1、遼寧工程技術大學電氣控制技術與PLC課程設計設計題目PLC自動售貨機指導教師陳偉華院（系、部）電氣與控制工程學院專業班級學號姓名日期2015年6月9日課程設計成績評定表學期2014/2015學年第2學期姓名專業班級課程名稱電氣控制技術與PLC設計題目基于PLC的自動售貨機控制系統的設計一一成績評芬項目優良中及格不及格設計表現1.設計態度非常認真認真較認真不認真2.設計紀律嚴格遵守遵守基本遵守少量違反嚴重違反3.獨立工作能力強較強能獨立設計完成基本獨立設計完成不能獨立設計完成4.上交設計時間提早或按時按時遲交半天遲交一天遲交一天以上設計說明書5.設計內容設計思路清晰， 結構方案良好， 設訂經數選

2、擇正確，條理清楚， 內容完整， 結果正確設計思路清晰， 結構方案合理， 設訂經數選擇正確，條理清楚， 內容較完整， 極少量錯誤設計思路較清晰， 結構方案基本合理，設計參數選擇基本正確，調理清楚， 內容基本完整，有少量錯誤設計思路基本清晰， 結構方案基本合理， 設計參數選擇基本正確，調理清楚， 內容基本完整， 有些錯誤設計思路不清晰， 結構方案不合理， 關鍵設訂經數選擇宿錯誤，調理清楚， 內容不完整，有明顯錯誤6.設計書寫、 字體、排版規范、整潔、有條理， 排版很好較規范、整潔、有條理，個別排版有問題基本規范、整潔、有條理， 個別排版有問題基本規范、 整潔、有條理，排版有問題較多不規范、不整潔、

3、無條理， 排版有問題很大7.封面、 目錄、 奔f文獻完整較完整基本完整缺項較多不完整圖紙8.繪圖效果很出色較出色較差很差9.布局合理、美觀較合理基本合理有些混亂布局混亂10.繪圖工程標準符合標準較符合標準基本符合標準個別不符合標準完全不符合標準評定說明：不及格標準：設計內容一項否決制，即5為不及格，整個設計不及格，其他4項否決；優、良、中、及格標準：以設計內容為主體，其他項超過三分之一為評定標準，否則評定為下一等級；如優秀評定，設計內容要符合5,其余九項要有4項符合才能評定為優，否則評定為良好，以此類推。最終成績：評定教師簽字:電氣控制技術與PLC課程設計任務書姓名題目PLC自動售貨機(1)自

4、動售貨機可投入5角、1元的硬幣。(2)所售飲料標價：純凈水1元，汽水2.5元，咖啡3元。(3)當投入的硬幣總值超過所購飲料的標價時，所對應的可購買飲料的指燈亮，作可購買提示。(4)當物品對應的指示燈亮時，按下相應的按鍵，相應的物品排出，5s后自動停止，同時指示燈閃爍。(5)購買飲料后，系統自動計算剩余幣值，并根據剩余幣值提示可購買的飲料(指示燈亮)。(6)當顧客成功購買完一件物品后30秒無操作，自動售貨機會自動將余款退還顧客。(7)如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下退款按鍵，自動售貨機會自動將余款退還顧客。(8)如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價值時，自動售貨機會自動將余款退還顧客。(9)

5、當物品不足時，對應的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應的按鍵無反應(不出物品，不減余額)。(1)擬定控制系統的設計的技術要求。(2)深入了解和分析被控制對象的工藝條件及控制要求。(3)選擇適合的的PLC類型。(4)分配I/O點。(5)設計控制系統梯形圖。(6)輸入并調試程序。目錄1系統概述22控制要求及設計思路32.1控制要求32.2方案設計42.3控制流程圖43.自動售貨機的相關設備參數的選定53.1 PLC的選擇53.2硬幣識別器63.3開關電源63.4電磁閥63.5液位開關74軟件設計7設計的主要內容4.11/O口分配74.12制接線圖84.13.程序設計94.13.1幣部分94.13.2較

6、部分104.13.3選擇和飲料供應部分104.13.4余額計算部分114.13.5幣部分124.13.6警部分135系統調試136結論14參考文獻16摘要自動售貨機是可完成無人自動售貨的商業自動化設備，它不受任何場地限制，方便快捷，可以每天24h售貨，在我國也越來越普及。傳統的自動售貨機采用單片機作為控制核心，但這樣在輸入輸出接口上消耗很大。PLCqi可以實現類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡單、功能強、能耗低、調試方便等優點。本售貨機系統主要是針對純凈水、汽水和咖啡的自動銷售。自動售貨機的普及在某種程度上能反映一個國家的科技發展水平，是一個國家的文明程度的象征，實踐和直覺告訴我們，自動售貨

7、機在中國的橫空出世，必將國內的食品、香煙、飲料等諸多行業的發展帶來新的契機。設計以三菱PLCSS計自動售貨機控制系統，簡要介紹PLQ&硬件選型，軟件的設計，并具體的進行了PLC相形圖的編寫和系統的調試，仿真證明該系統切實可行。關鍵詞：自動售貨機；PLC調試1系統概述自動售貨機是可完成無人自動售貨，集光、機、電一體化的商業自動化設備。自動售貨機不受任何場地限制，方便快捷，可以每天24h售貨，因此深受上班族的歡迎。隨著科技發展和市場繁榮，很多城市的公共場所里面都放置有自動售貨機，出售的商品五花八門，從飲料、零食、香煙、糖果，到牙刷、方便面、自動照相機。近年來，我國的自動售貨機行業突飛猛進：

8、在汽車總站、商廈、醫院、小區、學校等地區紛紛涌現出自動售貨機的蹤跡。這種方便快捷的購物方式越來越受到人們的青睞，同時也是現代化城市配套設施的需求。在人口集中的學校、車站、醫院等地方，瓶裝的飲料造成大量資金與產品的浪費，本課題就研究用PLC實現散裝飲料的自動銷售。自動售貨機是一種全新的商業零售形式，20世紀70年代自日本和歐美發展起來。它又被稱為24小時營業的微型超市。在日本，70%的罐裝飲料是通過自動售貨機售出的；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機。從自動售貨機的發展趨勢來看，它的出現是由于勞動密集型的產業構造向技術密集型社會轉變的產物。大量生產、大量消費以及消費模

9、式和銷售環境的變化，要求出現新的流通渠道，而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產生，人工費用也不斷上升，再加上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須的機器便應運而生了。它的售貨領域非常廣泛，是發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。但由于售貨機分布零散、范圍廣闊的特點，自動售貨機在為消費者帶來方便的同時，也為經營者在監控、管理、維護等方面帶來很大的不便。目前售貨機運行的各種情況都需要由人工判斷，包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機機械故障等，經營者普遍采用人工定時巡回視察的管理辦法，既費時費力，又無法及時準確獲取自動

10、售貨機狀態報告，給經營者增加了管理成本和難度，也有可能給消費者的正常消費造成不便本系統的設計和實現可以使自動售貨機的經營者根據網絡統計的銷售狀況進行商品銷售狀況分析，預測商品的銷售走勢，確定合理的采購和配送策略，以獲得最高的投資回報率。同時售貨機的一些故障信息和警報信息可以實時的傳送到相應的運營人員，從而可以在第一時間內發現并解決問題。而且本次設計的題目是基于PLC的自動售貨機控制系統的設計，主要是應用三菱FX-2N型PLC的梯形圖來設計控制程序，并簡單介紹相關的知識，如：PLC的定義、PLC的工作原理、PLC的硬件組成等。根據設計內容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據PLC的相關知識設

11、計出它的外部接線圖，結合梯形圖和外部接線圖分析說明該設計的控制原理過程。2控制要求及設計思路2.1控制要求(1)自動售貨機可投入5角、1元的硬幣。(2)所售飲料標價：純凈水1元，汽水2.5元，咖啡3元。(3)當投入的硬幣總值超過所購飲料的標價時，所對應的可購買飲料的指燈亮，作可購買提示。(4)當物品對應的指示燈亮時，按下相應的按鍵，相應的物品排出，5s后自動停止，同時指示燈閃爍。(5)購買飲料后， 系統自動計算剩余幣值， 并根據剩余幣值提示可購買的飲料(指示燈亮)。(6)當顧客成功購買完一件物品后30秒無操作，自動售貨機會自動將余款退還顧客。(7)如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下退款按鍵，

12、自動售貨機會自動將余款退還顧客。(8)如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價值時，自動售貨機會自動將余款退還顧客。(9)當物品不足時， 對應的物品指示燈亮紅燈， 顧客按下相應的按鍵無反應(不出物品，不減余額)。2.2方案設計(1)通過分析，取最有把握的思路，故采取一般梯形圖進行程序設計。(2)注意點，程序運行開始階段要有上電復位，讓機子清零。(3)本自動售貨機可使用5角、1元硬幣，計幣時用ADDf令進行累加從而得到一個投幣總額；比較幣值時使用CM喏令來判斷是否符合純凈水排出或汽水排出或咖啡排出的條件；余額計算時用SUB旨令從投幣總額中扣除顧客所消費的幣值總額；退幣計算時用到觸點型比較指令。(4)

13、PLCM用繼電器輸出型。(5)要求實現顧客的循環購買，故需實現控制程序的跳轉。(6)退幣結束時，使用ZRST旨令進行購買完成的復位，以準備下一個顧客購買飲料，防止出現錯誤。自動售貨機PLC的控制流程圖，如圖2.1所示圖2.1控制流程圖3.自動售貨機的相關設備參數的選定3.1PLC的選擇目前的PLC品牌很多，比較有名的有美國AB,ABB松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷等。而不同的PLC其產品價格差價也是很大，在質量和I/O點數幾乎相同的情況下可以相差較多10。三菱FX2N系列是作為一種小型機，其功能較為完善，性能價格比高，較為適合自動售貨機。另外在本設計中PLC需要接11個輸

14、入點和12個輸出點，以及為了以后的擴展需要，由以上三點因素，選擇了三菱PLCFX2N-48M巡。三菱PLC,FX2N-48MR是具有高級處理功能的型號，其輸入和輸出點數之和為48點，還可以擴展到256點，結構緊湊，速度高。三菱PLCFX2N-48M性能規格：(1)運轉控制方式：通過儲存的程序周期運轉。(2)運轉處理時間：基本指令：0.8NS/指令，應用指令：1.52至幾百NS/指令。(3)編程語言：邏輯梯形圖和指令清單。(4)程式容量：8003內置。(5)指令數目：基本順序指令27,步進梯形指令2,應用指令128。(6)I/O配置：最大硬件I/O配置點256。(7)輔助繼電器(M線圈)：一般：

15、500點，鎖定：2572點，特殊：256點。(8)狀態繼電器(魂圈)：一般：490點，鎖定：400點，初始：10點，信號報警器：100點。(9)定時器(T):100毫秒， 范圍0至3276.7秒(200點)；10毫秒， 范圍0至327.67秒(46點)；1毫秒保持型，范圍0至32.767秒(4點)。(10)計數器(C):一般16位，范圍0至3276啜(200點)，鎖定16位，范圍100點，一般32位，范圍15點，鎖定32位，范圍15點。3.2硬幣識別器硬幣識別器主要識別現在國家發行的一元、五角、一角的硬幣。我國目前發行的一元，五角和一角硬幣的金屬原材料是為制造硬幣而專門使用的特殊合金， 因此在

16、它通過投幣入口進入由電感和電容組成的特定傳感器， 金屬材質和體積的差異對電容量和電感量的影響大小也出現微弱差異。電容量、電感量的變化引起電壓的變化，再通過檢測電路將信號放大，與設定值進行比較， 確定某種硬幣種類并對PLC的輸入單元發出信號，PLC根據接收到的信號，對硬幣值進行累加計數。根據對硬幣識別器的了解及選擇，確定使用側投類CPU硬幣識別器。3.3開關電源在自動售貨機中指示燈、警鈴、等電源為DC24M因此需要配備直流24V開關電源，本文選擇了WP10-S-24關電源的性能規格如下：(1)交流電壓輸入范圍：170264VAC(2)直流調整范圍：額定輸出電壓土10%。(3)輸出過載保護：110

17、%?150%。(4)工作溫度：-10+50C。3.4電磁閥電磁閥是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執行器；并不限于液壓，氣動。用于控制液壓流動方向，工廠的機械裝置一般都由液壓缸控制，所以就會用到它的工作原理，里面有密閉的腔，在不同的位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動。追朔的發展史，到目前為止，國內外的從原理上分為三大類

18、(即：直動式、分布直動式、先導式)，而從閥瓣結構和材料上的不同與原理上的區別又分為六個分支小類(直動膜片結構、分步重片結構、先導膜式結構、直動活塞結構、分步直動活塞結構、先導活塞結構)，本次設計采用直動式電磁閥。通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，關閉。3.5液位開關液位開關，也稱水位開關，液位傳感器，顧名思義，就是用來控制液位的開關。從形式上主要分為接觸式和非接觸式。常用的非接觸式開關有電容式液位開關，接觸式的浮球式液位開關應用最廣泛。電極式液位開關，電子式液位開關，電容式液位開關也可以采用接觸式方法實現。本次設計電子式液位開

19、關，電子式液位開關通過內置電子探頭對水位進行檢測，再由芯片對檢測到的信號進行處理，當判斷到有水時，芯片輸出高電平24V或5V等(PNP型或NPNH均可)，當判斷到無水時，芯片輸出0V。高低電平的信號通過PLC或其它控制電路來讀取，并驅動水泵等用電器工作。4軟件設計4.1I/O口分配列出I/O口分配表，如表4.1所示表4.1I/O口分配表輸入輸出輸入點功能輸出點功能X0五角投幣器Y0純凈水電磁閥X1F 投幣器Y1汽水電磁閥X2純凈水按鈕Y2咖啡電磁閥X3汽水按鈕Y3純凈水指示燈X4咖啡按鈕Y4汽水指示燈X5找錢按鈕Y5咖啡指示燈X6急停按鈕Y6余錢指示燈X7啟動按鈕Y10無純凈水報警燈X10純凈

20、水液位開關Y11無汽水報警燈X11汽水液位開關Y12無咖啡報警燈X12咖啡液位開關Y13F 退幣馬達Y14五角退幣馬達4.2控制接線圖本系統是一個小型集中控制系統，PLC選型主要取決于控制系統輸入、輸出開關信號的數量、用戶程序的長短及相關的功能。根據控制要求，I/O點數在24個左右，選擇性能價格比較高的三菱FX2N-48MR其中其輸入點為24點，輸出點為24點，該PLC為繼電器輸出型。本設計中，退幣按鈕、各種飲料按鈕和飲料出口（驅動電磁閥）等均為開關量。根據上述要求，繪制出PLC控制電路接線圖，如圖4,2所示。圖4.2控制接線圖4.3程序設計由于本設計為畢業設計，因此要求上要有現實中的自動售貨

21、機的多種功能。根據自動售貨機控制系統的流程可以知道自動售貨機的主要系統包括：計幣部分、比較部分、選擇和飲料供應部分、余額計算部分、退幣部分、報警部分。4.3.1計幣部分當有顧客購買飲料時，投入硬幣時由硬幣識別器識別硬幣，如果是真幣則系統將硬幣自動傳送到相應的硬幣貯存部分，然后在PLCJ進行數據運算，如果是假幣則系統自動退出硬幣，梯形圖如圖4,3所示。五角投幣器五角投幣器SQL一元投幣器一元投幣器燉凈水按鈕燉凈水按鈕汽汽水按鈕水按鈕咖啡按鈕咖啡按鈕找錢按鈕找錢按鈕急停按鈕急停按鈕啟動按鈕純凈水啟動按鈕純凈水液位開關液位開關汽水液位開關汽水液位開關咖啡液位開關咖啡液位開關SQ2SB1U_SB_SB

22、3SBSB5_SB驅心SQ_FX2N48MR01234561a01234561aYYYYYYYYYYYYYYYY汕口KM2KM2KM3L1L1L2L3L3L4X10X11X12COMKM4KM5純凈水電磁閥汽水純凈水電磁閥汽水電磁閥咖啡電磁閥電磁閥咖啡電磁閥名屯凈水指示燈汽名屯凈水指示燈汽水指示燈咖啡指示水指示燈咖啡指示燈余錢指示燈純凈燈余錢指示燈純凈水不足報警燈汽水水不足報警燈汽水不足報警燈咖啡不不足報警燈咖啡不足報警燈一元退幣足報警燈一元退幣馬達五角退市馬達馬達五角退市馬達4.3.2比較部分投幣完成后，系統會將D0內錢幣數據和可以購買的飲料價格進行區間比較：若1元0投幣2.5元，則純凈水選

23、擇指示燈長亮，此時可以選擇純凈水或退幣；若2.5元&投幣3元，則純凈水和汽水指示燈長亮，此時可以選擇純凈水、汽水或退幣；投幣3元，則純凈水、汽水和咖啡指示燈長亮，此時可以選擇純凈水、汽水、咖啡或退幣。梯形圖如圖4.4所示：MilMil?岫糕姬H1H1忖不5,5,I II_I_1-44Jd=H1-44Jd=H舉平士近m m律東船曲*密口KWKW岡，有巴汽口感信理KCWKCW1 1圖4.3計幣部分4 4大盤模DODO什吊啟慎D0D0工!不電自m mvi吊：&切計而急整D0D0/而11挈行出M12M12kFkF一元V0V0MS3MS3大F*F*近7?11也 舊相 配8 8商承仃品1-

24、周恭燈憫M1b-詼鋁胃心訂書由1|地3333H H郭由 森 犯1|HM3|TI*國 出 笆周恭燈X區留中岫1,2 如51氣 息 心口CTM-TYD-TYD*1*1此TS0K 笫口 1而屯/甸因激圖4.6余額計算部分4.3.5退幣部分顧客可在購完飲料后，由退幣指示燈Y6可知是否可以退幣。指示燈亮，則可以退幣，當按下退幣控制按鈕后，數據寄數器D1內的幣數除以10,商的整數部分是需要退回1元的個數并儲存在D10中；D11的數據除以5,商的整數部分是需要退回的5角錢的個數，并儲存在D12中，依次類推選擇退幣的同時起動2個退幣電動機。2個感應器開始計數，當感應器記幣的個數等于數據寄存器退回的幣數時，退幣

25、電動機停Y2EY2E止運轉。PLC編程梯形圖如圖4.7所示：圖4.7退幣部分4.3.6報警部分PLQt報警系統中，只起到開關連接的作用，當售貨機里面沒有飲料時，對應的指示燈就會亮紅燈，作報警提示。具體梯形圖如圖4.8所示：亡黨時(1（忖加E E4 4是蟲T5T5警2:招1 11 1%中乖量F F星rV01111JE E官也水田號T T1 1CMiaCMia; ;F F星圖4.8報警部分5系統調試由于實驗室沒有相應的實物控制模型（自動售貨機），因此，在調試系統控制程序時，所有的輸入信號均用開關按鈕來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調試時，首先按控制系統PLC接線圖完成硬件接線，并仔細檢查接線是

26、否有誤，特別要注意接線時不能出現短路、斷路及反接等情況，否則會造成硬件損壞及人身意外。開始程序調試：首先將PLC控制程序寫入到PLC機器中，再選擇監控狀態，使PLC處于“RUN狀態，然后逐一按投幣感應器（即硬幣識別機相對應的輸入開關），觀察有沒有進行累加幣值；或按選擇按鈕，觀察輸出指示燈是否按預計效果閃滅（即顯示飲料選擇提示、飲料送出、送出時間和退幣提示），并通過監控狀態觀察程序的運行過程及輸入輸出信號、內部描述實際出現的問題及解決方案。對報警部分進行調試，只需給相應的輸入端口信號，然后相應的指示燈變亮即可。要對照設計控制要求，逐一檢驗設計功能是否能有效的實現，并對程序進行改進和完善。調試過程中，發現了很多在設計之初沒有考慮到的問題，經過反復的調試和不斷的改進，問題逐個被解決?？偠灾?，對程序必須要