基于PLC自动售货机的系统设计.doc

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1、I基于 PLC 的自动售货机系统设计摘要本论文基于西门子 S7-200 系列 PLC 进行自动售货机控制系统的设计,阐述 了自动售货机系统设计的基本原理及工作流程,然后以一次交易过程为例,把交 易过程分为几个程序块,分别对程序块进行编程。在 PLC 梯形图的编写时,文中 采用的是西门子 PLC 梯形图专用编译软件 STEP7来进行编写,并完成了 PLC 外部 接线图。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 :PLC ;自动售货机;控制系统1、格式存在错误,如段前段后间距、字体大小等等2、整个文章太简单,基本上没什么内容,可以适当填充3、总结有

2、错4、参考文献有错The System Design for Automatic Vending Machine Based on PLCTutor: Guilin liuII AbstractProfessional Electrical automation 2008 No.200812713 Name :wei yuan The design of this paper is based on Siemens S7-200 series automatic vending machine PLC control system, explains the vending system de

3、sign principle and workflow, and then to a course of dealing, for example, the transaction process is divided into several blocks on blocks, respectively. In the preparation of the PLC ladder diagram, the text is a Siemens PLC ladder diagram private compile software to write the STEP7, and completed

4、 a PLC external wiring diagram. Use of PLC control vending machine improves the stability of the system, ensure the long-term stability of the vending machine to run.Keywords :PLC ; vending system;(格式有错 目 录I第 1章 引言 . 3 1.1自动售货机的发展 . 3 1.2 自动售货机控制系统设计的主要内容 . . 3 第 2章 可编程控制器 PLC . 4 2.1 PLC的发展 . 4 2.2

5、 PLC的选型原则及选型方法 6 第 3章 自动售货机 PLC 程序设计 . 8 3.1 自动售货机的控制要求及相关说明 . . 8 3.2 自动售货机 I/O点分配 . . 9 3.3自动售货机的顺序功能图 . 10 3.4 自动售货机的梯形图的编写 . . 11 3.5 自动售货机的外部接线图 13 结论 . . 14 致谢 . .15 参考文献 . .16 附录 . .17文字选型,大小,格式有错,请修改II第 1章 引言1.1自动售货机的发展自动售货机是一种全新的商业零售形式, 20世纪 70年代自日本和欧美发展起来。 它的出现是劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。 消费模

6、式和销售环 境的变化,要求新的流通渠道,相对于超市、百货购物中心等流通渠道而言,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。自动售货机的售货领域非常广泛,是发达国家商品零售的一种主要方式。近几年, 自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。 采用可编程控制器实现自动售货机的系统 设计,不仅编程方便,而且增强了系统的抗干扰能力。(把摘要和这里对应起来 1.2 自动售货机控制系统设计的主要内容1. 此自动售货机可以投入五角、一元的硬币;2. 如果顾客投入硬币在限定的时间内(2分钟不按任何按键,自动售货机将退 还所投硬币;3. 当投入硬币的总值等于

7、或超过物品价值时,对应的物品指示灯亮绿灯;4. 当物品对应的指示灯亮绿灯时,按下相应的按键,相应的物品排出,同时指示 灯绿灯闪烁;5. 如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时, 自动售货机会自动将余款退还 顾客;6. 当顾客成功购买完一件物品后 20秒无操作,自动售货机会自动将余款退还顾 客;7. 如果顾客投入硬币后又不想买物品,按下退款按键,自动售货机会自动将余款 退还顾客;8. 找零时顾客可选择退一元的还是五角的;第 2章 可编程控制器 PLC2.1 可编程控制器 PLC 的发展前景2.1.1 可编程控制器 PLCPLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置,它采用

8、可 以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术 运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生 产过程。 PLC 具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点,2.1.2 PLC的发展前景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。具体表现在以下几个方面。(1向小型化、专用化、低成本方向发展(2向大容量、高速度方向发展(3智能型 I/O模块的发展(4基于 PC 的编程软件取代编程器(5 PLC 编程语言的标准化(6 PLC 通信的易用化(7组态软件与 PLC 的软件化(8 PLC 与现场总

9、线相结合(9开发新型特殊功能模块(10 CPU的处理速度进一步加快2.1.3 PLC的工作原理PLC 的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的,可以简单地表述为在系统程 序的管理下,通过运行应用程序完成用户任务。 PLC 通电后,首先对硬件和软件作一 些初始化操作,初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务(见图 2-1。2.1.4 PLC的循环扫描工作对每个程序, CPU 从第一条指令开始执行,按指令步序号做周期性的程序循 环扫描,如果无跳转指令,则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直 至遇到结束符后又返回第一条指令,如此周而复始不断循环,每一个循环称为一 个扫描周期。 PLC 的扫描

10、全过程如图 2-2所示。(1 输入刷新阶段在输入刷新阶段, CPU 扫描全部输入端口,读取其状态并写入输入状态寄存 器。完成后关闭输入端口,转入程序执行阶段。(2 程序执行阶段在程序执行阶段,根据用户输入的控制程序,从第一条开始逐条执行,并 将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。(3 输出刷新阶段当所有指令执行完毕后, 将输出状态寄存器中的内容, 依次送到输出锁存电 路,并通过一定输出方式输出,驱动外部相应执行元件工作,这才形成 PLC 的实际输出。 图 2-2 PLC的扫描全过程2.1.5 PLC的硬件组成PLC 的硬件主要由中央处理器(CPU 、存储器、输入单元、输

11、出单元、通信 接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中, CPU 是 PLC 的核心;输入单元 /输出 单元是 CPU 与现场输入 /输出设备之间的接口电路; 通信接口用于连接编程器、 上 位计算机等外部设备,其硬件构成图如图 2-3。 图 2-3 PLC硬件结构图2.1.6 PLC的编程语言PLC 为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常有以下 5种:梯形图(LAD 、语句表(STL 、顺序功能图(SFC 、功 能块图(FBD 和结构文本(ST 。2.1.7 PLC的特点(1抗干扰能力强,可靠性好(2控制系统结构简单,通用性强(3编程方便,易于使用(4功能完善(6

12、体积小,维护操作方便(7易于实现网络化(8可实现三电一体化2.2 PLC的选型原则及选型方法2.2.1 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。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电数。 因为 PLC 的输

13、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 知道所选用的 PLC 是否有能力控制任务。 如对 PLC 与 PLC 、 PLC 与

14、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。这就要求用户对市场上流行的 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 不同厂家的 PLC 产品价格相差很大, 有些功能类似、 质量相当、I/O点数相当的 PLC 的价格能相差 40%以上。第 3章 自动售货机的系统设计3.1自动售货机的控制要求3.1.1自动售货机的控制要求自动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。例如:售货机中有 2种商品, A 商品 价格为 0.5元,

15、 B 商品为 1元。现投入 1个 1元硬币,当投入的货币超过 A 商品 的价格时, A 商品的选择按钮处应有变化, 提示可以购买, B 商品也提示。 当按下 选择 A 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 A 商品的 价格同时启动相应的电机,提取 A 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。

16、3.1.2 自动售货机的相关说明当投入五角时加 5投入 1元是加 10, SUB_DI是双整数减法当成功购买物品时就 减去物品对应的数; T37 T56表示通电延时定时器 , 按下物品按钮时 T37 T42延时 8秒,无操作时 T43启动计时 20秒, T44与 T43配合组成投币 2分钟无操作找零, T46 T56两两配合形成闪烁电路。 图 3-1自动售货机模拟操作面板本设计统一采用按钮开关模拟物品选择,按钮内有绿灯和红灯分别表示可购买 物品和物品销售完;指示灯模拟物品输出及找零如图 3-1示。3.1.3定时器定时器是 PLC 中重要的编程元件,是累计时间增量的内部器件。定时器 的工作过程与

17、继电器控制系统的时间继电器基本相同,但它没有瞬动触点,失电 时,常闭触点闭合,常开触点打开;定时器得电时,常闭触点打开,常开触点闭 合。 定时器的当前值、 设定值均为 10位有符号整数 (INT , 允许的最大值为 32767。 定时器指令表见表 3-1。 3.1.4数学运算指令在梯形图中,整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令(见表 3-2分别 执行下列运算:IN1+IN2=OUT, IN1 IN2=OUT, IN1*IN2=OUT, IN1/IN2=OUT。 表 3-2 加减乘除指令 算:IN1+ OUT =OUT, OUT IN1=OUT, IN1* OUT =OUT, OUT /IN

18、2=OUT。3.2 自动售货机 I/O点的分配输入 /输出单元通常也称 I/O单元或 I/O模块, 是 PLC 与工业生产现场之间的 连接部件。 PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据, 以这些数据作为 PLC 对被控制对象进行控制的依据;同时 PLC 又通过输出接口将处理结果送给被控制 对象,以实现控制目的。 I/O点分配表如表 3-3示。 3.3 自动售货机顺序功能图的编写由于顺序功能图(SFC 有五种基本结构:顺序结构、选择性分支结构、并发 性分支结构、循环结构、复合结构。本次自动售货机的 SFC 图,根据控制要求选 用选择性分支结构和并发性分之结构。因为选择性分支结构是一个控制流

19、可 以转入多个可能的控制流中的某一个且不允许多路分支同时执行。具体进入哪个 分支,取决于控制流前面的转移条件哪一个为真。而并发性分之结构是一个工作 步执行完后,需要同时开启若干条分之,并采用双水平线相连且要有一个公共转 移条件,这两种顺序功能图结构符合本次自动售货机的控制要求,所以选择这两 种结构。本次自动售货机的 SFC 图如下图 3-2示:图 3-2自动售货机顺序功能图3.4.1梯形图梯形图是用的最多的 PLC 图形编程语言。梯形图语言是在传统电器控制系统 中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线 路图相似,如图 3-3示。继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结

20、构、逻辑运算 方式和输入输出形式,具有形象、直观、实用的特点。因此,这种编程语言为广 大电气技术人员所熟知,是应用最广泛的 PLC 的编程语言,是 PLC 的第一编程语 言。 图 3-3传统继电器控制线路图和 PLC 梯形图a 传统继电器控制线路图 b PLC梯形图在梯形图中,有两根竖直的直线,被称为母线,现在很多 PLC 只保留了左边 的母线,而把右边的母线略去不写。在梯形图中引入了“能流”的概念。左边的 母线就如电源的“正极”,而右边的母线就如电源的“负极”。如果有“能流” 从左至右流向线圈,则线圈被激励。如果没有能流,则线圈未被激励,“能流” 在任何时刻都不会通过接点自右向左流。3.4.

21、2 自动售货机设计的梯形图本此设计自动售货机主要销售食品、饮料、日用三大类,而食品有五角和一 元,饮料有一元和二元,日用有二元和三元。(见附录自动售货机的外部接线图如图 3-4示, SB2 SB7为物品选择按钮,当投入货币 物品绿灯亮(Q2.1 Q2.6,按下 SB2 SB7其中一个,对用的 KM 线圈得电电机转 动出相应的物品(Q0.1 Q0.6,当有物品销售完其行程开关断开,物品红灯亮并 同时向总部发送物品销售完的信息;当收买物品总值低于投入总值时,可按找零按 钮 SB1选择找一元还是五角(SB10、 SB11后 KM1得电电机转动找零 (Q0.0。 图 3-4售货机的外部接线图总结毕业设

22、计对我来说是对大学三年的学习成果的总结和考核,通过对本课题的设 计,使自己学会调研和查阅文献资料,达到对所学知识的综合运用。提高了分析问 题的能力,解决问题和独立工作的能力,为将来的工作打下良好的基础。我认真的 撰写了毕业设计,针对老师提出的问题进行了调整和补充,完成了自动售货机系统 设计,并画出自动售货机的外部接线图。致谢首先感谢学院为本人提供学习机会和条件,以及对本人的悉心教育。本文的工 作是在导师刘桂林的悉心指导下完成的。从论文的选题,及研究工作的深入,最后 到论文的撰写和修改都凝聚着老师的心血。每当我遇到不懂、不会的地方,刘老师 都会给我讲解。她严谨的教学作风、渊博的知识、诲人不倦的精

23、神,让我们深深敬 佩,也正是在老师的帮助下,我的毕业设计才得以顺利完成。在此,我对刘老师和 所有帮助过我的老师和同学们表示衷心的感谢。衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参与答辩的各位老师。参考文献1 程周可编程序控制器原理与应用 M 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, 2000 3 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, 2003 4 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, 2000 5 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, 2003 6 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, 20018 廖常初S7-200 PLC 基础教程北京:机械工业出版社, 2006(格式有错 附录 自动售货机的梯形图