自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、目 錄第1章 自動售貨機(jī)的控制工藝流程分析11.1系統(tǒng)描述與控制要求11.2 控制工藝分析2第2章 自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計32.1 自動售貨機(jī)系統(tǒng)的硬件組成32.2 I/O分配42.3 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖5第3章 系統(tǒng)的流程圖6第4章 程序設(shè)計74.1 計幣部分74.2 比較部分74.3 選擇和飲料供應(yīng)部分84.4 余額計算部分84.5 退幣部分94.6 整體運行梯形圖11第5章 梯形圖程序調(diào)試14課程設(shè)計心得15參考文獻(xiàn)16第1章 自動售貨機(jī)的控制工藝流程分析自動售貨機(jī)是可完成無人自動售貨的商業(yè)自動化設(shè)備，它不受任何場地限制，方便快捷，在我國也越來越普及。傳統(tǒng)的自動售貨機(jī)采用

2、單片機(jī)作為控制核心，但這樣在輸入輸出接口上消耗很大。PLC不但可實現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡單、功能強(qiáng)、能耗低、調(diào)試方便等優(yōu)點。本文設(shè)計的是售汽水和咖啡這兩種飲料的自動飲料機(jī)，它的售貨過程是：首先由顧客按下商品選擇開關(guān)時，然后顧客投入的硬幣(投入硬幣的面值和剩余值由PLC驅(qū)動數(shù)碼管顯示)經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，再由光傳感器驅(qū)動硬幣識別傳感器識別硬幣（由于能力有限，在識別硬幣上不做具體研究）。如果是無效幣則使繼電器打開閥門，將硬幣退出；如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應(yīng)的硬幣貯幣腔，并經(jīng)硬幣識別傳感器將信號送給PLC。最后經(jīng)顧客選擇，同時PLC控制，使PLC的輸出口上有相應(yīng)的信號輸出。若

3、貯幣腔內(nèi)無硬幣（紅外檢測器感應(yīng)）、飲料的量位小于設(shè)定值（紅外傳感器感應(yīng)）、售貨機(jī)遭損，系統(tǒng)就報警【7】。大體運行如圖1-1：商品選擇開關(guān)硬幣感應(yīng)器PLC各種指示燈退幣電動機(jī)出貨電磁閥液位感應(yīng)器圖1-1自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成示意圖1.1 系統(tǒng)描述與控制要求 PLC 控制的自動售貨機(jī)系統(tǒng)主要有三個可以感受到投幣量的傳感器，六個按鈕開關(guān)（分別為啟動按鈕、停止按鈕、退幣按鈕、汽水選擇按鈕、花茶選擇按鈕 和咖啡選擇按鈕） 三個指示燈，（分別為汽水指示燈，花茶指示燈和咖啡指示燈）， 和兩個七段數(shù)碼管。傳感器用來接收投幣信號，傳送投幣量的多少；按鈕開關(guān)分 別對系統(tǒng)功能進(jìn)行控制，當(dāng)投入的錢幣夠某一種飲料時

4、，按下這種飲料的選擇按 鈕時才會有飲料送出，有剩余錢幣時，還可以通過按下退幣按鈕來找回剩余錢幣； 三個指示燈分別用來只是哪種飲料可以選擇，只有投幣量大于或等于這種飲料的 價格時，這種飲料的指示燈才會亮；同時，還有兩個七段數(shù)碼管，用于顯示當(dāng)前 剩余的總錢幣。具體對自動售貨機(jī)的控制要求如下：1.自動售貨機(jī)有 3 個投幣孔，分別為 1 元、5 元和 10 元。2.售貨共有 3 種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。 3.如投幣總額超過銷售價格，將可由退幣鈕找回余額。 4.投幣總額或當(dāng)前值顯示在 7 段數(shù)碼管上。5.投幣值等于或大于12 元時，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水。 6.投幣值等于或大于15

5、元時，汽水和花茶指示燈亮，表示可選擇汽水和茶。 7.投幣值等于或大于20 元時，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示 3 種均可選擇。8.按下要飲用的飲料按鈕，則相對應(yīng)的指示燈開始閃爍，3s 后自動停止，表示飲料已經(jīng)掉出。9.動作停止后按退幣鈕，可以退回余額，退回金額如果大于 10 元，則先退 10 元再退 1 元，如果小于 10 元則直接退 1 元的。 1.2控制工藝分析自動售貨機(jī)的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進(jìn)行計算, 然后根據(jù)運算結(jié)果做 出相應(yīng)的判斷,看看哪種商品可以進(jìn)行購買,哪種商品不能購買,本次課程設(shè)計的要求是可識別三種錢幣,分別是 1 元,5 元,10 元,采用三個按鈕進(jìn)行模擬, 自動售貨

6、機(jī)共出售3 種貨物,其價格分別定為 12 元,15 元,20元,當(dāng)投幣數(shù)大 于等于貨物價格時,該種貨物的指示燈亮,表示可以進(jìn)行購買,3 種貨物分別用 3個信號燈進(jìn)行指示.除此之外,本次設(shè)計還涉及了顯示,找零等功能的實現(xiàn), 其中顯示部分采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示, PLC 的外圍接口由兩個 CD4511 連接兩個數(shù)碼顯示管,以顯示投幣總數(shù)和購買后的余額；當(dāng)按下找零按鈕后,數(shù)碼管顯示進(jìn)行清零。整個系統(tǒng)由三個可以感受到投幣量的傳感器,六個按鈕開關(guān),三個指示燈,和兩個七段數(shù)碼管和兩片 CD4511 組成。 第2章自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計2.1自動售貨機(jī)系統(tǒng)的硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、

7、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等幾部分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2-1。圖2-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.1.1系統(tǒng)的 PLC 的選型現(xiàn)在世界上PLC的生產(chǎn)廠家有200多家，提供 400 多個品種的PLC供用戶 選擇，目前我國市場上主要的 PLC 產(chǎn)品有：西門子公司的 S7-400/300/200 系列， 施奈德公司的 momentum 等，還有就是日本的歐姆龍、三菱、松下等公司的產(chǎn)品。西門子公司生產(chǎn)的 PLC 可靠性高，特別適用于大的工業(yè)控制系

8、統(tǒng)，造價比較高，對于小型的自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)來說成本過高。相反，目前我國市場上主流的小型的三菱 PLC 就比較合適，三菱公司生產(chǎn)的小型 PLC 的代表為 FX-2N 系列的 PLC，它具有豐富的內(nèi)部資源：程序存儲器具有 16K 步的最大存儲容量，128 種應(yīng)用指令，還具有 184 點 8 進(jìn)制編號的輸入點數(shù)，184 點 8 進(jìn)制編號的輸出點數(shù)，普通型，掉電保持性和賦予特殊用途型三種內(nèi)部繼電器，以及狀態(tài)寄存器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、常數(shù)與指針等功能與資源?？煽啃愿撸靸r低，對于自動售貨機(jī)的控制中心就特別的合適。因此，本次設(shè)計采用的 PLC 為三菱公司生產(chǎn)的 FX-2N 系列單片機(jī)。2.2

9、 I/O分配輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理的結(jié)果送給被控對象，以實現(xiàn)控制目的。本次自動售貨機(jī)I/O點的分配表如表2-1所示。表2-1 I/O口分配輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號1元投幣感應(yīng)器ST1X0顯示指示燈HL1Y0Y75元投幣感應(yīng)器ST2X1汽水指示燈HL2Y1010元投幣感應(yīng)器ST3X2咖啡指示燈HL3Y11汽水按鈕SB1X3汽水電磁閥YV1Y12花茶按鈕SB2X4花茶電磁閥YV2Y13咖啡

10、按鈕SB3X5咖啡電磁閥YV3Y141元退幣感應(yīng)器ST4X6無幣報警控制YV4Y155元退幣感應(yīng)器ST5X7沒有汽水報警YV5Y1610元退幣感應(yīng)器ST6X8沒有咖啡報警YV6Y17退幣控制按鈕SB3X10售貨機(jī)遭破壞報警YV7Y181元剩余錢幣感應(yīng)器ST7X111元傳動電機(jī)控制YV8Y205元剩余錢幣感應(yīng)器ST8X125元傳動電機(jī)控制YV9Y2110元剩余錢幣感應(yīng)器ST9X1310元傳動電機(jī)控制YV10Y22汽水液位感應(yīng)器ST10X14退幣指示燈HL4Y23咖啡液位感應(yīng)器ST11X15投幣不足指示燈HL5Y24售貨機(jī)遭破壞感應(yīng)器ST12X162.3自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖本系統(tǒng)是一個小型

11、集中控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關(guān)信號的數(shù)量、用戶程序的長短及相關(guān)的功能。根據(jù)控制要求，I/O點數(shù)在48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。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，分析對象的控制要求，完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。本設(shè)計中，退幣按鈕、各種飲料按鈕和飲料出口（驅(qū)動電磁閥）等均為開關(guān)量。根據(jù)上述要求，因條件所限輸出均用指示燈代替，由此繪制出PLC控制電路接線圖，如圖2-2所示：圖2-2 控制接線圖第3章 系統(tǒng)的流程圖第4章 程序設(shè)計根據(jù)自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的流程可以知道自動售貨機(jī)的主要系統(tǒng)包括：計幣部分

12、、比較部分、選擇和飲料供應(yīng)部分、余額計算部分、退幣部分、報警部分。妨功害能身份證4.1 計幣部分當(dāng)有顧客購買飲料時，投入硬幣時經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動硬幣識別器識別硬幣,如果是假幣則系統(tǒng)自動退出硬幣,如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應(yīng)的硬幣貯存腔,并經(jīng)光傳感器感應(yīng)，然后在PLC內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)運算，否則認(rèn)為是假幣并退出系統(tǒng)，梯形圖如圖4-1：圖4-1 記幣部分梯形圖4.2 比較部分投幣完成后，系統(tǒng)會將D1內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的飲料價格進(jìn)行區(qū)間比較：若投幣<2元，則指示燈Y24亮，顯示投幣不足，此時可以繼續(xù)投幣或退幣；若2元投幣<3元，則汽水選擇指示燈長亮，此時可以選擇汽水或

13、退幣；若投幣3元,則汽水和咖啡指示燈長亮,此時可以選擇汽水、咖啡或退幣。梯形圖如圖4-2：圖4-2 比較部分梯形圖4.3 選擇和飲料供應(yīng)部分比較完成后，按下指示燈長亮的選擇按鈕，相應(yīng)的電磁閥（Y12或Y13）起動，并且相應(yīng)的選擇指示燈由長亮轉(zhuǎn)為以1s為周期的閃爍直至飲料供應(yīng)完畢后閃爍停止。當(dāng)飲料輸出達(dá)到7s時，電磁閥關(guān)斷。梯形圖如圖4-3：圖4-3 選擇部分梯形圖4.4 余額計算部分飲料輸出的同時減去相應(yīng)的購買幣數(shù)。梯形圖如圖4-4：圖4-4 余額計算梯形圖4.5 退幣部分 顧客可在購?fù)觑嬃虾?，由退幣指示燈Y23可知是否可以退幣，指示燈亮，則可以退幣，當(dāng)按下退幣控制按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D1內(nèi)的幣

14、數(shù)除以10，商的整數(shù)部分是需要退回1元的個數(shù)并儲存在D2中；D3的數(shù)據(jù)除以5，商的整數(shù)部分是需要退回的5角錢的個數(shù)，并儲存在D4中，依次類推選擇退幣的同時起動3個退幣電動機(jī)。3個感應(yīng)器開始計數(shù)，當(dāng)感應(yīng)器記幣的個數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時，退幣電動機(jī)停止運轉(zhuǎn)。PLC編程梯形圖如圖4-5：圖4-5 退幣部分梯形圖4.6整體運行梯形圖 第5章 梯形圖程序調(diào)試由于實驗室沒有相應(yīng)的實物控制模型(自動售貨機(jī))，因此，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時，所有的輸入信號均用開關(guān)信號和復(fù)位按鈕來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調(diào)試時，首先按控制系統(tǒng)PLC接線圖完成硬件接線，并仔細(xì)檢查接線是否有誤，特別要注意接線時不能出現(xiàn)

15、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(diào)試：首先將PLC控制程序?qū)懭氲絇LC機(jī)器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使PLC處于“RUN”狀態(tài)，然后逐一按投幣感應(yīng)器（即硬幣識別機(jī)構(gòu)用復(fù)位按鈕信號來表示硬幣的輸入），觀察有沒有進(jìn)行累加幣值；或按選擇按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)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(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運行過程及輸入輸出信號、內(nèi)部描述實際出現(xiàn)的問題及解決方案。對報警部分進(jìn)行調(diào)試，只需給相應(yīng)的輸入端口信號，然后相應(yīng)的指示燈變亮即可。要對照設(shè)計控制要求，逐一檢驗設(shè)計功能是否能有效的實現(xiàn)，并對程序進(jìn)行改進(jìn)和完善。例如，調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)

16、重復(fù)線圈問題，需將程序進(jìn)行合并，避免重復(fù)線圈等等?？偠灾?，對程序必須要反復(fù)調(diào)試，不斷改進(jìn)，以獲得既完全實現(xiàn)功能，而又簡單、嚴(yán)謹(jǐn)性高的PLC控制程序。課程設(shè)計心得經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)