1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 自动售货机的 PLC 系统设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 自动售货机的 PLC 设计 I 摘 要 随着社会发展和科技的不断进步，自动化商业机械也有了越来越广泛的应用， 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 24小时售货，在我国也越来越普及。 人们通过自动售货机可以买到自己想要的物品，自动售货机实现了商品需求化，性能多样化的发展，给人们的生活带来了极大的方便。 传统的自动售货机采用单片机作为控制核心，但这样在输入输出接口上消耗很大。 P
2、LC不但 可实现类似控制功能 ，还具有 可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。 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 自动售货机的 PLC 设计 II PLC system design of the vending machines Abstract With the social
3、 development and technological advances, the automation of business machines also have more extensive application Vending machine is a self-service device that can automatically sell goods to customers. It is not restricted to specific sites, which is convenient and sells 24 hours a day. Vending mac
4、hines also become increasingly popular in China. Vending machine realizing the demand for goods, the properties diversified development, and has bringing great convenience to peoples lives. The traditional vending machines use Single Chip Microcomputer as the core of control, which costs greatly on
5、its input/output interface. PLC not only fulfill a similar controlling function, but also has other advantages such as high reliability, easiness to program, strong function, low energy consumption, convenience to debug and so on. This article introduced vending machines basic principle as well as t
6、he work flow, then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, then carries on the programming separately to the block. Explained the programmable controllers in vending machine function specifically. The procedure involved the vending machine work ma
7、jor part process. Enhanced systems stability using the PLC controls vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement. Keywords: vending machine; Programmable controller; Trapezoidal chart 自动售货机的 PLC 设计 III 目录 摘 要 .I Abstract . II 绪论 . 1 1 自动售货机介绍 . 2 1.1
8、自动售货机功能分析 . 2 1.1.1自动售货机的基本功能 . 2 1.2 PLC的基本结构及原理 . 3 1.2.1 PLC的概述 . 3 1.2.2 PLC系统结构 . 4 1.3 为什么使用 PLC控制 . 4 1.3.1 PLC的选型原则 . 5 2 PLC系统设计 . 6 2.1 可编程序控制系统设计 的基本原则 . 6 2.1.1 控制系统设计原则 . 6 2.1.2 控制系统设计的基本内容 . 6 2.1.3 控制系统设计的一般步骤 . 7 2.1.4 程序设计的步骤 . 7 3 自动售货机 PLC程序设计 . 9 3.1 仿真实验系统中售货机的分析 . 9 3.2 设计任务的确
9、定 . 10 3.3 程序设计部分 . 10 3.3.1 程序设计说明 . 11 3.4 PLC程序分块设计 . 11 3.4.1 硬币识别及计数系统： . 11 3.4.2 比较系统： . 14 3.4.3 选择系统： . 16 3.4.4 饮料供应系统： . 17 3.4.5 退币系统： . 20 4 自动售货机程序总设计 . 24 4.1系统控制要求 . 24 4.2 系统流程图 . 24 4.3自动售货机机构示意图 . 26 4.4自动售货机 PLC控制接线图 . 27 4.5自动售货机 PLC完整程序（附录二） . 27 自动售货机的 PLC 设计 IV 设计总结和体会 . 28 参
10、考文献 . 29 致谢 . 错误 !未定义书签。 自动售货机 PLC完整程序 （附录） . 30 附录图 自动售货机 PLC完整程序 . 30 自动售货机的 PLC 设计 1 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、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 在 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
11、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 加 省力，运营时需要的资本少、面积小， 能 吸引人们购买 的 好奇心，可以很好地解决人工费用 不断 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
12、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。 自动售货机的 PLC 设计 2 1 自动售货机介绍
13、 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中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 4种商品，其中 01号商品（代表第一种商品）价格为 2.
14、50 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号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号商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值 中减去 01号商品的价格同时启动相应的电机，排出 01号商品。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，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
15、作流程图如图 1.1 所示。 自动售货机的 PLC 设计 3 图 1-1 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 的概述 可编程控制器简称 PLC，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。它的软件，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器 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，综合了计算机技术、自动
16、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，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。 PLC是专门为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它的种类很多、模块丰富、指令功能自动售货机的 PLC 设计 4 强大、编程简单、使用方便，而且随着计算机技术的发展，其功能仍然在不断扩大和完善。 PLC 总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。目前， PLC 的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的 CPU 也不过 80486，将来会全面使用 64 位的 RISC 芯片，采用多 CPU 进行处理、分时
17、处理或分任务处理方式， 将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使 PLC 的处理速度达到纳秒级。 1.2.2 PLC 系统结构 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、 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。 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
18、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输入和输出组成。 1.3 为什么使用 PLC 控制 考虑到自动售货机的输入电压不稳定 , 作为 C P U 的 M C S 5 1 型单片机超压发热容易造成爆裂 , 而 P L C 不但可实现类似控制功能 , 还具有可靠性高、适应面广、抗干扰能力强、编程方便、电压使用范围宽及编程方便等特点 , 所以根据自动售货机的使用要求 , 本系统设计就是采用西门子 P L C (s7-200 ) 作为自动售货机 的控制装置。 自动售货机的 PLC 设计 5 1.3.1 PLC 的选型原则 当某一个控制任务决
19、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点数。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
20、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，就要知道所选的 PLC 是否具有控制任务的能力。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。所以用户需要对市场上流行的 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 不同的厂家， PLC 产品价格相差是很大的，一些功能基本类似、质量基本相当、 I/O点数相同的 PLC的价格能相差 40%以上。如果在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。 PLC 主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。
