PLC的自动售货机的课程设计

湖南工学院

课程设计说明书

课题名称： 自动售货机的控制设计

专业名称： 自动化

学生班级： 自本0701

学生学号： 410070131

学生姓名： 冯 源

指导老师： 陆秀令

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课程设计任务书

自动售货机的控制设计

一、控制要求

1．自动售货机有3个投币孔，分别为1元、5元和10元。

2．售货共有3种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。

3．如投币总额超过销售价格，将可由退币钮找回余额。

4．投币总额或当前值显示在7段数码管上。

5．投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水。

6．投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶。

7．投币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。

8．按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示饮料已经掉出。

9．动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元，如果小于10元则直接退1元的。

二、设计任务

学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，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。主要内容包括：

1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；

2. 系统有启动、停止功能；

3. 运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；

4. 程序结构与控制功能自行创新设计；

5. 进行系统调试，实现自动售货机的控制要求。

三、设计报告

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课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。

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目录

第1章 绪论 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1

1.1 引言 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1

1.2 PLC控制系统设计编程要求 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2

1.3 PLC控制系统设计的基本原则 ．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3

1.4 本人的主要工作 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4

第2章 自动售货机PLC控制系统的硬件设计 ．．．．．．．．．． 5

2.1 I/O点的统计 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5

2.2 PLC选型与I/O的分配 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5

2.3 自动售货机的硬件线路设计 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5

第3章 自动售货机PLC控制系统的软件设计 ．．．．．．．．．．．7

3.1 常见的梯形图的设计方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 7

3.2 自动售货机的PLC控制程序设计 ．．．．．．．．．．．．．．．． 7

3.3 组态面板 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.4 梯形图的调试 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12

第4章 课程设计总结 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 16

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第1章 绪 论

1.1引 言

自动售货机是可完成无人自动售货，集光、机、电一体化的商业自动化设备。 自动售货机不受任何场地限制，方便快捷,可以每天24h售货,因此深受上班族的欢迎,很多城市的公共场所里面都放置有自动售货机,出售的商品五花八门,从饮料、零食、香烟、糖果,到牙刷、方便面、自动照相机。近年来，我国的自动售货机行业突飞猛进：在汽车总站、商厦、医院、小区、学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹。这种方便快捷的购物方式越来越受到人们的青睐,同时也是现代化城市配套设施的需求 传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心,这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较差。可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller），简称PLC。可编程序控制器是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置,它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点,已在工业控制领域得到广泛地应用。 因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施,要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。PLC是以CPU为核心， 综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置， 是现代工业控制的三大支柱( P L C 、机器人和C A D / C A M ) 之一。P L C 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。但是P L C 也有它自己的特点， P L

C 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。目前，可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保等各行各业。

自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐。自动售货机最基本的功能是对投入的货币进行运算，并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品, 并做出相应的反映。因此，售货机应能够辨识机内包含的商

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品, 能够对所投入的币值进行累计, 并提供所要购买的商品。当按下选择商品的按钮时，自动售货机根据投入的币值，起动电机，提取商品到出货口，顾客取出商品，完成此次交易。它还具有识币系统、货物和货币的传送系统来实现完整的售货功能。

1.2 PLC控制系统设计编程要求

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则：

1. 最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC 控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。

2. 保证PLC 控制系统安全可靠

保证PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC 控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。

3. 力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和 社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

4. 适应发展的需要

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由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

1.3 PLC控制系统设计的基本原则

1、所编的程序要合乎所使用的PLC的有关的规定

主要是对指令要准确地理解，正确地使用。各种PLC指令多有类似之处，但还有些差异。对于有PLC使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程设计时，一定要对新型号PLC的指令重新理解一遍，否则容易出错。

2、要使所编的程序尽可能简洁

简短的程序可以节省内存，简化调试，而且还可节省执行指令的时间，提高对输入的响应速度。要使所编的程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧指令，还要能优化结构。要实现某种功能，一般而言，在达到的目的相同时，用功能强的指令比用功能单一的指令，程序步数可能会少些。

3、要使所编的程序尽可能清晰

这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂程序。要想使程序清晰，就要注意程序的层次，讲究模块化、标准化。特别是在编制复杂的程序时，更要注意程序的层次，可积累自己的与吸收别人的经验，整理出一些标准的具有典型功能的程序，并尽可能使程序单元化，像计算机中的常用的一些子程序一样，移来移去都能用，这样，设计起来简单，别人也易了解。

4、要使所编的程序合乎PLC的性能指标及工作要求

所编程序的指令条数一定少于所选用的PLC内存的容量，即程序在PLC中能放得下，所用的输入、输出点数要在所选用PLC的I/O点数范围之内，PLC的扫描时间要少于所选用PLC的程序运行监测时间。PLC的扫描时间不仅包括运行用户程序所需的时间，而且还包括运行系统程序所需的时间。

5、所编程序能够循环运行

PLC的工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。它的运行从初始化后的状态开始，待控制对象完成了工作循环（完整程序执行一次），则又返回初

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始化状态继续运行。因为只有这样才能使控制对象在新的工作周期中也得到相同的控制。

1.4 本人的主要工作

我的主要工作是设计自动售货机的所有硬件系统与软件程序。其中包括对I/O点的统计与分配，对PLC的选型，对硬件线路的设计，对PLC梯形图的编程设计，与最终的调试仿真。

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第2章 自动售货机PLC控制系统的硬件设计

2.1 I/O点的统计

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32个左右,其中其输入点为16点,输出点为16点。

2.2 PLC选型与I/O的分配

根据PLC的程序选择性能价格比较高的三菱FX2N—32MR，自动售货机的I/O分配表如表2-1。

表2-1 I/O分配表

2.3 自动售货机的硬件控制电路设计

了解各个控制对象的驱动要求，分析对象的控制要求，确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量、模拟量的控制等，完成PLC硬件结构配置。本设计中，退币按钮、各种饮料按钮、开始购买按钮、继续按钮退币机构和饮料出

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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，由此绘制出系统结构图，PLC控制电路接线图。如图2-1，图2-2，所示。

图2-1 自动售货机结构图

图 2-2 自动售货机的接线图

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第3章 自动售货机PLC控制系统的软件设计

3.1 常见的梯形图的设计方法

1 根据继电器电路图设计梯形图

用PLC改造继电器控制系统时，原有的继电器控制系统经过长期的使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而继电器电路图与梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，因此可以根据继电器电路图设计梯形图，即将继电器电路图“转换”为具有相同功能的PLC的外部硬件接线图和梯形图。 2 经验法设计梯形图

经验设计珐是在一些经典的电路基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图，设计比较简单的控制系统的梯形图。一般需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一鞋触电或中间编程元件，最后才能得到一个满意的结果。

这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间，设计的质量与设计者的经验有很大关系，一般用于较简单的梯形图的设计。

3 顺序控制法的设计梯形图

顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有次序的进行操作。

此次设计我是运用的经验法设计的梯形图，根据平时上课所学与实验中的经验设计的梯形图。

3.2 自动售货机的PLC控制程序设计

根据控制要求，绘出自动售货机PLC控制流程图，表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。

自动售货机PLC控制流程图，如图2-3所示。

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图 3-1 自动售货机的流程图

在明确PLC寄存器空间分配，确定专用寄存器的基础上，进行控制系统的程序设计，包括主程序编制、各功能子程序编制、其他辅助程序的编制等。

自动售货机PLC控制梯形图，如图3-2，3-3，3-4所示。

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图3-2 自动售货机的程序梯形图1

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图3-3 自动售货机的程序梯形图2

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图3-4 自动售货机的程序梯形图3

3.3组态面板

根据I/O分配表画出组态面板。如图3-5。

图3-5 自动售货机的组台面板图

将余额显示，投币孔，1元，10元，汽水，花茶，咖啡出口和汽水指示灯，花茶指示灯，

咖啡指示灯利用标签进行输入并设计指示灯显示来观察各部分的动

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作，输入框进余额的显示。对退币，汽水，花茶和咖啡设计标准按钮来控制。设备窗口选择通用串口父设备0和三菱FX2N-32MR。并对其进行设置偶校验，周期200MS，七位数据位。并根据梯形图设置设备内部属性，进行通道连接。在实时数据内进行写入咖啡指示灯，花茶指示灯和汽水指示灯。

3.4梯形图的调试

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（包括硬币、纸币识别）均用开关信号来代替，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，然后逐一按开始购买观察按钮，投币按钮（硬币识别机构），按钮，或继续购买按钮，观察输出指示灯是否按预计效果闪灭，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。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。

下面是我用电脑在三菱GX-Developer进行的仿真。

首先我按下总开关X000，然后按下3次1元硬币按钮X001，1次1-元投币按钮X003，使显示器上余额到达13，汽水指示灯亮，仿真如图3-6，图3-7。