毕业设计（论文）PLC在自动饮料贩卖机的应用.doc

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1、目录摘要3一、自动饮料贩卖机的功能4 1、自动饮料贩卖机的基本功能4 2、PLC的主要功能5 3、可变程序控制器产品介绍6二、自动饮料贩卖机PLC程序设计9 1、模拟实验系统中自动饮料贩卖机的分析9 2、程序设计部分10三、结束语26致谢27参考文献27摘要： 从自动饮料贩卖机的发展趋势来看，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利性等这些因素的制约，无人自动饮料贩卖机作为一种必须的机器便应运而生了。从广

2、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，自动饮料贩卖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，自动饮料贩卖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饮料贩卖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，自动饮料贩卖机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动饮料贩卖机成为

3、该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动饮料贩卖机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动饮料贩卖机相比，它能够节约1015的电力。进入21世纪时，自动饮料贩卖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。关键字： 自动饮料贩卖机；可编程序控制器；梯形图一 自动饮料贩卖机的功能这部分阐述了自动饮料贩卖机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动饮料贩卖机操作规程，并介绍了自动饮料贩卖机运行系统种所包括的人工操作步骤。1 自动饮料贩卖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饮料贩卖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，

4、我们见到的自动饮料贩卖机可以销售一些简单的饮料，如汽水、果汁、咖啡等。自动饮料贩卖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：自动饮料贩卖机中有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，自动饮料贩卖机进行减法运算，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。此时自动饮料贩卖机继续进行等待外部

5、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，自动饮料贩卖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，自动饮料贩卖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。自动饮料贩卖机的工作流程图如图1所示。图1 自动饮料贩卖机工作流程图 2 PLC的主要功能（1） 条件控制功能条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。（2） 定时/记数控制功能定时/记数控制功能指用PLC提供的定时器、记数

6、器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。（3） 数据处理功能 数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。（4） 步进控制功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。（5） A/D与D/A 转换功能 A/D与D/A 转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。（6） 运动控制功能运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。（7） 过程控制功能过程控制功能是指通过

7、PLC的PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。（8） 扩展功能扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。（9） 远程I/O功能远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。（10） 通信联网功能通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。（11） 监控功能监控功能是指PLC能监视系统各部分的进行状态和进程，

8、对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制I/O状态。3 可变程序控制器产品介绍经过从功能方面和价格方面两个方面的考虑，发现松下电工可变程序控制器产品-FP1-C24比较适合自动饮料贩卖机。因为它是一种功能很强的小型机，在设计的过程中采用先进的方法及组件使其通常只有在大型PLC中才具有的功能，且具有其他控制器所不具备的功能。虽然是小型机。但是其功能较完善，性能价格比高，较适合自动饮料贩卖机。现在就对FP1-C24的组成各部分和技术性能做一个简单介绍。在松下电工公司生产的FP系列产品中，FP1属于小型PLC产品，其中C24是

9、具有高级处理功能的型号。从型号可以看出FP1-C24可编程控制器的输入和输出点数（即I/O点）之和为24.1 FP1-C24的组成各部分(1) RS232该口能于PC机通信编程，也可连接其他外围设备。(2) 运行监视指示灯 当运行程序时，“RUN”指示灯亮； 当控制单元中止执行程序时，“PROG”指示灯亮； 当发生自诊断错误时，“ERR”指示灯亮； 当检测到异常的情况时或出现“Watchdog”定时故障时，“ALARM”指示灯亮。(3) 工作方式选择开关 工作方式选择开关共有3个工作方式档位，即“RUN”，“REMOTE”和“PROG”。 “RUN”工作方式 当开关扳到这个档位时，控制单元运行

10、程序。 “REMOTE”工作方式 在这个工作方式下，可以使用编程工具改变可编程控制器的工作方式为“RUN”或“PROG”工作方式。 “PROG”工作方式 在此方式下可以编辑程序。若在“RUN”工作方式下编辑程序，则按出错对待。可编程控制器鸣响报警，提示编程者将方式选择开关切换至“PROG”工作方式。 输出端子 C24形的输出端子有8点。该端子板为两头带螺钉可拆卸的板。 直流电源输出端子 在FP1系列主机内部均配有一个供输入端使用的24V直流电源。 输入端子 C24型的输入端子有16点。输入电压范围为直流1224V。该端子板为两头带螺钉可拆卸的板。 编程工具连接插座（RS422口）可用此插座经专

11、用外设电缆连接编程工具。 波特率选择开关 有19 200bps和9600bps两档，当可编程控制器与外部设备进行通信时，应根据不同的外设选定波特率。 电位器（V0、V1）这两个电位器可用螺丝刀进行手动调节，实现外部设定。当调节该电位器时，PLC内部对应的特殊数据寄存器DT9040和DT9041的内容在0255之间变化，相当与输入外部可调的模拟量。C24有两个（V0、V1）。 I/O点状态指示灯和扩展单元接口插座用来指示输入/输出的通断状态，当某个输入触点闭合时，对应于这个触点编号的输入指示发光二极管点亮（下一排）；当某个输出继电器接通时，对应这个输出继电器编号的输出指示发光二极管点亮（上一排）

12、。扩展单元接口插座用于连接FP1扩展单元及A/D、D/A转换单元、链接单元。2 技术性能 FP1-C24的主机I/O点数为16/8；最大I/O点数为104；运行速度为1.6s/步；容量为2720步；基本指令数为80；高级指令数为111；内部继电器为1008点；特殊内部继电器为64点；定时器/计数器为144点；数据寄存器为1660字；特殊数据寄存器为70字；索引寄存器为2字；主控指令为32点；跳转标记数为64点；步进数为128级；子程序个数为16个；中断个数为9个程序；输入滤波时间为1128ms。二 自动饮料贩卖机PLC程序设计1 模拟实验系统中自动饮料贩卖机的分析由于贩卖机的全部功能时在上位机

13、上模拟的 ，所以贩卖机的部分硬件是由计算机软件图2 PLC控制系统设计步骤来模拟替代的。如钱币识别系统可以用按压某个“仿真对象”输出一个脉冲直接给PLC发布命令，而传动系统也是由计算机来直接模拟的，这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实中自动饮料贩卖机的运行。（1） 试验状态假设 由于是在计算机上模拟运行，试验中有一些区别于实际情况的假设，本试验中假设： 自动饮料贩卖机只售8种商品。 自动饮料贩卖机可识别10元、5元、1元、5角、1角硬币。 自动饮料贩卖机可退币10元、5元、1元、5角、1角硬币。 自动饮料贩卖机有液晶显示功能。 实验中自动饮料贩卖机忽略了各种故障以及缺货等因素。（2）

14、一次交易过程分析 为了方便分析，我们以一次交易过程为例。 初始状态。由电子标签显示各商品价格，显示屏显示友好界面，此时不能购买任何商品。 投币状态。按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值显示屏显示投入、消费、余额数值，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。 购买状态。按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。取走商品后出货框消失。 退币按钮。按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。按下确认钮，则恢复初始状态。到此为止，自动饮料贩卖机的一个完整工作过程结束。2 程序设计部分 这部分内容是整个系统设计的主体

15、部分。所要完成的任务是仿真系统的上位机与下位机的程序设计，即在上述功能分析的基础上，有针对性地进行设计。1 PLC程序设计可以把一次交易过程分为几个程序块：运行初期电子标签价格的内部传递；投币过程；价格比较过程；选择商品过程；退币过程。（1） 运行初期电子标签价格的内部传递程序的设计仿真系统运行初期，要由PLC向仿真画面相应对象传递已经存储好的价格，还要给投入显示、消费显示及余额显示存储器清零，同时也要给存储退币币值的存储器清零。程序编制过程中，要用到运行初期闭合继电器R9013、16位数据传送指令FO,同时在上位机ForceControl中，必须定义相应的变量，来实现与PLC程序的对接。所定

16、义的变量如表1所示。 表1 初始状态变量表 根据表1 编制PLC程序如图3所示。图3 运行初期电子标签价格的内部传递程序 在梯形图程序图3中，系统初始化时，通过运行初期闭合继电器R9013在第一次扫描时将数值传递给上位机。给WR1-WR11及SV0-SV4赋初值，赋值功能通过高级指令FO实现。至于为什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20，在以后的程序中将介绍它们的作用。 （2）.投币过程在投币的过程中，每投下一枚硬币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币制。先建立变量表，在编写程序。变量表如表2所示。对应的梯形图程序如图7所示。 表2 投币过程变量表 在图中，当按下投

17、入1角时，相当于让R200接通，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远加下去。投入1角要投入显示、余额显示都相应增加相同数值，加法是由16位加法指令E20来实现的。投入5角、1元、5元、10元，原理同上。（3）价格比较过程价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号， 图4 投币过程梯形图提示可以购买。这里只要选择灯来代表此信号。所建立的变量表如表3所示。 表 3 价格比较过程变量表 根据变量表和控制要求编写的程序如图5所示。 在梯形图5中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器R9010,在程序执行过程中，R9010始终保持闭合，F

18、60是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格，R900A是大于价格，R900B是等于标志。当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。 R9010 F60 CMP , WR3 , WR4 R900A Y0R900B R9010 F60 CMP , WR3 , WR5R900A Y1 R900B R9010 F60 CMP , WR3 , WR6 R900A Y2 R900B R9010 F60 CMP , WR3 , WR7 R900A Y3 R900B R9010 F60 CMP , WR3 , WR8 R900A Y4R900B R9010 F60 C

19、MP , WR3 , WR9R900A Y5 R900B . . . . . . 图5 价格比较过程梯形图（4）选择商品过程 当投入的币值可以购买某种商品时，按下相应的“选择”按纽即可在出货框中出现该种商品，同时消费显示栏中显示出已经消费掉的金额，余额也将扣除已消费的币值，接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续购买。出现在出货口的商品在没有取走前，一直保持显示状态，用鼠标点击该商品代表已经取走，出货口中的商品隐藏。建立的变量表如表4所示。对应的梯形图程序如图6所示。 表4 选择商品过程变量表 在梯形图9中，一是要使商品出现在出货框中，二是要实现内部货币的运算。以第一步为例，按下选择01商品键

20、，相当于给R205加一个信号（只接受一次脉冲，所以用DF微分指令），当YO接通(01商品灯亮)时，则系统显示可以购买01商品。由于取01商品R230是常闭触点，故Y8输出，代表在出货框中出现01商品，购买成功。当按下取01商品按钮时，R230断开，不能输出Y8，代表01商品被取走。内部币值的计算和是否取走商品无关，只要按下选择按钮，并且可以购买此商品就要从余额中扣除相应的金额，显示消费的币值。加法由F20指令实现，减法由F25实现。 R205 Y0 R230 Y8 DF Y8 R205 Y0 DF 1 1 F25- , WR 4 , WR 3 F20+ , WR 4 , WR 2 R206 Y

21、1 R231 Y9 DF Y9 R206 Y1 DF 1 1 F25- , WR 5 , WR 3 F20+ , WR 5 , WR 2 R207 Y2 R232 YA DF YA R207 Y2 DF 1 1 F25- , WR 6 , WR 3 F20+ , WR 6 , WR 2 R208 Y3 R233 YB DF YB R208 Y3 DF 1 1 F25- , WR 7 , WR 3 F20+ , WR 7 , WR 2 R209 Y4 R234 YC DF YC R209 Y4 DF 1 1 F25- , WR 8 , WR 3 F20+ , WR 8 , WR 2 R20A Y

22、5 R235 YD DF YD R20A Y5 DF 1 1 F25- , WR 9 , WR 3 F20+ , WR 9 , WR 2 R20B Y6 R236 YE DF YE R20B Y6 DF 1 1 F25- , WR 10 , WR 3 F20+ , WR 10 , WR 2 R20C Y7 R237 YF DF YF R20C Y7 DF 1 1 F25- , WR 11 , WR 3 F20+ , WR 11 , WR 2 图6 选择商品梯形图 (5)退币过程 在退币过程中，最主要的是完成退币的运算过程，根据结果输出相应的钱币，退币结束时还要使用到的某些寄存器重新赋零。所建立

23、的变量如表5所示。对应的梯形图程序如图7所示。 表5 退币过程变量表 整个退币过程在按下按钮（即R20F接通时）时执行，同样也用到一个微分指令，在接收到信号时产生一次开关脉冲，进而执行一次其下面的指令。F32是除法指令，第一次将余额的币值除以1000，商存储于SV0中，作为退币10元的输出值。余数则存储于特殊数据寄存器DT9015中，下次将不能被1000（10元）整除的余数除以100（5元），商且存储于SV1中，余数继续下传，直至被1角除过，由于所投币值最小是1角，并且商品价格也确定在整角，所以最终能被1角整除。 在程序的初始化时曾给WR13、WR15、WR17、WR19和WR20赋零，WR1

24、3、WR15、WR17、WR19和WR20是程序的中间量，为的只是程序在使用过程中能稳定执行，避免出现退币错误。为什么要除以1000呢？这主要是考虑到PLC的主要特点是执行过程稳定可靠，但执行速度较慢。在计算时尽量将数值作为整数计算，因为是在计算机上模拟，可以把一部分功能交由计算机来实现，这里把1角当作10、5角当作50、1元当作100、5元当作500、10元当作1000，可以避免把这些数据当作有小数点的实数计算，这同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由计算机的任务将在以后叙述。退币过程结束后，PLC要将寄存器中的数值置回原定的初值0，完成一次交易，防止下一次交易时出错。梯形图

25、3-6用来完成对数据的初始化。 程序中分别将投入显示、消费显示、余额显示、10元存储、5元存储、1元存储、5角存储和1角存储清零，还将中间量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5个过程，自动饮料贩卖机的PLC控制程序基本完成，程序可以控制自动饮料贩卖机实现各种要求的功能。 图 7 退币过程梯形图2 设计1 自动饮料贩卖机控制要求（1）该自动饮料贩卖机可以同时投入5角、1元、或5元硬币,自动销售汽水、果汁和咖啡.（2）当投入的硬币总值等于或超过1.5元时,汽水按钮指示灯亮;当投入的硬币总值等于或超过3元时,汽水按钮和果汁按钮同时亮;当投入的硬币总值等于或超过5元时,汽

26、水按钮、果汁按钮和咖啡按钮同时亮.（3）当汽水按钮灯亮时,按汽水按钮,则汽水排出10s后自动停止,同时汽水按钮指示灯闪烁10s.（4）当果汁按钮灯亮时,按果汁按钮,则果汁排出10s后自动停止,同时果汁按钮指示灯闪烁10s.（5）当咖啡按钮灯亮时,按咖啡按钮,则咖啡排出10s后自动停止,同时咖啡按钮指示灯闪烁10s.（6）若投入的硬币总值超过所购商品的价格(汽水1.5元,果汁3元,咖啡5元),则找钱指示灯亮,同时进行找钱动作.图8自动饮料贩卖机示意图2 I/O地址定义表此控制系统可采用自动工作方式，输入信号为汽水、果汁、咖啡按钮、5角、1元、5元硬币投入识别口记数手动复位按钮；输出信号为汽水、果

27、汁、咖啡排出电磁阀、找钱电磁阀及相应指示灯，共7个输入点，8个输出点，均为开关量。I/O地址定义如表8所示。 3 程序设计 图9 自动饮料贩卖机梯形图4 运行 保存所有组态内容，然后关闭所有力控程序。将自动饮料贩卖机的PLC程序下传到PLC装置中，再切换到离线状态，然后再次启动力控工程管理器，选择本工程，并单击“进入运行”按钮启动整个运行系统。三 结束语经过几个月的学习、研究以及经过郭老师的指导.终于按时完成了毕业设计.设计主要研究的是自动饮料贩卖机中有关于PLC的部分.自动饮料贩卖机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。自动饮料贩卖机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和

28、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。所以说,自动饮料贩卖机是今后小商品和饮料销售方式的一个很好的发展趋势.它的出现将极大的方便人们购买所需要的小商品.致谢 在此答辩之际，我首先要感谢导师周老师。因为无论从论文选题，到编写过程，直到完成，周老师无不倾注着心血和辛劳。就是再忙，周老师也经常把我们叫到跟前悉心教导。这点让我们深受感动。从与周老师的探讨中，周老师认真的求学精神、严谨的治学态度、渊博的专业学识、敏锐的学术眼光、深邃的学术思想、勤勉塌实的治学作风、诲人不倦的精神无不让人感动

29、。我在这里说一声，周老师，辛苦了！最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师、教授！忠心地祝愿各位身体健康、工作顺利。参考文献1 程周可编程序控制器原理与应用 北京：高等教育出版社， 2003年2 王永华现代电气控制及PLC 应用技术. 北京：北京航空航天大学出版社，20003 周美兰，周封，忘岳宇PLC电气控制与组态设计北京：科学出版社，20034 吴建强，姜三勇可编程控制器原理及应用哈尔滨工业大学出版社，20005 吴中俊，黄永红可编程序控制器原理及应用北京：机械工业出版社，20036 张万忠，刘明芹电器与PLC控制技术北京：化学工业出版社。20037 王兆义可编程序控制器教程北京：机械工业出版社，2001