基于PLC的饮料自动售货机控制系统设计

漯河职业技术学院 毕业设计（论文）基于PLC自动售货机设计 学 院 漯河职业技术学院 系 部 机电工程系 专 业 机电一体化 班 级 10机电四班 学生姓名 雷豪强 学 号 2010010304009 指导老师 赵艳平 完成日期 2013/3/24 202013届毕业设计任务书一、 课题名称：基于PLC自动售货机设计二、指导教师：陈艳平三、设计内容与要求1、课题概述：本课题采用三菱FX2N系列PLC对饮料饮料自动售货机控制系统进行设计，首先对饮料饮料自动售货机结构进行简单介绍，然后根据系统的设计要求对饮料自动售货机控制系统、检测系统进行分析，给出饮料自动售货机控制系统的总体设计思路，并通过I/O列表、I/O接线图、梯形图、指令表等对其控制系统进行了程序设计，控制程序经上机调试运行，其结果基本符合要求。2、设计内容与要求：1）简单介绍饮料自动售货机结构；2）分析饮料自动售货机的控制系统、检测系统，确定其控制系统的总体设计思路；3）采用FX2N系列PLC作为饮料自动售货机控制PLC，正确选取PLC型号，设计出其控制程序。4）控制程序上机调试。5）所设计的饮料自动售货机控制程序，应符合饮料自动售货机运行规则。如饮料自动售货机收到识币信号后，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。6）设计说明书要有硬件原理连接图，I/O分配图，程序梯形图、指令表及相应的说明。要求文字流畅，图形清晰，便于阅读。有条件的设计方案要求在实验室验证其正确性。目 录摘 要6第1章 任务与要求,81.1课题概述.81.2 设计内容与要求81.3 FX2N-32MR产品说明8第2章 引 言.102.1研究背景.102.2论文研究目标和意义.12第3章 方案论证与设计.14 3.1 总体设计分析.14 3.2 方案的选择与设计.14 3.2.1 继电控制.14 3.2.2 单片机控制.15 3.2.3 PLC控制.15 3.3 方案确定.16第4 章 自动售货机的PLC控制系统设计.17 4.1 硬件电路设计.174.1.1硬件系统组成.174.1.2 电气设备的选择17 4.2 软件设计.19 4.2.1 自动售货机控制要求.19 4.2.2 控制流程图.20 4.2.3 I/O分配表.21 4.2.4 硬件接线图.22 4.2.5程序设计.23第5章 系统调试.275.1 调试设备.275.2 调试步骤.27第6章 心得体会（致谢）.29参考文献.30附表一： 梯形图.31 摘 要在今天的工业生产中，可编程逻辑控制器（PLC）已经成为实现工业自动化的关键。本文简要介绍了有关可编程逻辑控制器的一些基础知识和简单的应用，而且还介绍了PLC的技术特点，并重点在硬件、软件和组态软件方面进行了介绍，对他们在工业自动化中的典型应用、最新的技术发展趋势也做了介绍。自动售货机在中国有着广阔的发展前景，文中介绍了自动售货机的发展历史和现状。在这次的毕业设计中，我查阅了大量的资料，以PLC原理为基础设计了自动售货机系统。按照自动售货机的工作方式，把一次交易过程分为：运行初期清零过程、投币过程、价格比较过程、选择商品过程、退币过程。利用梯型图编制各个过程的程序完成了设计的基本要求。 关键词:自动售货机；可编程逻辑控制器。 第1章 任务与要求1.1课题概述本课题采用三菱PLC-FX2N-32MR对饮料饮料自动售货机控制系统进行设计，首先对饮料饮料自动售货机结构进行简单介绍，然后根据系统的设计要求对饮料自动售货机控制系统、检测系统进行分析，给出饮料自动售货机控制系统的总体设计思路，并通过I/O列表、I/O接线图、梯形图、指令表等对其控制系统进行了程序设计，控制程序经上机调试运行，其结果基本符合要求。1.2 设计内容与要求1）简单介绍饮料自动售货机结构；2）分析饮料自动售货机的控制系统、检测系统，确定其控制系统的总体设计思路；3）采用FX2N系列PLC作为饮料自动售货机控制PLC，正确选取PLC型号，设计出其控制程序。4）控制程序上机调试。5）所设计的饮料自动售货机控制程序，应符合饮料自动售货机运行规则。如饮料自动售货机收到识币信号后，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。6）设计说明书要有硬件原理连接图，I/O分配图，程序梯形图、指令表及相应的说明。要求文字流畅，图形清晰，便于阅读。有条件的设计方案要求在实验室验证其正确性。1.3 FX2N-32MR产品说明：FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点； FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案； FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。 除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等 特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC.我本次设计所选用的是三菱PLC-FX2N-32MR。32点，16输入，16输出的。 第2章 引 言2.1研究背景2.1.1 PLC的组成PLC的组成有中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）电路、电源、编程器等几方面组成。电源输入电路中央处理单元CPU编程器输出电路系统程序存储器用户程序存储器2.1.1 PLC的特点1. 使用方便，编程简单 2. 功能强，性能价格比高 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 3. 可靠性高，抗干扰能力强 5.系统的设计、安装、调试工作量少 6.维修工作量小，维修方便 2.2论文研究目标和意义 2.2.1 自动售货机 自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来。它又被称为24小时营业的微型超市。从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道,再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。2.2.1 目的和意义 本次设计的主要目的能够实现自动售货机的自动控制系统的PLC设计，进一步增强和完善自我的创新与动手能力。主要内容是首先整个控制系统的设计思路，从硬件到软件的资料收集，对一些硬件以及自动售货机内部接线电路都逐一进行了研究学习。第三章 方案论证与设计3.1 总体方案设计分析 3.1 控制系统设计原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：(1) 最大限度地满足被控对象的控制对象。(2) 在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。（3）保证控制系统的安全、可靠。（4）考虑到生产的发展和工艺和改进，在选择PLC容量时，应适当留有裕量。3.2 方案的选择与设计3.2.1 继电控制利用具有继电特性的元件进行控制的自动控制系统。所谓继电特性是指在输入信号作用下输出仅为通、断等几个状态的特性。继电控制也称通断控制。例如，电炉温度调节中根据炉温是否超过规定值而断开或接通电源。这种只有通、断两个状态的控制又称双位式控制。对于继电控制型伺服系统，继电控制是指驱动电源的全部电压按照控制偏差值符号的正负，正向或反向地加到执行电动机上。继电控制的缺点：继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。3.2.2 单片机控制目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置 ，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 3.2.3 PLC控制 在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来了前所未有的非凡变化。使用PLC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被完全淘汰，但是由于PLC的出现已经改变了工业控制设计者的设计思想。 可编程序控制器的优势、特点及功能：可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。1、 顺序控制2、 闭环过程控制3、 运动位置控制4、 生产过程的监控和管理5、 网络特性3.3 方案确定 PLC控制比继电控制在逻辑上更改方便、控制速度更高、更灵活且便于维护。PLC是建立在单片机上的产品。单片机是一种集成电路，不具可比性。单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。从工程角度上说：对于单项或重复极少的项目，采用PLC是更明智、快捷的途径。功率高，可靠性好！通过对各种控制的优缺点分析，各适用于不同控制要求的场合。西门子PLC多用于大型、超大型的场合。所以我选用了三菱FX2N-32MR型plc来进行自动售货机的控制。第4章 自动售货机的PLC控制系统设计4.1 硬件电路设计 4.1.1 硬件系统组成 1）主控制板2）温控模版温度采集加热制冷等3） 货币识别模块在投入货币之后，系统会用红外线识别器识别货币的面额。4） 销售模块在顾客选择商品时，用电机驱动相关的硬件设施送出相应的商品。在退币时驱动电机完成退币动作。完成销售过程。 4.1.2 电气设备的选择 在整个硬件控制中包括各种电气设备：断路器、接触器、继电器、隔离开关、热继电器、和电动机。继电器的选用原则：(1)按使用类别选用：中小型工厂的生产实际，90kW及以下的笼型电动机占全厂电机总数的90以上，基本属于按AC-3使用类别选用。(2)确定容量等级：接触器的容量即主触头在额定电压等技术条件下，其额定电流的确定，应注意如下几点：工作制及工作频率的影响：环境条件的影响：电动机的选用原则：1）电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谢波干扰等），应在容许的范围内；2）按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内；3）根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；4）综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。4.2 软件设计4.2.1 自动售货机控制要求1. 投币类型分为1元、5元、10元、20元、50元2. 各种纸币各一个投钱处3. 分为五种饮料汽水、可乐、牛奶、咖啡、红茶。价格分别为3元、4元、5元、6元、7元4. 当钱数大于3时汽水灯亮5. 当钱数大于4时汽水、可乐灯亮6. 当钱数大于5时汽水、可乐、牛奶灯亮等等7. 按下饮料的按钮，电动机得电指示灯亮，相应饮料的灯闪。钱数减去饮料钱数，等闪烁3秒，出货结束。8.按下退币钱退出1元硬币4.2.2三菱FX2N-32型PLC自动售货机流程图4.2.3 I/O分配表输入符号功能地址输出符号功能地址SB11元X0HL1汽水显示灯Y0SB25元X1HL2可乐显示灯Y1SB310元X2HL3牛奶显示灯Y2SB420元X3HL4咖啡显示灯Y3SB550元X4HL5红茶显示灯Y4SB6汽水按钮X5YV1汽水电磁阀Y5SB7可以按钮X6YV2可乐电磁阀Y6SB8牛奶按钮X7YV3牛奶电磁阀Y7SB9咖啡按钮X10YV4咖啡电磁阀Y10SB10红茶按钮X11YV5红茶电磁阀Y11SB11退币按钮X12YV6退币电磁阀Y124.2.4 硬件接线图4.2.5程序设计程序设计可分为6个部分。分别为：1启动清零部分、2投币部分、3表示可购买显示部分、4选择饮料部分、5货币相减部分和6退币部分。1） 启动清零 2） M8002为初始脉冲。当PLC从STOP拨到RUN时接通瞬间。自动初始清零。 2） 投币部分 用PLS上升沿触发投币。用ADD指令作加法运算。3）表示可购买显示部分4）饮料选择部分（购买、出货） Y0：可购买汽水 X5：选择汽水 Y5：输出汽水。当按下购买的按钮之后，相应的商品指示灯闪烁，同时排出商品。3秒后，货物排出完毕、相应指示灯停止闪烁。 5）货币相减部分 这里使用了SUB减法运算用于计算投币额与商品价格之差。 6）退币部分 按下退币按钮X12（机械自锁按钮）后，当D1大于1时，M61得电。D1等于1时，M62得电。执行DECP指令（减1）、并输出。退币线圈Y12得电。退币完成后，把X12按钮复位，完成售货。第5章 系统调试 正确的调试系统才能使各模块电路正常工作，实现高稳定性的显示。此段程序首先采用M8002进行自动清零。用PLS上升沿触发实现投币。用ADD指令进行货币的累加并把数据储存在D1数据存储器中。用 D1 K3指令来表示可买的物品。还使用了T计时器用于计时。用减法指令进行货币的相减以及退币程序。完成整个自动售货的程序。 正确的编写程序是调试成功的关键。下面就要说说调试所用到的设备和过程。5.1调试的设备三菱FX2N-32型PLC一台接触器5台指示灯10个电机5台热继电器一个5.2调试步骤一：硬件调试1）电按照相关的要求连接继电器、和热继电器以及相关的饮料输出电机。2）检查继电器的触点是否有问题。没有问题正确接线。3）检查电机是否能够正常运转。把热继器连入电路中。二：软件调试 1 运行PLC，D1自动清零。 2 按下1元投币开关X0和5元投币开关X1后，表示投了6块钱。然后汽水显示灯（Y0）、可乐显示灯（Y1）、牛奶显示灯（Y2）、咖啡显示灯（Y3）亮。表示可以购买。 3 按下可乐购买开关（X6），后可乐显示灯（Y2）闪烁，同时可乐输出线圈（Y6）亮。三秒后完成。说明可乐排出！按下找零按钮（X12）后，退币线圈（Y12）得电（亮），表示退出1元硬币。 4 结束。经过程序的多次改动和最后的调试，所有功能都实现了。达到了这次设计的目的！第7章 心得体会（致谢）在进行此次专题实习的过程中，我学习了三菱PLC的相关知识，深入了解了很多的功能指令，对不理解的地方都作了研究，也取得了很大进步，并成功的完成了本次设计。本次设计也涉及了很多其他方面的知识，除了学过的专业知识外，还有包括很多软件方面的一些知识，确实收获蛮多的。由于缺乏阅历与实际经验，本次设计还存在许多不足的地方。但是才疏学浅专业知识匮乏的我仍对这方面很感兴趣，相信本次设计会对我的今后生活或工作中会有很大的帮助。以后我会不断学习，不断地充实自己的。在此答辩之际，我首先要感谢导师老师。因为无论从论文选题，到编写过程，直到完成，老师无不倾注着心血和辛劳。这点让我们深受感动。老师认真的求学精神、严谨的治学态度、渊博的专业学识、勤勉塌实的治学作风、诲人不倦的精神无不让人感动。我在这里说一声，老师，辛苦了！ 同时，我还要感谢其他给我指导帮助的各位老师，他们都在我做设计的时候无私的帮助过我，给我提出很多很好的建议，让我获益匪浅。三年大学生活转眼即逝。在这三年学习期间，湖铁职院的老师们无私耕耘、孜孜教诲，让我们学到了很多书里和书外的知识。为我们即将进入社会打下了良好的基础。在这里我向所有老师们表示深深得谢意和崇高的敬意。你们辛苦了！最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！忠心地祝愿各位身体健康、工作顺利。参考文献 1三菱FX系列PLC应用技术/龚仲华编著.-北京：人民邮电出版社，2010.102可编程控制器应用技术（第五版）主编：廖常初3PLC电气控制与组态设计.吴中俊编著.-北京：科学出版社，20034现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，2000附录附件一：梯形图