基于PLC自动售货机设计.doc

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1、江门/中山职业技术学院成人教育毕业论文(设计、作业)题目： 基于PLC自动售货设计 学生：谭展荘 层次：大专所学专业：应用电子技术 班级：函文本02-1 指导老师：彭晓亮 职称： 讲师 2021 年 4 月 10 日 仅供学习参考XXX学院成人教育原 创 承 诺 书我承诺所呈交的毕业论文设计 是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。假设本论文设计及资料与以上承诺内容不符，本人愿意承当一切责任。 毕业论文设计作者签名： 日期： 2021 年 4月 20日XXX学院成人教育毕业论文(设计、作业)评

2、语表指 导 教 师 评 语评定成绩：_分 签 名：_ 年 月 日评 阅教师 评 语评定成绩：_分 签 名：_ 年 月 日辩论结论评定成绩：_分 签 名：_指导教师签名_ 年 月 日总 评评定等级：_ 签 名：_指导教师签名_ 年 月 日XXX学院成人教育毕业论文(设计、作业)任务书 发给学员1、毕业设计论文、作业题目： 2、学员完成设计论文、作业时间：2021年4月30日3、毕业设计论文、作业课题要求： 4、实验上机、调研局部要求内容： 5、文献查阅要求： 6、发出日期：2021年1月5日7、学员完成日期： 2021 年4月30日 系教研室意见： 签名： 指导教师签名： 学 生 签 名： 目录

3、摘要1关键词1前言2第一章 自动售货机的简介及设计要求41.1自动售货机简介41.2自动售货机工作原理41.3 自动售货机功能设计要求51.4 自动售货机设计思路51.5自动售货机的控制要求6第二章PLC控制的自动售货机硬件选择82.1硬件电路组成框图82.2、主要硬件选择92.3电磁阀的选择112.4 PLC的选择112.5 PLC的结构122.6 PLC的原理13第三章 PLC控制的自动售货机的软件设计153.1 系统涉及PLC指令简介153.2 I/0分配表16第四章 程序编写174.1控制程序设计思路174.2局部程序注释18总结25致谢26参考文献27摘要 本文介绍了自动售货机的根本

4、原理及工作流程，以一次交易过程为例，交易过程一共分为几个程序模块,模块具体说明了可编程控制器在自动售货机中的作用。程序涉及了自动售货机的工作绝大局部过程。为了保证自动售货机的系统长期稳定性，实用性所以选用了三菱FX-2N PLC控制。为了更快速，更方便的使顾客拿到所买物品采用直式电磁阀。 关键词 ：自动售货机 、梯形图、PLC及电磁阀前言可编程序控制器简称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、硬件配置与计算机大致相同，只不过比一般计算机更适应于控制要求的编程语言。硬件主要由中央处理单元CPU、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和

5、智能输入/输出单元等构成.PLC综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而开展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业兴旺国家自动控制的标准设备之一。自动售货机是根据时代的进步，生活的变化，人类的需要研究出来的智能科技产物。自动售货机随着使用的广泛，科技的进步也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向开展。随着时间推移自动售货机不仅具有售货功能，而是更加多元化人性化。本设计根据屡次仔细观察市场现有自动售货机的工作流程及身边朋友和同学提出的意见及建议所编成。工作原理如下：1从投币口投入硬币，经过传感器判别投入金额。2顾客选择所需商品根据选择工程判断出有无货物，有那么根据顾客投金额进

6、行计算，计算结果符合程序中比拟模块要求，那么允许电磁阀动作完 成购物， 假设不符合那么可选择退币或继续投币。3假设购置完物品后依然有较多余额可继续购置物品直到余额缺乏选择退币。4四秒后如无操作系统自动弹出之前购置物品和退币，系统复原，完成售货。具体控制流程：自动售货机能销售多种价位商品：如可乐2.5元、纯洁水1.5元、牛奶3元、酸奶3.5元计数量无限；可接受多种面值的货币：如五元、1元、0.5元等；当投入金额大于或等于顾客所需要商品时系统控制电磁阀及找零系统送出顾客所选物品及找零；当投入金额小于顾客所需商品时，系统会控制指示灯提醒顾客余额缺乏，可选择继续投币或退币，完成购置；假设顾客选择的商品

7、无货，会有相应的指示灯闪烁提示，顾客可选择其他商品购置；顾客可以一次购置多个物品，当一次交易结束系统自然复位等待下位顾客光临；假设顾客投币后不想购置物品可直接按下退币按钮退币。 随着经济的高速开展，人们生活节奏的加快，简单快捷的购物方式必将使群众广泛接受广受欢送。自动售货机普及和应用定是必然趋势。目前国内自动售货机市场形式日益强大，自动售货机逐步从一线城市和经济兴旺地区向和次兴旺和二、三线城市及地区延伸，逐步从高级宾馆、地铁、机场、会所等高档场所向普通社区各大学校公司及人口密集地方普及，大有覆盖整个城市之势，可以说是市场受欢送程度无限。 第一章 自动售货机的简介及设计要求1.1自动售货机简介自

8、动售货机是集声、光、机电一体化的高新智能化产品，在我国也开始得到应用。在中国人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所。自动售货机在中国有着广阔的开展前景。从自动售货机的开展趋势来看，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，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。从广义来讲自动售货机就是在投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品

9、的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供应的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的缺乏，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，有吸引人们购置好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。1.2自动售货机工作原理1从投币口投入硬币，经过传感器判别投入金额。2顾客选择所需商品根据选择工程判断出有无货物，有那么根据顾客投 金额进行计算，计算结果符合程序中比拟模块要求，那么允许电磁阀动作完 成购物， 假设不符合那么可选择退币或继续投币。 3假设购置完物品后依然有较多余额可继续购置物品直到余额缺乏选择退币。 4四秒后如无操作系

10、统自动弹出之前购置物品和退币，系统复原，完成售货。1.3 自动售货机功能设计要求 1自动售货机能销售多种价位商品：可乐2.5元、纯洁水1.5元、牛奶3元、酸奶3.5元计数量无限 2可接受多种面值的货币：五元、1元、0.5元等 3当投入金额大于或等于顾客所需要商品时系统控制电磁阀及找零系统送出顾客所选物品及找零。 4当投入金额小于顾客所需商品时，系统会控制指示灯提醒顾客余额缺乏，可选择继续投币或退币，完成购置。5假设顾客选择的商品无货，会有相应的指示灯闪烁提示，顾客可选择其他商品购置6顾客可以一次购置多个物品，当一次交易结束系统自然复位等待下位顾客光临。 7假设顾客投币后不想购置物品可直接按下退

11、币按钮退币。1.4 自动售货机设计思路本次设计的题目是自动售货机，主要是应用三菱FX-2N型PLC的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：PLC的编程语言、自动售货机的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据PLC的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。本次设计的重要局部是自动售货机梯形图的设计。首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，并反复调试做到程序无误。1.5自动售货机的控制要求 1.按下投币按钮5角，1元，5元，数码显相应数字。 2.显示金额减去所买

12、货物金额后，数码显示金额。可以一次多买直到金额缺乏灯L1亮提示余额缺乏3. 当投币余额缺乏时，如果继续投币可继续购置 4.投币金额超过十元，数码管显示低两位，但可继续购物。5.购物4秒后，如果在没有操作，那么取物口灯亮，有余额那么退币口灯亮。 6.如不买货物，按退币按钮那么退出全部金额，数码显示为零，退币口灯亮五秒后灯灭。 7.购物如无币找零那么提示灯亮，考虑是否继续购物再按一次选物按钮，继续购物否那么按退币按钮，金额退币。第二章 PLC控制的自动售货机硬件选择2.1硬件电路组成框图 图2-1硬件电路组成框图 当售货机有钱币投入时，会经过硬币识别器和纸币识别器，在真币的情况下将信号送到PLC的

13、输入端，此时，可以按下各选择按钮，选择按钮的信号送到PLC后相应的输出端子得电，使输出继电器得电输出饮料。同时七段数码管也会显示出实时的金额提醒顾客。当购置完毕按下退币按钮退币。假设有顾客忘记退币，售货时机自动报警提醒顾客退币。 2.2、主要硬件选择一硬币识别器 1、硬币识别原理主要识别指标：材质、厚度、直径。 材质是用电磁的方式测的，使用空心线圈或磁芯线圈，线圈组数少的只有一组，多的常见的是六组。工作状态下，线圈及其外围电路会以一个特殊的频率振荡多个线圈的话频率各不相同，当硬币以垂直或平行于线圈平面的方式穿过时不同产品方式不同，会引起振荡频率的变化。材质不同所引起的频率变化幅度和方向增加、减

14、少也不同，对某种硬币的变化特征进行记录后，就成为使用中识别该种硬币的依据。 厚度是没有东西专门测的，实际上这个指标是和材质一起测。因为即使相同材质的硬币，如果厚薄不同，导致的频率变化差异也较大。 直径老式的识别装置用光电管队列来识别直径，排列组合得当的话，识别精度也不低可答0.5mm。新一点的都用偏心或异形线圈来测量，依据是直径小的硬币与线圈的重合局部也少，由此也带来频率变化的不同 2、产品型号适用硬币：直径18mm-32mm；厚度1.2mm-3.2mm。适用于人民币。工作电压：DC+12V 。功耗：静能0.5mW ；动能0.5W 工作温度：-20+50 图2-2硬币识别器二纸币识别器1、纸币

15、识别原理 把正常的钞票在各传感器接收到的信号进行统计取样、识别，并存放起来，作为检测的依据。当识别纸币时，把在各通道接口接收到的信号参数与原存放起来的信号参数进行比拟、判断，假设有明显差异时就立即送出报警信号并截停电机，同时送出对应的信号提示。 图2-3纸币识别器2、型号电压：DC +12V +-5% 电流：待机0.12A 工作2A工作温度： 0C 55C保存温度： -20C 60C 湿度：30% 85% RH ( no condensation ) 重量：0.8kg 插入方向：任意方向 识别时间：2.5秒2.3电磁阀的选择 国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步直动式、先导式)，

16、而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结构) 。 本设计主要采用的是直动势电磁阀。 直动式电磁阀 原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关 闭件从阀座上提起，阀门翻开；断电时，电磁力消失，弹簧力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但一般通径不超过25mm。2.4 PLC的选择目前，自动售货机的核心是单片机，可是一但输出电压不稳定，单片机就容易发热造成爆裂，可靠性低等缺点，而PLC不但可以实现类似的控制功能，还具有性能可靠、电压使用范围广、灵活通用、易于编程、使用方便

17、等特点，并且提高了自动售货机系统的稳定性，能够保证自动售货机能够长期稳定运行；因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。所以，本文选择PLC来控制自动售货机。此次，我选择的是三菱FX-2N的PLC。图2-4PLC2.5 PLC的结构目前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，

18、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的根本结构有控制局部输入和输出组成。1CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的根本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下： 诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集现场的状态或数据，并送入PLC的存放器中。 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算

19、和操作。将存于存放器中的处理结果送至输出端。应各种外部设备的工作请求。(2) 存储器PLC的存储器分为两大局部：一局部是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二局部是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。(3) 输入输出接口电路PLC通过输入输出I/O接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。(4) 电源 PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。2.6 PL

20、C的原理PLC的工作原理与计算机的工作原理根本是一致的，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。但是PLC也有它自己的特点，PLC在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。 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存放器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 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存放器和输出状态存放器。输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态存放器

21、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。2.7 PLC外部接线图 第三章 PLC控制的自动售货机的软件设计3.1 系统涉及PLC指令简介(1)比拟指令 CMP 比拟指令在PLC控制系统中是一条十分重要的功能指令，它将S1、S2中的数据进行比拟，比拟结果送到目的操作数D中，如下列图所示，当X0为OFF时，不执行CMP指令，M0，M1，M2保持不变；当X0为ON时，执行CMP指令，S1、S2中的数据进行比拟，即C20计数器值与K100数值K100比拟。如果C20当前值小于100，那么M0=1；如果C20当前值大于100，那么M2=

22、1；如果C20当前值等于100，那么M1=1。图3-1CMP指令使用说明(2)运算指令 1)加法运算图3-2加法运算使用说明加法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加，结果送到指定的目标元件中，如图2-6所示。当X0为1时，D10+D12=D14，运算是代数运算。 2)减法运算图3-3减法运算使用说明减法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加，结果送到指定的目标元件中，如下图。当X0为1时，D10+D12=D14，运算为代数运算。(4) BCD指令(5) BCD码变换功能指令使用说明BCD码变换指令是将源操作数中的二进制数变换成BCD码送至目标操作数中，如上图所示。当X0为ON时，将D12

23、中的二进制数变换成BCD码送到输出口Y7Y0中。之后的BCD码可送到LED七段显示器显示D12中的值。3.2 I/0分配表输入输出设备输入点设备输出点五角按钮SB0X000可乐推电磁阀KM1Y01元SB1X001纯水推电磁阀KM2Y15元SB2X002牛奶推电磁阀KM3Y2可乐按钮SB30003酸奶推电磁阀KM4Y3纯水按钮SB40004L1灯Y4牛奶按钮SB5X005L2灯Y5酸奶按钮SB6X006L3灯Y6退币按钮SB7X007L4灯Y7可乐无货按钮SB8X010纯水无货按钮SB9X011牛奶无货按钮SB10X012酸奶无货按钮SB11X013无币找零按钮SB12X014第四章程序编写4.

24、1控制程序设计思路设计一台完整的销售多种种不同价位的的自动售货机，具有硬币识别、币值加减、自动售货、自动找钱功能，此售货机可接受的硬币为0.5元，1元，五元的纸币或硬币。可乐的售价为2.5元，纯水的售价为1.5元，牛奶的售价为3元，酸奶的价格为3.5元。自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按钮输入信号使控制启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。当投入金额大于或等于顾客所需要商品时系统控制电磁阀及找零系统送出顾客所选物品及找零。当投入金额小于顾客所需商品时，系统会控制指示灯提醒顾客余额缺乏，可选择继续投币或退币，完成购置。假设顾客选择的商品无货，

25、会有相应的指示灯闪烁提示，顾客可选择其他商品购置顾客可以一次购置多个物品，当一次交易结束系统自然复位等待下位顾客光临。假设 顾客投币后不想购置物品可直接按下退币按钮退币。 4.2局部程序注释1投币部份系统具有三个投币按钮SB0、SB1、SB2分别对应于0.5元与1元，5元，任意按下一个按钮，系统会接收相应的货币加法指令统计总值。2、价格比拟及选择商品和送出局部 存放在D200中的货币金额和商品的单价相比拟，如程序第66步中如果存放器D200中的数字大于25，那么M2得电，按下选择按钮SB3推可乐电磁阀推出可乐，减指令计算出所找零钱退币。3.退币找零及计时器局部退币键为X7，只要机器内货币的总额

26、不等于零，此时按下X7可以退币，在退币前系统会比拟货币的值。三、梯形图 总结 这次所做的自动售货机将我学过的理论知识充分的应用到了设计当中，以前在学习时不够清楚如何应用所学知识，对所学的知识不能很好的融会贯穿。但现在通过这个技师论文，让我对自动控制、PLC及相应的知识等方面有所增加，深深体会到维修电工专业博大精深，如果不在平常慢慢积累和刻苦学习想靠短时间掌握难如无米之炊。通过对全自动售货机控制系统的设计，让我体会到PLC使用的广泛性及其重要性，PLC技术的出现给现代控制领域带来了一项新的改变。目前，PLC在控制系统诸多领域中得到了极为广泛的应用，特别是其中FX系列的PLC的出现，具有很高的可靠

27、性，抗干扰能力强，适应性强，应用灵活，编程方便，易于使用，功能强，扩展能力强，控制系统设计、安装、调试方便，维修方便，维修工作量小，体积小、重量轻、易于实现机电一体化。推动了工业生产，影响着人们的工作和生活。这次设计过程中也遇到了很多问题，对老师提出的设计要求有点担忧，害怕自己不能完成，在设计过程中又把一些问题复杂化了。最后，通过老师和同学的帮助，以及我自己在图书馆和网站上查阅的一些资料，对整个系统有了比拟清晰的认识，也明白了怎样去实现系统的各种功能，最终完成了我的设计。总之，这次论文设计让我稳固了根底知识与培养创新意识相结合。我相信这些在我今后的学习和工作当中都会有很大的帮助。致谢本次毕业设

28、计是在XXX老师精心指导下完成的，老师严谨求实的教学态度、兢兢业业的工作精神和对学生的无私关心使我受益匪浅。谨在此向我的指导致以崇高的敬意和衷心的感谢。在本课题的选题和研究的过程中，不仅有老师精心的指导，而且还得到了同学的帮助。在此，对其他给予帮助同学们表示我真挚的谢意和衷心的感谢。 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，20033 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，20004 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，20035 张万忠，刘明芹电器与PLC控制技术北京：化学工业出版社。20036 王兆义北京：机械工业出版社，20017 廖常初可编程序控制器应用技术重庆大学出版社,2007