基于西门子s7-200的自动售货机设计.docx

1、毕业设计（论文）专用纸 第 I 页摘要 本文阐述了自动售货机的设计概论、研究意义以及它的发展历史，对自动售货机的方案进行了论证。本设计采用西门子 s7-200 系列 PLC 作为控制系统，介绍了 PLC 的基本组成、发展以及特点。文中详尽地介绍了自动售货机的原理以及各硬件组成， PLC 外部接线图，并与按钮指示灯相结合进行人机交互，以完成交易。本设计编程部分采用了西门子专用编译软件进 PLC 梯形图的编写。基于西门子 s7-200 系列 PLC 控制的自动售货机具有很高的稳定性，保证自动售货机能够长期运行。 关键词： PLC，自动售货机，梯形图 毕业设计（论文）专用纸 第 II 页Abstra

2、ct This paper expounds the introduction to the design of the vending machine, the research significance and the development history of it, and demonstrates the scheme of it. This design scheme adopts the Siemens s7-200 series PLC as the control system, and introduces the basic structure, development

3、 and characteristics of the PLC. This paper introduces the principle of the vending machine and the hardware composition and PLC external wiring diagram, and combined with buttons and indicator lights for human interaction in order to complete the transaction. This design programming part adopts Sie

4、mens compiler software into the writing of the PLC ladder diagram. The Siemens PLC control-based vending machine has high stability to ensure the vending machine can run for a long time. Keywords: PLC, vending machine, ladder diagram 毕业设计（论文）专用纸 第 III 页目录 1 绪论 .1 1.1 课题研究背景、目的以及意义 .1 1.2 自动售货机的历史沿革与

5、发展前景 .1 1.3 本设计的基本要求 .3 1.4 自动售货机设计的基本思路 .4 2 PLC 概述 .5 2.1 PLC 的产生以及定义 .5 2.2 PLC 发展趋势 .6 2.3 PLC 的硬件组成与工作原理 .7 2.4 PLC 的编程语言 .9 3 自动售货机的整体设计 .10 3.1 自动售货机控制面板图 .10 3.2 电机的选择 .11 3.4 钱币识别器 .12 3.5 电磁阀的选择 .16 4 控制系统设计 .17 4.1 控制电路硬件组成框图 .17 4.2 工作流程图 .17 4.3 自动售货机 I/O 点分配 .19 4.4 自动售货机的接线图 .20 5 PLC

6、 程序设计 .21 结论 .25 致谢 .26 参考文献 .27 附录程序图 .29 毕业设计（论文）专用纸 第 1 页1 绪论 1.1 课题研究背景、目的以及意义 近年来，中国的经济发展十分迅猛，随着人们生活水平的提高，人们对物质与精神的需求越来越高，所以很需要一些能提高人们生活品质的东西，譬如在营业时间外的时候，我很需要一瓶饮料来止渴，这时候如果有一台制动售货机，那将很大的提升我的幸福感。在中国，自动售货机就算在大城市也并不是十分多见，而且主要集中在地铁、学校、车站等人员密集的地方。在 2008 年北京奥运会的时候，我国的自动售货机市场开始萌芽，并且数量快速的增长。随着人们对自动售货机的认

7、可度与满意度的提高，我国每年新增加的自动售货机数量也迅猛增长，在 2011 年增加的数 量为一万台，而在 2013 年增加数量为三万台，据我预计在未来几年里的增长速度至少在一万台每年甚至更多。自动售货机不但给人们的生活带来了极大的方便，而且也成为现代化城市的一道亮丽的风景线。 自动售货机是一种全新的商业零售模式， 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。其特点是科技含量高，集光、机、电、防伪识别、数字密码、智能软件等技术于一体； 24 小时服务，售货便利，无需专人盯守，省人工，省成本；售货范围广，人们通过自动售货机不仅可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票

8、、卡，甚至鲜花和小宠物等物品；此外它还是一种新颖独特的广告媒体。在日本， 70%的罐装饮料是通过自动售货机售出的，根据日本麒麟啤酒公司调查，一台自动售货机每年可售出上万罐清凉饮料，比一般不太繁忙的小商品销量还 要大；在西班牙，全国通过自动售货机售出的商品销售额占全国零售业的六成以上，并以每年 10%的速度递增。；全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有 50 万台饮料。中国是在自动售货机市场公认的最具有市场潜力的国家，有着增长速度最快的市场，所以对自动售货机的设计势在必行。 1.2 自动售货机的历史沿革与发展前景 公元 1 世纪，希腊人希罗制造的自动出售圣水的装置是世界上最早的自动售毕业设计（

9、论文）专用纸 第 2 页货机。 1925 年美国研制出售香烟的自动售货机，此后又出现了出售邮票、车票 的各种现代自动售货机。现代自动售货机的种类会因为所出售的物品不同而有 不同的功能，主要有糖果、饮料、报纸等自动售货机。一般的情况下自动售货机主要有这几个部分，货币系统、指示系统、出货系统。货币系统是售货机的核心，它的主要功能是验钞辨伪，计算投币的数量金额等。指示系统可以给消费者各种操作提示等。出货系统可以储存物品，等待信号传过来，把消费者选择的物品送到出货口。一般来说售货机的货币系统由投币口、选别部分、验钞的部分、统计货币金额装置和找零装部分成。 1970 年之后，陆续出现了各种以计算机微控制

10、系统的新型的自动售货机和增加了刷银行卡的功能并与网络连接的更大规模的无人售货系统，如无人 自选商场、车站的自动售票和检票系统、银行的现金自动支付机等。 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，而日本人所开发的自动售货机是在这个世纪里面发生的事情。 1904 年发明的“邮票明信片自动售货机”是第一台日本的自动售货机，它不仅仅可以出售邮票以及明信片，还能作为一种邮筒方便人们投递信件等。在世界第二次大战以后自动售货机才被广泛的使用起来。在 50 年代期间里，“喷水型果汁自动售货机”获得了人们的高度认可，出售的果汁被放入纸杯中来售卖。后来，由于美国的饮品巨头企业如可

11、口可乐等闯入 到日本市场里， 1962 年，在流通领域爆发的革命就是以自动售货机为主力军的。再 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。 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。由于销售环境的大幅度变化比如大量的生产和大量的消费以及消费模式，急需要一种新的销售流通渠道；而和大型超市、百货大楼等新兴的销售方式的流行，极大地加大了销售成本，费用不断地上升；而且有着它这种模式固有的弊端，例如场地的局限性和购物的便利性等问题的制约，所以无人自动 售货机这种新型的销售机器就应运而生了。 以广义的角度来讲这种

12、机器就是投入货币或者信用卡刷卡后就可以售卖货物的一种机械，以狭义角度来说就是自动销售商品的机械。从售货的方式上来说这种机器可以大大的弥补人力资源紧缺的问题而且减少了费用成本，更加的适合毕业设计（论文）专用纸 第 3 页消费模式和消费环境的改变，全天 24 小时的无人自动售货的系统可以使销售更便捷，销售所需的成本低廉、并且占地非常的小，可以有效地吸引到消费者的购买欲望，并且完美的解决掉了人工费太高的问题。 自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。比如说使用了机机相连的方式，通过某 些线路将自动售货机内的货物剩余量等信息及时地传送各营业点的计算机中，从而确保了货物的发货、补给以及物品选择的

13、快速进行。并且，为了低碳环保，自动售货机的开发更加注重能源的节省，节能型饮料自动售货机在行业中成为了主流。在夏季电力使用非常大的高峰时期，节能型自动售货机即使在切断制冷装置的时候也能保持相当低的温度，与老式的自动售货机比，它可以节约掉 10 15%的电能。在新的世纪里面，自动售货机将会进一步地向节省资源以及能源和高效率化多功能化的方向发展。 自动化是未来的发展趋势，不论是制造业、服务业还是零售业。我们都 将看到更多的设备取代人工。在这样一个大的趋势下，自动售货机行业的前景时光明的。 1.3 本设计的基本要求 本设计的目的是设计一个基于西门子 s7-200 系列 PLC 的可靠性强、方便快捷的自

14、动售货机，该售货机具有自动辨别若干种饮料，并对投币币值进行累计，根据币值选择商品。而且商品并可以随时退币。具体内容如下： （ 1）自动售货机有两种类型的进币口，分别为 1 元硬币， 5 元、 10 元纸币。 （ 2）售货共有 6 种饮料供选择，饮料种类如下：康师傅矿泉水（ 1 元）、农夫山泉（ 2 元）、可口可乐（ 3 元）、果汁（ 3 元）、佳得乐（四元）和 雀巢咖啡（ 5 元）。投币总量等于或大于商品价格时，对应商品指示灯亮，表示可以选择该商品。 （ 3）按下要买的食品按钮，则相对应的指示灯闪烁，自动售货机开始动作，进行饮料的吐出。 （ 4）动作停止后余额会显示在 7 段数码管上。 （ 5

15、）当对应商品售光时，对应红灯亮。 （ 6）按退币钮，则可以退出余额，交易完成。 。 毕业设计（论文）专用纸 第 4 页1.4 自动售货机设计的基本思路 对于自动售货机的整体结构设计 首先利用相关图形软件对自动售货机的外观构造进行模型设计。然后对内部的各个装置，如投币口、选别装置、确认钱币真伪的检查装置、计算金额的计算装置和找钱装置等进行粗略的介绍。 对于 PLC 控制部分（本设计重点部分） 本次采用的是西门子公司的 S7 200 系列 PLC，它可以提供 4 种不同的基本单元和 6 种型号的扩展单元，它的系统构成主要有下面几个部分：基本的单元、扩展的单元、存储卡、编程器、文本的显示器和写入器等

16、。 PLC 控制部分包括以下几个部分。 （ 1）自动售货机控制流程图设计 （ 2）控制电路硬件组成框图 （ 3） 工作流程图 （ 4） I/O 点统计与分配 （ 5）外部接线图设计 （ 6） 程序梯形图设计。 毕业设计（论文）专用纸 第 5 页2 PLC 概述 2.1 PLC 的产生以及定义 20 世纪 60 年代，在汽车生产的领域中还在使用着以继电器为核心的控制装置，由于汽车的每一次的升级换代、更改外观部件等都要使当时的继电器控制系统重新的设计连接和安装。随着生产水平的不断发展，汽车升级换代的频率越来越快，这样下来继电器控制系统就要频繁的大幅度更改，既要重新的设计又要重新的安装连接，十分的不

17、方便，而且耗费的人力和物力十分的巨大，非常的不经济，甚至这会拖慢了汽车更新的速度。所以工厂上十分的迫切地改变这一现状，美国通用汽车公司在 1969 年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指 标，即 ： （ 1）编程方便，现场可修改程序。 （ 2）便于修理，使用模块化模式。 （ 3）相比于继电器来说可靠性大大增强。 （ 4）相比于继电器来说体积大幅度减小。 （ 5）可直接与计算机相连，方便数据传输。 （ 6）性价比较于继电器来说并无劣势。 （ 7）可以输入交流 150V 以上。 （ 8）输出为交流 115V，容量要求在 2A 以上，可以直接与电磁阀、接触器相连接，方便

18、控制。 （ 9）扩展十分方便，不需要大幅度改动系统。 （ 10）用户存储器容量能扩大到 4KB 以及以上（适应当时汽车装配过程的需要） 。 在上世纪六十年代末，美国数字设备公司（ DEC）开发并且制作出了地球上第一台可编程逻辑控制器 ,并且成功地试用到了美国通用汽车的自动化生长线上面。这种可编程逻辑控制器控制系统凭借着简单易懂、操作便捷、高可靠性、通用性灵活、超小的体积、超长的使用寿命等一系列优势，快速的应用到了各种工业领域的控制系统方面。以后几年已经成功地应用于视频、饮料、冶金及造纸等行业。 毕业设计（论文）专用纸 第 6 页图 2.1 西门子 S7-200 系列 PLC 可编程序逻辑控制器

19、（ Programmable Logic Controller,缩写 PLC,简称可编程控 制器），是在科学技术飞速的进步与目前社会的声场销售方式的改变的大环境下，为满足品类多、批量小、能耗低、性能高的发展需要，开发出的一种新型的以 CPU 为核心的工业领域的控制系统装置。可编程逻辑控制器虽然从 1969 年问世开始算起只有短短的五十余年，但由于具有良好的性能价格和稳定的工作状态以及简单的操作性，已经广泛应用于生产实际中。 可编程序控制器具有对开关量和模拟量的多种控制给你，早期作为一种新型的顺序控制装置应用于实际生产中。以往人们习惯的是以继电器 -接触器硬连线构成的顺序控制装置，采用接线逻辑，

20、控制要求不同， 接线就不同，而可编程控制器以微处理器、存储器为核心，采用存储逻辑，具有信息存储能力、软件编程能力和扩展性强等优势，通过编程可以实现不同的控制功能，在现代控制领域中得到广泛应用，已经成为工业自动化支柱之一。 2.2 PLC 发展趋势 PLC 自问世以来，经过近 40 年的发展，已成为很多发达国家的重要产业， PLC 在国际市场中已成为最受欢迎的工业控制产品。随着科学技术的发展及市场需求量的增加， PLC 的结构和功能在不断改进，生产厂家不停地将功能更强的 PLC毕业设计（论文）专用纸 第 7 页推入市场，平均 35 年就更新一次，而升级换代的方向基本上为以下几个方向。 (1) 体

21、积更小，速度更快。现在的小型 PLC 体积已经不大了，但是微电子技术及电子路装配工艺会不断地向前发展，这都会使它变得越来越小，以后甚至可以安装到各种各样的小型设备里面进行实现控制的功能，其速度也会随着电子电路技术的不断发展实现质的飞跃，这样下来可以使控制系统的控制作用更加的及时以及精准 。 （ 2） 高可靠性 、大型化、 兼容性 高 、 多功能化 。 现在大型的 PLC 控制系统 ， 基本上都是 CPU 的结构 ，如的 Mitsubishi Group 的 ANA 系列可编程控制器使用了世界上第一个顺序控制专用芯片 。 扫描一条基本指令的时间为 0.15us。松下公司的 FP10SH 系列 P

22、LC 采用 32 位 5 级流水线 RISC 结构的 CPU，可以同时处理 5条指令，顺序指令的执行速度高达 0.04us，高级功能指令的执行速度也有很大的提高。 对于关于模拟量控制的这一个部分 ， 在闭环控制的 PID 模块这种专业应付模拟量约束方式外 ， 伴随着模糊统治理论的提出以及不断的开发 ， 已经研制出了含有模拟量的模糊控制、自适应以及 参数自整定功能的可编程控制器， 运用起来十分的便捷 ， 所需 调试时间 大大缩 短， 控制的准确 程度大大的 提 升 。 （ 3）能够与其它控制系统结合使用。在 某些大型 控制系统中计算机和 PLC 在应用功能方面 互相补充做到了一加一大于二 ，让控

23、制系统的价格便宜，效率更高。目前工业控制系统的趋势是采用开放式的应用平台，所以各个厂家所生产的 PLC就能在同一个网络中运行 。 20 世纪八十年代末 美国 的 AB 集团 与 DEC 集团 联合开发的金字塔集成器，让PLC 能与 PC 机紧密的结合在一起，开发出了一种新型的 IPLC 型可编程控制器。他能运行 WINDOWS 系统，而本质上就是以梯形图用语言控制的计算机。通过 PC机和 PLC 相结合的这种新的思路方法，使之后的生产和管理相当的便捷，这样既拥有 PLC 的简单、易用和可靠的优势，又有强大的数据处理更了。 2.3 PLC 的硬件组成与工作原理 PLC 的硬件主要由中央处理器（ CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中， CPU 是 PLC 的核心；输入单元 /输