1、茂 名 学 院 毕业论文 题 目： 自动售货机 PLC 控制系统设计 英文并列题目 : wending machines PLC control system design 学院 电气工程学院 专业 电气工程及其自动化 班级 电气04- 1 班 学生： 张荣 指导教师（职称） 金伟（副教授） 完成时间： 2009 年 03 月 30 日至 2009 年 06 月 20 日 茂 名 学 院 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 自动化 系 电气工程及其自动化 专业 电气 1 班 学生 张荣 一、毕业设计 (论文 )课题 自动售货机 PLC 控制系统设计 二、毕业设计 (论文 )工作自 2009 年
2、 3 月 30 日起至 2009 年 6 月 20 日止 三、毕业设计 (论文 )进行地点 院内 四、毕业设计 (论文 )的内容要求 1.熟悉课题，明确本课题的任务与要求； 2.收集查询与本课题有关系的文献资料 ,写出开题报告书； 3.拟定进行课题的技术路线 ； 4.熟悉自动售货机装置的控制流程与控制要求； 5 画出自动售货机控制过程的流程图； 6.确定控制的 I/O 端数 ,并画出控制端连接图； 7.根据 I/O 端数目 ,选择 PLC 型号； 8.对 I/O端进行分配； 9.画出控制线路图及控制 逻辑梯形图； 10.根据逻辑梯形图进行系统程序设计； 11.进行系统控制实验 ,并对实验结果分
3、析； 12.撰写毕业论文（要求三稿）； 13.准备毕业论文答辩。 教研室负责人 指导教师 金伟 接受设计论文任务开始执行日期 2009 年 3 月 30 日 学生签名 系主任 批准日期 摘要 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 Abstract The digest this text has i
4、ntroduced the basic principle and workflow of the dispenser , then take transaction course as an example , divide the trade course into several procedure ones, then carry on programming to the procedure one separately. It has stated the role in dispenser of the controller of can programme ing that c
5、oncrete. The procedure has involved most course that the dispenser worked. The dispenser utilizing PLC to control has improved systematic stability, it can be steady in a long-term to guarantee the dispenser and run. Keyword dispenser ; Can programme the controller ; Ladder-shaped picture Keywords d
6、ispenser ;vending machine ; Ladder-shaped picture 目录 I 目录 摘要 .I Abstract . II 目录 .I 第一章 前言 . 1 第二章 自动售货机介绍 . 3 2.1 自动售货机功能 分析 . 3 2.1.1 自动售货机的基本功能 . 3 2.2 PLC 的选型原则 . 4 2.3 PLC 的概述 . 5 2.3.1 PLC 的产生 . 5 2.3.2 PLC 的定义 . 6 2.3.3 PLC 的发展趋势 . 6 2.3.4 PLC 的特点 . 7 2.3.5 PLC 的主要功能 . 9 2.4 PLC 的基本结构及原理 . 10
7、 2.4.1 PLC 的系统结构 . 10 2.4.2 PLC 各部分的作用 .11 2.5 三菱可变成序控制器产品 FX2n 系列介绍 . 13 第三章 PLC 系统设计 . 15 3.1 可编程序控制系统设计的基本原则 . 15 3.1.1 控制系统设计原则 . 15 3.1.2 控制系统设计 的基本内容 . 15 3.1.3 PLC 控制系统设计的一般步骤及内容 . 16 3.1.4 程序设计的步骤 . 16 3.1.5 编写梯形图的注意事项 . 17 第四章 自动售货机 PLC 程序设计 . 18 4.1 自动售货机的设计过程分析 . 18 4.1.1 试验状态假设 . 18 4.1.
8、2 一次交易过程分析 . 18 4.2 分步程序设计 . 18 4.2.1 PLC 程序设计 . 18 4.2.2 设计 . 23 第五章 控制系统分析与特点 . 28 5.1 控制系统的性能分析 . 28 5.2 控制系统的设计特点 . 30 第六章 结束语 . 31 参考文献 . 32 致谢 . 33 第一章 前 言 1 第一章 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
9、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。 据说自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧，英国是较早实行自动售货机售货的国家之一。 1942 年，在食品销售中首先推广了自动售货的销售方式。 1950 年。英国食品杂货行有 500 家采用自动售货机
10、售货。 1969 年，采用自动售货机售货的商家增加到 23000 家，销售的商品扩展到文化用品、唱片、香烟、食品等多个方面。进入 70 年代后，约有 40 多万家 香烟、饮料店采用自动售货机。 1980 年英国有 50 余万台自动售货机，年销售额达 8.81 亿英镑。 70年代后，日本、美欧等发达国家和地区自动售货机迅猛的发展，短短 30 年，发达国家自动售货机产业已发展到相当大规模。自动售货机被广泛地布放于车站、油站、码头、机场、宾馆、写字楼、娱乐场所及大街小巷和公路旁，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。自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发
11、展，又原来只能出售有限商品品种，转变为继百货公司、超级市场、便民店之后，以消费者与售货机 “ 一对 一 ” 自动售货的无店铺销售业态。 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
12、资源和能源以及高功能化的方向发展。 茂名学院毕业设计：自动售货机 PLC 系统设计 2 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
13、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
14、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。 第二章 自动售货机介绍 3 第二章 自动售货机介绍 2.1 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。 2.1.1 自动售货机的基本功能 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
15、 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
16、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 茂名学院毕业设计：自动售货机 PLC 系统设计 4 2.2 PLC 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 2
17、20V 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规模要适合 输入、输出点数以及软件对 PLC 功能
18、及指令的要求是选择 PLC 机型规模大小的重要依据。首先要确保有足够的输入、输出点数，并留有一点的余地（要有 10%的备用量）。如果只是为了实现单机自动化，或机电一 体化产品，可选用小型 PLC。如果控制系统较大，输入、输出点数较多，被控设备较分散，可以选用中型或大型 PLC。 还应确定拥护程序存储器的容量。一般粗略的估计方法是：（输入 +输出）（ 1012）=指令步数。特别要注意因控制较复杂，数据处理量较大，可能出现存储量不够的问题。 2功能要相当，结构要合理 对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能满足要求。 对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，应选用带 A/D、 D/A 转
19、换，加减运算、数据传送功能的低档机。 对于控制比较复杂，控制性能要求较高的系统，例如要 求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全 PLC 的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。 对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体式结构 PLC。其他情况则选用模块式结构 PLC。 3输入、输出功能及负载能力的选择 选择哪一种功能的输入、输出形式或模块，取决于控制系统中输入和输出信号的种类、参数要求和技术要求，选用具有相应功能的模块。为了提高抗干扰能力，输入、输出均应选用具有光电隔离的模块。对于输出
20、形式，分为 无触点和有触点两种形式。无触点输出大多使用大功率三级管（直流输出）或双向可控硅（交流输出）电路，其优点是第二章 自动售货机介绍 5 可靠性高、响应速度快、寿命长，缺点是价格高、过载能力差。有触点输出是使用继电器触点输出，其优点是使用电压范围宽、导通压降损失小、价格便宜，缺点是寿命短、响应速度慢。 此外，还应考虑输入、输出的负载能力，要注意承受的电压值和电流值。应该指出的是，输出电流和导通负载电流值是不同概念。输出电流值是指美意个输出点的驱动能力。导通负载电流值是指整个输出模块驱动负载是所允许的最大电流值，即整个输出模块的满负荷能力。 4使用环境条件 在选择 PLC 时，要考虑使用现
21、场的环境条件是否符合他的规定。一般考虑的环境条件有：环境温度、相对湿度、电源允许波动范围和抗干扰等指标 10 。 2.3 PLC 的概述 2.3.1 PLC 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
22、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
