毕业设计——机电一体化设计.doc

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1、1机电一体化系统设计机电一体化系统设计设计内容：设计内容：自动售货机控制系统的设计自动售货机控制系统的设计 姓姓 名：名： 院院 系：系： 物理与机电工程学院物理与机电工程学院 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级：级： 学学 号：号： 2目目 录录一、一、设计题目设计题目 .3 3二、设计要求二、设计要求 .4 41 1、设计要求、设计要求 .4 42.2.设计内容描述设计内容描述 .4 4三、设计作用与目的三、设计作用与目的 .5 5四、所用设备及软件四、所用设备及软件 .5 5五、系统设计方案五、系统设计方案 .5 51 1、系统总体设计、系统总体设计

2、.5 5六、系统硬件设计六、系统硬件设计 .6 61.1.系统整体设计系统整体设计 .6 62.I/O2.I/O 分配分配 .7 7七、系统软件设计七、系统软件设计 .8 81.1.主程序流程设计主程序流程设计 .8 82.2.各子程序设计各子程序设计 .9 9计币部分计币部分 .1010比较部分比较部分 .1010选择和饮料供应部分选择和饮料供应部分 .1111余额计算部分余额计算部分 .1111退币部分退币部分 .1212报警部分报警部分 .1313八、实验调试结果八、实验调试结果 .1313九、设计心得九、设计心得 .1414十、参考文献十、参考文献 .15151摘摘 要要自动售货机是能

3、根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。是一种全新的商业零售形式，又被称为 24 小时营业的微型超市。能分为三种：饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机。随收入水平的提高，人们追求灵活、方便、快捷以及自助式服务是自动售货机得以如此迅猛发展的主要原因。在发达国家自动售货机已经成为零售业一个不可分割的部分，特别是对青年一代，这种伴随其成长的前卫零售方式更可谓是一种新的消费时尚。自动售货机具有技术含量高、销售方式新、市场潜力大、商品货真价实等优点，决定了它广阔的发展前景。2一、 设计题目自动售货机控制系统的设计二、设计要求

4、1、设计要求（1） 、根据控制要求，所需输入信号、输出信号的点数，选择适当型号的 PLC；（2） 、I/O 地址分配，设计 PLC 外部接线图；（3） 、根据系统的工作过程，画出工作流程图或时序图； （4） 、根据工作流程图或时序图，设计满足控制要求的梯形图；（5）、根据梯形图编写程序，并在实验室模拟调试。2、设计内容描述PLC 控制的自动售货机系统主要有三个可以感受到投币量的传感器，六个按钮开关(分别为启动按钮、停止按钮、退币按钮、汽水选择按钮、花茶选择按钮和咖啡选择按钮）三个指示灯,(分别为汽水指示灯，花茶指示灯和咖啡指示灯） ，和两个七段数码管。传感器用来接收投币信号，传送投币量的多少；

5、按钮开关分别对系统功能进行控制，当投入的钱币够某一种饮料时，按下这种饮料的选择按钮时才会有饮料送出，有剩余钱币时，还可以通过按下退币按钮来找回剩余钱币；三个指示灯分别用来只是哪种饮料可以选择，只有投币量大于或等于这种饮料的价格时，这种饮料的指示灯才会亮；同时，还有两个七段数码管，用于显示当前剩余的总钱币。具体对自动售货机的控制要求如下:(1) 此自动售货机可投入 1 元、2 元和 5 元硬币。(2) 当投入的硬币总值等于或超过 2 元时，汽水按纽指示灯亮；当投入的硬币总 值等于或超过 3 元时，汽水、花茶按纽指示灯都亮；当投入的硬币总值等于或超过 5 元时，汽水、花茶、咖啡按纽指示灯都亮。(3

6、) 当汽水按纽指示灯亮时，按下汽水按纽，则汽水排出 10 秒后自动停止。(4) 当花茶按纽指示灯亮时，动作同上。(5) 当咖啡按纽指示灯亮时，动作同上。(6) 若投入的硬币总值超过所需的钱数时，找钱指示灯亮。3三、设计作用与目的随着社会不断的进步，人们的物质文化与精神文化都在明显的提高，这样表现在出入各个场所采用信用卡支付现金，一人一部手机，节假日看电影，坐地铁，听音乐会，逛步行街。这个现象都表明在物质生活提高的同时，精神生活也提高了，随处可见的出租车，还有随处可见的售货机，这在繁华的都市也已成为不可缺少的一个为市民提供方便的一部机器，只需要投几个硬币就可以选择自己想要的物品。自动售货机可以充

7、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。自动售货机解放了人力，方便了生活，创造了效益，方便广大的市民。所以设计自动售货机是非常必要的。四、所用设备及软件1.三菱 FX2N 可编程控制器2.PC 机一台3.自动售货机模拟控制台五、系统设计方案1、系统总体设计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，在我国也越来越普及。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。PLC 不但可实现类似

8、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。本文设计的是售汽水、咖啡和花茶这三种饮料的自动饮料机，它的售货过程是：首先由顾客按下商品选择开关时，然后顾客投入的硬币(投入硬币的面值和剩余值由 PLC 驱动数码管显示)经过光传感器感应，再由光传感器驱动硬币识别传感器识别硬币。如果是无效币则使继电器打开阀门，将硬币退出；如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮币腔，并经硬币识别传感器将信号送给 PLC。最后经顾4客选择，同时 PLC 控制，使 PLC 的输出口上有相应的信号输出。若贮币腔内无硬币（红外检测器感应） 、饮料的量位小于设定值（红外传感器感应） 、售货机遭损，系

9、统就报警。大体运行如图 5-1：六、系统硬件设计1.系统整体设计本系统是一个小型集中控制系统，PLC 选型主要取决于控制系统输入、输出开关信号的数量、用户程序的长短及相关的功能。根据控制要求，I/O 点数在 48 个左右，选择性能价格比较高的三菱 FX2n-48MR，其中其输入点为 24 点，输出点为 24 点，该 PLC 为继电器输出型。 了解各个控制对象的驱动要求，分析对象的控制要求，完成 PLC 硬件结构配置。本设计中，退币按钮、各种饮料按钮和饮料出口（驱动电磁阀）等均为开关量。根据上述要求，因条件所限输出均用指示灯代替，由此绘制出 PLC 控制电路接线图，如图 6-1 所示：出货电磁阀

10、退币电动机各种指示灯液位感应器硬币感应器商品选测开关PLC报警图 5-1 自动售货机控制系统硬件组成示意图5图 6-1 自动售货机控制系统的 PLC 输入输出的接线2.I/O 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 对被控对象进行控制的依据；同时 PLC 又通过输出接口将处理的结果送给被控对象，以实现控制目的。本次自动售货机 I/O 点的分配表如表 6-1 所示。6表 6-1 I/O 口分配输入信号输出信号名称代号输入点 编号名称代号输出点 编号1 元投币感应器S

11、T1X0显示指示灯HL1Y0Y75 元投币感应器ST2X1汽水指示灯HL2Y1010 元投币感应器ST3X2咖啡指示灯HL3Y11汽水按钮SB1X3汽水电磁阀YV1Y12花茶按钮SB2X4花茶电磁阀YV2Y13咖啡按钮SB3X5咖啡电磁阀YV3Y141 元退币感应器ST4X6无币报警控制YV4Y155 元退币感应器ST5X7没有汽水报警YV5Y1610 元退币感应器ST6X8没有咖啡报警YV6Y17退币控制按钮SB3X10售货机遭破坏报警YV7Y181 元剩余钱币感应器ST7X111 元传动电机控制YV8Y205 元剩余钱币感应器ST8X122 元传动电机控制YV9Y2110 元剩余钱币感应

12、器ST9X135 元传动电机控制YV10Y22汽水液位感应器ST10X14退币指示灯HL4Y23咖啡液位感应器ST11X15投币不足指示灯HL5Y24售货机遭破坏感应 器ST12X16七、系统软件设计1.主程序流程设计77-1 程序流程图2.各子程序设计1) 计币部分当有顾客购买时，每投入一次钱币都得经过感应器进行真假监辨后，再给PLC 进行计币的指令。当发现伪币时，感应器不给 PLC 累计投币值的指令，同时自行退出伪币。而当 PLC 接收到感应器传来的记币的指令时，PLC 自动把接收来的货币对应的数据累加到寄存器 D1 中。PLC 编程梯形图如图 7-2：由图可以知道我是把投进的不同货币，进

13、行不同的记录，并把总数目都寄存到寄存器 D1 中。为了避免小数点的影响，我是把货币的数据化成整数进行处输入退币返回8理的，这样可以减少自己在编程时会出现的差错。X002X004 为设置为高电平的输入，这样中间继电器 M1M3 侧为一周期内都会保证了 X002X004 的输入有效。一方面避免了扫描漏了有投币的有效反应；另一方面也可以避免了不良输入对记数的不良影响。图 7-22) 比较部分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，提示可以购买。投币完成后，系统会将 D1 内钱币数据和可以购买的饮料价格进行比较：当投币2 元，则没有可购买的商品指示灯亮，表示所投

14、钱币不能购买任何东西，此时可以继续投币或退币；只有投币在 2 元或以上时会见到汽水选择的指示灯长亮，此时可以选择购买汽水或退币；同样，大于 3 元的就有可乐的选择显示，5 元就出现咖啡的选择显示，此时都是可以选择购买或退币。梯形图如图 7-3：在梯形图 7-3 中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M8000,在程序执行过程中，M800 始终保持闭合，FNC10 CMP 是 16 位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格。当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯亮起来表示可以购买该种商品。为了优化程序，我都设计了比较的价格是比商品的价格少 1 角的。因为余额都是五的倍数，

15、少一就可以达到等于或大于商品价格的意图了，还可以用上中间继电器来辅助显示可选商品的等亮起来。9图 7-33) 选择和饮料供应部分比较完成后，按下指示灯长亮的选择按钮，相应的电磁阀（Y12 或 Y13）起动，并且相应的选择指示灯由长亮转为以 1s 为周期的闪烁直至饮料供应完毕后闪烁停止。当饮料输出达到 7s 时，电磁阀关断。梯形图如图 7-4：图 7-44) 余额计算部分饮料输出的同时减去相应的购买币数。梯形图如图 7-5：图 7-5105) 退币部分顾客可在购完饮料后，由退币指示灯 Y23 可知是否可以退币，指示灯亮，则可以退币，当按下退币控制按钮后，数据寄数器 D1 内的币数除以 10，商的

16、整数部分是需要退回 1 元的个数并储存在 D2 中；D3 的数据除以 5，商的整数部分是需要退回的 5 角钱的个数，并储存在 D4 中，依次类推选择退币的同时起动3 个退币电动机。3 个感应器开始计数，当感应器记币的个数等于数据寄存器退回的币数时，退币电动机停止运转。PLC 编程梯形图如图 7-6图 7-6116) 报警部分 还有就是其他的运行监控系统和报警系统。主要的运行监控系统，包括有温度的监控，光度的监控两个，都可以外接传感器进行单输入单输出的简单操作。不妨构思一下，假设饮料的温度要保持在 4C 左右，用温度传感器设置售货机里面温度在 6C 时就给 PLC 一个开动制冷器的信号，是一个持

17、续的信号。当售货机里的温度达到 4.5C 时，信号断开。同样的光度监控就直接用个光感来给 PLC 进行售货机照明的信号。报警系统分为非故障报警和故障报警。如果是非故障报警，只要通过网络通知送掖车或者送币车即可；如果是故障报警则需要通知维修人员到现场进行维修。同时系统如果报警则要打出回条给顾客，避免故障造成顾客损失。八、实验调试结果由于实验室没有相应的实物控制模型(自动售货机)，因此，在调试系统控制程序时，所有的输入信号均用开关信号和复位按钮来代替，所有的输出均用指示灯来表示。调试时，首先按控制系统 PLC 接线图完成硬件接线，并仔细检查接线是否有误，特别要注意接线时不能出现短路、断路及反接等情

18、况，否则会造成硬件损坏及人身意外。开始程序调试：首先将 PLC 控制程序写入到 PLC 机器中，再选择监控状态，使 PLC 处于“RUN”状态，然后逐一按投币感应器（即硬币识别机构用复位按钮信号来表示硬币的输入） ，观察有没有进行累加币值；或按选择按钮，观察输出指示灯是否按预计效果闪灭（即显示饮料选择提示、饮料送出、送出时间和退币提示） ，并通过监控状态观察程序的运行过程及输入输出信号、内部描述实际出现的问题及解决方案。对报警部分进行调试，只需给相应的输入端口信号，然后相应的指示灯变亮即可。要对照设计控制要求，逐一检验设计功能是否能有效的实现，并对程序进行改进和完善。例如，调试过程中，发现重复

19、线圈问题，需将程序进行合并，避免重复线圈等等。总而言之，对程序必须要反复调试，不断改进，以获得既完全实现功能，而又简单、严谨性高的 PLC 控制程序。12九、设计心得通过一周的 PLC 的课程设计,在自己的努力下,最终完成 FX-2N 系列 PLC 控制自动售货机系统的设计.本控制系统就是充分利用了 PLC,接口电路芯片以 及显示模块.实现了对自动售货机的控制,达到了设计的目的.这次设计的 PLC 控制自动售货机系统的主要内容包括设计出了硬件系统的接线图,梯形图等;并 且系统具有启动,停止功能;运用功能指令进行 PLC 控制程序设计;还进行了 系统调试,实现自动售货机的控制要求. 在设计中运用

20、所学的理论知识,进行自动售货机运行原理设计,硬件系统设 计,软件系统设计,创新设计,提高理论知识工程应用能力,系统调试能力,分 析问题与解决问题的能力.综合运用了所学的知识,理论与实际相结合,提出并 论证设计方案,然后进行软,硬件的设计,制作与调试,最后获得正确的结果. 加深了对所学理论知识的巩固,加强了建立 PLC 控制工业机械和生产过程系统 的整体概念,初步掌握了 PLC 控制工业生产和社会生活的软,硬件开发方法, 为以后进行实际的 PLC 软,硬件应用开发奠定了良好的基础.与此同时,也加 强了我们对问题的分析解决能力, 为以后的毕业设计和毕业后的工作做了充分的 准备. 在本次课程设计中受

21、到老师的耐心指导, 使我们进一步学习到了对问题的整 体把握,学会了分析及解决方法的能力;在此表示衷心的感谢!13十、参考文献1廖常初.FX 系列 PLC 编程及应用M.北京:机械工业出版社.2005.1127.2罗宇航.流行 PLC 实用程序及设计(西门子 S7-200 系列)M.西安:西安电子科技大学出版社.2006.246252.3高勤.可编程控制器原理及应用（三菱机型）M.北京:电子工业出版社.2006.4146.4钱锐.PLC 应用技术M.北京:科学出版社.2006.112113.5黄继昌等.传感器工作原理及应用实例M.北京:人民邮电出版社.1998.6朱军等.自动售货机中的纸钞及硬币识别原理J.7董淑冷等.PLC 在自动售货机控制系统中的应用J.上海师范大学学报.2007,36(2):4751.8赵红梅等.自动售货机 PLC 控制系统的设计J.9孙余凯等.传感器应用电路 300 例M.北京:电子工业出版社.2008.157158.10何希才等.实用传感器接口电路实例M.北京:中国电力出版社.2007.218219.14