自動售貨機plc課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、控制要求</b></p><p>　　1．自動售貨機有3個投幣孔，分別為1元、5元和10元。</p><p>　　2．售貨共有3種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。</p><p>　　3．如投幣總額超過銷售價格

2、，將可由退幣鈕找回余額。</p><p>　　4．投幣總額或當前值顯示在7段數(shù)碼管上。</p><p>　　5．投幣值等于或大于12元時，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水。</p><p>　　6．投幣值等于或大于15元時，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和花茶。</p><p>　　7．投幣值等于或大于20元時，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，

3、表示3種均可選擇。</p><p>　　8．按下要飲用的飲料按鈕，則相對應(yīng)的指示燈開始閃爍，3s后自動停止，表示飲料已經(jīng)掉出。</p><p>　　9．動作停止后按退幣鈕，可以退回余額，退回金額如果大于10元，則先退10元再退1元，如果小于10元則直接退1元的。</p><p><b>　　二、設(shè)計任務(wù)</b></p><p

4、>　　學生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行自動售貨機運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：</p><p>　　1. 設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖等；</p><p>　　2. 系統(tǒng)有啟動、停止功能；</p><p>　　

5、3. 運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計，并有主程序、子程序和中斷程序；</p><p>　　4. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；</p><p>　　5. 進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)自動售貨機的控制要求。</p><p><b>　　三、設(shè)計報告</b></p><p>　　課程設(shè)計報告要做到層次清晰，論述清楚，圖表正確，書

6、寫工整；詳見“課程設(shè)計報告寫作要求”。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 緒論 …………………………………………………………………………3</p><p>　　第2章 可編程控制器PLC 的介紹…………………………………………………4</p><p>　　2.1 可編程控制器PLC …

7、………………………………………………………4</p><p>　　2.2 PLC目前的主要品牌 ……………………………………………………6</p><p>　　第3章 自動售貨機PLC設(shè)計 ………………………………………………………7</p><p>　　3.1 硬件設(shè)計分析 ………………………………………………………………7</p><p>

8、;　　3.2 軟件設(shè)計分析 ………………………………………………………………9</p><p>　　3.3仿真與分析 ………………………………………………………………12</p><p>　　結(jié)束語 ………………………………………………………………………………16</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………………17</

9、p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它的出現(xiàn)是勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求新的流通渠道，相對于超市、百貨購物中心等流通渠道而言，場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必需的機器便應(yīng)運而生了

10、。</p><p>　　自動售貨機的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動售貨機逐漸被越來越多的消費者所接受。采用可編程控制器實現(xiàn)自動售貨機的系統(tǒng)設(shè)計，不僅編程方便，而且增強了系統(tǒng)的抗干擾能力。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展和社會的進步, 自動化商業(yè)機械有了越來越廣泛的應(yīng)用, 自動售貨機作為自動化商業(yè)機械的代表被廣泛用于公共場所。人們通過自動售貨機可以買到食

11、品、香煙、飲料、報紙、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。自動售貨機實現(xiàn)了商品需求化、性能多樣化的發(fā)展, 又由原來只能出售有限商品品種, 轉(zhuǎn)變?yōu)槔^百貨公司、超級市場、便民店之后,以消費者與售貨機“一對一”自動售貨的無店鋪銷售業(yè)態(tài)。自動售貨, 給人們的生活帶來了極大的方便。自動售貨機的新奇、文明、高檔、靈活方便等深受廣大市民青睞。</p><p>　　售貨機的最基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能購

12、買某種商品，并做出相應(yīng)的反映。因此，售貨機應(yīng)能夠辨識機內(nèi)包含的商品:售貨機應(yīng)該能夠顯示已投入的幣值，以及再投入貨幣累計顯示;同時提示可以購買的商品(或商品的編號)。當按下選擇商品的按鈕時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去該商品的價格，同時起動相應(yīng)的電機，提取該商品到出貨口，此時售貨機繼續(xù)等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買，則按下退幣按鈕，售貨機進行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣,并在程序中清零，完成此次交易。<

13、/p><p>　　第2章 可編程控制器PLC介紹</p><p>　　2.1 可編程控制器PLC</p><p>　　2.1.1 PLC概述</p><p>　　PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模

14、擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性好等特點。</p><p>　　2.1.2 PLC的發(fā)展前景</p><p>　　PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。</p><p>　　·向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展</p>

15、<p>　　·向大容量、高速度方向發(fā)展</p><p>　　·智能型I/O模塊的發(fā)展</p><p>　　·基于PC的編程軟件取代編程器</p><p>　　·PLC編程語言的標準化</p><p>　　·PLC通信的易用化</p><p>　　·組

16、態(tài)軟件與PLC的軟件化</p><p>　　·PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合</p><p>　　·開發(fā)新型特殊功能模塊</p><p>　　·CPU的處理速度進一步加快</p><p>　　2.1.3 PLC的工作原理</p><p>　　PLC的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單

17、地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖2-1）。</p><p>　　2.1.4 PLC的循環(huán)掃描工作</p><p>　　對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回

18、第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 PLC的掃描全過程 </p><p>　　2.1.5 PLC的硬件組成</p><p>　　PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等幾部分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入

19、單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2-3。</p><p>　　圖2-3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.1.6 PLC的編程語言</p><p>　　PLC為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下5種：梯形圖（LAD）、語句表（STL

20、）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)文本（ST）。</p><p>　　2.1.7 PLC的特點</p><p>　　·抗干擾能力強，可靠性好</p><p>　　·控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強</p><p>　　·編程方便，易于使用</p><p><b>　　&

21、#183;功能完善</b></p><p>　　·體積小，維護操作方便</p><p><b>　　·易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化</b></p><p><b>　　·可實現(xiàn)三電一體化</b></p><p>　　2.2 PLC目前的主要品牌</p>&l

22、t;p>　　德國有西門子，日本有OMRON 三菱、日立、東芝、松下、富士， 美國有GE施奈德、IPM、AB公司等PLC生產(chǎn)廠家。</p><p>　　第3章 自動售貨機的PLC設(shè)計</p><p>　　3.1 硬件設(shè)計分析</p><p>　　3.1.1控制要求分析</p><p>　　自動售貨機的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進行計算，然

23、后根據(jù)運算結(jié)果做出相應(yīng)的判斷，看看哪種商品可以進行購買，哪種商品不能購買，本次課程設(shè)計的要求是可識別三種錢幣，分別是1元、5元、10元，采用三個按鈕進行模擬，自動售貨機共出售3種貨物，其價格分別定為12元、15元、20元，當投幣數(shù)大于等于貨物價格時，該種貨物的指示燈亮，表示可以進行購買，3種貨物分別用3個信號燈進行指示。除此之外，本次設(shè)計還涉及了顯示、找零等功能的實現(xiàn)，其中顯示部分采用數(shù)碼管進行顯示，PLC的外圍接口由兩個CD4511連

24、接兩個數(shù)碼顯示管，以顯示投幣總數(shù)和購買后的余額；當按下找零按鈕后，數(shù)碼管顯示進行清零。整個系統(tǒng)由三個可以感受到投幣量的傳感器、六個按鈕開關(guān)、三個指示燈、和兩個七段數(shù)碼管和兩片CD4511組成。自動售貨機的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進行計算，然后根據(jù)運算結(jié)果做出相應(yīng)的判斷，看看哪種商品可以進行購買，哪種商品不能購買，本次課程設(shè)計的要求是可識別三種錢幣，分別是1元、5元、10元，采用三個按鈕進行模擬。除此之外，本次設(shè)計還涉及了找零功能的實現(xiàn)

25、。整個系統(tǒng)由三個可以感受到投幣量的傳感器、六個按鈕開關(guān)、三個指示燈組成</p><p>　　3.1.2 I/O點統(tǒng)計</p><p>　　表3-1 I/O點統(tǒng)計</p><p>　　3.1.3 PLC選擇</p><p>　　現(xiàn)在世界上PLC的生產(chǎn)廠家有200多家，提供400多個品種的PLC供用戶選擇，目前我國市場上主要的PLC產(chǎn)品有：西門子

26、公司的S7-400/300/200系列、施奈德公司的momentum等、還有就是日本的歐姆龍、三菱、松下等公司的產(chǎn)品。西門子公司生產(chǎn)的PLC可靠性高，特別適用于大的工業(yè)控制系統(tǒng)，造價比較高，對于小型的自動售貨機的控制系統(tǒng)來說成本過高。目前我國市場上主流的小型的三菱PLC比較合適此設(shè)計控制，三菱公司生產(chǎn)的小型PLC的代表為FX-2N系列的PLC、它具有豐富的內(nèi)部資源：程序存儲器具有16K步的最大存儲容量，128種應(yīng)用指令，還具有184點8

27、進制編號的輸入點數(shù)，184點8進制編號的輸出點數(shù)，普通型、掉電保持性和賦予特殊用途型三種內(nèi)部繼電器，以及狀態(tài)寄存器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、常數(shù)與指針等功能與資源?？煽啃愿摺⒃靸r低，對于自動售貨機的控制中心就特別的合適。因此，本次設(shè)計采用的PLC為三菱公司生產(chǎn)的FX-2N系列PLC軟組件，控制系統(tǒng)選用FX2N-32MR-001，I/O點數(shù)各為16點，可以滿足要求，且有一定裕量。</p><p>　　3.1.4

28、 CD4511七段數(shù)碼管譯碼器</p><p>　　CD4511是一組用來作為BCD對共陰極LED七段顯示器譯碼的包裝。其引腳圖，其各引腳功能如下： </p><p>　　LT：做燈泡測試用，當LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdefg=1111111，使七段顯示器全亮，即顯示8，以便觀測七段顯示器是否正常。當LT=1，則正常解碼。</p><p>　　

29、BI：空白輸入控制，當BI=0 (LT 為1 時) 則不論DCBA 之輸入為何，其輸出abcdefg皆為0，即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無意義的數(shù)據(jù)輸入時顯示出來造成字型的系亂。</p><p>　　LE：數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在CD4511 中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能。當LE=0 時(LT=1 且 BI=1)，DCBA 數(shù)據(jù)會被送入IC 的緩存器中保存，以供譯

30、碼器碼；當LE=1 時，則IC 中的暫存器會關(guān)閉，僅保存原來在LE=0 時的DCBA數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說當LE=1 時，不論DCBA 的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcdefg 仍保留原來在LE 由0轉(zhuǎn)為1以前的資料。</p><p>　　圖3-1 CD4511引腳圖</p><p>　　3.2 軟件設(shè)計分析</p><p>　　3.2.1 I/O分

31、配表</p><p>　　此次設(shè)計的PLC控制的自動售貨機控制系統(tǒng)的I/O分配表如下：</p><p>　　表3-2 自動售貨機 I/O分配表</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)流程圖</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)流程圖</p><p>　　3.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計梯形圖</p><

32、;p><b>　　程序梯形圖如下：</b></p><p>　　3.2.3 自動售貨機控制系統(tǒng)外部接線圖</p><p>　　圖3-2 自動售貨機外部接線圖</p><p><b>　　3.3 仿真與分析</b></p><p>　　3.3.1 仿真設(shè)計</p><p>

33、;　　仿真程序的編寫利用利用組態(tài)軟件FORCECONTROL2.6，下位機程序的編輯則用PLC專用FX-20P-E編程器完成的。</p><p>　　PLC程序已經(jīng)介紹，現(xiàn)在我們看一下仿真界面設(shè)計。</p><p>　　1．銷售機背景的設(shè)計</p><p>　　售貨機背景是一個不動的畫面，可以利用圖片處理的方法按照制定樣式的功能畫出售貨機的整體。先分幾部分進行仿真設(shè)

34、計，如圖3-3所示。</p><p>　　2．顯示屏部分的設(shè)計</p><p>　　顯示屏部分的設(shè)計利用了組態(tài)軟件設(shè)計兩個顯示畫面，一個是未交易時初始狀態(tài)的歡迎界面如圖3-4，在交易過程中的幣值顯示畫面如圖3-5所示 ，其中圖3-3中的歡迎字符是可以閃爍變化的，‘a(chǎn)aaa’字符可以顯示系統(tǒng)時間，圖3-5中的‘8888’用來顯示幣值，它們均是可以定義的變量。</p><p

35、><b>　　圖3-3售貨機背景</b></p><p>　　圖3-4 歡迎界面 圖3-5幣值界面</p><p><b>　　3．標簽設(shè)計</b></p><p>　　電子標簽用來顯示程序中傳上來的價格，所以其中要有可以定義的字符，所以標簽設(shè)計為，其中“J.03

36、顯示03商品價格的變量。</p><p><b>　　4．按鈕設(shè)計</b></p><p>　　“選擇”按鈕的設(shè)計要反映出可以購買和不可以購買的差異，所以其中也要有可以變化的字符，設(shè)計如右圖，其中字符“選擇”在滿足條件下可以閃爍變色，退幣按鈕設(shè)計成樣式，按鈕均可以動作。</p><p>　　5．投退幣提示框設(shè)計</p><p

37、>　　投退幣提示框要有可已投入的硬幣，確認按鈕以及框架，其中硬幣、確認按鈕和字符“a”均是可以定義的變量</p><p>　　圖3-6投幣提示框 圖3-7 退幣提示框</p><p><b>　　6．出貨框的設(shè)計</b></p><p>　　出貨框中要有01-03商品的示意圖以及框架，其中商品在滿足條件后可

38、以出現(xiàn)，鼠標點擊后可以消失，因此也是可定義的變量效果如圖3-8所示</p><p><b>　　圖3-8 出貨框</b></p><p>　　3.3.2 仿真結(jié)果及分析</p><p>　　1．首先接好系統(tǒng)的硬件電路，然后將梯形圖下載到PLC中，再運行程序。運行結(jié)果圖如下：</p><p>　　圖3-9 運行結(jié)果圖<

39、;/p><p><b>　　2．結(jié)果分析</b></p><p>　　該系統(tǒng)程序設(shè)計較全面地演示自動售貨機的使用功能； 通過修改PLC控制程序， 可在自動售貨機上實現(xiàn)多種控制方式、銷售方式、銷售種類。自動售貨機可以根據(jù)投入的錢幣自動付貨。它根據(jù)投入錢幣的多少，提示你可以買什么東西，再按一下相應(yīng)的按鈕，購買的飲料就可以從出口處提出，出口處提示用戶將物品拿走，不買東西了就按下

40、退幣按鈕，將多余的錢幣取回。在交易的過程中，幣值界面會顯示投入錢幣的金額、消費錢幣的金額、余額。</p><p>　　經(jīng)過認真的調(diào)試，使整個系統(tǒng)能夠按照要求完成各種工作，F(xiàn)X-2N系列PLC控制的自動售貨機的設(shè)計工作也最終完成。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過一周的PLC的課程設(shè)計，在自己的努力下，最終完成

41、FX-2N系列PLC控制自動售貨機系統(tǒng)的設(shè)計。本控制系統(tǒng)就是充分利用了PLC、接口電路芯片。實現(xiàn)了對自動售貨機的控制，達到了設(shè)計的目的。這次設(shè)計的PLC控制自動售貨機系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括設(shè)計出了硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等；并且系統(tǒng)具有啟動、停止功能；運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計；還進行了系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)自動售貨機的控制要求。</p><p>　　在設(shè)計中運用所學的理論知識，進行自動售貨機運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)

42、計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。綜合運用了所學的知識，理論與實際相結(jié)合，提出并論證設(shè)計方案，然后進行軟、硬件的設(shè)計、制作與調(diào)試，最后獲得正確的結(jié)果。加深了對所學理論知識的鞏固，加強了建立PLC控制工業(yè)機械和生產(chǎn)過程系統(tǒng)的整體概念，初步掌握了PLC控制工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的軟、硬件開發(fā)方法，為以后進行實際的PLC軟、硬件應(yīng)用開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。與此同時，也加強了我們對問題的分析

43、解決能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)后的工作做了充分的準備。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 程周.可編程序控制器原理與應(yīng)用[M] 北京：高等教育出版社， 2003年</p><p>　　[2] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC 應(yīng)用技術(shù) 北京：北京航空航天大學出版社，2000</p><p

44、>　　[3] 常曉玲.《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》北京：機械工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[4] 吳建強，姜三勇.可編程控制器原理及應(yīng)用 哈爾濱工業(yè)大學出版社，2000</p><p>　　[5] 吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用 北京：機械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[6] 張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù) 北京：化