自動售貨機課程設計報告

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　名 稱 自動售貨機控制系統(tǒng)的設計 </p><p>　　院 　系 </p><p>　　班 級 </p><p>　　姓 名 </p>

2、<p>　　學 號 </p><p>　　指導教師 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言……………………………………………………………………………………..3</p><p>　　1.自動售貨機的介紹………………………………

3、….....................................3</p><p>　　1.2 PLC的選型原則……………………………………………………………..3</p><p>　　1.3 PLC的概述…………………………………………………………………….3</p><p>　　1.3.1 PLC的產(chǎn)生………………………………………………………………

4、……..3.</p><p>　　1.3.2 PLC的定義……………………………………………………………………..3</p><p>　　1.3.3 PLC的發(fā)展趨勢……………………………………………………………….4</p><p>　　1.3.4 PLC的特點……………………………………………………………………..4</p><p>　　

5、1.4 西門子公司可編程控制器產(chǎn)品S7-300介紹……………………4</p><p>　　1.4.1 S7-300 PLC的系統(tǒng)組成……………………………………………………..4</p><p>　　1.4.2 技術性能…………………………………………………………………………4</p><p>　　2.自動售貨機PLC程序設計……………………………………………………

6、5</p><p>　　2.1仿真實驗系統(tǒng)中售貨機的分析…………………………………………5</p><p>　　2.2 設計任務的確定………………………………………………………………6</p><p>　　2.3 程序設計部分………………………………………………………………….7</p><p>　　2.3.1 程序設計說明………………………

7、…………………………………………..7</p><p>　　2.3.2 PLC程序設計……………………………………………………………………7</p><p>　　2.4 下載和調(diào)試程序………………………………………………………………16</p><p>　　2.4.1 下載程序及模塊信息………………………………………………………….16</p><

8、;p>　　2.4.2 用S7-PLCSIM調(diào)試程序……………………………………………………….16</p><p>　　3.結束語………………………………………………………………………………16</p><p>　　4.參考文獻………………………………………………………………………….17</p><p>　　5.附錄………………………………………………………

9、…………………………..17</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　可編程控制器（PLC）是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)。他采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計時，算數(shù)運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類類型的機械或者生產(chǎn)過程。</p><

10、;p>　　自動售貨機的自動售貨功能是基于PLC程序的設計來實現(xiàn)。主要設計介紹：</p><p>　　一臺用于銷售汽水和咖啡的自動售貨機，具有硬幣識別的功能，幣值累加</p><p>　　自動售貨，自動找錢等功能，此售貨機可接受的硬幣有0.1元，0.5元，1元。汽水的價格為1.2元;咖啡的價格為1.5元。</p><p><b>　　1自動售貨機介紹&

11、lt;/b></p><p>　　1.1 自動售貨機介紹</p><p>　　自動售貨機是能根據(jù)投入的錢幣自動付貨的機器。自動售貨機是商業(yè)自動化的常用設備，它不受時間、地點的限制，能節(jié)省人力、方便交易。是一種全新的商業(yè)零售形式，又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。能分為三種：飲料自動售貨機、食品自動售貨機、綜合自動售貨機。</p><p>　　1.2 PLC的選型

12、原則</p><p>　　深入了解被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入輸出設備，常用的輸入設備有按鈕，行程開關，選擇開關，傳感器等等，輸出設備有接 觸器，繼電器，指示燈，氣缸等等。根據(jù)已經(jīng)確定的I/O設備，統(tǒng)計所需要的I/O信號的點數(shù)，選擇PLC的類型，包括PLC機型的選擇，容量的選擇，I/O模塊的選擇，電源模塊的選擇以及通信模塊的選擇。</p><p>　　1.3 PL

13、C的概述</p><p>　　1.3.1 PLC的產(chǎn)生</p><p>　　早期工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的電氣自動控制系統(tǒng)是繼電器接觸器控制系統(tǒng)， 隨 著20世紀工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭越來越激烈，工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期 日趨縮短，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代社會小批量、 多品種、低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)方式的生產(chǎn)控制要求，因此，迫切需要一種新的更 先進的自動控制裝置來取代傳統(tǒng)

14、的繼電器控制系統(tǒng)。 1969年美國數(shù)字設備公司(DEC)研制出了世界上第一臺PLC， 并在GM公司汽車 生產(chǎn)線上首次應用成功。當時人們把它稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC。</p><p>　　1.3.2 PLC的定義</p><p>　　可編程控制器（PLC）是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)。他采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計時，算

15、數(shù)運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類類型的機械或者生產(chǎn)過程。</p><p>　　1.3.3 PLC的發(fā)展趨勢 </p><p>　　目前，為了適應大中小型企業(yè)的不同需要，進一步擴大PLC在工業(yè)自動化領域的 應用范圍，PLc正朝著以下幾個方向發(fā)展：①向高速度、大存儲容量方向發(fā)展； ②向多品種方向發(fā)展和提高可靠性； ③產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化； ④發(fā)展分散

16、型／智能型I／O系統(tǒng)，發(fā)展與現(xiàn)場總線兼容的I／O系統(tǒng)； ⑤加強聯(lián)網(wǎng)和通信的能力i ⑥控制的開放和模塊化的體系結構。</p><p>　　1.3.4 PLC的特點</p><p>　　可編程邏輯控制器（PLC）具有以下鮮明的特點。 　　 </p><p>　　一、系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構成

17、復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。 　　</p><p>　　二、使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。 　　 </p><p>　　三、能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其

18、 他各種機型。 </p><p>　　1.4西門子公司可編程序控制器產(chǎn)品—S7-300介紹</p><p>　　1.4.1 S7-300 PLC的系統(tǒng)組成</p><p>　　S7-300系列PLC采用緊湊的，無槽位限制的模塊結構，電源模塊（PS），CPU模塊，信號模塊（SM），功能模塊（FM），接口模塊（IM），通信處理器（CP）都安裝在導軌上，用背板總線將除電源

19、以外的各個模塊連接起來。</p><p>　　1.4.2 技術性能</p><p>　　S7-300是針對低性能要求的模塊式中小型PLC，最多可擴展32個模塊，適用于中等性能的控制要求。S7-300具有品種繁多的CPU模塊，信號模塊和功能模塊，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇適合的模塊。</p><p>　　2 自動售貨機PLC程序設計</p><p

20、>　　2.1 仿真實驗系統(tǒng)中售貨機的分析</p><p>　　由于售貨機的全部功能時在上位機上模擬的 ，所以售貨機的部分硬件是由計算機軟件來模擬替代的。如錢幣識別系統(tǒng)可以用按壓某個“仿真對象”輸出一個脈沖直接給PLC發(fā)布命令，而傳動系統(tǒng)也是由計算機來直接模擬的，這些并不會影響實際程序的操作，完全能模擬現(xiàn)實中自動售貨機的運行。</p><p><b>　　試驗狀態(tài)假設<

21、/b></p><p>　　由于是在計算機上模擬運行，試驗中有一些區(qū)別于實際情況的假設，本試驗中假設：</p><p>　?、?自動售貨機只售2種商品。</p><p>　?、?自動售貨機可識別1元、5角、1角硬幣。</p><p>　?、?自動售貨機可退幣1角硬幣。</p><p>　?、?自動售貨機有自動退幣

22、功能。</p><p>　?、?實驗中售貨機忽略了各種故障以及缺貨等因素。</p><p>　?。?）一次交易過程分析</p><p>　　為了方便分析，我們以一次交易過程為例。</p><p>　　① 初始狀態(tài)。由電子標簽顯示各商品價格，顯示屏顯示友好界面，此時不能購買任何商品。</p><p>　?、?投幣狀態(tài)。按

23、下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值顯示屏顯示投入、消費、余額數(shù)值，當所投幣值超過商品價格時，相應價格選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購買。</p><p>　?、?購買狀態(tài)。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品出現(xiàn)在出貨框中，同時顯示屏上的金額數(shù)字根據(jù)消費情況相應變化。取走商品后出貨框消失。</p><p>　?、?復位按鈕。按下復位按鈕，顯示退幣框，同時顯示出應退幣值及數(shù)量。按下確認鈕，則恢復

24、初始狀態(tài)。</p><p>　　到此為止，自動售貨機的一個完整工作過程結束.</p><p>　　2.2 設計任務的確定</p><p>　　在清楚自動售貨機運行工作過程的基礎上，制定出設計方案，確定任務的目標，以設計出合理的仿真系統(tǒng)。</p><p>　　首先，應該做上位機與下位機的任務分工：上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則

25、主要用來完成PLC程序的編寫。其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設計自動售貨機的外型；在進行PLC程序的編寫時需要先分配PLC的I/O點，確定上、下位機的接口。然后，分別對上、下位機分別進行設計工作。最后，進行上位機設計結果與下位機設計結果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個系統(tǒng)的設計</p><p>　　另外，上位機與

26、下位機的設計工作是密切配合的。它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對象，利用PLC來控制這個仿真的自動售貨機，仿真的自動售貨機接受PLC的控制指令并完成相應的動作；另一方面，仿真界面中的仿真自動售貨機的運行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關系。</p><p>　　我主要是對自動售貨機中的下位機，也就是主要是對P

27、LC在其中的程序進行設計。仿真程序只做了解，雖然只做了解，但是也將在下面有所介紹。清楚了仿真實驗的整體設計思路，下面就可以開始著手設計了。</p><p>　　2.3 程序設計部分</p><p>　　2.3.1 程序設計說明</p><p>　　自動售貨機的程序編制則是利用西門子PLC專用編程軟件STEP 7完成的。</p><p>　　在

28、設計的過程中，就像上面所敘述的那樣，并非孤立地分別進行每個步驟的設計工作，而是互相配合的。因此在以下的詳細設計過程中，并沒有將自動售貨機的PLC設計整體分開來寫，而是相互交替，同時盡量清晰地敘述，在相應的設計部分中注明具體的解說</p><p>　　2.3.2 PLC程序設計</p><p>　　可以把自動售貨機運行時的一次交易過程分為幾個程序塊：投幣過程；價格比較過程；選擇商品過程；退幣

29、過程。</p><p>　　（1）自動售貨機控制要求</p><p>　?、?該自動售貨機可以同時投入1角，5角或1元硬幣，自動銷售汽水和咖啡。</p><p>　?、?當投入的硬幣總值等于或超過1.2元時，汽水按鈕指示燈亮；當投入的硬幣總值等于或超過1.5元時，汽水按鈕和咖啡按鈕同時亮；</p><p>　　③ 當汽水按鈕燈亮時，按汽水按鈕

30、，則汽水排出8s后自動停止，同時汽水按鈕指示燈閃爍1s。</p><p>　?、墚斂Х劝粹o燈亮時，按咖啡按鈕，則咖啡排出8s后自動停止，同時咖啡按鈕指示燈閃爍1s。</p><p>　?、萑敉度氲挠矌趴傊党^所購商品的價格（汽水1.5元，，咖啡1.5元），則找錢指示燈亮,同時進行找錢動作。</p><p>　?、?如果售貨口故障，或顧客投入硬幣不想買了，可按下復位按

31、鈕，則售貨機可如數(shù)退回顧客已投的硬幣。</p><p>　?。?） I/O地址定義表</p><p><b>　　（3）投幣過程</b></p><p>　　在投幣的過程中，每投下一枚硬幣，投入顯示將增加相應的幣值，余額也增加同樣幣值。先建立地址分配表，再編寫程序。變量表如圖8所示。對應的梯形圖程序如圖9所示。</p><p

32、>　　圖8 投幣過程地址分配表</p><p>　　圖9 投幣過程梯形圖</p><p>　　在圖9中，當投入1角硬幣時，相當于讓SQ1閉合。每投入一個1角硬幣，SQ1就閉合一次，產(chǎn)生一次上升沿指令。每出現(xiàn)一個上升沿指令，加計數(shù)輸入端CU的計數(shù)器就自動加“1”，累加值保存在MW2。再經(jīng)過乘法指令MUL，把累加值MW2乘以1，結果保存在MW4。就是每投入一個1角硬幣，MW4的值就會

33、加1。投入5角，1元原理同上。</p><p><b>　?。?）價格比較過程</b></p><p>　　價格的比較要貫穿實驗過程的始終，只要投幣數(shù)總額大于或等于某種商品的價格時，就需要輸出一個信號提示可以購買。這里只要選擇LED指示燈來代表此信號。所建立的變量表如圖10所示。</p><p>　　圖10 價格比較過程地址分配表</p

34、><p>　　圖11 價格比較過程梯形圖</p><p>　　在圖11的梯形圖中，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時比較，用了兩個加法運算指令ADD,用來計算投幣數(shù)的總額，結果保存在MW16。在程序執(zhí)行過程中，用了2個比較指令CMP，用它來比較投幣數(shù)總額MW16和商品的價格。當投幣數(shù)總額MW16大于或等于某種商品的價格時，程序使相應的LED指示燈發(fā)亮表示可以購買該種商品。如圖12所示。</p>

35、<p>　　圖12 可購買LED指示燈梯形圖</p><p><b>　?。?）選擇商品過程</b></p><p>　　當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應的“選擇”按紐會使相應商品的電磁閥通電8s后停止。同時相應按鈕的指示燈閃爍1s，其他指示燈熄滅不亮。建立的地址分配表如圖13所示</p><p>　　圖13 選擇商品過

36、程的地址分配表</p><p>　　根據(jù)地址分配表和控制要求，對應的梯形圖程序如圖14所示。</p><p>　　圖14 選擇商品過程的梯形圖</p><p>　　在圖14的梯形圖中，一是要使相應商品的電磁閥通電8s；二是要實現(xiàn)相應按鈕的指示燈閃爍1s；三是使其他指示燈熄滅不亮。以購買汽水為例，按下選擇汽水的按鈕SB1，相當于給通電延時定時器T0一個啟動信號，使汽

37、水排出電磁閥通電8s。當T0通電時，在其他指示燈的T0常閉開關斷開，使其他指示燈熄滅不亮。與此同時，控制汽水指示燈的T0常開開關閉合，使控制汽水指示燈閃爍的2個延時定時器通電，汽水指示燈開始閃爍。汽水排出電磁閥和汽水指示燈閃爍均在選擇商品8s停止。而控制它們停止的T0是一個通電延時定時器S_PEXT，S_PEXT在一次交易過程中只接受一次啟動信號，當S_PEXT接受到啟動信號開始執(zhí)行倒計時，T0常閉開關斷開，阻止在定時結束之前SB1又一

38、次的啟動信號。購買咖啡的原理同上。</p><p><b>　?。?）退幣過程</b></p><p>　　在退幣過程中，最主要的是檢測是否需要退幣的運算過程，當選擇了購買的商品后，馬上檢測投入的硬幣總值是否超過所購商品的價格（汽水1.2元，，咖啡1.5元），是則找錢指示燈亮,同時進行找錢動作。否則找錢指示燈不亮,不進行找錢動作。當退幣過程結束后，還要使某些用到的寄存

39、器重新賦零。所建立的地址分配表如圖15所示。對應的梯形圖程序如圖16所示</p><p>　　圖15 退幣過程的地址分配表</p><p>　　圖16 退幣過程梯形圖</p><p>　　整個退幣過程在按下選擇的商品按鈕時執(zhí)行，同樣也用到一個算術指令，馬上算出扣除商品價格后的硬幣余額，結果保存在MW18，進而執(zhí)行下面的指令。CMP是比較指令，將硬幣余額MW18與0

40、比較，硬幣余額大于0，則表示購買后有余額，找錢指示燈通電亮起，找錢電磁閥通電進行找錢動作；如果遇到售貨口故障或者購買者不想購買了，當按下復位按鈕時，自動退出已投硬幣，8s自動停止。</p><p>　　當整個交易結束后（商品排出電磁閥通電8s后），程序進行初始化，給MW2（C0）、MW4、MW6（C1）、MW8、MW10、MW12、MW14、MW16賦零，MW2（C0）、MW4、MW6（C1）、MW8、MW10、

41、MW12、MW14是程序的中間量，為的只是程序在使用過程中能穩(wěn)定執(zhí)行，避免出現(xiàn)錯誤，防止下一次交易時出錯。</p><p>　　整個交易過程考慮到PLC的主要特點是執(zhí)行過程穩(wěn)定可靠，但執(zhí)行速度較慢。在計算時盡量將數(shù)值作為整數(shù)計算，因為是在計算機上模擬，可以把一部分功能交由計算機來實現(xiàn)，這里把5角當作5、1元當作10、這樣可以避免把這些數(shù)據(jù)當作有小數(shù)點的實數(shù)計算。</p><p>　　完成了

42、以上6個過程，自動售貨機的PLC控制程序基本完成，程序可以控制售貨機實現(xiàn)各種要求的功能。</p><p>　　2.4下載和調(diào)試程序</p><p>　　為了調(diào)試前面所完成的自動售貨機的PLC設計項目，必須將程序和模塊信息下載到PLC的CPU模塊。要實現(xiàn)編程設備與PLC之間的數(shù)據(jù)傳送，首先應正確安裝PLC硬件模塊，然后用編程電纜（如USB-MPI電纜、PROFIBUS總線電纜）將PLC與PG

43、/PC連接起來，并打開電源開關。</p><p>　　2.4.1 下載程序及模塊信息</p><p>　　在STEP 7的應用程序組件中，下載功能都可以通過單擊下載按鈕或菜單命令【PLC】→【Download】實現(xiàn)，具體步驟如下：</p><p>　　（1）啟動SIMATIC Manager，并打開自動售貨機項目。</p><p>　?。?）

44、單擊仿真工具按鈕 ，啟動S7-PLCSIM仿真程序。</p><p>　?。?）將CPU工作模式開關切換到STOP模式。</p><p>　?。?）在項目窗口內(nèi)選中要下載的工作站。</p><p>　　(5) 執(zhí)行菜單命令【PLC】→【Download】，或單擊鼠標右鍵執(zhí)行快捷菜單命令【PLC】→【Download】將整個S7-300站下載到PLC。</p&g

45、t;<p>　　2.4.2 用S7-PLCSIM調(diào)試程序</p><p>　　調(diào)試程序可以在在線狀態(tài)下進行，也可以在仿真環(huán)境下進行。具體步驟如下：</p><p>　　(1)雙擊自動售貨機項目下的OB1，在程序編輯器中打開組織塊OB1。然后單擊監(jiān)視按鈕，激活監(jiān)視狀態(tài)。</p><p>　　(2)將CPU模式開關轉換到RUN模式，開始運行程序。</

46、p><p><b>　　4 結束語</b></p><p>　　經(jīng)過幾個月的學習、研究以及經(jīng)過衛(wèi)老師的指導，終于按時完成了畢業(yè)設計。設計主要研究的是自動售貨機中有關于PLC的部分。自動售貨機是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構造向技術密集型社會轉變的產(chǎn)物。自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，

47、有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。所以說，自動售貨機是今后小商品和飲料銷售方式的一個很好的發(fā)展趨勢，它的出現(xiàn)將極大的方便人們購買所需要的小商品。</p><p><b>　　5 參考文獻</b></p><p>　　[1]李國勇，衛(wèi)明社.可編程控制器實驗教程.北京：電子工業(yè)出版社</p><p>　　[

48、2]李國勇，衛(wèi)明社.可編程控制器原理及應用.北京：國防工業(yè)出版社</p><p>　　[3]胡健.西門子S7-300 PLC應用教程.北京：機械工業(yè)出版社</p><p>　　[4]程周.可編程序控制器原理與應用.北京：高等教育出版社</p><p>　　[5]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC 應用技術.北京：北京航空航天大學出版社</p><p&g

49、t;　　[6]周美蘭，周封，忘岳宇.PLC電氣控制與組態(tài)設計.北京：科學出版社</p><p>　　[7]吳建強，姜三勇.可編程控制器原理及應用.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社</p><p>　　[8]吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應用.北京：機械工業(yè)出版社</p><p>　　[9]張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術.北京：化學工業(yè)出版社</p>