
6.  过程控制功能
7.  扩展功能

二．任务描述:
自动售货机是可完成无人自动售货的商业自动化设备, 它不受任何场地限制, 方便快捷, 在中国也越来越普及。传统的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不但可实现类似控制功能, 还具有可靠性高、 编程简单、 功能强、 能耗低、 调试方便等优点。本文设计的是售汽水和啤酒这两种饮料的自动饮料机, 它的售货过程是: 首先由顾客按下商品选择开关时, 然后顾客投入的硬币(投入硬币的面值和剩余值由PLC驱动数码管显示)经过光传感器感应, 再由光传感器驱动硬币识别传感器识别硬币( 由于能力有限, 在识别硬币上不做具体研究) 。大致运行如图2-1:

图2-1自动售货机工作流程图

图2-2是自动售货机简单示意图。在该机中有两种已经配制好的饮料储液桶( 未画出来) , 一种为汽水, 另一种为啤酒。汽水出口和啤酒出口分别代表由两个电磁阀控制放入杯中的饮料品种的饮料出口。

图2-2自动售货机简单示意图
三． 控制要求
基本工作过程:
1、 本自动售货机能够投入1角、 5角或1元硬币, 自动销售听装汽水和啤酒。
2、 当投入的硬币总值等于或超过1.2元时, 汽水按钮指示灯亮; 当投入的硬币总值等于或超过1.5元时, 汽水按钮和啤酒按钮指示灯亮。
3、 当汽水按钮灯亮时, 按汽水按钮, 则汽水排出7s后自动停止, 同时汽水按钮指示灯闪烁7s;
4、 当啤酒按钮灯亮时, 按啤酒按钮, 则啤酒排出7s后自动停止, 同时啤酒按钮指示灯闪烁7s;
5、 若投入硬币的总值超过按钮所需钱数( 啤酒1.5元, 汽水1.2元) 时, 找钱指示灯亮, 同时进行找钱动作。
设计内容:
1、 记录已经售出货品的总钱数以及各种货品的数量, 并将各种货品的数量显示在数码管上。
2、 控制系统总体方案设计, 包括确定控制对象和控制范围, 绘制工作时序图, PLC的选型。
3、 硬件部分设计, 包括I/O配置, 操作面板布置, 接线图。
4、 程序设计, 包括流程图 梯形图, 上机调试, 完成指令表。
四．系统配置及输入/输出继电器地址分配
4.1 I/O口分配
列出I/O口分配表, 如表所示:
名称
输入点编号
名称
输出点编号
1角投币按钮
X0
汽水指示灯
Y1
5角投币按钮
X1
啤酒指示灯
Y2
1元投币按钮
X2
汽水电磁阀
Y2
汽水按钮

X3
啤酒电磁阀
Y4
啤酒按钮

X4

退币控制按钮
X5

I/O口分配表

五．自动售货机硬件机构设计
5.1 自动售货机的结构组成

图5.1 自动售货机结构
1、 箱体外观
正面上部为商品展示窗和价格标签, 中部设投币入口、 退币钮和金额显示窗, 在价格标签附近设有选择商品的按键, 正面下部为退币口和顾客取货口; 面向顾客的机构正面, 是完成商品价格介绍、 接受投币、 显示金额、 推出商品和退币整个售出过程的表体部分。
2、 商品样品展示窗
商品样品展示窗由透明有机板窗、 样品展示架、 商品价格标签、 选购按钮和照明灯组成, 设在前门体内部的可开启样品门, 用来更换商品样品和价格标签; 展示窗相当于商店橱窗或者柜台, 以清晰明亮的商品展示和明码标价来招揽顾客。
3、 商品驱动机构
商品的包装多种多样, 主要有箱、 盒、 罐、 袋等, 它们的提取机构也各种各样, 商品在送出时能够采用”螺旋移动”等动作移到取货口。
4、 商品贮存部分
由于商品的驱动机构是双螺旋体出货机构, 由此决定了该自动售货机的商品贮存方式, 商品主要是摆放在双螺旋体中, 经过双螺旋体的旋转把商品推到出货口。
5、 钱币识别系统
钱币识别系统由钱币识别器、 识别后的钱币自动分类贮存机构和退币机构3部分组成。
6、 PLC控制系统
PLC控制系统是自动售货机在自动销售过程中, 收到识币信号后, 自动进行累计、 外部金额显示、 顾客按键后自动推出商品和发出退币找零等信号的电控系统。同时, 该系统还具备预设价格、 售出累计、 驱动检测和故障自检等功能, 是”售货机器人”的”大脑”。

六．程序设计
根据自动售货机控制系统的流程能够知道自动售货机的主要系统包括: 计币部分、 比较部分、 选择和饮料供应部分、 余额计算部分、 退币部分。
1 计币部分
当有顾客购买饮料时, 投入硬币时经过光传感器感应, 然后由光传感器驱动硬币识别器识别硬币,系统将硬币自动传送到相应的硬币贮存腔,并经光传感器感应, 然后在PLC内进行数据运算, 梯形图如图:

2 比较部分
投币完成后, 系统会将D200内钱币数据和能够购买的饮料价格进行区间比较: 若1.2元≤投币<1.5元, 则汽水选择指示灯长亮, 此时能够选择汽水或退币; 若投币≥1.5元,则汽水和啤酒指示灯长亮,此时能够选择汽水、 啤酒或退币。梯形图如图:

3 选择和饮料供应部分
比较完成后, 按下指示灯长亮的选择按钮, 相应的电磁阀起动, 而且相应的选择指示灯由长亮转为以1s为周期的闪烁直至饮料供应完毕后闪烁停止。当饮料输出达到7s时, 电磁阀关断。梯形图如图:

4 余额计算部分
饮料输出的同时减去相应的购买币数。梯形图如图:

5 退币部分
顾客可在购完饮料后, 由退币指示灯可知是否能够退币, 指示灯亮, 则能够退币, 当按下退币控制按钮后, 数据寄数器D1内的币数除以10, 商的整数部分是需要退回1元的个数并储存在D0中; D1的数据除以5, 商的整数部分是需要退回的5角钱的个数, 并储存在D0中, 依次类推选择退币的同时起动3个退币电动机。3个感应器开始计数, 当感应器记币的个数等于数据寄存器退回的币数时, 退币电动机停止运转。梯形图如图:

附件
系统的流程图

整体运行梯形图

指令表

七．梯形图程序调试
1. 由于实验室没有相应的实物控制模型(自动售货机), 因此, 在调试系统控制程序时, 所有的输入信号均用开关信号和复位按钮来代替, 所有的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, 并仔细检查接线是否有误, 特别要注意接线时不能出现短路、 断路及反接等情况, 否则会造成硬件损坏及人身意外。
2. 调试中出现的问题及解决方法
A. 程序不执行减钱动作
原因: 输入程序时将常闭按钮输入成了常开按钮

参考文献
[1]廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社. .1～127.
[2]赵红梅等.自动售货机PLC控制系统的设计[J]
[3]高勤.可编程控制器原理及应用( 三菱机型) [M].北京:电子工业出版社. .41～46.
[4]钱锐.PLC应用技术[M].北京:科学出版社. .112～113.

致 谢

首先感谢机械学院为我们提供这次宝贵的学习机会, 以及对我们的悉心教育。本设计的工作是在指导老师老师的悉心指导下完成的。从设计的选题及研究工作的深入, 都凝聚着老师的心血。每当我们小组遇到不懂、 不会的地方, 老师都会给我们讲解。她严谨的教学作风、 渊博的知识、 诲人不倦的精神, 让我们深深敬佩, 也正是在老师的帮助下, 我们的课程设计才得以顺利完成。在此, 我组对老师和所有帮助过我组的老师和同学们表示衷心的感谢。