基于PLC的自动售货机控制系统设计.docx

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基于PLC的自动售货机控制系统设计

摘要................................................1

关键字................................................1

一、概述................................................2

1.1自动售货机的发展现状...........................2

1.2自动售货机的前景..........................................2

1.3自动售货机的主要内容......................................2

二、功能需求分析........................................3

三、具体设计.........................................4

3.1自动售货机的控制要求.....................................4

3.2自动售货机的工作流程.................................4

3.3PLC的选型....................................5

3.4传感器的选型......................................6

3.5I/O分配表....................................7

3.6外部接线图...................................7

3.7控制流程图...................................8

3.8梯形图.........................................9

四、总结....................................................13

参考文献.............................................14

基于PLC的自动售货机控制系统设计

摘要

随着社会的发展，越来越多方便人们的东西出现在了这个世界上，自动售货机就是其中之一。

自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便深受广大市民青睐。

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，可以每天24h售货，在我国也越来越普及。

可编程序控制器是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。

它的软、硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。

硬件主要由中央处理单元CPU、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成.PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机是当今工业发达国家自动控制的标准设设备之一。

自动售货机是集声、光、机、电于一体的智能科技产物,进入21世纪，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，发展。

使未来的自动售货机不仅仅具有售货功能，而是更加多元化,及人性化。

随着中国经济的高速发展，自动售货机在中国的普及和应用已是必然趋势。

据来自国内自动售货机市场行情分析报告表明；目前国内自动售货机市场走势已逐渐明晰，自动售货机逐步从沿海经济发达地区和各大中城市向内陆和次发达地区延伸，逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所向高中档社区普及，大有星火燎原之势，可以说是市场潜力无限。

关键字：

PLC可编程控制器的应用梯形图

一、概述

1.1自动售货机的发展现状

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。

1.2自动售货机的前景

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化的方向发展。

1.3自动售货机的主要内容

由于本设计为课程设计，因此要求上没有现实中的自动售货机功能强大，没有过多商品选择和各种报警系统。

且自动售货机的内部具有计币和比较的功能。

自动售货机实现最终的饮料，咖啡的输出，以及找钱过程由PLC控制电机来实现。

自动售货机具有以下三种模块：

（1）投币模块

在投币过程中,每投下一枚硬币,该模块将判定具体的币值,并进行钱币的累加。

（2）价格比较模块

投币完成后,系统会将在总额中钱币数据和可以购买的商品价格进行区间比较：

若大于或等于汽水的价格,则可以购买汽水，汽水指示灯亮；若大于或等于咖啡的价格,则咖啡指示灯亮。

（3）退币模块

系统可在顾客购买完商品后退回余币。

在退币过程中,最主要的是要完成退币的运算过程,运算结果放在数据寄存器,根据结果起动退币电动机工作,输出相应的钱币,退币结束时还要给程序中使用到的某些寄存器重新赋零。

二、功能需求分析

在现在科技成果迅猛发展的今天，市场经济的竞争就是利用最小的投资获取最大的利润，为了使人们在生活购物中得到方便，就出现了自动售货机。

对于一台自动售货机，如果采用电力机械来进行控制，会造成售货机有用价值空间少，浪费不必要的动力资源；如果采用液压系统控制，由于液压系统控制要求技术高，各种阀体和设备的组装较高，反应速度相对较慢，用于控制售货机的经济价值消费高，从利润价值观来考虑不适宜用于控制售货机。

采用单片机作为控制核心，这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较差。

但是PLC（即可编程序控制器）是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它不但可实现类似控制功能，还具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛地应用。

因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。

可以看出，采用PLC对自动售货机控制系统进行控制可以提高系统的稳定性和可靠性，这在现代化商业社会的今天尤为重要。

三、具体设计

3.1自动售货机的控制要求

（1）自动售货机的控制要求

1）此自动售货机可以投入五角、一元的硬币；

2）如果顾客投入硬币在限定的时间内（2分钟）不按任何按键，自动售货机将退还所投硬币；

3）当投入硬币的总值等于或超过物品价值时，对应的物品的指示灯亮；

4）当物品对应的指示灯亮灯时，按下相应的按键，指示灯闪烁，指示灯闪烁停止后相应的物品排出；

5）如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时，自动售货机会自动将余款退还顾客；

6）汽水或咖啡压着行程开关时行程开关不动作，当汽水或咖啡被卖出，行程开关动作，汽水或咖啡重新摆出。

（2）状态的定义

1）初始状态：

自动售货机内部各元件都处于复位状态，内部电机停止运转，等待投币操作。

2）投币状态：

投入硬币，自动售货机内部进行相加运算、相减运算。

3）购买状态：

按下可以购买的选择按钮，当钱数大于所选商品，所选商品被推出，如有余额退还余额。

4）退币状态：

按下退币按钮，选择退一元还是五角，退币完成则恢复初始状态。

到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。

3.2自动售货机的工作流程

自动售货机的工作流程如下图1所示：

图1自动售货机的工作流程图

3.3PLC的选型

当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。

一方面要选择多大容量的PLC,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。

首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。

控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。

因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。

所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。

则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。

这样有可能造成输出点浪费，增加成本。

所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。

一般情况下继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。

在选型方法上，应该考虑以下因素：

（1）功能方面所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。

如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。

这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。

（2）价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。

（3）根据输入、输出点的情况选择

综合上面几方面，本设计选择S7-200CPU224。

3.4传感器的选型

3.4.1传感器简介

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。

它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。

光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。

近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。

3.4.2光电传感器的工作原理

光电传感器是通过把光的强度变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：

发送器、接收器和检测电路。

发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。

在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。

在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

3.4.3光电传感器的选型

本设计选择光纤传感器。

当硬币投入时由自动售货机内部的光传感器感应，然后由光传感器识别硬币；硬币经识别后给PLC一个信号进行硬币的相加运算；当退币时由自动售货机的内部给PLC一个信号进行减法运算。

3.5I/O分配表

输入

输出

设备

输入点

设备

输出点

找零按钮

SB1

I0.0

找零出口

KM1

Q0.0

5角入口

SB2

I0.1

汽水输出

KM2

Q0.1

1元入口

SB3

I0.2

咖啡输出

KM3

Q0.2

咖啡按钮

SB4

I0.3

汽水摆出

KM4

Q0.3

汽水按钮

SB5

I0.4

咖啡摆出

KM5

Q0.4

启动

SB6

I0.5

咖啡指示灯

HL1

Q0.5

停止

SB7

I0.6

汽水指示灯

HL2

Q0.6

汽水行程开关

SQ1

I0.7

咖啡行程开关

SQ2

I1.0

表1输入输出分配表

3.6外部接线图

图2外部接线图

3.7系统流程图

图3系统流程图

3.8梯形图

图4梯形图

四、总结

通过本次毕业设计，令我学到了很多东西受益匪浅，仿佛又经历了一次系统学习，在作毕业设计前，一直认为没有什么困难，但在实际运作过程中才清楚地认识到自己的不足和短练，端正了学习态度。

我之所以选择此设计题目一是它与我国工业发展息息相关，更重要的是借此机会验证自己在校3年来所学是否学以致用，是否能够理论联系实际，以此为媒介进一步掌握PLC在实际中的具体应用方法。

通过本设计，再一次直观地证明了PLC控制的优越性先进性，在实践中探索答案，具有极强地说服力。

这次毕业设计使我加深巩固了基础知识，更加深刻的把握到基础知识的重要，了解了本专业的具体应用范围和未来工作中应用方法措施。

提高了动手和实际解决问题的能力，提高了对问题整体规划的意识。

能把握重点设计的核心，并提高查阅资料的能力，培养了团队合作精神和人际交往能力。

通过本次毕业设计的锻炼，使我更加自信，更加智慧，这会对我更快的融入到将来的社会，出色地完成工作任务有不可估量的积极作用。

经过两个多月的努力，终于有了一个较成型的设计展现在了我面前，加深了对PLC控制系统的进一步了解，更加清楚地认识到其在现代化工业中所起的巨大作用。

由于本人水平有限，难免有考虑不足之处，所以恳请老师同学们批评指正。

总结这次的毕业设计，它对我来说是对大学三年的学习成果的总结和考核，通过对本课题的设计，使自己学会调研和查阅文献资料，达到对所学知识的综合运用。

提高了分析问题的能力，解决问题和独立工作的能力，为将来的工作打下良好的基础。

我认真的撰写了毕业设计，针对老师提出的问题进行了调整和补充，完成了自动售货机系统设计，并画出自动售货机的外部接线图。

参考文献

[1]程周.可编程序控制器原理与应用.北京：

高等教育出版社，2003年.

[2]王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：

北京航空航天大学出2000年.

[3]廖常初.S7-200PLC基础教程.北京：

机械工业出版社，2006年.

[4]郑大宇.纪鹏.自动售货机结构安全机制的研究.哈尔滨商业大学学报（自然科学版）2000年.

[5]殷洪义.吴建华.PLC原理与实践.清华大学出版社.2008年.