基于PLC的自动售货机设计.docx
- 文档编号:23875851
- 上传时间:2023-05-21
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:175.66KB
基于PLC的自动售货机设计.docx
《基于PLC的自动售货机设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PLC的自动售货机设计.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于PLC的自动售货机设计
目录
1前言1
2PLC的概述1
2.1PLC的产生1
2.2PLC的特点2
2.3PLC的主要功能3
3自动售货机的PLC控制系统设计4
3.1硬件电路设计4
3.1.1硬件系统组成4
3.1.2电气设备的选择5
3.2软件设计6
3.2.1自动售货机控制要求6
3.2.2三菱FX2N-48型PLC自动售货机流程图6
3.2.3I/O分配表7
3.2.4硬件接线图7
3.2.5程序设计8
4系统调试12
4.1调试的设备12
4.2调试步骤12
4.2.1硬件调试12
4.2.2软件调试12
5结束语13
参考文献14
致谢15
摘要:
本文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;组态软件
DesignofVendingMachineBasedOnPLC
Abstract:
Intoday'sindustrialproduction,programmablelogiccontroller(PLC)hasbecomethekeytorealizeindustrialautomation.Thispaperbrieflyintroducestheprogrammablelogiccontrollersomebasicknowledgeandsimpleapplication,butalsointroducesthetechnicalcharacteristicsofPLC,andmainlyinhardware,softwareandconfigurationsoftwareareintroduced,thetypicalapplicationinindustrialautomation,thelatesttechnologydevelopmenttrendisalsointroduced.
VendingmachineinChinahasawidedevelopmentprospect,thispaperintroducesthevendingmachinedevelopmenthistoryandcurrentsituation.Inthisgraduationdesign,Irefertoalargeamountofmaterial,withPLCprincipleforfoundationdesignthevendingmachinesystem.Accordingtothevendingmachineworkingway,atransactionprocessisdividedinto:
earlyoperationperiodresetprocess,coinprocess,pricecomparisonprocess,choosegoodsprocess,returnmoneyprocess.Useofladdertypeplanningeachprocessprocedurescompletedthebasicrequirementsofdesign..
KeyWords:
VendingMachine;ProgrammableLogicController;ConfigurationSoftware
1前言
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;而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生,人工费用也不断上升;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。
现在,自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。
例如实行联机方式,通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中,从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。
并且,为防止地球暖化,自动售货机的开发致力于能源的节省,节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。
在夏季电力消费高峰时,这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温,与以往的自动售货机相比,它能够节约10-15%的电力。
进入21世纪时,自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能的方向发展。
2PLC的概述
2.1PLC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.但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,所以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)输入可以是交流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)
十项指标的核心要求是采用软布线(编程)方式代替继电控制的硬接线方式,实现大规模生产线的流程控制
。
2.2PLC的特点
(1)抗干扰能力强,可靠性好
PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验,主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。
I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路;在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。
具体措施主要有以下几个方面:
(2)隔离:
这是抗干扰的主要措施之一。
PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。
这种光电隔离措施,使外部电路与内部电路之间避免了电的联系,可有效的抑制外部干扰源对于PLC的影响,同时防止外部高电压串入,从而减少故障和误操作。
(3)滤波:
这是抗干扰的另一个主要措施。
在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路,用以对高频干扰信号进行有效的抑制。
(4)对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施,以减少外界干扰,保护供电质量。
另外使输入输出接口电路电源彼此独立,以避免电源之间的干扰。
(5)内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog(“看门狗”)等电路,一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟(WDT)规定时间(预示程序进入了死循环),立即报警,以保证CPU可靠运行。
(6)利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测,并采用信息保护和恢复措施。
(7)对用户程序及动态工作数据进行电池备份,以保障停电后有关状态或信息不丢失。
(8)采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构,以适应工作现场的恶劣环境。
(9)以集成电路为基本元件,内部处理过程不依赖于机械触点,以保障高可靠性。
而采用循环扫描的工作循环方式,也提高了抗干扰能力。
(10)控制系统结构简单,通用性强,PLC及外围模块品种多,可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。
(11)编程方便,易于使用。
PLC是面向用户的设备,PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯,PLC程序的编制,采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。
梯形图与继电器原理图相类似,这种编程语言现象直观,容易掌握,不需要专门的计算机知识和语言,只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。
(12)功能完善。
PLC的输出/输入功能完善,性能可靠,能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。
在PLC内部具有许多控制功能,诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。
由于采用了微处理器,它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能,不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能,而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。
(13)设计、施工、调试、的周期短。
用继电接触器控制完成一项控制工程,必须首先按工艺要求画出电气原理图,然后画出继电器屏的布置和接线图等,进行安装调试,以后修改起来十分不便。
而采用PLC控制,由于其硬软件齐全,为模块化积木式结构,且已商品化,故仅需按性能、容量等选用组装,而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行,因而缩短了设计周期,使设计和施工可同时进行。
(14)体积小,维护操作方便。
PLC体积小,质量轻,便于安装。
PLC的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态,还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。
(15)易于实现网络化。
PLC可连成功能很强的网络系统。
(16)可实现三电一体化。
PLC将电控(逻辑控制)、电仪(过程控制)和电结(运动控制)这三电集于一体,可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统,以适应各种工业控制的需要。
2.3PLC的主要功能
(1)条件控制功能
条件控制(或称逻辑控制或顺序控制)功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接,进行开关控制。
(2)定时/记数控制功能
定时/记数控制功能指用PLC提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制,以取代时间继电器和记数继电器。
(3)数据处理功能
数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。
(4)步进控制功能
步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中,只有前一道工序完成以后,才能进行下一道工序操作的控制,以取代由硬件构成的步进控制器。
(5)A/D与D/A转换功能
A/D与D/A转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。
(6)运动控制功能
运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。
(7)过程控制功能
过程控制功能是指通过PLC的PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。
(8)扩展功能
扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元(即I/O扩展单元)模块来增加输入输出点数,也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。
(9)远程I/O功能
远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接,进行远程控制,接收输入信号、传出输出信号。
(10)通信联网功能
通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等,实现远程I/O控制或数据交换,以完成较大规模系统的复杂控制。
(11)监控功能
监控功能是指PLC能监视系统各部分的进行状态和进程,对系统中出现的异常情况进行报警和记录,甚至自动终止运行;也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制I/O状态
。
3自动售货机的PLC控制系统设计
3.1硬件电路设计
3.1.1硬件系统组成
在本控制系统中,自动售货机可识别1元、5元、10元、20元、50元;自动售货机也可自动完成退币退币。
其控制原理是:
首先由顾客按下商品选择开关,然后顾客投入钱币,经钱币识别传感器后将信号送给PLC,由用户编写的PLC程序运行可以识别出钱币的真伪以及币值,并显示投入钱币的数值,并同时与商品的价格比较。
当投入的钱币满足某商品的购买价格后,则可以购买该商品的指示灯亮,PLC通过计算还可以显示出消费数值和余额数值,商品驱动机构收到控制信号后即出货电磁阀动作,送出商品,若有余额,则退币电动机动作,可以退出余额数值的相应币值,同时完成内部清零过程。
这样就完成一次商品提货过程。
其控制系统的硬件组成示意图见图3-1。
图3-1系统硬件组成框图
3.1.2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:
①工作制及工作频率的影响
选用接触器时,应注意其控制对象是长期工作制,还是重复短时工作制。
在操作频率高时,还必须考虑电弧能量的影响。
在水泥厂属于长期工作制,但操作频率不高,应尽可能选用银、银合金或镶银触头的接触器,如CJ20型系列产品。
②环境条件的影响
在水泥厂,生产流程的环境是比较恶劣的,粉尘污染严重,通风条件差,工作场所温度较高。
因此,对接触器的选择宜采取降容使用的技术措施。
热继电器的选用原则:
热继电器主要用于保护电动机的过载,为了保证电动机能够得到既必要又充分的过载保护,就必须全面了解电动机的性能,并给其配以合适的热继电器,进行必要的整定。
一般涉及到电动机的情况有工作环境、起动电流、负载性质、工作制、允许的过载能力等。
原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性,或者在电动机的过载特性之下,同时在电动机短时过载和起动的瞬间,热继电器应不受影响(不动作)。
热继电器的正确选用.与电动机的工作制有密切关系。
当热继电器用以保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时,一般按电动机的额定电流来选用。
例如,热继电器的整定值可等于0.95—1.05倍电动机的额定电流,或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流,然后进行调整。
当热继电器用以保护反复短时工作制的电动机时,热继电器仅有一定范围的适应性。
如果每小时操作次数很多,就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。
对于正反转相通断频繁的特殊工作制电动机,不宜采用热继电器作为过载保护装置,而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。
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。
3.2软件设计
3.2.1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)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
(3)当钱数大于3时汽水灯亮
(4)当钱数大于4时汽水、可乐灯亮
(5)当钱数大于5时汽水、可乐、牛奶灯亮等等
(6)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。
(7)按下退币钱退出1元硬币
3.2.2三菱FX2N-48型PLC自动售货机流程图
该自动售货机可以销售汽水与咖啡两种饮料,可识别1元、5元、10元、20元、50元,当钱数大于3时汽水灯亮,当钱数大于4时汽水、可乐灯亮、当钱数大于5时汽水、可乐、牛奶灯亮等等,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,当饮料或者投币不足时,可以选择退回投币。
图3-2自动售货机运行流程图
3.2.3I/O分配表
根据系统设计方案需求,具体I/O分配表如表3-1所示。
表3-1自动售货机I/O分配表
输入
符号
功能
地址
输出
符号
功能
地址
SB1
1元
X0
HL1
汽水显示灯
Y0
SB2
5元
X1
HL2
可乐显示灯
Y1
SB3
10元
X2
HL3
牛奶显示灯
Y2
SB4
20元
X3
HL4
咖啡显示灯
Y3
SB5
50元
X4
HL5
红茶显示灯
Y4
SB6
汽水按钮
X5
YV1
汽水电磁阀
Y5
SB7
可以按钮
X6
YV2
可乐电磁阀
Y6
SB8
牛奶按钮
X7
YV3
牛奶电磁阀
Y7
SB9
咖啡按钮
X10
YV4
咖啡电磁阀
Y10
SB10
红茶按钮
X11
YV5
红茶电磁阀
Y11
SB11
退币按钮
X12
YV6
退币电磁阀
Y12
3.2.4硬件接线图
本系统是一个小型集中控制系统,PLC选型主要取决于控制系统输入、输出开关信号的数量、用户程序的长短及相关的功能。
根据控制要求,I/O点数在32个左右,选择性能价格比较高的三菱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。
了解各个控制对象的驱动要求,分析对象的控制要求,完成PLC硬件结构配置。
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。
根据上述要求,因条件所限输出均用指示灯代替,由此绘制出PLC控制电路接线图,如图3-3所示。
图3-3自动售货机电路接线路
3.2.5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
M8002为初始脉冲。
当PLC从STOP拨到RUN时接通瞬间。
自动初始清零。
指令表:
(2)投币部分
用PLS上升沿触发投币。
用ADD指令作加法运算。
指令表:
(3)表示可购买显示部分
用[>D1K3]比较指令,当D1>K3输出。
指令表:
(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。
指令表:
(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。
指令表:
(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。
指令表:
4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[>D1K3]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。
4.1调试的设备
三菱FX2N-48型PLC
一台
接触器
5台
指示灯
10个
电机
5台
热继电器
一个
4.2调试步骤
4.2.1硬件调试
(1)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。
把热继电器连入电路中。
4.2.2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。
开始调试程序时在可购买显示部分出了点问题。
我们把[>=D1K3]指令写成了[>D1K3]导致我在投入3元时显示灯不亮,后来经过检查要写成>=3,改正了过来!
在退币程序中的M8012忘记加了。
导致我按下退币按钮看不见退币电磁阀的动作。
加入了之后,效果就明显了。
有几块钱可以看见电磁阀(灯)闪几次。
表示退币。
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!
5结束语
经过几个月的学习、研究以及经过李老师的指导,终于按时完成了毕业设计。
设计主要研究的是自动售货机中有关于PLC的部分,自动售货机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。
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。
所以说,自动售货机是今后小商品和饮料销售方式的一个很好的发展趋势.它的出现将极大的方便人们购买所需要的小商品。
参考文献
[1]孙肖子.电子设计指南[M].北京:
高等教育出版社,2006.
[2]康华光.电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社.
[3]欧阳文.ATMEL89系列单片机的原理与开发实践[M].中国电力出版社.
[4]谭浩强.C程序设计[M].北京:
清华大学出版社.
[5]周责奎.控制仪表与计算机控制设置[M].化学工业出版社.
[6]李青.电路与电子技术基础[M].浙江:
科学技术出版社.
[7]孙育才.新型AT89S52系列单片机及其应用[M].北京:
清华大学出版社.
[8]蔡美琴.MCS-51系列单片机系统及其应用[M].北京:
高等教育出版社.
[9]陈尚松.电子
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 PLC 自动 售货 设计