基于plc自动售货机毕业设计论文.docx
《基于plc自动售货机毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于plc自动售货机毕业设计论文.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于plc自动售货机毕业设计论文
（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！
）
优秀论文审核通过
未经允许切勿外传
编号
淮安信息职业技术学院
毕业论文
题目
基于PLC自动售货机控制系统设计
学生姓名
刘华修
学号
系部
电气工程系
专业
电气自动化技术
班级
411010
指导教师
居海清
顾问教师
潘云剑
二零一二年十月
摘要
本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程,然后以一次交易过程为例,把交易过程分为几个程序块,然后分别对程序块进行编程。
论文阐述了自动售货机各主要部件的选择,具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。
本文程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。
利用西门子PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性,保证自动售货机能够长期稳定运行,可实现类似控制功能,还具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点。
关键词：
自动售货机；S7-200PLC；PLC设计；
目录
第一章绪论1
1.1自动售货机的发展情况1
1.2自动售货机的发展前景3
1.3本次设计的主要目的及主要内容4
第二章PLC的介绍5
2.1PLC的概论5
2.1.1PLC的产生5
2.1.2PLC的定义6
2.1.3PLC的发展趋势6
2.1.4PLC的特点6
2.1.5PLC的基本功能7
2.2PLC的基本结构和原理7
第三章自动售货机功能分析10
3.1自动售货机的基本功能10
3.2自动售货机控制要求10
第四章自动售货机控制系统的PLC设计12
4.1整体系统工作流程12
4.2IO地址分配表12
4.3硬件接线图14
4.4程序设计14
4.4.1中间辅助继电器分配表14
4.4.2典型程序分析15
4.5程序调试19
第五章总结与展望21
致谢22
参考文献23
第一章绪论
1.1自动售货机的发展情况
自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧,英国是较早实行自动售货机售货的国家之一。
1942年,在食品销售中首先推广了自动售货的销售方式。
1950年。
英国食品杂货行有500家采用自动售货机售货。
1969年,采用自动售货机售货的商家增加到23000家,销售的商品扩展到文化用品、唱片、香烟、食品等多个方面。
进入70年代后,约有40多万家香烟、饮料店采用自动售货机。
1980年英国有50余万台自动售货机,年销售额达8.81亿英镑。
70年代后,日本、美欧等发达国家和地区自动售货机迅猛发展,短短30年,发达国家自动售货机产业已发展到相当大规模。
自动售货机被广泛地布放于车站、油站、码头、机场、宾馆、写字楼、娱乐场所及大街小巷和公路旁,人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡甚至鲜花和小宠物等物品。
自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展,又由原来只能出售有限商品品种,转变为继百货公司、超级市场、便民店之后,以消费者与售货机“一对一”自动售货的无店铺销售业态。
自动售货,给人们的生活带来了极大的方便。
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、大量消费以及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及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。
从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械,从狭义来讲就是自动销售商品的机械。
从供给的条件看,自动售货机可以充分补充人力资源的不足,适应消费环境和消费模式的变化,24小时无人售货的系统可以更省力,运营时需要的资本少、面积小,有吸引人们购买好奇心的自身性能,可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。
据说世界上最早的自动售货机出现在公元前3世纪,那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。
17世纪,英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。
在自动售货机历史的长河中日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。
日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动出售机”它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。
自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。
50年代，“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎，果汁被注入在纸杯里出售。
后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，1962
年，出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。
1967年，100日元单位以下的货币全部改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。
日本是自动售货机的天堂。
除鸡蛋、米饭之外，报纸、杂志、一次性相机、干电池、磁带、刮胡刀、袜子、花及宠物食品等各种商品都通过自动售货机进行销售。
连熟知自动售货机的美国游客在日本看到10台自动售货机排成一列的景象后，也是连声称奇。
在日本，70,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。
在日本全国各地，共设有550万台自动售货机,据1998年的统计，销售额达6兆8969亿4887万日元，为世界第一。
在售货机的显示屏幕上进行操作，输入商品号码和购买数量，并投入钱币后，商品就会从取货口出来，甚至从食品自动售货机上还能买到热呼呼的面条和米饭团。
可口可乐高级执行副总裁望月建树介绍，作为世界上最大的自动售货市场，日本拥有423万台自动售货机，通过自动售货机出售的商品多达6000余种，包括饮料、香烟、杂志、药品甚至牛仔裤等大件商品去年，仅饮料的销售额相当于1593亿元人民币。
韩国大约有78万台自动售货机，是除了日本、美国、英国之外自动售货机使用数量最多的国家。
从不同的种类来看，咖啡茶的自动售货机约占全部售货机的40%以上另外，还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、办公咖啡自动售货机和照片胶粘标签自动售货机、票类自动售货机、手机充电自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。
主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁等，公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。
运营自动售货机产业的公司在全国大约有800余个，而销售自动售货机原料、商品流通、机械销售的公司大约达到了1150个。
中国国内在1993年时,从日本、韩国等引进自动售货机并投放到中国市场。
1995年第一台国产自动售货机在北京诞生,1999年时国产自动售货机形成规模生产并批量投入市场。
相对于日本和美国等发达国家,中国目前市场上运行的自动售货机的数量还是很少的。
自动售货机在西方发达国家已经发展成为一个相对成熟的零售业态,但是中国还是处于导入期。
至2000年初,中国自动售货机研发、制造和运营的企业有10多家,以天津南开戈德集团规模最大,约占中国自动售货市场份额的80%。
在自动售货机运营商方面,主要是由制造企业的关联或下属企业运营,如戈德集团的戈德移动商务公司、澳珂玛集团的
澳鸿自动商务公司等,中国目前还没有产生独立的运营商。
据来自中国自动售货机市场行情分析报告表明:
目前中国自动售货机市场走势已逐渐明晰,自动售货机逐步从沿海经济发达地区和各大中城市向内陆和次发达地区延伸,逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所向高中档社区普及。
有关报道显示,戈德移动商务公司已经在上海地铁一号线、南京东路、人民广场、轻轨沿线、大中学校等地布放了约2000台,在上海地铁二号线布放了30台,并准备于2002年在商业街、旅游景点、车站码头、高档写字楼布放500台。
2000年仅广州市区就摆放各种品牌的自动售货机1500台,而这个数量还不足以满足地铁和公交车站的摆放。
自动售货机这种全新的零售方式已逐渐被国人所接受和信赖。
其实,自动售货机的技术壁垒并不高。
在中国一般的纸币器只能接收5元、10元或者20元人民币不能接收更高面额的纸币。
但这只是一个应用的问题,因为目前中国市场上的自动售货机主要卖一些饮料、小食品。
1.2自动售货机的发展前景
现在,自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。
例如实行联机方式,通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中,从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。
并且,为防止地球暖化,自动售货机的开发致力于能源的节省,节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。
在居季电力消费高峰时,这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温,与以往的自动售货机相比,它能够节约10,15的电力。
进入21世纪时,自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。
同时因经济复苏缓慢,社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。
自动售货机不仅保障了惬意的工休时间,也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。
特别是在24小时无休工作状态中的办公场所,使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机,解决了不间断提供咖啡饮品服务的问题,这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。
从自动售货业的发展历程看,其具有快速发展的潜力1、自动售货技术的发展促进了自动售货业的成长。
自动售货机作为一种集声、光、机电一体化的高新智能化产品,一般由识别系统、找币系统、传输系统、制冷（恒温）系统组成。
随着防伪识别技术、数码技术、软件技术和制冷技术的发展,自动售货机运行的可靠性大大提高,减少了货物出售和货币识别的误差,有效地维护了运营商和消费者双方的权益。
自动售货机从仅能识别硬币到准确的识别纸币,方便了消费者的购买行为,为自动售货业的发展提供了基础保障。
2、自动售货机的分布密度高,满足了消费者的便利性和即时性需求。
随着人们生活方式向快节奏、高效率变化,时间的价值显著提高,消费者在购物时更加注重便利性、即时性。
随着自动售货机数量的增加,商品包装的定量化和标准化,出售的商品多样化,自动售货的便利性日益显现。
同时,被称为“永不下班的超级营业员”的自动售货机在满足人们的即时性需求方面是其它零售方式不可替代的。
3、满足运营商获取高收益的要求。
零售业各业态日趋激烈的竞争,使得商家不断寻求新的投资机会,而自动售货业态恰好符合投资的风险———收益原则。
由于自动售货机的销售效率高（平均每台自动售货机销售额达到1万美元）,运营商规模大（一般拥有10多万台甚至100多万台）,加上自动售货机本身具有的节约劳动力与场地等优势,从而降低了经营成本,提高了投资收益。
专家预测,未来几年中国市场上的自动售货机将每年增加5—10万台。
中国沿海比较富裕的地区,将大约有3.5亿人口经常使用自动售货机。
目前按人均台数计算,自动售货机在日本达到每台25人,在美国达到50-60人,在欧洲每台50-120人,而中国的人均拥有量却很低,若按每台500人计算,中国城市人口3.6亿,中国自动售货机的潜在容量为73万台,以每天销售200元计,73万台自动售货机的全年销售额可达500亿。
因此加快发展中国自动售货业,对提高投资效益具有重要的意义。
1.3本次设计的主要目的及主要内容
本次设计的主要目的能够实现自动售货机的自动控制系统的PLC设计，进一步增强和完善学生自我的创新与动手能力。
主要内容是首先整个控制系统的设计思路，从硬件到软件的资料收集，对一些硬件以及自动售货机内部接线电路都逐一进行了研究学习。
包括投币系统、验钞系统、交易系统以及退币系统的制作，在某些环节都有相应的保护设置，这样对机器本身和顾客都有了安全保障。
其中钱币装置是售货机的核心，其主要功能是确定投入钱币的真伪，分类钱币的种类，计算金额，在程序设计里都有介绍。
第二章PLC的介绍
2.1PLC的概论
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。
2.1.1PLC的产生
20世纪20年代起，人们把各种继电器，定时器，接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统。
由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定的范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。
但是机电接触器控制系统有明显的缺点：
设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与现实较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。
20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：
1，编程方便，可现场修改程序
2，维修方便，采用插件式结构
3，可靠性高于继电器控制盘
4，体积小于继电器控制盘
5，数据可直接送入管理计算机
6，成本可与继电器控制盘竞争
7，输入可以是交流150V以上
8，输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等
9，扩展时源系统改变最小
10，用户存储器至少能扩展到4KB（适应当时汽车装配过程的需要）
2.1.2PLC的定义
美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器作出以下定义：
可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入活输出，控制各种类型的机械或产生过程。
可编程序控制器及其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展的原则而设计。
定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。
这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。
它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力。
并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。
2.1.3PLC的发展趋势
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。
（1）向小型化、专用化、低成本方向发展
（2）向大容量、高速度方向发展
（3）智能型IO模块的发展
（4）基于PC的编程软件取代编程器
（5）PLC编程语言的标准化
（6）PLC通信的易用化
（7）组态软件与PLC的软件化
（8）PLC与现场总线相结合
（9）开发新型特殊功能模块
（10）CPU的处理速度进一步加快
2.1.4PLC的特点
（1）抗干扰能力强，可靠性好
（2）控制系统结构简单，通用性强
（3）编程方便，易于使用
（4）功能完善
（5）体积小，维护操作方便
（6）易于实现网络化
（7）可实现三电一体化
2.1.5PLC的基本功能
1，条件控制功能
2，定时计数控制功能
3，数据处理功能
4，AD与DA转换功能
5，运动控制功能
6，过程控制功能
7，扩展功能
2.2PLC的基本结构和原理
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。
如图2-1所示。
图2-1PLC工作原理
（1）中央处理器CPU是由控制器和运算器组成的。
运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。
控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊的工作，它的基本功能是从内存中取出指令和
执行性指令。
它的重要功能如图2-2所示。
图2-2结构图
（2）存储器PLC的储器分为两大部分：
一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。
而大部分使用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。
（3）输入输出接口电路PLC通过输入输出（IO）接口电路实现与外围设备的连接。
输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。
（4）电源PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。
（5）输入输出IO扩展接口若主机单元的IO点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将IO扩展单元与主机单元相连接。
（6）PLC的基本工作原理PLC采用的是循环扫描工作方式。
对每个程序,COU从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，知道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的扫描周期全过程如图2-3所示。
具体过程如下：
（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内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内容，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2-3PLC的扫描周期
第三章自动售货机功能分析
3.1自动售货机的基本功能
在进行上、下位机程序编写之前,首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。
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、常用药品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。
举一个简单的例子来说明,例如,售货机中有4中商品,其中01号商品代表第一种商品,价格为1元,02商品为3元,其余类推。
现投入1个1元硬币,当投入的货币超过01商品的价格时,01商品的选择按钮处应有变化,提示可以购买,其他商品同比。
当按下选择01商品的价格时,售货机进行减法运算,从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机,提取01号商品到出货口。
此时售货机继续进行等待外部命令,如继续交易,则同上,如果此时不再购买而按下退币按钮,售货机则要进行退币操作,退回相应的货币,并在程序中清零,完成此次交易。
由此看来,售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算,这是它的内部功能。
还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。
本次自动售货机控制系统采用PLC作为控制核心,具有抗干扰能力强,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,设计、施工、调试的周期短,体积小,维护操作方便,易于实现网络,可实现三电一体化等功能,这在现代化商业社会的今天尤为重要。
3.2自动售货机控制要求
该自动售货机可识别三种钱币，分别是1元、2元、5元，采用三个按钮进行模拟，自动售货机共出售四种货物，其价格分别定为1元、3元、4元、6元，当投币数大于等于货物价格时且售货机里有这种货物时，指示灯亮，表示可以进行购买，四种货物分别用四个小灯代替进行模拟。
除此之外，本次设计还涉及了显示、找零、送货等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，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，采用从高到低递减的形式进行清零，例如：
当余额为17元时，按下找零按钮后，先找三个五元数码管分别显示12、7、2，然后再找2元，清零。
送货部分采用小车直线运动进行模拟，将四种货物分别送到四个不同的地点，采用四个光电开关分别代表四个不同的送货地点，当按下不同的送货按钮后，小车会以其对应的光电开关为终点做直线往返运动，表示送货。
第四章自动售货机控制系统的PLC设计
4.1整体系统工作流程
图4-1工作流程
4.2IO地址分配表
表4.1IO分配表
输入单元
PLC地址
输出单元
PLC地址
投币1元
I0.1
A货物显示
Q1.0
投币2元
I0.2
B货物显示
Q1.1
投币5元
I0.3
C货物显示
Q2.0
送货（A货物）
I0.4
D货物显示
Q2.1
送货（B货物）
I0.5
找零出口
Q2.2
送货（C货物）
I0.6
出货口
Q2.3
送货（D货物）
I0.7
电机正转
Q2.6
找零
I0.0
电机反转
Q2.5
数码个位显示
Q0.0—Q0.3
数码十位显示
Q0.4—Q0.7
限位开关S1
I1.0
限位开关S2
I1.1
限位开关S3
I1.2
限位开关S4
I1.3
4.3硬件接线图
图4-2硬件接线图
4.4程序设计
4.4.1中间辅助继电器分配表
表4.2中间辅助继电器分配表
辅助继电器
功能
辅助继电器
功能
M0.0
送A货
M1.2
电机反转
M0.1
限位开关S1
M1.3
电机正转
M0.2
限位开关S2
M1.4
电机正转
M0.3
送B货
M1.5
电机反转
M0.4
送C货
M1.6
电机正转
M0.5
限位开关S3
M2.0
送货延时
M0.6
送D货
M2.1
送货延时
M0.7
限位开关S4
M2.2
送货延时
M1.0
电机反转
M20.0
找零
M1.1
电机正转
4.4.2典型程序分析
开始程序，先进行程序初始化，具体程序如图4-3所示。
图4-3初始化程序
每投入一种钱币就执行一次与MW3里面的数相应的加一次，并在此寄存在MW3中，直到投币结束为止，具体程序如图4-4所示。
图4-4钱币相加程序
显示当前投入的钱币可以购买的货物程序如图4-5所示。
图4-5显示程序
确定购买货物后，进行延时等待再将货物送到出货口处，如图4-6所示。
图4-6送货程序
每当购买某种货物一次，就进行一次这种货物的计数，分别由计数器C1、C2、C3进行计数，具体程序如图4-7所示。
图4-7货物计数程序
购买货物后如有剩余钱币，按下找零按钮I0.0，程序立即会将所投进的总钱数与购买的货物花费的钱数相减，将剩余的钱进行区间比较，最后再将相应的钱数进行I_BCD码的转换，通过传送指令由数码管QB0输出显示，具体程序如图4-8所示。
图4-8显示剩余钱数程序
4.5程序调试
在整个程序的调试过程中，我遇到了一些问题，最初的设计比较简单，只是将投币，购买的过程考虑进去，而没有将购买之后送货的过程加进设计的方案中，后来在老师的提醒之下，我又将送货的过程采用了小车直线运动进行模拟，将四个光电开关模拟成四种货物的送货地点，分别在按下四个送货按钮之后，将货物送到四种地点，使得整个系统更加完善，功能更加强大。
在数码显示的过程中也遇到了一些问题，数码显示时数据的传输所用到的中间继电器和后来送货时的中间继电器发生了冲突，使得程序运行过程发生了紊乱，后来在同学的帮助下，我明白了问题的关键，将其解决，使
升级会员 