自动售货机的PLC系统设计本科毕业论文Word文档格式.docx
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日期：
导师签名：
日期：
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□与格□不与格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□与格□不与格
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订与附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
□优□良□中□与格□不与格
（在所选等级前的□画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
□优□良□中□与格□不与格
评阅教师：
教研室（或答辩小组）与教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□与格□不与格
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
自动售货机的PLC系统设计
摘要
自动售货机是可完成无人自动售货的商业自动化设备，它不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h售货，在我国也越来越普与。
传统的自动售货机采用单片机作为控制核心，但这样在输入输出接口上消耗很大。
PLC不但可实现类似控制功能，还具有可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。
本款售货机是基于汽水和咖啡的自动售货设计的。
论文以西门子PLC设计自动售货机的控制系统，简要介绍PLC各硬件选型，软件的设计，PLC梯形图的编写和系统的调试方法。
关键词：
自动售货机，PLC，调试
TheDesignofaVendingMachineSystem
BasedonPLC
ABSTRACT
Vendingmachineisaself-servicedevicethatcanautomaticallysellgoodstocustomers.Itisnotrestrictedtospecificsites,whichisconvenientandsells24hoursaday.VendingmachinesalsobecomeincreasinglypopularinChina.ThetraditionalvendingmachinesuseSingleChipMicrocomputerasthecoreofcontrol,whichcostsgreatlyonitsinput/outputinterface.PLCnotonlyfulfillasimilarcontrollingfunction,butalsohasotheradvantagessuchashighreliability,easinesstoprogram,strongfunction,lowenergyconsumption,conveniencetodebugandsoon.Thisvendingmachineisbasedonthedesignofself-servicesellingforsoftdrinksandcoffee.
OnthebasisofSiemensPLC,thispapergivesabriefintroductiontothevarioushardwareselection,softwaredesign,thecompilationofPLCLadderDiagramandthedebuggingmethodofthesystem.
KEYWORDS:
VendingMachine，PLC，Debugging
目 录
前 言
自动售货机是能够根据投入的钱币自动付货的机器，它是商业自动化的常用设备，不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。
现代的自动售货机的种类、结构和功能依出售的商品而异。
钱币装置是售货机的核心，其主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。
如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。
自动售货机自动输出顾客所要的商品。
因此，自动售货机在商业，食品行业越来越普与，更方便消费者购买自己所需的商品。
使用方便、可靠、节省人力的自动售货机将在社会生活中成为一种趋势。
面对当前快速发展的商品社会，人们的时间观念越来越重，如何才能更快的购买到顾客自己所需的商品，这都是顾客和商家共同面临的问题。
随着科技的发展与人们生活水平的提高，自动售货机市场的发展越来越呈现出多元化与个性化的需求。
通过自动售货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的消费时尚，快捷方便的购物方式满足了人们在当今科技高速发展的现代社会追求高品质生活的需要。
自动售货机在城市商业区、写字楼大厅、风景区、车站、码头、繁华街道等公共场所的布设能够美化亮化城市环境，方便群众生活，已经成为城市各角落的一道亮丽风景线。
自动售货机已在国普与，并成为城市现代文明程度的一种象征性标志。
可编程逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController），仍是一种固态电子装置，主要利用输入／输出装置的回收信号与储存程序，控制机械或程序的操作。
在工厂自动化（FA）系统中，PLC因为具备价格便宜、系统稳定与环境适应性强的特点，故一直为自动化业界所采用。
利用PLC设计自动售货机系统，方便简易，同时成本也低。
第1章 绪论
1.1自动售货机的理论背景与实际意义
自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来。
它又被称为24小时营业的微型超市。
在日本，大部分的罐装饮料是通过自动售货机售出的；
全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。
中国，自动售货机1999年开始进人中国市场。
如今，在机场、地铁、商场、公园等客流较大的场所，已不难发现自动售货机的身影。
从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。
大量生产、大量消费以与消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；
而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；
再加上场地的局限性以与购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。
自动售货机的售货领域非常广泛，是发达国家商品零售的一种主要方式。
近几年，自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。
但由于售货机分布零散、围广阔的特点，自动售货机在为消费者带来方便的同时，也为经营者在监控、管理、维护等方面带来很大的不便。
目前售货机运行的各种情况都需要由人工判断，包括缺货、缺零钱、币箱已满、售货机机械故障等，经营者普遍采用人工定时巡回视察的管理办法，既费时费力，又无法与时准确获取自动售货机状态报告，给经营者增加了管理成本和难度，也有可能给消费者的正常消费造成不便[1]。
本系统的设计和实现可以使自动售货机的经营者可以根据网络统计的销售状况进行商品销售状况分析，预测商品的销售走势，确定合理的采购和配送策略，以期获得最高的投资回报率。
同时售货机的一些故障信息和警报信息可以实时的传送到相应运营人员，从而可以在第一时间发现并解决问题。
1.2自动售货机设计的主要容
自动售货机设计的主要容有以下几点：
（1）此自动售货机可以投入0.1元、0.5元和1.0元的硬币；
（2）所售饮料标价：
汽水1.2元，咖啡1.5元；
（3）如果顾客投入硬币在限定的时间（1分钟）不按任何按键，自动售货机将退还所投硬币；
（4）当投入硬币的总值等于或超过物品价格时，对应的物品指示灯才亮绿灯；
（5）当物品对应的指示灯亮绿灯时，按下所买物品对应的按键，相应的物品排出，同时指示灯绿灯闪烁；
（6）如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价格，且顾客成功购买完一件物品后20秒无操作，自动售货机会自动将余款退还顾客；
（7）如果顾客投入硬币后又不想买物品，按下找零按键，自动售货机会自动将余款退还顾客；
（8）当物品售完时，对应的物品指示灯亮红灯，顾客按下相应的按键无反应（不出物品，不减余额）。
1.3自动售货机设计的基本思路
本次设计的题目是自动售货机的PLC系统设计，主要是应用西门子S7-200型PLC的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：
PLC的定义、S7-200型PLC的特点、PLC的编程语言、PLC的硬件组成等。
根据设计容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据PLC的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。
本次设计的重要部分是第三章的设计部分，即自动售货机梯形图的设计。
首先就得根据设计容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，这样才能真正理解自动售货机的控制原理。
第2章PLC的概述
2.1PLC的定义
可编程控制器（ProgrammableController）简称PC，个人计算机（PersonalComputer）也简称PC，为了避免混淆，人们将最初用于逻辑控制的可编程控制器叫做PLC（ProgrammableLogicController）。
本论文也用PLC作为可编程控制器的简称。
为了确定它的性质，在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义：
“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与其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计[2]。
”
2.2PLC的简介
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（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。
目前，许多可编程控制器的生产厂家已闻名于全世界。
这其中有美国的Rockwell自动化公司所属的A-B（Allen-Bradley）公司，GE-Fanuc公司，日本的三菱公司和立石公司，德国的西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telemecanique）公司等。
他们的的产品已风行全世界，成为各国工业控制领域中的著名品牌。
从网络的发展情况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机组网，构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向，目前的计算机集散控制系统（DistributedControlSystem）与现场总线控制系统中已经有大量的可编程控制器应用，伴随着总线技术与计算机网络的进一步发展，可编程控制器作为自动控制网络或国际通用网络的重要的组成部分，将在工业与工业以外的众多领域发挥越来越大的作用[3]。
2.3PLC的特点和应用
PLC专为在工业环境下应用而设计，以用户需要为主，又采用了先进的微型计算机技术，所以具有以下几个显著特点[4]。
1）可靠性高
PLC由于选用了大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件和软件的设计制造过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，所以具有很高的可靠性。
PLC控制系统平均无故障时间可达2万小时以上。
高可靠性是PLC成为通用自动控制设备的首选条件之一。
2）编成简单、使用方便
PLC的编程采用类似继电控制系统电器原理的梯形图，用串联、并联、定时、计数等人们所熟悉的概念，使计算机语言大众化，只要是比较熟练的电工和熟悉工业知识的人在几天就能学会，这是PLC得到推广的重要原因之一。
3）通用性好，具有在线修改能力
PLC的硬件采用模块化结构，可以灵活的组态以适应不同的控制对象、控制规模和控制功能的要求，给组成各种系统带来极大的方便。
同一台PLC装置用于不同受控对象时,只是输入输出组件、功能模块和应用软件不同。
同时，PLC控制系统中的控制电路是由软件编程完成的，只要对应用程序进行修改就可以满足不同的控制要求，因此PLC具有在线修改能力，功能易于扩展，给生产带来了“柔性”，具有惯犯的工业通用性。
4）设计、施工、投产试制周期短，维护容易
目前PLC产品已实现了系列化、标准化，正朝着通用化方向发展，设计人员只需要根据控制系统的需要，选用相应的模块进行组件设计。
同时，用软件编程代替了机电控制的硬连线，大大的减轻了繁重的安装和接线工作，这不仅提高了可靠性，还极大的缩短了施工周期。
PLC还具有故障检测与显示的功能，使故障处理时间可缩短为10分钟，对维护人员的技术水平要求也不太高。
5）体积小
由于采用了微型计算机技术，使PLC达到了小型和超小型化，很容易装入机械设备部，便于实现机电一体化。
由于上述特点，PLC作为通用自动控制设备，可用于单一机电设备的控制也可用于工艺过程的控制，而且控制精度相当高，操作简便，又具有很大的灵活性和可扩展性，使得PLC的应用越来越广泛。
2.4PLC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。
但是PLC也有它自己的特点，PLC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，系统工作任务管理与应用程序执行都是用循环扫描方式完成的[5]。
2.4.1PLC的循环扫描工作
对每个程序，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2-1所示[6]。
（1）输入刷新阶段
在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。
完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。
（2）程序执行阶段
在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的部辅助寄存器和输出状态寄存器。
（3）输出刷新阶段
当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。
图2-1PLC的扫描全过程
2.4.2PLC的扫描周期与两种工作状态
PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
运行状态是执行应用程序的状态，停止状态一般用于程序的修改与编制。
但是在两个不同的工作状态中，扫描过程所要完成的任务是不尽一样的。
图2-2给出了运行和停止两种状态PLC不同的扫描过程[7]。
图2-2运行和停止状态时PLC的扫描过程
2.5PLC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）[8]。
2.6PLC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所示：
图2-3PLC硬件结构图
第3章自动售货机的设计
3.1西门子S7-200PLC特点
1、机械结构特点
（1）体积小
（2）重量轻（3）DIN导轨安装和安装孔
2、电器结构特点
（1）免维护性；
（2）配24V/180mA或280mA直流；
（3）灵活中断输入；
（4）便于扩展；
（5）机配有高速计数器，CPU212为2kHz加/减计数器，CPU214~CPU216有两个独立7kHz高速计数器；
（6）模拟电位器外部设定；
（7）CPU214还有脉冲输出、实时时钟等功能。
S7-200系列PLC大致上由中央处理器（CPU）、存储器、电源、输入/输出单元和通信接口五部分组成，如下图3-1所示[9]。
图3-1S7-200PLC的组成
3.2自动售货机设计软元件
3.2.1定时器
定时器是PLC中重要的编程元件，是累计时间增量的部器件。
定时器的工作过程与继电器控制系统的时间继电器基本一样，但它没有瞬动触点，失电时，常闭触点闭合，常开触点打开；
定时器得电时，常闭触点打开，常开触点闭合。
定时器的当前值、设定值均为10位有符号整数（INT），允许的最大值为32767[10]。
定时器指令表见表3-1。
表3-1定时器指令
语句
描述
TONTxxx，PT
接通延时定时器
TOFTxxx，PT
断开延时定时器
TONRTxxx，PT
保持型接通延时定时器
BITIMOUT
起动间隔定时器
CITIMIN,OUT
计算间隔定时器
3.2.2数学运算指令
在梯形图中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令（见表3-2）分别执行下列运算：
IN1+IN2=OUT，IN1-IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。
表3-2加减乘除指令
梯形图
语句表
ADD_I
+IINT1,OUT
整数加法
DIV_DI
/DINT1,OUT
双整数除法
SUB_I
-IINT1,OUT
整数减法
ADD_R
+RINT1,OUT
实数加法
MUL_I
*IINT1,OUT
整数乘法
SUB_R
-RINT1,OUT
实数减法
DIV_I
/IINT1,OUT
整数除法
MUL_R
*RINT1,OUT
实数乘法
ADD_DI
+DINT1,OUT
双整数加法
DIV_R
/RINT1,OUT
实数除法
SUB_DI
-DINT1,OUT
双整数减法
MUL
MULINT1,OUT
整数乘法产生双整数
MUL_DI
*DNT1,OUT
双整数乘法
DIV
INT1,OUT
带余数的整数除法
在语句表中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令分别执行下列运算：
IN1+OUT=OUT，OUT-IN1=OUT，IN1*OUT=OUT，OUT/IN2=OUT[11]。
3.3自动售货机的基本功能
自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规程（如图3-2），并介绍了自动售货机运行系统中所包括的人工操作步骤。
在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、香烟和小的生活保健用品等。
售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。
例如：
售货机中有2种商品，A商品价格为0.5元，B商品为1.0元。
现投入1个1.0元硬币，当投入
升级会员 