PLC课程设计报告---自动售货机PLC设计

PLC课程设计报告
题目自动售货机PLC设计
姓名
学号
班级自动化0802
指导老师
日期2011.09
目录
摘要 (3)
Abstract (3)
第一章绪论 (4)
1.1设计要求 (4)
1.1.1系统组成 (4)
1.1.2控制要求 (4)
1.2系统设计背景 (4)
1.2.1自动售货机功能分析 (4)
1.2.2PLC选型分析 (5)
第二章PLC S7-300的简介 (7)
2.1 S7-300 PLC的系统组成 (7)
2.2 S7-300 PLC的编程 (8)
2.1.1编写梯形图的注意事项 (8)
2.1.2程序设计步骤 (9)
第三章自动售货机系统的PLC设计 (10)
3.1自动售货机系统的设计分析 (10)
3.2 I/O输入输出分配 (10)
3.3附加触摸屏后的输入输出分配 (11)
3.4程序设计 (12)
3.4.1程序流程图 (12)
3.4.2 PLC程序（不附带触摸屏的） (13)
3.4.3 PLC程序（附带触摸屏的）及触摸屏界面设计 (16)
3.6下载和调试程序 (17)
结束语 (18)
参考文献 (19)
摘要
本论文设计的是基于西门子S7-300 系列PLC构成的自动售货机监控系统，并且加入了触摸屏E8000的设计。

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，对自动售货机的方案进行了论证，介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，对基于西门子S7-300 系列PLC构成的自动售货机系统整体设计过程进行较为细致的论述。

文中详尽地介绍了自动售货机的各硬件组成，并完成了PLC外部接线图。

在PLC梯形图的编写时，文中采用的是西门子PLC梯形图专用编译软件SMATIC来进行编写。

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。

具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。

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。

关键词：可编程控制器（PLC)；自动售货机；梯形图；
Abstract
This paper is based on the design of Siemens S7-300 PLC constitute the vending machine control system and the design of touching screen E8000 .This paper expounds source of the vending machine, and its development at home and abroad, the scheme design of vending machines are discussed, introduces the basic composition, characteristics of PLC and working principle, based on Siemens S7-300 PLC constitute the vending machine system, overall whole design process is discussed particularly.
The paper introduced in detail the vending machine, various hardware and completed PLC external hookup. In the writing of PLC ladder diagram, the Siemens PLC is special compiled software SMATIC ladder diagram to write. Introduces the basic principle of vending machines and work flow, and then to a transaction process, for example, the process is divided into several blocks, then respectively for program for programming block. Specify the programmable controller in vending machines. PLC control system, improve the vending machine, guarantee the stability of the vending machine to long-term and stable operation.
Keywords：programmable logic controller (PLC)；The vending machine；Ladder diagram；
第一章绪论
1.1设计要求
1.1.1系统组成
该系统由 PLC进行控制，由三个投币口组成，可分别投
入5角、1元、5元等三种硬币，当顾客投入一定金额以后，
在数显区就会显示相应的钱数金额。

数显区采用两个七段
码，分别显示金额的十位和个位，编码方式采用8421码制。

当购买一定数目的货物以后，数显区就会显示余额，并且
能够从取物口取出商品，然后在退币口取出余额。

同时为
了指示系统当前的状态，配有L1、L2指示灯，当系统出现
错误时，会根据提前设定方式进行报警输出。

1.1.2控制要求
1）按下投币口按钮5角、1元、5元，数码显示投币金额为0.5、1.0、5.0。

2）显示金额减去所买货物金额后，数码显示余额，若是投币足够取物口灯会亮，则表示货物已到取物口，可以一次多买，直到金额不足，灯L1亮提示余额不足，此时必须往里加币，且重新选择所需货物，才能取出想要的货物。

3）如不买货物，按退币钮则退出全部金额、数码显示为零，退币口灯亮。

4）在操作过程中若是投币后30秒钟不操作退币口将自动退币。

1.2系统设计背景
1.2.1自动售货机功能分析
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，其中可乐的价格为2.50元，牛奶为3.00元，其余类推。

现投入1个1元硬币，当投入的货币超过商品的价格时，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商品的价格同时启动相应的电机，提取号商品到取物口。

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清零指令，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。

自动售货机的工作流程图如图1.1所示。

图1.1 自动售货机工作流程图
1.2.2PLC选型分析
当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。

一方面要选择多大容量的PLC ,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。

对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。

控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。

因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。

所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。

则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。

这样有可能造成输出点浪费，增加成本。

所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。

一般情况下继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。

对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：
（1）功能方面所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。

如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控
制有特殊要求等。

这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。

（2）价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O 点数相当的PLC的价格能相差40%以上。

在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。

本次设计的实验由于输出要用到12个，所以选择PLCS7-300进行实验。

并且与触摸屏E8000进行连接。

第二章PLC S7-300的简介
本次实验所使用的PLC S7-300与PLC课程上所学的不同，所以先自学了一下简单的使用及编程等等。

2.1 S7-300 PLC的系统组成
西门子公司S7-300系列PLC是一种通用型PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合。

S7-300基于模块化、无风扇结构设计，采用DIN标准导轨安装，配置灵活、安装简单、维护容易、扩展方便，各种模块可以进行广泛的组合和扩展。

图2.1 S7-300 PLC
S7-300系统由以下部分组成
（1）中央处理单元 (CPU)
中央处理单元 (CPU)主要用来执行用户程序，同时还为S7-300背板总线提供5V电源。

在MPII（多点借口）网络中，通过MPI还能与其他MPI网络节点进行通信，对于专用CPU 还有其他一些功能。

各种 CPU 有各种不同的性能，例如，有的CPU 上集成有输入/输出点，有的 CPU 上集成有PROFIBUS-DP通讯接口等。

①CPU状态和故障指示灯
CPU面板上一般由以下指示灯来显示CPU当前的状态和故障。

●SF（红色）：系统出错/故障指示灯。

CPU硬件或软件出现错误时亮。

●BATF（红色）：电池故障指示灯（只有CPO313和314配备）。

当电池失效或未装入时，指示灯亮。

●DC 5V（绿色）：+5V电源指示灯。

CPU和S7-300 PLC总线的5V电源正常时亮。

●FRCE（黄色）：强制作业有效指示灯。

至少有一个I/O在强制状态时亮。

●RUN（绿色）：运行状态指示灯。

CPU处于RUN状态时亮；LED在Startup状态以2Hz频率闪烁；在HOLD状态以0.5Hz频率闪烁。

●STOP（黄色）：停止状态指示灯。

CPU处于STOP或HOLD或Startup状态时亮；
在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。

②CPU模式选择开关
S7-300 PLC一般有3种工作模式，即“RUN”，“STOP”和“MRES”。

●“RUN”运行模式
在此模式下，CPU执行用户程序，还可以通过编程设备读出、监控用户程序，但不能修改用户程序。

●“STOP”停机模式
在此模式下，CPU不执行用户程序，但可以通过编程设备从CPU中读出或修改用户程序。

●“MRES”存储器复位模式
该位置不能保持，当开关在此位置释放时将自动返回到STOP位置。

当从STOP模式切换到MRES模式时，可复位存储器，使CPU回到初始状态。

（2）信号模块(SM)
信号模块是不同级的过程信号电平和S7-300的内部信号电平相匹配，用于数字量和模拟量输入/输出。

（3）通信处理模块(CP)
通信处理模块用来扩展中央处理单元的通信任务，用于连接网络和点对点连接
（4）功能模块(FM)
功能模块用于时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务，如高速计数、定位操作 (开环或闭环定位) 和闭环控制。

（5）电源模块(PS)
电源模块用来将交流120V/230V电压转换为24V直流工作电压，为S7-300 CPU和24V 直流负载电路（信号模块、传感器、执行器等）提供电源。

（6）接口模块(IM)
用于多机架配置时连接主机架(CR) 和扩展机架(ER)。

S7-300 通过分布式的主机架(CR) 和 3 个扩展机架 (ER)，可以操作多达 32 个模块。

运行时无需风扇。

2.2 S7-300 PLC的编程
2.1.1编写梯形图的注意事项
（1）输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。

（2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。

触点不能放在线圈的右边。

除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。

如果需
要任何时候都被执行的程序段，可以通过特殊内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。

（3）在程序中，不允许同一编号的线圈两次输出。

（4）不允许出现桥式电路。

程序的编写顺序应按自上而下、从左止右的方式编写。

为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大右小”。

2.1.2程序设计步骤
（1）对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程土，用以清楚地表明动作的顺序和条件。

（2）设计梯形图。

这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。

（3）根据梯形图编制程序清单。

（4）用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。

（5）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。

（6）待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。

若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，直到满足为止。

（7）编写技术文件。

（8）交付使用。

第三章自动售货机系统的PLC设计
3.1自动售货机系统的设计分析
一次交易过程的分析：
①初始状态：按下装货按钮将4中商品数量置10。

②投币状态：按下3种金额（5角、1元、5元）投币按钮，数码显示管将显示累计投币的金额。

③购买状态：按下对应商品的购买按钮，当所投币值超过商品价格时，可以购买，数码显示管将减去商品价格，取物口灯亮。

若无货，则L2闪，若投币不足，则L1亮。

④退币按钮：按下退币按钮，数码显示管数值清0。

至此，自动售货机的一个完整工作过程结束。

3.2 I/O输入输出分配
自动售货机系统实验面板输入输出接口地址分配如表3.1
表3.1 自动售货机系统实验面板输入输出接口地址分配表
3.3附加触摸屏后的输入输出分配
附加触摸屏后的自动售货机系统实验面板输入输出接口地址分配如表3.2
因为I、Q 只能读不能写。

如果要对PLC进行位操作，可以通过内部存储器M来完成。

3.4程序设计
3.4.1程序流程图
图3.1 程序流程图
3.4.2 PLC程序（不附带触摸屏的）
图3.2 投币5角
图3.3 投币一元
图3.4 投币五元
通过投币触发加法运算指令ADD，将投币金额加到MW100中去。

图3.5 退币
按下退币后，通过比较指令，如果现在的金额大于0，就将0赋值给MW100，使金额清零，并且将退币口置1。

图3.6 初始化
刚开始若L1、取物口或退币口有灯亮的，先清零。

图3.7 输出数码管显示
将MW100中的数值转化成BCD码存到MB105中，再将MB105中的2位输出到Q2.0-2.7，即数码显示管中去。

图3.8 购买可乐
图3.9 购买纯水
图3.10 购买酸奶
4个购买指令是类似的，通过各自的购买按钮触发，先进行比较，当金额小于购买的商品所需要的金额时，Q0.0输出，L1灯亮提示金额不足，若C6通即有货，将数码显示管上的金额对应的MW100减去购买花掉的金额，再将取物口Q0.2置1.
图3.11 购买牛奶
图3.12 10秒退币
若10秒没有进行任何操作，将自动退币，将退币口Q0.3置1，数码显示管对应的数值MW100清零。

图 3.13 可乐余量
图3.14 纯水余量
图3.15 牛奶余量
图3.16 酸奶余量
四个商品余量设置是类似的，都通过装货按钮I1.3将减法计数器置为预设值10，然后通过相应的购买按钮触发相应的减法计数器减1。

图3.17 无货绿灯闪烁报警
当某种商品的数量减为0时对应的计数器的常开节点闭合，即无货状态，这时再购买就会触发无货指示灯L2即Q0.1亮，而T6则检测在0.5s内若没有继续购买无货商品指示灯就灭。

3.4.3 PLC程序（附带触摸屏的）及触摸屏界面设计
图3.18 触摸屏界面设计
当程序附加触摸屏后，相应的输入节点I要改成相应的M，程序需要一定的改动。

然后在EB8000的触摸屏编程软件中编辑好触摸屏界面，修改读取地址参数为相应的参数，保存。

3.6下载和调试程序
在SMATIC中先检查设置的相应的参数。

图3.19 PLC硬件参数设置
按照I/O分配表接线，记得接该接的+24V和-24V线。

保存下载程序后，运行不附带触摸屏的程序，无误后，再打开带有触摸屏的程序。

在EB8000中保存、编译、离线模拟触摸屏程序。

连接触摸屏、计算机和PLC。

在本实验中用连接PC与PLC的RS-232（包括适配器），再加上一根交叉线，来连接S7-300PLC的通讯口(MPI口)和触摸屏的PLC[RS-232]通讯端口，所以应先把控制程序从PC下载到PLC控制器，然后须拔掉该连接线来连接触摸屏与PLC。

另需一根特殊的RS-232 电缆线连接PC[RS-232]&PLC[RS-485]通讯端口与PC机的COM口,该RS-232 电缆线的PC 端引脚为2、3、5，触摸屏端引脚为7、8、5。

运行结果，实验成功。

结束语
本次课程设计所设计的自动售货机是基于PLC S7-300的控制系统，现实中许多这样的系统还是由单片机来控制的，其主要原因是设计成本低，不过单片机的编程比较复杂而且连接电路多易受干扰，不方便维护。

本次应用PLC完成设计从实验过程中可以看出一方面就是体现PLC的功能的优势，另一方面是PLC编程、接线简单清晰，容易接受和理解。

通过这次自动售货机系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。

我学会了简单的使用PLC S7-300和触摸屏EB8000，学到的知识足够完成我的课题并实现系统相应的拓展功能。

本设计实验结果令人满意，能正确的完成钱币的加减和及时显示，可以随时进行操作。

所设计的售货机能够准确的完成各个所要求的动作（购买、出物品、限时退币、退币）。

根据每块程序分析，本设计所编写的程序可以随时根据实际情况需要增加和删除某些程序段来完成要求，简单易懂，也可以经过很小的改动去控制其他类型的售货机，易于推广非常实用。

在设计过程中最复杂的是商品无货的提示和PLC、计算机以及触摸屏之间的通信。

经过多次试验，最终调试出比较完善的课题设计。

本设计虽然能够完整的进行工作和控制，但是也存在着一些问题和不足之处，正是这些问题是我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识。

自动售货机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。

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。

所以说，自动售货机是今后小
商品和饮料销售方式的一个很好的发展趋势。

它的出现将极大的方便人们购买所需要
的小商品。

参考文献
[1] 胡健.西门子S7-300 PLC应用教程.北京：机械工业出版社
[2] 王永华.现代电气控制及PLC 应用技术.北京：北京航空航天大学出版社
[3] TVT-90DT PLC 实验指导书.长沙：中南大学信息科学与工程学院。