基于plc饮料自动售货机控制系统设计毕业论文

基于plc饮料自动售货机控制系统设计毕业论文内容摘要：

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。 虽然日本的自动售货机总台数低于 美国 （据 1997 年的统计为 689 万台），但是，从人口占有数来看却是世界上最高的，美国平均 35 人占有一台，而日本为 23 人占有一台。 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， 13 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。 目的和意义 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。 14 第三章 方案论证与设计 总体方案设计分析 控制系统设计原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。 因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： (1) 最大限度地满足被控对象的控制对象。 设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。 (2) 在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。 （ 3） 保证控制系统的安全、可靠。 （ 4）考虑到生产的发展和工艺和改进，在选择 PLC 容量时，应适当留有裕量。 方案的选择与设计 继电控制 利用具有继电特性的元件进行控制的 自动控制系统。 所谓继电特性是指在输入信号作用下输出仅为通、断等几个状态的特性。 继电控制也称通断控制。 例如，电炉温度调节中根据炉温是否超过规定值而断开或接通电源。 这种只有通、断两个状态的控制又称双位式控制。 对于继电控制型 伺服系统 ，继电控制是指驱动电源的全部电压按照控制偏差值符号的正负，正向或反向地加到执行电动机上。 为避免正反向之间的持续振荡，在正向和反向之间常设置一个死区。 继电控制中使用的元件并不限于电磁式继电器，也可用别的手段来实现继电特性。 例如，在双位式温度调节中，常采用双金属片作为敏感元件，温度变化时双金属片因两 15 部分金属的膨胀系数不同而弯曲变形，接通或断开触点。 其他如液压和气动阀等也是具有继电特性的元件。 继电控制 系统的主要分析方法有相平面法和 描述函数法。 继电控制的缺点： 继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。 他们比以往的产品具有更高的可靠性。 但是，这也是随之带来的一些问题。 如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。 而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。 再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。 在全负荷运载的情况下，大的 继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。 并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。 单片机控制 目前 单片机 渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 导弹 的导航装置 ，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC 卡 ，民用豪华轿车的安全保障系统， 录像机 、 摄像机 、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开 单片机。 更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。 因此， 单片机 的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机 广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航 天、专用设备的智能化管理及过程控制等领 域， PLC 控制 在工业自动化领域，可编程控制器 (PLC)作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来了前所未有的非凡变化。 使用 PLC 的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。 虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被完全淘汰，但是由于 PLC 的出现已经改变了工业控制设计者的设计思 16 想。 可编程序控制器的优势、特点及功能 ： 可编程控制器以体积小功能强大所著称，它不 但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。 特别是现在，由于信息、网络时代的到来，扩展了 PLC 的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。 顺序控制 闭环过程控制 运动位置控制 生产过程的监控和管理 网络特性 方案确定 PLC 控制比继电控制在逻辑上更改方便、控制速度更高、更灵活且便于维护。 PLC 是建立在单片机上的产品。 单片机是一种集成电路， 不具可比性。 单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可， PLC 是单片机应用系统的一个特例。 从工程角度上说：对于单项或重复极少的项目，采用 PLC是更明智、快捷的途径。 功率高，可靠性好。 通过对各种控制的优缺点分析，各适用于不同控制要求的场合。 对于自动售货机的设计来说。 要求控制速度快、灵活、可靠性高、易于维护和改动、属于单项重复数少的项目。 用 PLC 来控制是最好的选择。 它少了几点控制的笨重和单片机控制的复杂性。 但分析各种厂家生产的 PLC。 西门子 PLC 多用于大型、超大型的场合。 所以我选用了 三菱 FX2N32MR型 plc来进行自动售货机的控制。 17 第 4 章 自动售货机的 PLC 控制系统设计 硬件电路设计 硬件系统组成 1）主控制板 2）温控模版 温度采集加热制冷等 3） 货币识别模块 在投入货币之后，系统会用红外线识别器识别货币的面额。 4） 销售模块 在顾客选择商品时，用电机驱动相关的硬件设施送出相应的商品。 在退币时驱动电机完成退币动作。 完成销售过程。 电气设备的选择 在整个硬件控制中包括各种电气设备：断路器、接触器、继电器、隔离开关、热继电器、和电 动机。 继电器的选用原则： (1)按使用类别选用： 中小型工厂的生产实际， 90kW 及以下的笼型电动机占全厂电机总数的 90％以上，基本属于按 AC3 使用类别选用。 (2)确定容量等级： 接触器的容量即主触头在额定电压等技术条件下，其额定电流的确定，应注意如下几点： ① 工作制及工作频率的影响： 选用接触器时，应注意其控制对象是长期工作制，还是重复短时工作制。 在操作频率高时，还必须考虑电弧能量的影响。 在水泥厂属于长期工作制，但操作频率 18 不高，应尽可能选用银、银合金或镶银触头的接触器，如 CJ20 型系列产品。 ② 环境 条件的影响： 在水泥厂，生产流程的环境是比较恶劣的，粉尘污染严重，通风条件差，工作场所温度较高。 因此，对接触器的选择宜采取降容使用的技术措施。 热继电器的选用原则： 热继电器主要用于保护电动机的过载，为了保证电动机能够得到既必要又充分的过载保护，就必须全面了解电动机的性能，并给其配以合适的热继电器，进行必要的整定。 一般涉及到电动机的情况有工作环境、起动电流、负载性质、工作制、允许的过载能力等。 原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和起 动的瞬间，热继电器应不受影响 (不动作 )。 热继电器的正确选用．与电动机的工作制有密切关系。 当热继电器用以保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。 例如，热继电器的整定值可等于 — 倍电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。 当热继电器用以保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。 如果每小时操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。 对于正反转相通断频繁的特殊工作制电动机，不 宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。 电动机的选用原则： 1）电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谢波干扰等），应在容许的范围内； 2）按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内； 3）根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作； 4）综合考虑一次投资几运行费用，整个驱 动系统经济、节能、合理、可靠和安全。 19 软件设计 自动售货机控制要求 1. 投币类型分为 1 元、 5 元、 10 元、 20 元、 50 元 2. 各种纸币各一个投钱处 3. 分为五种饮料汽水、可乐、牛奶、咖啡、红茶。 价格分别为 3 元、 4元、 5 元、 6 元、 7 元 4. 当钱数大于 3 时汽水灯亮 5. 当钱数大于 4 时汽水、可乐灯亮 6. 当钱数大于 5 时汽水、可乐、牛奶灯亮等等 7. 按下饮料的按钮，电动机得电指示灯亮，相应饮料的灯闪。 钱数减去饮料钱数，等闪烁 3 秒，出货结束。 1 元硬币 20 三菱 FX2N32 型 PLC 自动售货机流程图 21 I/O 分配表 输入 符号 功能 地址 输出 符号 功能 地址 SB1 1 元 X0 HL1 汽水显示灯 Y0 SB2 5 元 X1 HL2 可乐显示灯 Y1 SB3 10 元 X2 HL3 牛奶显示灯 Y2 SB4 20 元 X3 HL4 咖啡显示灯 Y3 SB5 50 元 X4 HL5 红茶显示灯 Y4 SB6 汽水按钮 X5 YV1 汽水电磁阀 Y5 SB7 可以按钮 X6 YV2 可乐电磁阀 Y6 SB8 牛奶按钮 X7 YV3 牛奶电磁阀 Y7 SB9 咖啡按钮 X10 YV4 咖啡电磁阀 Y10 SB10 红茶按钮 X11 YV5 红茶电磁阀 Y11 SB11 退币按钮 X12 YV6 退币电磁阀 Y12 22 硬件接线图 23 程序设计 程序设计可分为 6 个部分。 分别为： 1 启动清零部分、 2 投币部分、 3 表示可购买显示部分、 4 选择饮料部分、 5 货币相减部分和 6 退币部分。 1） 启动清零 M8002 为初始脉冲。 当 PLC 从 STOP 拨到 RUN 时接通瞬间。 自动初始清零。 指令表： 2） 投币部分 用 PLS 上升沿触发投币。 用 ADD 指令作加法运算。 24 指令表： 3）表示可购买显示部分 用 [ D1 K3] 比较指令，当 D1K3 输出。 指 令表： 25。