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1、精选优质文档-倾情为你奉上湖南人文科技学院课程设计报告课程名称:电气控制与PLC课程设计设计题目： 自动售货机的控制设计 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 自动化 班 级： 0702 学生姓名: 学 号: 起止日期: 2010年12月20日 2011年01月14日指导教师: 教研室主任： 专心-专注-专业指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日摘 要自动售货机是完成无人
2、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人们青睐，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、可编程控制器（PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发
3、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，要求它的结构必需可靠、稳定和执行效率高。本文就详细的介绍介绍了自动售货机的结构组成，简述利用可编程控制器（PLC)控制的自动售货机控制系统的控制原理，最后给出了该控制的软硬件设计，并编写了程序总框图和一个具体的梯形图，经实践验证该控制系统是可行的。关键词：可编程控制器（PLC)；自动售货机；三菱FX2N;梯形图；目 录 自动售货机的控制设计设计要求利用可编程控制器作为控制核心，完成一个自动售货机控制系统。具体要求如下：1自动售货机有
4、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，将可由退币按钮找回余额。 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。1方案论
5、证与对比 1.1方案一采用8751单片机为核心的自动售货机装置的控制系统。该系统以单片机8751芯片为核心，采用集中控制方式实现了对自动售货机全过程的自动控制。本系统选择44矩阵式键盘按键作为货物选择端，采用了2个可编程并行接口8255A实现并行接口的扩展，解决了单片机8751芯片输入/输出口引脚紧张的问题，实现了货物的掉出以及货币数的显示功能。 采用8751单片机为核心的自动售货机系统可以分为三部分组成，即自动售货机的控制子系统、通讯子系统、硬币器子系统以及纸币器子系统。其中控制子系统是本设计研究重点。 以单片机8751芯片为核心自动售货机的硬件原理构成如下图1.1所示：购货状态显示金额显示
6、继电器&电磁铁串行输出接口扩展并行输出接口扩展8751自动复位线路并行输入接口扩展无货检测识币器按钮图1.1 自动售货机硬件结构图 1.2方案二 采用三菱FX2N-MR48可编程控制器（PLC）的自动售货机装置的控制系统。其中输入部分由八个按键构成，分别实现不同的控制功能。输出部分由五个电磁阀、三个指示灯、一个七段译码显示构成。在本控制系统原理是:首先由顾客按下商品选择开关，然后顾客投入钱币，经钱币识别传感器后将信号送给PLC，由用户编写的PLC程序运行可以识别出硬币的市值，并显示投入钱币的数值，并同时与商品的价格比较。当投入的钱币满足某商品的购买价格后，则可以购买该商品的指示灯亮，PLC通过
7、计算还可以显示出消费数值和余额数值，商品驱动机构收到控制信号后即出货电磁阀动作，送出商品，若有余额，则退币电动机动作，可以退出余额数值的相应市值，同时完成内部清零过程。这样就完成一次商品提货过程，其控制系统的硬件示意图如图1.2所示：各种显示灯商品选择开关PLC 退币电动机钱币识别传感器出货电磁阀 图 1.2 自动售货机硬件组成示意图1.3方案对比与选择 本人考虑了单片机和PLC两种方案来设计自动售货机的控制设计，但是考虑到自动售货机的输入电压不稳定，作为CPU的MCX-51 型单片机超压发热容易造成爆裂，而PLC不但可实现类似控制功能，还具有可靠性高、适应面广、抗干扰能力强、编程方便、电压使
8、用范围宽等特点，所以根据自动售货机的使用要求，本系统设计就是采用三菱PLC(FX-2N)作为自动售货机的控制装置。2可编程控制器PLC介绍2.1 PLC概述PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。向小型化、专用化、低成本方向发展向大容量、高速度方向
9、发展智能型I/O模块的发展基于PC的编程软件取代编程器PLC编程语言的标准化PLC通信的易用化组态软件与PLC的软件化PLC与现场总线相结合开发新型特殊功能模块CPU的处理速度进一步加快2.2 PLC的工作原理PLC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。PLC通电后，首先对硬件和软件作一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图2-1）。读取输入执行用户程序处理通信要求自诊断检查改写输出RUN状态读取输入处理通信要求自诊断检查改写输出STOP状态图2-1 各阶段处理任务2.3 PLC的循环扫描工作对每个程序
10、，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图2-2所示。 图2-2 PLC的扫描全过程 2.4 PLC的硬件组成PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中，CPU是PLC的核心；输入单元/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备，其硬件构成图如图2-3。图2-3 PLC硬件结构图2.5 PL
11、C的编程语言PLC为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常有以下5种：梯形图（LAD）、语句表（STL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构文本（ST）。2.7 PLC的特点抗干扰能力强，可靠性好控制系统结构简单，通用性强编程方便，易于使用功能完善体积小，维护操作方便易于实现网络化可实现三电一体化3自动售货机的PLC设计3.1 硬件设计分析3.1.1控制要求分析自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算，然后根据运算结果做出相应的判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买，本次课程设计的要求是可识别三种钱币，分别是1元、5元、10元，采用三个
12、按钮进行模拟，自动售货机共出售3种货物，其价格分别定为12元、15元、20元，当投币数大于等于货物价格时，该种货物的指示灯亮，表示可以进行购买，3种货物分别用3个信号灯进行指示。除此之外，本次设计还涉及了显示、找零等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，PLC的外围接口由两个CD4511连接两个数码显示管，以显示投币总数和购买后的余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零。整个系统由三个可以感受到投币量的传感器、六个按钮开关、三个指示灯、和两个七段数码管和两片CD4511组成。自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算，然后根据运算结果做出相应的判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商
13、品不能购买，本次课程设计的要求是可识别三种钱币，分别是1元、5元、10元，采用三个按钮进行模拟。除此之外，本次设计还涉及了找零功能的实现。整个系统由三个可以感受到投币量的传感器、六个按钮开关、三个指示灯组成。3.1.2 I/O点统计表3-1 I/O点统计输入输出输入点数量输出点数量投币孔3够买商品指示3商品选择3输出商品3退币1退币2启动1数码管显示7停止1合计9合计153.1.3 PLC选择现在世界上PLC的生产厂家有200多家，提供400多个品种的PLC供用户选择，目前我国市场上主要的PLC产品有：西门子公司的S7-400/300/200系列、施奈德公司的momentum等、还有就是日本的
14、欧姆龙、三菱、松下等公司的产品。西门子公司生产的PLC可靠性高，特别适用于大的工业控制系统，造价比较高，对于小型的自动售货机的控制系统来说成本过高。目前我国市场上主流的小型的三菱PLC比较合适此设计控制，三菱公司生产的小型PLC的代表为FX-2N系列的PLC、它具有丰富的内部资源：程序存储器具有16K步的最大存储容量，128种应用指令，还具有184点8进制编号的输入点数，184点8进制编号的输出点数，普通型、掉电保持性和赋予特殊用途型三种内部继电器，以及状态寄存器、定时器、计数器、数据寄存器、常数与指针等功能与资源。可靠性高、造价低，对于自动售货机的控制中心就特别的合适。因此，本次设计采用的P
15、LC为三菱公司生产的FX-2N系列PLC软组件，控制系统选用FX2N-32MR-001，I/O点数各为16点，可以满足要求，且有一定裕量。3.1.4 CD4511七段数码管译码器CD4511是一组用来作为BCD对共阴极LED七段显示器译码的包装。其引脚图，其各引脚功能如下： LT：做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出abcdefg=，使七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。当LT=1，则正常解码。BI：空白输入控制，当BI=0 (LT 为1 时) 则不论DCBA 之输入为何，其输出abcdefg皆为0，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码
16、，避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。LE：数据栓锁致能控制；在CD4511 中，不但具译码功能，更具有数据栓锁的记忆功能。当LE=0 时(LT=1 且 BI=1)，DCBA 数据会被送入IC 的缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1 时，则IC 中的暂存器会关闭，仅保存原来在LE=0 时的DCBA数据供译码器译码。换句话说当LE=1 时，不论DCBA 的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出abcdefg 仍保留原来在LE 由0转为1以前的资料。 图3-1 CD4511引脚图3.2 软件设计分析3.2.1 I/O分配表此次设计的PLC控制的自动售货机控制系统的I/O分配表如下：表3
17、-2 自动售货机 I/O分配表输入输出输入点功能输出点功能X01元投币孔Y0够买汽水指示X15元投币孔Y1够买花茶指示X210元投币孔Y2够买咖啡指示X3汽水选择Y10输出汽水X4花茶选择Y11输出花茶X5咖啡选择Y12输出咖啡X6退币Y13退10元X7启动Y14退1元X8停止3.2.2 系统流程图图3-1 系统总体结构流程图3.2.3 系统软件设计梯形图（附录一） 该程序设计的主要分为几个过程，现在我们具体分析一下程序过程： (1)初始状态。此时不能购买任何商品。 (2)投币状态。顾客投币，显示投入总值，即余额数值，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。 (3)购
18、买状态。按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。 (4)退币按钮。按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。按下确认钮，则恢复初始状态。到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。3.2.3 自动售货机控制系统外部接线图图3-2 自动售货机外部接线图5 系统调试分析5.1硬件调试（1）断电时检查电源是否接好，地线是否接好，各输入/输出点是否接好接牢；（2）用万用表检查实验板线路有没短路、开路现象。（3）接通5V直流电源，按动相应的功能按钮，确认各个数码管能否按照要求显示；5.2 软件调试（1）按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线
19、工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区。（2）将编辑好的程序传入PLC运行，使用编辑器联机调试操作，检查各点工作状态，并配合观察PLC各点输入/输出指示LED或输入/输出设备工作是否符合程序功能要求。5.3 总体调试将设计好的实验电路板与PLC连接起来，利用上位机软件动画效果来模拟硬件的连接。采用分模块的调试方法，来调试系统程序。调试步骤和结果如下：当投入总金额=12元时，饮料指示灯亮，等投入总金额=12时，汽水指示灯亮。八段数码管显示投入的总金额值。饮料指示灯亮时，按饮料按钮，饮料驱动器动作，饮料从售货口自动售出，饮料指示灯闪烁，3s后饮料驱动器释放，完成一次售货。若有剩余金额，找钱灯亮
20、。在购买商品后还剩余额，或在投入硬币后又不想购买商品，按复位按钮，售货机自动退出应找回的硬币。售货机能自动计算已售出商品的总金额、啤酒和饮料的现存数量。当啤酒或饮料现存数量为零时，对应的指示灯闪烁。6 结束语PLC课程设计考察同学们动手,思考,操作能力以及对PLC理论知识的理解能力,应用能力,通过这段时间的学习与实践,让我重新去学习PLC各方面的知识,PLC的一些知识简单易懂,掌握较快,同时加大对我们操作能力,了解各方面的一些知识,让自己的能力有些提高。对于这次对自动售货机的设计制作，也让我了解了关于自动售货机的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作。但是最后的成
21、品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。PLC设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在短短的两个个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过
22、的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这虽然是我们第二次做课程设计，但还是会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 这次PLC课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在曹老师的耐心指导下，终于游逆而解。 参考文献:1廖常初， PLC基础及应用北京:机械工业出版社，2004.2王
23、兆义，可编程序控制器教程.北京:机械工业出版社 2005.3 程周，可编程序控制器原理与应用 .M北京：高等教育出版社， 2003年4 王永华，现代电气控制及PLC 应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，20005 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，20036 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，20007 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，20038 张万忠，刘明芹.电器与PLC控制技术.北京：化学工业出版社，20039 王永华，现代电气控制及PLC 应用技术.北京：北京航空航天大学出版社，200010
24、贺哲荣，石帅军流行PLC实用程序及设计（三菱FX2系列）北京：机械工业出版社，2001附录一 梯形图附录二: 指令表0 LD X010 1 OR M02 ANI X0113 OUT M04 LD X0005 OUT C0 K18 LD X001 12 MUL C1 K519 LD X00220 OUT C2 K123 MUL C2 K1030 LD X00031 OR X00132 ADD C0 D1139 LD X00040 OR X00141 OR X00242 ADD D11 D1249 LD X00050 OR X00151 OR X00252 CMP D14 K1159 AND M1
25、60 OUT Y00061 LD M262 OR M363 ANB66 OUT M467 LD X00068 OR X00169 OR X00276 CMP D11 K1477 AND M1578 OUT Y00079 OUT Y00180 LD M681 OR M782 ANB85 OUT M886 LD X00087 OR X00188 OR X00292 CMP D14 K1999 AND M9100 OUT Y000101 OUT Y001102 OUT Y002103 LD M10104 OR M11105 OUT M12106 LD X010107 AND Y000108 AND
26、X003109 ANI X011 110 ANI X006111 OUT T0 K30114 LD T0115 OUT Y010116 SUB D14 K12123 LD X010 124 AND X004 125 AND Y001126 ANI X011127 ANI X006128 OUT T1 K30131 LD T1132 OUT Y011133 SUB D14 K15140 LD X010 141 AND X005142 AND Y002143 ANI X001144 ANI X006145 OUT T2 K30148 LD T2149 OUT Y012150 SUB D14 K20157 LD T0158 AND Y010159 LD T1160 AND Y011161 LD T2162 AND Y012163 ORB 166 CMP D15 K15173 AND M13174 OUT Y013175 OUT Y014176 AND M14177 OUT Y013181 SEGD D15 Y003188 LD X000189 OR X001190 OR X002191 SEGD D14 Y003196 END