畢業(yè)設(shè)計（論文）類型：□畢業(yè)設(shè)計說明書□畢業(yè)論文題目：基于PLC的自動售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：專業(yè)：時間：

南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC的自動售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計摘要自動售貨機(jī)二十四小時不間斷的服務(wù)，節(jié)約了大量的人力物力，而且占地面積小，投入較低。自動售貨機(jī)的庫存情況能夠遠(yuǎn)程監(jiān)測，并及時精確地收集信息，可以確保貨源的充裕。本文設(shè)計一款基于PLC(可編程邏輯控制器)的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)，在硬件設(shè)計部分中，對系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行參數(shù)計算和選型，同時，利用CAD軟件設(shè)計PLC接線圖。在軟件設(shè)計部分，對系統(tǒng)的控制流程進(jìn)行設(shè)計，確保合理性和可操作性。并使用編程軟件繪制由PLC運行的梯狀圖形。在此基礎(chǔ)上，再利用軟件的模擬功能實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試和模擬，進(jìn)而判斷編程的合理性，驗證系統(tǒng)的運行狀況。關(guān)鍵詞：PLC；自動售貨機(jī)；控制系統(tǒng)

目錄TOC\o"1-3"\h\u316621前言 IV1前言1.1論文研究的目的和意義隨著無人商店的誕生，自動售貨機(jī)將會是一個應(yīng)運而生的新時期的必然產(chǎn)品。自動售貨機(jī)二十四小時不間斷的服務(wù)，節(jié)省了大批的人力物力，且占用建筑面積小，投資較低。而自動販?zhǔn)蹤C(jī)器的倉庫也可遠(yuǎn)程監(jiān)視，及時精確地收集商品資訊，更可確保貨源的充裕。自動售貨機(jī)是一款智能化業(yè)務(wù)裝置，能夠為城市居民實現(xiàn)全天候不中斷的產(chǎn)品零售業(yè)務(wù)。銷售商品類型也由原來單純的飲品、香煙等到了現(xiàn)在琳瑯滿目的日用物資，也因而受到了城市居民們的青睞。而由于自動販?zhǔn)蹤C(jī)器功能的越來越豐富，它對核心系統(tǒng)的計算速度、安全性要求也更高。比較于傳統(tǒng)的自動售貨機(jī)使用單片機(jī)為核心控制器，PLC為通用工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)備擁有性能高、安全性強(qiáng)、維修簡便等優(yōu)點，也比較適宜于在公共場合的復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)用。1.2本文的設(shè)計目標(biāo)本文將設(shè)計一種采用PLC的自動售貨機(jī)系統(tǒng)，具有以下功能：(1)用于出售零食1至零食5共五種商品，零食1售價3元1份，零食2售價6元1份，零食3售價9元1份，零食4售價12元1份，零食5售價15元1份。(2)顧客可以投放1元、5元和10元三種貨幣。(3)當(dāng)投資的人民幣錢數(shù)超過或低于三元時，零食1指示燈亮；當(dāng)所投入的貨幣錢數(shù)大于或等于六元時，零食1指示燈和零食2指示燈均亮；當(dāng)投放的貨幣錢數(shù)大于或等于九元時，零食1指示燈、零食2指示燈、零食3指示燈響亮；當(dāng)投放的貨幣錢數(shù)大于或等于十五元時，五個指示燈都亮。(4)當(dāng)商品燈亮后，按下對應(yīng)的按鈕，售出對應(yīng)商品，并找出多余的零錢。1.3技術(shù)路線本設(shè)計的技術(shù)路線如下圖所示。首先查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，確定自動售貨機(jī)的主要功能；其次，運用整體性的設(shè)計思想，對系統(tǒng)總體方案進(jìn)行設(shè)計，在此部分中，對PLC的型號進(jìn)行選型，確定編程軟件。在硬件設(shè)計部分中，對系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行參數(shù)計算和選型，同時，利用CAD軟件設(shè)計PLC接線圖。在軟件設(shè)計部分中，對系統(tǒng)的控制流程進(jìn)行設(shè)計，確保合理性和可操作性。進(jìn)行了程式編制,并使用編程軟件繪制由PLC運行的梯狀圖形。在此基礎(chǔ)上，再利用軟件的模擬功能實現(xiàn)調(diào)試和模擬，以實現(xiàn)對編程的合理、正確運行。最后，對設(shè)計步驟進(jìn)行歸納，對成果進(jìn)行梳理，撰寫畢業(yè)論文。2系統(tǒng)整體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計本文設(shè)計的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2.1所示。圖2.1自動售貨機(jī)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖商品展示窗口用于展示可出售的商品，在本設(shè)計中包括零食1至零食5共五種商品。通過玻璃展柜向顧客展示。投錢口用于接收顧客投放的錢幣，可識別和收納包括紙幣、硬幣、美元、瑞士、法郎等多種錢幣，并由特殊的傳感器進(jìn)行識別和換算。找零口基于等價交換原則，用于對顧客進(jìn)行找零。當(dāng)投幣數(shù)量不低于商品價格時，對應(yīng)的商品指示燈亮起。顧客按下對應(yīng)的商品按鈕，即可從取貨口取出對應(yīng)的商品。2.2控制器選型當(dāng)某一項控制任務(wù)決定由PLC來實現(xiàn)后，選用PLC就變成了最關(guān)鍵的事項。一方面要選擇大容量的PLC，另外還要考慮型號和外設(shè)。對于第一個問題，首先要對控制系統(tǒng)任務(wù)做出細(xì)致的分類，明確全部的I/O點，包含開關(guān)量I/O和模擬量I/O，以及輸出方式是選用繼電器開關(guān)或晶體管或控制硅型。關(guān)于監(jiān)控輸入輸出點的種類也十分重要，假設(shè)他們之間既有交流220V的接觸器和電磁閥，也有240V的指明燈，那么最后選擇的PLC的輸入輸出點數(shù)就有可能超過了實際點數(shù)。但是由于PLC的輸入與出口端點通常是幾組共用一臺公共端，這一組輸入輸出只能有一種供電的種類或者級別。所以，一旦它們都是交流220V的負(fù)載。則直流24V的負(fù)載就可以用到其他的輸入與出口端點了。但是這有可能導(dǎo)致輸入與出口點數(shù)浪費，從而提高生產(chǎn)成本。所以要盡量選用相同級別和種類的負(fù)載，例如采用交流220V的指示燈等。在通常狀況下繼電器開關(guān)輸入輸出的PLC應(yīng)用最多，而針對需要高速輸入輸出的情形，就必須采用無觸點的晶體管輸入輸出的PLC了。對于第二個問題，主要從以下幾個方面考慮：(1)規(guī)模要適合投入、產(chǎn)出點數(shù)和軟件對PLC控制功能和命令的需求，是選定PLC型號規(guī)模尺寸大小的關(guān)鍵。首先要保證有適當(dāng)?shù)耐度?、產(chǎn)出點數(shù)，要預(yù)留一分的余地(要有百分之十的后備量)。若僅僅希望完成單機(jī)自動化，或機(jī)電一體化的生產(chǎn)，則可以選用較小型PLC。若控制器很大，進(jìn)入、出口個數(shù)也較多，且被控裝置也比較離散，可采用中型或更大規(guī)模PLC。還應(yīng)明確程序存儲器的容積大小。一般較粗略的估算方式為：(入口+出口)×(10~12)=指令的行走步數(shù)。尤其要注意，因控制器比較復(fù)雜，且數(shù)據(jù)容積也很大，可能會出現(xiàn)存貯數(shù)不足的問題。(2)功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理對于以開關(guān)量進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)，普通的低檔機(jī)器也可滿足此要求。對于以開關(guān)數(shù)量限制居多，并帶有一些模擬量控制器的系統(tǒng)，則應(yīng)選用帶有A/D、D/A切換、加減計算、數(shù)據(jù)傳遞等功能的低檔機(jī)。對控制單元設(shè)計要求比較復(fù)雜，或控制單元特性需求較大的控制單元，如需要進(jìn)行PID計算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可以視限制總體規(guī)模大小和復(fù)雜性的程度，選擇中級或高級機(jī)。其中，高檔機(jī)主要應(yīng)用于人規(guī)模過程管理、全PLC的分布式管理和整個工廠的智能化管理等。對于生產(chǎn)工藝相對穩(wěn)定、環(huán)境要求較好(維修雖較小)的場合，采用組合式構(gòu)造PLC，其余情形下可采用模塊式構(gòu)造PLC。(3)使用環(huán)境條件在選用PLC時，還要考慮應(yīng)用現(xiàn)場的環(huán)境要求能否滿足規(guī)定。一般考慮的環(huán)境要求有：環(huán)境溫度、相對濕度、電源允許波動范圍和抗干擾等環(huán)境指標(biāo)。三菱集團(tuán)的FX系統(tǒng)產(chǎn)品樣本中，包含F(xiàn)X1S、FX1N、FX2N和FX2NC四個型號，能適應(yīng)各種用戶的需求。而隨著新市場的需要和科技的進(jìn)展，日本三菱公司也已開發(fā)功能更強(qiáng)、可擴(kuò)展性更豐富的FX3U和FX3UC兩個型號產(chǎn)品。FX產(chǎn)品是目前國內(nèi)外應(yīng)用的最多的PLC系列產(chǎn)品之一，尤其是FX2N系列PLC產(chǎn)品，具有功能強(qiáng)大、使用范圍廣泛、性能價格比高等特點，且具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，最大可擴(kuò)充至256個I/O點，能適應(yīng)大多數(shù)用戶的需求。運算批處理方式(在執(zhí)行END指令時)，可以使用I/O刷新s表，可以用步進(jìn)梯形指令來生成順序控制指令程序容量(EEPROM)基本指令27條，步進(jìn)指令2條表2.1PLC一般技術(shù)指標(biāo)列表AC~242VDCVOMVA0VACCVWDCV(FX1S),其他系列1.5W/DC24VVACVACmAVDCLED燈亮表2.2輸出技術(shù)指標(biāo)綜述所述，本文選用FX2N系列PLC控制器。2.3軟件工具GXWorks2是一個功能齊全、數(shù)據(jù)類型豐富的PLC程序設(shè)計軟件,GXWorks2軟件專門使用于生產(chǎn)機(jī)械上的控制器代碼程序,使用GXWorks2最新版可以使生產(chǎn)機(jī)器上具備進(jìn)行邏輯計算,序列管理、定時器等面對使用者的命令,同時也能夠使用數(shù)值或模擬式進(jìn)入/出口管理不同的機(jī)器及制造流程。軟件初始界面如下圖。圖2.2軟件界面該軟件具有如下特點：(1)GXWorks2官方版三菱電機(jī)新型PLC軟件系統(tǒng)，包含簡化工程項目(SimpleProject)和構(gòu)造化工程項目(StructuredProject)兩個程序設(shè)計方法。(2)支持梯形圖、指令表、SFC、ST及結(jié)構(gòu)化梯形圖等計算機(jī)編程語言。(3)可以進(jìn)行程序編輯，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，程序監(jiān)測、調(diào)試和在線更新，以及智能功能模塊設(shè)置等功能。(4)適合于生產(chǎn)Q、QnU、L、FX等一系列的可編程邏輯邏輯控制器。(5)兼容GXDeveloper軟件。(6)提供技術(shù)支持三菱電機(jī)工控生產(chǎn)的iQPlatform及綜合應(yīng)用信息管理軟件系統(tǒng)iQWorks。(7)三菱PLCGXWorks2具備系統(tǒng)標(biāo)簽控制功能，可完成PLC數(shù)據(jù)信息和HMI、運動控制器的資源共享。3硬件設(shè)計在本部分中，對系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行參數(shù)計算和選型，同時分配I/O地址，利用CAD軟件設(shè)計并繪制PLC接線圖。3.1I/O地址分配本文設(shè)計的PLC的I/O分配如下表3.1所示。表3.1I/O分配表LC3.2PLC接線圖AutoCAD(AutodeskComputerAidedDesign)是Autodesk(歐特克)有限公司最早在一九八二年研制的自動計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，主要進(jìn)行二維制圖、細(xì)節(jié)制圖、設(shè)計文件化以及基本的三維產(chǎn)品設(shè)計工作，現(xiàn)已然變成了全球市場上最普遍流行的畫圖工具。由于AutoCAD具有完善的電腦用戶，透過交互式菜單設(shè)計或指令行方法便能夠迅速完成所有作業(yè)。它的多文件設(shè)計工作學(xué)習(xí)環(huán)境，使非計算機(jī)技術(shù)專業(yè)人員也能夠更迅速地學(xué)習(xí)應(yīng)用。在進(jìn)一步實施的工作學(xué)習(xí)過程中，更進(jìn)一步地了解它的各項實際應(yīng)用情況以及開發(fā)技能，以便于進(jìn)一步提升產(chǎn)品設(shè)計效率。AutoCAD具有廣泛的使用環(huán)境適應(yīng)性能力,并能夠在所有操作系統(tǒng)都支持的微型計算機(jī)系統(tǒng)和工作站上執(zhí)行。本文利用AutoCAD軟件設(shè)計的PLC接線圖如下所示。圖3.1PLC接線圖如圖3.1所示，考慮到實際的I/O資源占用情況和實際成本，本設(shè)計選擇PLC的具體型號為FX2N-32MR，該CPU有16個輸入口，16個繼電器輸出口，可滿足本設(shè)計的需求，同時有適量的擴(kuò)展口留作備用。4軟件設(shè)計在本部分中，對系統(tǒng)的控制流程進(jìn)行設(shè)計，確保合理性和可操作性。進(jìn)行程序編寫，利用編程軟件繪制PLC運行的梯形圖。4.1軟件流程設(shè)計本文設(shè)計的系統(tǒng)運行流程如下。圖4.1系統(tǒng)運行流程圖如圖4.1所示，系統(tǒng)運行開始后，進(jìn)行投錢金額的檢測。當(dāng)大于等于3元時，零食1指示燈亮，顧客可以購買零食1；當(dāng)大于等于6元時，零食1和零食2指示燈都亮，顧客可以選擇購買零食1或者購買零食2；當(dāng)大于等于九元時，零食1、零食2或者零食3的指示燈均亮，消費者即可自由選擇購買零食1、零食2或者零食3當(dāng)價格大于等于十五元時，零食1至零食5指示燈都亮，顧客可以選擇購買任意一種零食。當(dāng)購買后，出貨口動作，將產(chǎn)品送出，并且延時7s關(guān)閉，給顧客充足的取貨時間。顧客取貨后，系統(tǒng)計算余額并進(jìn)行找零。找零后，當(dāng)前購買行為結(jié)束，進(jìn)入下一次等待。4.2錢幣累加程序模塊為了對錢幣投放數(shù)目進(jìn)行累加，采用ADDP指令。ADDP就是一個脈沖加一次。而ADD是每掃描一個周期就執(zhí)行一次加法。圖4.2錢幣累加程序梯形圖在本程序模塊中，X000導(dǎo)通一次，則觸發(fā)ADDP指令，D0寄存器中的數(shù)值加1；X001導(dǎo)通一次，則觸發(fā)ADDP指令，D0寄存器中的數(shù)值加5；X002導(dǎo)通一次，則觸發(fā)ADDP指令，D0寄存器中的數(shù)值加10。4.3錢幣比較與商品指示燈模塊圖4.3錢幣比較與商品指示燈程序梯形圖為了對投放錢幣是否大于等于商品售價進(jìn)行比較判別，采用CMP指令。CMP指令的功能是將一個源操作數(shù)[S1·]的數(shù)值與另一個源操作數(shù)[S2·]的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果送到目標(biāo)操作元件[D·]中。當(dāng)D0中的數(shù)值小于2時，M0導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值等于2時，M1導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值大于2時，M2導(dǎo)通。當(dāng)D0中的數(shù)值小于5時，M3導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值等于5時，M4導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值大于5時，M5導(dǎo)通。當(dāng)D0中的數(shù)值小于8時，M6導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值等于8時，M7導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值大于8時，M8導(dǎo)通。當(dāng)D0中的數(shù)值小于11時，M9導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值等于11時，M10導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值大于11時，M11導(dǎo)通。當(dāng)D0中的數(shù)值小于14時，M12導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值等于14時，M13導(dǎo)通；當(dāng)D0中的數(shù)值大于14時，M14導(dǎo)通。因此，當(dāng)M2、M5、M8、M11、M14導(dǎo)通時，Y005導(dǎo)通，零食1指示燈亮；當(dāng)M5、M8、M11、M14導(dǎo)通時，Y005、Y006導(dǎo)通，零食1、零食2指示燈亮；當(dāng)M8、M11、M14導(dǎo)通時，Y005、Y006、Y007導(dǎo)通，零食1、零食2、零食3指示燈亮；當(dāng)M11、M14導(dǎo)通時，Y005、Y006、Y007、Y010導(dǎo)通，零食1、零食2、零食3、零食4指示燈亮；當(dāng)M14導(dǎo)通時，Y005、Y006、Y007、Y010、Y011導(dǎo)通，零食1、零食2、零食3、零食4、零食5指示燈都亮。4.4出貨模塊圖4.4出貨程序梯形圖當(dāng)用戶選擇商品后，對應(yīng)的線圈導(dǎo)通，并且延時7秒后關(guān)閉。分別使用T0~T4進(jìn)行定時。定時器線圈參數(shù)設(shè)定為70，表示70*100ms。同時，利用定時器的常閉觸點進(jìn)行出貨線圈的關(guān)斷。4.5找零及計算模塊圖4.5找零及計算程序梯形圖當(dāng)顧客按下取貨按鈕后，需要進(jìn)行找零計算。利用SUBP指令進(jìn)行減法運算，將D0中存放的投錢總數(shù)減去3、6、9、12或者15元，得到找零錢數(shù)，存在D1寄存器中。并且比較D1是否為0，若不為0則需要找錢，將Y004導(dǎo)通，進(jìn)行找錢操作。4.6售出成功后復(fù)位模塊圖4.6復(fù)位程序梯形圖當(dāng)取貨定時器計滿后，將存放已投錢數(shù)的寄存器D0，和存放找零錢數(shù)的D1進(jìn)行復(fù)位，本次售賣業(yè)務(wù)結(jié)束。5調(diào)試與仿真在本部分中，通過編程軟件GXWorks2自帶的仿真功能進(jìn)行功能測試與調(diào)試運行。通過模擬SQ1三次導(dǎo)通，SQ3一次導(dǎo)通，使得投幣金額為13元。通過模擬SQ2三次導(dǎo)通，SQ1三次導(dǎo)通，使得投幣金額為18元。監(jiān)視系統(tǒng)運行情況。5.1錢數(shù)為13通過模擬SQ1三次導(dǎo)通，SQ3一次導(dǎo)通，使得投幣金額為13元。此時，Y005、Y006、Y007、Y010導(dǎo)通，零食1~零食4指示燈亮，零食5指示燈不亮。圖5.1模擬仿真界面下一步，點擊X004，模擬出零食2。此時，Y001導(dǎo)通7秒，之后關(guān)斷，表示零食2出貨成功。同時，Y004導(dǎo)通，表示需要找零。其中，D1中存放找零額度，D1=7，表示找零7元。圖5.2模擬仿真界面本次售賣結(jié)束。5.2錢數(shù)為18通過模擬SQ2三次導(dǎo)通，SQ1三次導(dǎo)通，使得投幣金額為18元。此時Y005~Y011都導(dǎo)通，表示零食指示燈都點亮。圖5.3模擬仿真界面下一步，點擊X005，模擬出零食3。此時，Y002導(dǎo)通7秒，之后關(guān)斷，表示零食3出貨成功。同時，Y004導(dǎo)通，表示需要找零。其中，D1中存放找零額度，D1=9，表示找零9元。圖5.4模擬仿真界面最后，定時器計滿導(dǎo)通，D0和D1復(fù)位，本次售賣結(jié)束。圖5.5模擬仿真界面6總結(jié)本文設(shè)計一款基于PLC的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)。分別從硬件與軟件兩個部分進(jìn)行說明。在硬件設(shè)計部分中，對系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行參數(shù)計算和選型，利用AutoCAD軟件設(shè)計出對應(yīng)的PLC接線圖。在軟件設(shè)計部分，根據(jù)操作規(guī)則對系統(tǒng)的控制流程進(jìn)行設(shè)計。并使用編程軟件繪制程序梯形圖。在此基礎(chǔ)上，再利用軟件的模擬功能實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試和模擬，確認(rèn)了編程的合理性，驗證了系統(tǒng)的運行狀況。

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