毕业设计——基于PLC的自动售货机设计.doc朱林

关键字：PLC，梯形图，售货机
第1章
1.1
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，70％的罐装饮料是通过自动售货出售，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，已不难发现自动售机；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，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。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。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。
1.2
本次设计的题目是自动售货机，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、PLC的编程语言、PLC的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出梯形图。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。
1.3
此自动售货机可以投入五角、一元的硬币；如果顾客投入硬币在限定的时间内（2分钟）不按任何按键，自动售货机将退还所投硬币；当投入硬币的总值等于或超过物品价值时，对应的物品指示灯亮绿灯；当物品对应的指示灯亮绿灯时，按下相应的按键，相应的物品排出，同时指示灯绿灯闪烁；如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时，自动售货机会自动将余款退还顾客；当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；如果顾客投入硬币后又不想买物品，按下退款按键，自动售货机会自动将余款退还顾客；.找零时顾客可选择退一元的还是五角的；.当物品不足时，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）。
（3） PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力
为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。
加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。
3.过程控制
大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。
4. 数剧处理
现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置，如计算机数值控制（CNC）设备，进行处理。
(2)在软件方面：
PLC 的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当 CPU、电池、输入/输出接口、通信等出现异常时，PLC 的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后备电池会正常工作。
2、通用性强，控制程序可变，使用方便
PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为
305×110×110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种。
河 南 工 业 职 业 技 术 学 院
HenanPolytechnicInstitute
毕业设计（论文）
题目基于PLC的自动售货机
班级＿＿机 电0903＿
姓名＿朱林＿
指导教师＿＿曹龙斌＿＿
摘要
本论文设计的是基于西门子S7-200 系列PLC构成的自动售货机监控系统，本文阐述了自动售货机的来源与发展，以及它在国内外发展的现状，介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，文中采用的是梯形图编译译软件STEP7来进行编写。介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。与市面上单片机控制的自动售货机相比，利用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。
所以，PLC是小形化，高速度，高性能，适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途。系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。
二、PLC的分类
1. 从I/O点数容量分：
（1）小型机
小型PLC的输入输出总点数一般在256点以下，其功能以开关量控制为主，用户程序存储器容量在4k字节以下。
一、PLC的特点
1、可靠性高、抗干扰能力强是 PLC 最重要的特点之一：
(1)硬件方面：
在输入/输出(I/O)通道采用光电隔离，有效抑制外部干扰源对 PLC 的影响；在设计中采用滤波器等电路增强 PLC 对电噪声、电源波动、振动、电磁波等的干扰，确保 PLC 在高温、高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣工业环境下能稳定地工作；对中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等重要部件采用具有良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少电磁干扰。
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，世界上生产PLC的主要厂家有65个，其中最有名气的厂家在日本、美国和德国。日本的几个厂家为三菱、富士。日立、东芝、横河、立石、光洋、夏普等公司。美国的几个厂家为德州食品公司、通用电器公司、歌德公司、数字设备公司等。还有德国的西门子，荷兰的飞利浦，香港的鹰达等公司也是很有名气。日本三菱电机公司（MITSUBISHI）于1971年开始研制PLC，目前主要有F1,F2,FX,K,A等十几个系列几十种产品，在我国（主要是华东和华南地区）的工业控制领域具有一定的市场占有率。
（2）中型机
中型机PLC的输入输出总点数一般在256~2048点之间，用户程序存储容量达到2~8k字节。
（3）大型机
大型 PLC的输入输出总点数在2048点以上，用户程序存储容8~16字节，它具有计算，控制和调节的功能，还具有强大的网络结构和通讯联网能力
2. 从结构形式分类
(1)整体式结构
整体式又称箱式体，整体式结构式将PLC各主要组成部分集装在一个机壳内，即cpu板、输入板、输出板、电源板等很紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。
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。在夏季电力消费高峰时，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。
5. 通信联网
PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。
四、PLC的发展趋势
PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。
5、减少了控制系统的设计及施工的工作量
由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。
（2）模块式结构
模块式结构PLC采用积木搭接的方式组成系统，其特点是CPU、输入、输出、电源等都是独立的模块。
（3）叠装式结构
叠装式吸收了整体式和模块式，PLC的优点，其基本单元、扩展单元等高等宽，但是长度不同。
三、PLC的应用范围
目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：
1.开关量逻辑控制
利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。
2.运动控制
大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。