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关于plc在自动售货机中的运用
关于PLC在自动售货机中的运用
【摘要】:
自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧,当时在美国的地铁系统中,人们可以用1美分在自动售货机上买到一块口香糖。
作为一种全新的零售方式,目前
在我国发达地区已经广泛应用,其市场前景十分看好。
PLC是以CPU为核心,综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置,是现代工业控制的三大支柱(PLC、机器人和CAD/CAM)之一。
本课题即应用PLC实现自动售货机的基本原理。
关键词:
可编程控制器;PLC;FX-2N;自动售货机。
【Abstract】:
===============================================================================================================================================================================================================
【KEYWORD】:
PLC;Washingmachine;Full-automatic;Procedurecontroller
绪论
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发展。
本系统采用FX-2n仿真实现售货机的基本原理。
其中输入部分有八个按键构成,分别实现不同的控制功能。
输出部分由四个指示灯,两个数码管构成。
本系统在设计过程中使用的应用软件主要有Word,Protel99SE,Powerpoint等。
1.PLC简介
PLC是以CPU为核心,综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置,是现代工业控制的三大支柱(PLC、机器人和CAD/CAM)之一。
目前,世界上生产PLC的主要厂家有65个,其中最有名气的厂家在日本、美国和德国。
日本的几个厂家为三菱、富士。
日立、东芝、横河、立石、光洋、夏普等公司。
美国的几个厂家为德州食品公司、通用电器公司、歌德公司、数字设备公司等。
还有德国的西门子,荷兰的飞利浦,香港的鹰达等公司也是很有名气的。
日本三菱电机公司(MITSUBISHI)于1971年开始研制PLC,目前主要有F1,F2,FX,K,A等十几个系列几十种产品,在我国(主要是华东和华南地区)的工业控制领域具有一定的市场占有率。
1.1PLC的工作原理
PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的,可以简单地表述为在系统程序的管理下,通过运行应用程序完成用户任务。
但是PLC也有它自己的特点,PLC在确定了工作任务,装入了专用程序后成为一种专用机,它采用循环扫描工作方式,系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。
1.2PLC的应用领域
PLC的主要功能和应用如下:
1逻辑和顺序控制。
顺序控制控制被广泛应用在工业生产不同领域不同场合中。
在家用电器中的运用,目前家用电器都朝着“数字化”、“智能化”方向发展,实际上是广泛应用了顺序控制系统,只需按“开关”,其余功能由机器自动完成,整个过程实现“无人化”操作。
如全自动洗衣机等。
2过程控制。
应用于冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合。
3运动及位置控制。
应用于机械、机床、机器人、电梯等场合。
4数据处理。
应用于造纸、冶金、食品工业中。
5通信联网。
6特殊功能。
如定位、显示等。
1.3PLC的基本结构
1.4三菱FX-2N系列简介
FX2N系列是FX系列中功能最强的、速度最高的微型可编程序控制器。
FX2N有3000多点辅助继电器、1000多点状态继电器、200多点定时器、200点16位加计数器、35点32为加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针。
这为应用程序的设计提供了丰富的资源。
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。
超高速的运算速度(0.08μs/step),丰富的软件元件,程序容量:
内置8000步,最大可扩充至16000步。
●主机点数16/32/48/64/80/128,分为晶体管输出/继电器输出,交流电源/直流电源,最大可扩展到256点。
●采用各种特殊功能模块,可达到高性能的高速计数,定位控制,温度控制等功能。
●CC-LINK
2.售货机设计说明
自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧,当时在美国的地铁系统中,人们可以用1美分在自动售货机上买到一块口香糖。
作为一种全新的零售方式,八十年代以来,自动售货机在美、日等发达国家得到了迅速地普及和发展。
人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡甚至鲜花和小宠物等物品。
目前在我国东部地区和中西部部分市场上已经逐步推广应用,其商业前景十分可观。
在实际生活中,我们见到的售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算,并根据投入的货币额来判断可以购买的商品。
在本系统中设计可接受三种面值的货币,1元,5元,10元由于系统没有采用货币识别系统,故用铵键X0,X1,X2分别代表1元,5元,10元的货币,也就是每按键一次代表相应面值的货币投入一张,本系统一次最多接受的货币金额只可在100元以内,否则喇叭报警,并自动退回用户所投货币。
在系统中共有3种商品可以选择,即咖啡,汽水,花茶,其出售价格分别为20元,10元,15元。
数码管用于显示当前用户还可消费的金额。
LED灯用于指示哪些商品可供选择及被选择后商品的送出。
用户消费余额按退币键即可退回。
退币会有相应的LED闪烁指示。
投入响应金额的货币后,如果投入货币金额大于某项商品单价则该商品对应的LED指示灯会点亮,此时可按下相应的铵键表示已选择该商品,相应的指示灯此时会闪烁3次已示该商品已经售出。
同时数码管显示的金额会减去已经消费商品的价格,按退币键即可退回余额。
本系统不计缺货等因素。
3.系统的设计
3.1机型选择和I/O地址分配
PLC是一种用作数字控制的专用电子计算机。
它根据用户给的指令,通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值运算,在通过输出接口去控制各种执行机构动作。
它和单片机一样,主要有CPU、存储器、I/O接口模板三部分。
它是整体模块形式,因此由它作为售货机控制系统,在硬件设计上就相对简单点。
通过对系统结构图的分析,可知售货机的I/O点不多,选择三菱FX-2N系列可以完全满足其要求,如表1-1。
3.2硬件的设计
3.2.1电源部分
由于本系统在显示部分是用数码管,LED等实现的,所以PLC需使用外接5V电源,这里采用7805来实现直流5V。
此不做详述。
其电路图如下所示。
3.2.2PLC接口部分
本系统采用三菱FX-2N系列的PLC,且PLC与控制和显示部分的接线如下图所示:
3.2.3控制和显示部分
(一)控制部分
控制部分由八个按键组成,分别有一个引脚接PLC的X0,X1,X1;X6,X7;X10,X11,X12。
另外一只引脚短接后接PLC输入的COM端。
其中,X0,X1,X2是投币按钮,分别代表1元,5元,10元,即每按键一次代表已投入相应的金额投入,如若要投入6元,则按键X0六次,或者先按键X0一次,再按键X1一次即可。
X6为启动按按键,上电后,只有先按X6键后,按其它键才有效。
X7为退币按键,用户在操作过程中,如果想中断操作或者操作完毕后想退出操作按此键即可退回消费余额,如果投币金额大于99元程序则会自动调用此按键功能,退回用户所投入金额。
X10,X11,X12为选择按钮,分别可以选中汽水,花茶和咖啡。
这里须注意的是用户所投入的金额不小于该货物的单价时,按键才有效,此时相应的指示灯点亮。
(二)显示部分
(1)数码管
数码管用于显示用户当前可以消费的金额,如果显示56,表示用户有56元可以消费。
这里用CD4511译码后接七段译码显示器。
CD4511是一种BCD码七段译码驱动器,有A,B,C,D四个BCD码输入端,a,b,c,d,e,f,g四个译码输出端,输出“1”有效,用来驱动共阴极LED数码管。
LT为测试输入端,为0时译码输出全为“1”。
BI为消引输入端,为0时,译码输出为“0”。
LE为所定端,LE=“1”时,译码器处于锁定保持状态,译码输出保持在LE=0时的数值,LE=0时为正常译码。
具体参见下表真值表。
(2)发光二极管和喇叭
本系统中共用到四个发光二极管,分别接到PLC的Y10,Y11,Y12,Y13端,其中接到Y10,Y11,Y12的三个LED灯点亮时分别表示汽水,花茶和咖啡用户可以选择,这三个灯以1s的周期闪烁时则表示相应的商品已经送到取货筐。
接Y13的LED为用户在按退币键X7后以0.1s的周期闪烁,表示退币正在进行中,当用户投币金额大于99元自动退币时,该LED也会闪烁。
喇叭用于用户投币大于99元时报警用,报警时间为4s,报警结束后,系统自动退币。
3.3软件的设计
3.3.1系统涉及PLC指令简介
㈠功能指令的应用
⑴比较指令CMP
比较指令在PLC控制系统中是一条十分重要的功能指令,它将[S1]、[S2]中的数据进行比较,比较结果送到目的操作数[D]中,如下图所示,当X0为OFF时,不执行CMP指令,M0,M1,M2保持不变;当X0为ON时,执行CMP指令,[S1]、[S2]中的数据进行比较,即C20计数器值与K100(数值K100)比较。
如果C20当前值小于100,则M0=1;如果C20当前值大于100,则M2=1;如果C20当前值等于100,则M1=1。
⑵计数指令
计数器使用两条指令完成计数任务,其指令编程格式如图1-7所示。
⑶运算指令
1加法运算
加法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加,结果送到指定的目标元件中,如图1-8所示。
当X0为1时,(D10)+(D12)=(D14),运算是代数运算。
2减法运算
减法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加,结果送到指定的目标元件中,如图1-8所示。
当X0为1时,(D10)+(D12)=(D14),运算为代数运算。
⑷BCD指令
BCD码变换指令是将源操作数中的二进制数变换成BCD码送至目标操作数中,如上图所示。
当X0为ON时,将D12中的二进制数变换成BCD码送到输出口Y7~Y0中。
之后的BCD码可送到LED七段显示器显示D12中的值。
㈡常规定时器T0~T245
T0~T199为100MS定时器,共有200点,定时范围为0.1~3276.7S。
其中T192~T199为子程序中断服务程序专用的定时器;T200~T245为10MS定时器,共有46点,定时范围为0.01~327.67S。
图1-11为定时器的工作原理图。
当X1接通时,定时器T210的当前值计数器对10MS的时钟脉冲进行累积计数。
当该值与设定值K213相等时,定时器的输出触点就接通,即输出触点是其线圈被驱动后213*0.01S=2.13S时动作。
如果X1的常开触点断开后,定时器T210被复位,它的常开触点就断开,常闭触点接通,当前计数值为零。
㈢辅助继电器(M)
PLC内部有很多辅助继电器(M),辅助继电器与PLC外部无任何直接联系,它的线圈只能由PLC内部程序控制,它的常开和常闭两种触点只能在PLC内部编程时使用,并且可以无限次使用,但是,它不可以直接驱动负载,外部负载只能由输出继电器驱动。
(1)通用辅助继电器
FX2n的通用辅助继电器的元件编号为M0~M499,共有500点。
如果PLC运行电源突然中断,输出继电器和M0~M499将全部变为OFF,若电源再次接通,除了因外部输入信号变为ON以外,其余仍然保持为OFF状态。
(2)特殊辅助继电器
FX2n的特殊辅助继电器的元件编号为M8000~M8255,表示PLC的某些状态,本系统中主要用到下面几个特殊辅助继电器
M8002:
初始化脉冲。
M8012:
100ms时钟脉冲。
M8013:
1000ms时钟脉冲。
3.3.3售货机软件说明
(一)按键投币部分
按键X0,X1,X2为投币键,每按键一次,即X0,X1或X2接通一次,往寄存器D10中累加按键代表的相应金额,但是在报警和退币的时候不可投币,此时M206和M208会分别断开,此时按投币键无效,只有在退币过程结束4s后,再按投币键方才有效。
M204在系统上电按下启动键X6后接通后,M205接通时方可开始下一次操作。
(二)价格比较部分
寄存在D10中的货币金额和商品的单价相比较,如第一句中如果(D10)>20,则M6=1;(D10)=20,则M7=1;(D10)<20,则M8=1。
最后一句用于判断用户投币金额是否大于99,只有当(D10)<100时,即M9=1时方可调用下列程序,否则系统自动调用退币程序。
当用户投币金额不大于99时,并且大于相应商品的单价时,对应的指示灯会点亮,当某种商品被选择后,对应的指示灯会以1s为周期闪烁。
在退币时LED灯不在点亮,即M300的常闭触点断开。
(三)选择商品和送出部分
选择商品部分由三段程序构成,分别用来处理汽水,花茶和咖啡的选择,下面以选择汽水为例进行详细说明。
汽水的单价为12元,当汽水指示灯点亮,即Y10接通时,每按键一次汽水选择按钮X10,系统将把用户的可消费余额减去12元,如按键前数码管显示50元,按键后则显示38元。
这里须注意的是按键X10时,不可同时按X11,X12,否则,按键无效。
同样在商品送出时按选择商品键也是无效的,这里由M30的常闭来实现。
商品的送出由代表该商品的指示灯闪烁4次来表示。
当选择该商品后在实现上述处理的同时,将M30置“1”,它的常闭触点可以屏蔽用户再次选择该商品,它的一对常开触点用于产生四个周期为4s的方波,每个方波的占空比为50%。
其波形如下所示。
当C0在四次计数完毕后,释放M30,并将C0复位清零。
(四)退币找零部分
退币键为X7,当接通X7后,退币指示灯Y14开始以0.1s为周期不断闪烁,以表示系统退币正在进行中。
闪烁时间由T14设置,这里设置T14=400,即400×0.1s=40s。
M207的常开在用户投币金额大于99元系统自动调用退币时接通。
退币时,系统根据拥护所剩余额进行比较,当余额大于或者等于10元时,先退币面值为10元的货币,然后,再将小于10元的用户余额退回给用户。
在按退币键X7后,为保证系统的可靠性,用户在4s内不可在投币,即T26的常闭触点接通M208,而前面已经说明M208的常闭触点可以实现阻止用户投币的作用。
3.3.3售货机软件梯形图及指令表
4.结束语
这次毕业设计将我学过的理论知识应用到实践,以前在校学习时不够清楚如何应用所学知识,对所学的知识不能很好的融会贯通。
但现在通过毕业设计,让我很好的运用了模电,数电,自动控制、PLC等方面的知识,对其加以进一步的消化和巩固,并进行很好的链接。
通过对全自动售货机控制系统的设计,让我体会到PLC使用的广泛性及其重要性,PLC技术的出现给现代控制领域带来了一项新的改变。
目前,PLC在控制系统诸多领域中得到了极为广泛的应用,特别是其中FX系列的PLC的出现,具有很高的可靠性,抗干扰能力强,适应性强,应用灵活,编程方便,易于使用,功能强,扩展能力强,控制系统设计、安装、调试方便,维修方便,维修工作量小,体积小、重量轻、易于实现机电一体化。
推动了工业生产,影响着人们的工作和生活。
总之,这次毕业设计让我把理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。
这些在我今后的学习和工作当中都会有很大的帮助。
最后,我要感谢我的指导老师,是她给了我许多的指导和帮助,特别是在软件设计的整体思路上。
参考文献:
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东南大学出版社,2003.6
2.谢克名明,夏路易主编.可编程控制器原理与程序设计.北京:
电子工业出版社,2002.8
3.张凯主编.可编程控制器教程.南京:
东南大学出版社,2005
4.张万忠,孙晋编著.可编程控制器入门与应用实例(三菱系列).北京:
中国电力出版社,2005
5.钟福金,吴晓梅编著.可编程序控制器.南京:
东南大学出版社,2003
自动售货机的PLC系统设计
文摘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
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。
据说世界上最早的自动售货机出现在公元前3世纪,那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。
17世纪,英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。
在自动售货机历史的长河中,日本开发出实用型的自动售货机,那是在进入本世纪后的事。
日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动出售机”,它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。
自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。
50年代,“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎,果汁被注入在纸杯里出售。
后来,由于美国的饮料大公司进入日本市场,1962年,出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。
1967年,100日元单位以下的货币全部改为硬币,从而促进了自动售货机产业的发展。
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化的方向发展。
因经济复苏缓慢,社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。
自动售货机不仅保障了惬意的工休时间,也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。
特别是在24小时无休工作状态中的办公场所,使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机,解决了不间断提供咖啡饮品服务的问题,这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。
1999年的全美自动售货机协会和全美咖啡服务协会的合并使人们更直观地看到了这种融合现象。
日本是自动售货机的天堂。
除鸡蛋、米饭之外,报纸、杂志、一次性相机、干电池、磁带、刮胡刀、袜子、花及宠物食品等各种商品都通过自动售货机进行销售。
连熟知自动售货机的美国游客在日本看到10台自动售货机排成一列的景象后,也是连声称奇。
韩国大约有78万台自动售货机,是除了日本、美国、英国之外自动售货机使用数量最多的国家。
从不同的种类来看,咖啡茶的自动售货机约占全部售货机的40%以上;另外,还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、办公咖啡自动售货机和照片胶粘标签自动售货机、票类自动售货机、手机充电自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。
主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁等,公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。
运营自动售货机产业的公司在全国大约有800余个,而销售自动售货机原料、商品流通、机械销售的公司大约达到了1150个。
1自动售货机介绍
1.1自动售货机功能分析
这部分阐述了自动售货机的各种动作功能和控制要求,给出了完整的自动售货机操作规程,并介绍了自动售货机运行系统种所包括的人工操作步骤。
1.1.1自动售货机的基本功能
在进行上、下位机程序编写之前,首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。
在实际生活中,我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品,如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。
售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算,并根据货币数值判断是否能够购买某种商品,并作出相应的反应。
举一个简单的例子来说明,例如:
售货机中有8中商品,其中01号商品(代表第一种商品)价格为2.60元,02商品为3.50元,其余类推。
现投入1个1元硬币,当投入的货币超过01商品的价格时,01商品的选择按钮处应有变化,提示可以购买,其他商品同比。
当按下选择01商品的价格时,售货机进行减法运算,从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机,提取01号商品到出货口。
此时售货机继续进行等待外部命令,如继续交易,则同上,如果此时不再购买而按下退币按钮,售货机则要进行退币操作,退回相应的货币,并在程序中清零,完成此次交易。
由此看来,售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算,这是它的内部功能。
还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。
自动售货机的工作流程图如图1所示。
图1自动售货机工作流程图
1.2PLC的选型原则
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。
对第一个问题,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。
对第二个问题,则有以下几个方面要考虑:
(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。
在使用PLC较多的情况下,这样的差价当然是必
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