毕业论文-基于plc和组态王的自动售货机控制系统的设计

毕业论文-基于plc和组态王的自动售货机控制系统的设计内容摘要：

，总共选用了 13 个输入点， 10 个输出点，具体如表 和表 所示。 表 系统输入点数 输入点名称 输入点数 总点数 启动 1 输入总点数： 13 停止 1 投币选择 5 选择商品 4 复位 1 退币 1 表 系统输出点数 输出点名称 输出点数 总点数 商品可选择 4 输出总点数： 10 售出商品 4 钱币不足提示 1 退币 提示 1 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 13 从输入 /输出点数上看，我们选择 FX2N32MR 系列的 PLC 所带的输入 /输出点数各有 16 个，满足有 5%— 10%的输入 /输出点裕量。 一般三菱 PLC 的所需的供电电源一般都是 220VAC 电源，与我国国内电网电压一致，不需要对其做电源修改的工作，在我国的诸多地区可以得到广泛的使用。 所以采用三菱 FX2N 的 PLC 作为自动售货机的控制系统，能满足我国电源 220VAC 的要求。 选择自动售货机的控制系统，必须考虑性价比，如果选择一些比较高端的控制设备，不但使自动售货机的生产 价格提高，而且维护成本也会随之增加，因为越高端的控制设备，其零件售价也是相当昂贵的。 对于自动售货机而言，控制器所需要完成的控制不是很复杂，而三菱的控制器也有 128 种应用指令，完全满足自动售货机设计中所需要的指令要求。 在自动售货机中，其要求对控制的处理速度有一定的要求，毕竟自动售货机是能给人们提供快捷的购物方式，才得到人们的亲睐。 而三菱 PLC 采用的是循环扫描的工作方式，从实时性看，它的处理速度比较快，而且随着科技的不断发展， PLC 的处理和运行速度越来越快。 三菱 PLC的程序存储器最大存储容量有 16K 步，而我设计的自动售货机程序总的只有 208 步，远远大于我所用到的步数，而且如果要修改程序，也足够操作员的使用。 综上几点说明，选择三菱 FX2N 的 PLC，作为自动售货机的主控器设备，完全可以实现自动售货机的控制功能，也提高了自动售货机性价比。 工控机的选型 上位机 即工业控制计算机 简称工控机 ，工程机通俗的说就是专门为工业现场设计的计算机。 而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁力干扰等特点，而一般工厂均是连续作业，一年中一般没有休息时间。 因此， 工控机与普通计算机相比有以下特点： 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 14 （ 1）机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。 （ 2）机箱内有专用底板，底板上有 IPC 和 ISA插槽。 （ 3）机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。 （ 4）要求具有长时间工作能力。 对于工控机作为自动售货机控制系统，能很好的提高自动售货机的持续工作和适应各种复杂的环境，自动售货机的稳定性得到很好的提高，也就能为顾客提供更安全可靠的服务。 而且 研华 生产的 原装机 IPC610H 除了有以上的几种特性之外，还是 4U上架式机箱，支持 LED指示 和 声音警报通知 ，能在售货过程中 出现问题时，及时发出警报，告知工作人员，及时处理。 其 IPC610H 原装机如图 所示。 图 IPC610H原装机 本章小结 本章 首先是对自动售货机所需要的硬件及各组成部分做了简单的介绍；其次 是对设计过程中所使用到的输入 /输出点数、性价比、存储量等方面对 PLC 的选型做了 对比说明， 实现相同功能的同时， 选择三菱 FX2N 的 PLC，既能提高售货机的性价比，也同时能支持自动售货机的各项服务，况且三菱 PLC 系列中的 FX2N 具有丰富的内部资源 ，且能扩展无穷多个点，方便工程人员维护。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 15 第 4 章 自动售货机 PLC 控制系统的设计与实现 PLC 的基本工作原理 在对用 PLC 进行程序设计前，我们先来了解一下 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， 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。 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。 PLC I/O地址的分配 设计一个 PLC 程序，首先就是要对输入 /输出单元进行地址分配，而所谓的输入 /输出单元通常也称之为 I/O单元，是 PLC与工业生产之间的连接部件。 PLC 通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为 PLC 对被控制对象进行控制的依据；同时 PLC又通过输出接口将处理结果送给本控制对象，已实现控制目的。 本设计的 PLC I/O 分配表如表。 表 I/O地 址分配表 序号 定义点 符号 功能 1 X000 SB1 启动按钮 2 X001 SB2 停止按钮 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 16 续表 序号 定义点 符号 功能 3 X002 SB3 投币 5 角按钮 4 X003 SB4 投币 1 元按钮 5 X004 SB5 投币 5 元按钮 6 X005 SB6 投币 10 元按钮 7 X006 SB7 投币 20 元按钮 8 X007 SB8 复位按钮 9 X011 SB9 选择矿泉水按钮 10 X012 SB10 选择汽水按钮 11 X013 SB11 选择果汁按钮 12 X014 SB12 选择咖啡按钮 13 X015 SB13 退币选择按钮 14 Y000 XB1 矿泉水选择灯 15 Y001 XB2 汽水选择灯 16 Y002 XB3 果汁选择灯 17 Y003 XB4 咖啡选择灯 18 Y004 YH1 售出矿泉水 19 Y005 YH2 售出汽水 20 Y006 YH3 售出果汁 21 Y007 YH4 售出咖啡 22 Y010 XB6 出币提示灯 23 Y011 XB7 钱币不足显示灯 自动售货机 PLC 控制程序的设计 本设计 自动售货机主要销售四种不同的饮料，有 2 元矿泉水， 元汽水， 元果汁， 12 元咖啡。 只有当顾客投入的钱币大于或等于最下商品的价格时，对应的指示灯才会亮起，才能购买对应的商品。 投币完成后，也可以不购买，直接选择退币或无操作等待 60秒可自动退币。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 17 整个自动售货机程序分为几个小的模块，有启动停止的设计、有投币累加的设计、有比较币值的设计、有选择及饮料供应的设计、有退币及复位的设计；本设计基本上实现了售货机在售货过程中的自动控制要求 [68]。 如程序流程图 所示。 启动投币 5 角 投币 1 元 投币 10 元 投币 20 元投币 5 元选择投币总投币数投币累加选择矿泉水钱币 ＜ 2 元购买退币3 . 5 元 ＞ 钱币 ≥ 2 元6 . 5 元 ＞ 钱币 ≥ 3 . 5 元选择汽水12 元 ＞ 钱币 ≥ 6 . 5 元 钱币 ≥ 12 元选择果汁 选择咖啡不购买结束不购买不购买不购买不购买购买购买购买购买图 程序设计流程图 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 18 本设计的程序如图 所示。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 19 接上图 图 自动售货机 控制 程序 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 20 投币累加 部分 在顾客购买商品时，首先要投入对应的钱币，才能购买相应的商品，这就需要有对顾客所投钱币进行叠加计算的系统程序。 由于本次设计，不涉及对硬件的设计， 所以顾客所投钱币用按钮来简易实现，不包含对假币的识别。 其对钱 币累 加的控制梯形图如 图 所示。 图 钱币累 加控制梯形图 由图 我是把投进的不同货币，进行不同的记录，并把总数目都寄存到寄存器 D2 中。 为了避免小数点的影响，我是把货币的数据化成整数进行处理的，这样可以减少自己在编程时会出现的差错。 X002～ X006 为设置为 开关按钮 输入， 而加法指令我用 ADDP 保证了 X002～ X006 每给一个高电平累加一次，保证了 输入有效 性。 一方面避免了 扫描漏了有投币的有效反应；另一方面也可以避免了给一次高电平就重复记数的不良影响。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 21 比较币值部分 投币完成后，系统 会自动将 D2 内的币值和四种饮料的价格进行比较，当所投币不足最低商品的价格时，钱币不足的提示灯一直会亮着，直到所投钱币大于等于最低商品的价格，它才会熄灭；当 2 元 ≤投币 元 时，矿泉水选择灯亮起，此时可以选择继续投币或者选择矿泉水，还可以直接选择退币；当 ≤投币 时，汽水和矿泉选择灯都亮起，此时可以选择继续投币或者选择汽水、矿泉水，还可以直接选择退币；当 元 ≤投币 12 元 时，果汁、汽水和矿泉水选择灯都亮起，此时可以选择继续投币或者选择果 汁、汽水、矿泉，还可以直接选择退币；当 投币≥ 12 元时，咖啡、果汁、汽水和矿泉水选择都灯亮起，此时可以选择继续投币或者选择咖啡、果汁、汽水、矿泉，也可以直接选择退币 [910]；其比较币值部分的梯形图如图 所示。 图 比较币值梯形图 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 22 在梯形图 中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器 M8000,在程序执行过程中， M8000 始终保持闭合， FNC10 CMP 是 16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格。 当余额小心最低商品的价格时， M3 得 点使钱币不足指示灯Y011 长亮； 当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯亮起来表示可以购买该种商品。 为了优化程序，我都设计了比较的价格是比商品的价格少 1 角 的。 因为余额都是五的倍数，少一就可以达到等于或大于商品价格的目的了，还可以用上中间继电器来辅助显示可选商品的灯 亮起来。 选择及饮料供应部分 比较完成后，对应指示灯亮起的饮料都可以选择，假如四种饮料的指示灯都亮起，则可以选择四种饮料的其中一个按钮按下，则可完成购买对应饮料，但一次只能选择一种商品，一次也只能购买一样；在组态画面上会出现一 个隐含的挡片和饮料图片，满足条件，则会对应显现，实现一个动态的购买效果。 购买完成后，系统会将所投钱币减去所购买商品的价格，然后再进行比较，回到比较币值部分。 其选择购买饮料的梯形图如图。 图 选择购买商品 在梯形图 ， 一是要使商品出现在出货框中，二是要实现内部货币的运算。 昆明理工大学 设计（论文）专用纸 23 以第二 步为例，按下选择汽水相应键，。