1、 毕业设计说明书 课题名称 : 自动售货机的 PLC 系统设计 学生姓名 专 业 机电一体化 班 级 时 间 2011.10 2012.4 指导教师 电子与电气工程系 1 目 录 摘要 . 2 绪论 . 3 第 1 章 自动售货机的介绍 . 4 1.1 自动售货机的功能分析 . 4 1.11 自动售货机的基本功能 . 4 1.2 PLC 的基本结构及原理 . 5 1.21 PLC 的系统结构 . 5 第 2 章 PLC 系统设计 . 6 2.1 可编程序控制系统设计的基本原则 . 6 2.11 控制系统设计原则 . 6 2.12 控制系统设计的基本内容 . 7 2.13 控制系统设计的一半步骤
2、 . 7 2.14 程序设计的步骤 . 7 第 3 章 自动售货机 PLC 程序设计 . 9 3.1 设计任务的确定 . 9 3.2 程序设计部分 . 10 3.21 程序设计说明 . 10 3.22 PLC 程序设计 . 10 3.3 数据连接 . 19 3.31 定义 I/O 设备 . 19 3.32 设计 . 22 3.33 运行 . 26 结束语 . 27 参考文献 . 28 2 摘要 近些年，随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不断提高，自动售货机也已悄然步入了我国的大中城市。在国家相关政府部门的大力支持下，中国的自动售货机产业以超常规的速度迅猛发展，并带动了一批新的服务业、
3、物流运输配送业的快速发展，丰富了中国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助服务时代。 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 3 绪论 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
4、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
5、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
6、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。 4 第 1 章 自动售货机的介绍 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
7、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
8、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。 5 图 1 自动售货机工作流程图 1.2 PLC 的基本结构及原理 1.2.1 PLC 的系统结构 可程序逻辑控制器（ PLC， Programmable Logic Controller），乃是一种固态电子装置，主要利用输入输出装置的回授信号及储存程序，控制机械或程序的操作。在工厂自动化（ FA）系统中
9、， PLC 因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为自动化业界所采 用。近几年来，各 PLC 制造厂家无不致力于新机种的研发，所以在 CPU 处理速度、扩展模块及通讯的功能上，相较于早期 PLC 控制器，已有长足的进展。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。 目前 PLC 种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元 CPU、存储器 RAM 和 ROM、输入输出接口电路、电源
10、、 I/O 扩展接口、 外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 如图 2所示， PLC 控制系统由输入量 PLC 输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入量，它们经 PLC 外部输入端子，作为 PLC 的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见， PLC 的基本结构有控制部分6 输入和输出组成。 图 2 第 2 章 PLC 系统设计 2.1 可编程序控制系统设计的基本原则 2.1.1 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
11、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。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。 (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。 7 （ 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。 2.1.2 控制系统设计的基本内容 PLC 控制系统是由 PLC 与用户输入、输出设备连接而成的，因此， PLC 控制系统设计的基本内容应包括： （ 1）用户输入设备（按钮、操作 开关、
12、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。 （ 2） PLC 的选择。 PLC 是 PLC 控制系统的核心部件，正确选择 PLC 对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择 PLC，应包括机型选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。 （ 3）分配 I/O 点，绘制 I/O 连接图。 （ 4）设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系 统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的
13、关键。因此，控制程序饿设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。 （ 5）必要时还需设计控制台 （ 6）编制控制系统的技术文件。 2.1.3 控制系统设计的一般步骤 （ 1）根据生产的工艺过程分析控制要求。 （ 2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定 PLC 的 I/O 点数。 （ 3）选择 PLC 系统。 （ 4）分配 PLC 饿 I/O 点，设计 I/O 连接图。 （ 5）进行 PLC 程序设计，同时可进行控制太的设计和现场施工。 2.1.4 程序设计的步骤 （ 1）对 于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程土，用以清楚地表明动作的顺序和条件。 （ 2）设计梯形图。这程
14、序设计的关键一步，也是比较困难的一步。 （ 3）根据梯形图编制程序清单。 （ 4）用编程器将程序输入到 PLC 的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。 （ 5）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 （ 6）待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新8 修改程序或检查接线，直到满足为止。 （ 7）编写技术文件。 （ 8）交付使用。 控制系统设计步骤流程图如图 3 所示： 9 图 3 PLC 控制系统设计步骤 第 3 章 自动售货机 PLC 程序设计 3.1 设计任务的确定 在清楚自动售货机运行工作过程的基础上，制定出设计方案，确定任务的目标，以设计出合理的仿真系统。 首先，应该做上位机与下位机的任务分工：上位机主要用来完成仿真界面的制
