1、自動售貨機自動售貨機 PLCPLC 設計設計 目錄目錄 一、引一、引 言言 1 二、控制要二、控制要 求求 2 三、設計任三、設計任 務務 2 四、四、系統(tǒng)總體方案設計系統(tǒng)總體方案設計方案方案 4.1.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原系統(tǒng)硬件配置及組成原 理理 3 4.2 系統(tǒng)變量定義及分配系統(tǒng)變量定義及分配 表表 3 4.3 系統(tǒng)接線圖設系統(tǒng)接線圖設 計計 4 4.4 系統(tǒng)可靠性設系統(tǒng)可靠性設 計計 4 五、五、控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)設計 5.1 控制程序流程圖設控制程序流程圖設 計計 5 5.2 控制程序時序圖設控制程序時序圖設 計計 6 5.3 控制程序設計思控制程序設計思 路路 7 5.4 編程

2、系統(tǒng)的調編程系統(tǒng)的調 試試 7 5.5 創(chuàng)新設計內創(chuàng)新設計內 容容 7 六、上位監(jiān)控系統(tǒng)設計六、上位監(jiān)控系統(tǒng)設計 6.1 PLC 與上位監(jiān)控軟件通與上位監(jiān)控軟件通 訊訊 8 6.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設 計計 8 6.3 實現的效實現的效 果果 12 七、七、系統(tǒng)調試及結果分析系統(tǒng)調試及結果分析 7.1 系統(tǒng)調試及解決的問系統(tǒng)調試及解決的問 題題 12 7.2 結果分結果分 析析 13 八、結束八、結束 語語 13 九、九、參參 考考 文文 獻獻 14 十、附十、附 錄錄 14 一：引言一：引言 可編程序控制器（Programmable Logic Controller ）簡稱

3、 PLC, 是一種以微 處理器為核心的用于工程自動控制的工業(yè)控制機，其本質是一臺工業(yè)控制專用計算 機。它的軟、硬件配置與計算機極為類似，只不過它比一般計算機具有更強的與工 業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應于控制要求的編程語言。硬件主要由中央處理 單元 CPU、存貯器、輸入/輸出單元以及編程器、電源和智能輸入/輸出單元等構成. PLC 是一種專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的數字運算電子系統(tǒng)，它是以微處理機為基礎， 綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技而發(fā)展起來的一種新型工 業(yè)自動控制裝置，是當今工業(yè)發(fā)達國家自動控制的標準設備之一。 自動售貨機是集聲、光、機、電于一體的智能科技產物,進入

4、21 世紀，自動售 貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。使未來的自動售貨機 不僅僅具有售貨功能，而是更加多元化,及人性化;如：手機支付、遠程聯機管理、 個性的 LCD 廣告顯示屏、更節(jié)能。 自動售貨機的普及在某種程度上能反映一個國家的科技發(fā)展水平，是一個國家 文明程度的象征。實踐和直覺告訴我們，自動售貨機在中國的橫空出世，必將為國 內的食品、香煙、飲料等諸多行業(yè)的發(fā)展帶來新的契機，中國的現代文明又將以自 動售貨機的應用和普及開啟一個新的里程碑！ 隨著中國經濟的高速發(fā)展，自動售貨機在中國的普及和應用已是必然趨勢。據 來自國內自動售貨機市場行情分析報告表明：目前國內自動售貨機市場

5、走勢已逐漸 明晰，自動售貨機逐步從沿海經濟發(fā)達地區(qū)和各大中城市向內陸和次發(fā)達地區(qū)延伸， 逐步從高級賓館、地鐵、機場等豪華高檔場所向高中檔社區(qū)普及，大有星火燎原之 勢，可以說是市場潛力無限。 二：控制要求二：控制要求 I自動售貨機有 3 個投幣孔，分別為 1 元、5 元和 10 元。 2售貨共有 3 種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。 3如投幣總額超過銷售價格，將可由退幣鈕找回余額。 4投幣總額或當前值顯示在 7 段數碼管上。 5投幣值等于或大于 12 元時，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水。 6投幣值等于或大于 15 元時，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和花 茶。 7投幣值等于或大于

6、20 元時，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示 3 種均可選 擇。 8按下要飲用的飲料按鈕，則相對應的指示燈開始閃爍，3s 后自動停止，表示 飲料已經掉出。 9動作停止后按退幣鈕，可以退回余額，退回金額如果大于 10 元，則先退 10 元再退 1 元，如果小于 10 元則直接退 1 元的。 三：設計任務三：設計任務 學生根據控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃，運用所 學的理論知識，進行自動售貨機運行原理設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計、 創(chuàng)新設計，提高理論知識工程應用能力、系統(tǒng)調試能力、分析問題與解決問題 的能力。主要內容包括： 1.1. 設計出硬件系統(tǒng)的結構圖、接線圖、時序圖等； 2

7、.2. 系統(tǒng)有啟動、停止功能； 3.3. 運用功能指令進行 PLC 控制程序設計，并有主程序、子程序和中斷程 序； 4.4. 程序結構與控制功能自行創(chuàng)新設計； 5.5. 進行系統(tǒng)調試，實現自動售貨機的控制要求。 四：系統(tǒng)總體設計方案四：系統(tǒng)總體設計方案 1 1. .系統(tǒng)硬件配置及組成原理系統(tǒng)硬件配置及組成原理 有三個錢幣輸入按鈕，0.01 代表 1 元，0.02 代表 5 元，0.03 代表 10 元，當投入的硬幣 總值等于或超過 12 元時，汽水指示燈 1.00 亮；當投入的硬幣等于或超過 15 元時，汽水指示燈 1.00 亮，花茶指示燈 1.01 亮；當投入的硬幣總值等于或超過 20 元時

8、，汽水指示燈 1.00 亮，花茶 指示燈 1.01 亮，咖啡指示燈 1.02 亮；如果要汽水則按汽水按鈕 0.05，這時汽水輸出指示燈 1.03 亮，輸出汽水，然后汽水指示燈閃爍，3 s 后停止。如果要花茶則按花茶按鈕 0.06，這時花茶輸 出指示燈 1.04 亮，輸出花茶，然后花茶指示燈閃爍，3 s 后停止。如果要咖啡，則按咖啡按鈕 0.07，這時咖啡輸出指示燈 1.05 亮，輸出咖啡，然后咖啡指示燈閃爍，3s 后也自動停止，當要 完汽水、花茶或咖啡時，如有多余的錢，則找錢指示燈 1.06 亮，如果多余錢超過 10 元則找錢口 1.07 自動退出余額，3s 后停止，如果少于十元則找錢口 1.

9、08 自動退出余額，如果當顧客投入一 定的硬幣后什么都不想要時，則可考慮復位按鈕 0.08，則投入的錢會原數從出錢口退出。 2.2.系統(tǒng)變量定義及分配表系統(tǒng)變量定義及分配表 輸入輸出分配表 輸入輸出 設備輸入點設備輸出點 復位按鈕 SB10.00 汽水指示燈 LED1.00 1 元 SB20.01 花茶指示燈 LED1.01 5 元 SB30.02 咖啡指示燈 LED1.02 10 元 SB40.03 汽水輸出 LED1.03 汽水按鈕 SB50.05 花茶輸出 LED1.04 咖啡按鈕 SB60.06 咖啡輸出 LED1.05 花茶按鈕 SB70.07 找錢指示燈 LED1.06 退幣按鈕

10、SB80.08 十元出錢口 LED1.07 一元出錢口 LED1.08 3.3.系統(tǒng)接線圖設計系統(tǒng)接線圖設計 硬件接線圖 4.4.系統(tǒng)可靠性設計系統(tǒng)可靠性設計 當自動售貨機發(fā)生故障時，系統(tǒng)會給出提示并發(fā)出鳴叫聲，顧客看到這種情況可以直接按下 退幣按鈕，將投入的錢幣取回，當錢幣出來時，系統(tǒng)會發(fā)出“?！钡穆曇籼崾绢櫩蛯㈠X幣取回。 五：控制系統(tǒng)設計五：控制系統(tǒng)設計 1.1.控制程序時序圖設計控制程序時序圖設計 時序圖 2.2.控制程序流程圖設計控制程序流程圖設計 3.3.控制程序設計思路控制程序設計思路 設計一臺完整的銷售汽水和咖啡的自動售貨機，具有硬幣識別、幣值累加，自動售貨、自動 找錢功能，此售

11、貨機可接受的硬幣為 1 元、5 元和 10 元。汽水的售價為 12 元，花茶的售價為 15 元，咖啡的售價為 20 元。 自動售貨機是臺機電一體化的自動化裝置，在接受到貨幣已輸入的前提下，靠觸摸控制按鈕 輸入信號使控制器啟動相關位置的機械裝置完成規(guī)定動作，將貨物輸出。 用自動控制系統(tǒng)替代現有的人工銷售方式，節(jié)省人力，減少銷售開支，擴大銷售覆蓋面，當 投入的硬幣總值等于超過 12 元時，汽水指示燈亮。當投入的硬幣總值等于超過 15 元時，汽水和 花茶的指示燈都亮。當投入的硬幣總值等于超過 20 元時，汽水、花茶和咖啡的指示燈都亮。當汽 水指示燈亮時，按汽水按鈕，則汽水從售貨口自動售出，汽水指示燈

12、閃爍（閃爍頻率為 1s ON,1s OFF）,3 秒后自動停止。當花茶指示燈亮時，按花茶按鈕，則花茶從售貨口自動售出，花茶指示燈 閃爍（閃爍頻率為 1sON,1sOFF）,3 秒后自動停止。當咖啡指示燈亮時，按咖啡按鈕，則咖啡從售 貨口自動售出，咖啡指示燈閃爍（閃爍頻率為 1sON,1sOFF）,3 秒后自動停止。當按下汽水按鈕、 花茶按鈕或咖啡按鈕后，如果投入的硬幣總值超過所需的錢數時，找錢指示燈亮，自動售貨機自 動退出多余的錢，3s 后自動停止。動作停止后按退幣鈕，可以退回余額，退回金額如果大于 10 元， 則先退 10 元再退 1 元，如果小于 10 元則直接退 1 元的。 4.4.編程

13、系統(tǒng)的調試編程系統(tǒng)的調試 如果顧客所付的金額不足，系統(tǒng)不會有任何一只指示燈亮起來，顧客還需要再投入金額，當 顧客兩次投入的金額加起來足夠時，可選擇自己所需要的飲料 如果顧客投入的金額大于飲料價格，進入自動找零，無法找零時，給出提示并退回硬幣，實 現找零時，進行找零操作，提示找零金額和取飲料信息。 5.5.創(chuàng)新設計內容創(chuàng)新設計內容 當顧客交易完畢，點擊退幣按鈕時，自動售貨機將剩余的錢幣從錢幣輸出口輸出，或許由于 顧客大意忘記從輸出口取出錢幣，這樣將給顧客帶來不必要的損失，針對此種情況，可以設計一 個自動報警系統(tǒng)，就是當錢從自動售貨機中輸出超過 6 秒紅外線掃描發(fā)現沒有取出時，這時將啟 動報警，及

14、時提醒顧客，增強了售貨機的安全性。 六：上位監(jiān)控系統(tǒng)設計六：上位監(jiān)控系統(tǒng)設計 1.1. PLCPLC 與上位監(jiān)控軟件通訊與上位監(jiān)控軟件通訊 本次課程設計涉及到歐姆龍 PLC 與力控組態(tài)軟件的通訊。目前歐姆龍的小型 PLC 組要是 CPM1A 和 CPM2A 系列；PLC 與組態(tài)軟件通過串口 RS232 通信，那么就要了解 PLC 的通信協(xié)議是什么方式的。 第一步：通過 PLC 的編程軟件來了解通信協(xié)議，在歐姆龍 PLC 的“PLC 設定”對話框中“外圍 端口”標簽中設置“通信協(xié)議”為“標準” ，模式是“Host Link” ，單元號為“0” ，在網絡設置對 話框的“驅動器”標簽中，設置“端口名

15、稱”為“COM3” ， “波特率”為“9600” ， “數據位”為 “7” ， “校驗”為“偶校驗” ， “停止位”為“2” ，在“設備類型設置”的“通用”標簽中，設置 “CPU 類型”為“CPU40”在“變更 PLC”對話框中， “設備類型”為“CPM1（CPM1A） ” ， “網絡類型” 為“SYSMAC WAY” 。 第二步：與力控的通訊：在上位機力控組態(tài)軟件的“設備配置第一步”的對話框中，設置 “設備地址”為“0” ， “通訊方式”為“串口（RS232/422/485） ” ，在“設備配置第二步”的對 話框中，設置“串口”為“COM8”,點擊“設置”按鈕設置通信參數“波特率”為“960

16、0” ， “數據 位”為“7” ， “校驗”為“偶校驗” ， “停止位”為“2” 。 2.2. 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設計上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設計 1、仿真系統(tǒng)組成 本仿真系統(tǒng)由上位機和下位機組成。上、下位機通過串行口進行通信交換數據。 上位機內裝北京組態(tài)軟件 FORCECONTROL2.6 和 CX-P 編程軟件。組態(tài)軟件 FORCECONTROL 用以制作仿真畫面、編寫仿真程序并與下位機進行通信，是專用的自動化軟件， 集數據采集監(jiān)控功能于一體。 CX_P 是可編程控制器與 PC 機聯機的編程支持工具，用戶利用它可以實現程序輸入、程序注 釋、程序修改、程序編譯、狀態(tài)監(jiān)控和測試以及設計系統(tǒng)寄存器和 PL

17、C 各種參數等。CX_P 是 WINDOWS 操作系統(tǒng)下使用的軟件，有多種編程方式，其中主要是梯形圖和助記符編程。需要注 意的一點是在進行程序的上傳下傳時一定要把 PLC 的 COM 口連接方式設置成“計算機鏈接”否 則 PLC 將自鎖，不再與外界通信，只有使用手持編程器才能再次開啟。 2、仿真實驗的售貨分析 由于售貨機的全部功能是在上位機上模擬的，所以售貨機的部分硬件是由計算機軟件來模擬 代替的。如錢幣識別系統(tǒng)，可以用按某個“仿真對象”輸出一個脈沖直接給 PLC 發(fā)布命令，而傳 動系統(tǒng)也是由計算機直接模擬的，這些并不會影響實際程序的操作，完全能模擬實際自動售貨機 的運行。 (1)實驗狀態(tài)假設

18、 a、由于是在計算機上模擬運行的，實驗中有些區(qū)別于實際情況的假設： b、自動售貨機只售出三種商品； c、自動售貨機可以識別 10 元、5 元、1 元； d、自動售貨機可以退幣 10 元、5 元、1 元； e、自動售貨機有液晶顯示功能； f、試驗中售貨機忽略了各種故障以及缺貨等因素； (2)一次交易過程分析 為了方便分析，以一次交易過程為例 a、初始狀態(tài)：有電子標簽顯示各商品價格，顯示屏顯示界面，此時不能購買任何商品； b、投幣狀態(tài)：按下投幣按鈕，顯示投幣框，按下所投幣值，顯示屏顯示投入、消費、余額數 值，當所投幣值超過某商品價格時，相應商品選擇按鈕發(fā)生變化，提示可以購買。 c、購買狀態(tài)：按下可

19、以購買的選擇按鈕，所選的 出現在出貨框中，同時顯示屏上的金額數 字根據消費情況相應變化。取走商品則出貨框消失。 d、退幣狀態(tài)：按下退幣按鈕顯示退幣框，同時顯示相應的退幣值和數量，按下確認按鈕則恢 復初始狀態(tài)。到此為止，自動售貨機的一個完整工作結束。這也是本仿真系統(tǒng)的設計思想。 3、程序設計部分 仿真程序的編寫利用利用組態(tài)軟件 FORCECONTROL2.6，下位機程序的編制則利用 PLC 專用 編程軟件歐姆龍完成的。 PLC 程序已經介紹，現在我們看一下仿真界面設計。 (1)銷售機背景的設計 售貨機背景是一個不動的畫面，可以利用圖片處理的方法按照制定樣式的功能畫出售貨機的 整體。先分幾部分進行

20、仿真設計，如圖 6-1 所示。 (2)顯示屏部分的設計 顯示屏部分的設計利用了組態(tài)軟件設計兩個顯示畫面，一個是未交易時初始狀態(tài)的歡迎界面 如圖 6-2，在交易過程中的幣值顯示畫面如圖 6-3 所示 ，其中圖 6-1 中的歡迎字符是可以閃爍變化 的， aaaa字符可以顯示系統(tǒng)時間，圖 3-2 中的8888用來顯示幣值，它們均是可以定義的變 量。 圖 6-1 售貨機背景 圖 3-2 歡迎界面 圖 6-3 幣值界面 （3）標簽設計 電子標簽用來顯示程序中傳上來的價格，所以其中要有可以定義的字符，所以標簽設計為 ，其中“J.03 顯示 03 商品價格的變量。 （4）按鈕設計 “選擇”按鈕的設計要反映出

21、可以購買和不可以購買的差異，所以其中也要有可以變化的字 符，設計如右圖，其中字符“選擇”在滿足條件下可以閃爍變色，退幣按鈕設計成 樣式，按鈕均可以動作。 （5）投退幣提示框設計 投退幣提示框要有可已投入的硬幣，確認按鈕以及框架，其中硬幣、確認按鈕和字符“a”均 是可以定義的變量 圖 6-4 投幣提示框 圖 6-5 退幣提示框 （6）出貨框的設計 出貨框中要有 01-03 商品的示意圖以及框架，其中商品在滿足條件后可以出現，鼠標點擊后 可以消失，因此也是可定義的變量效果如圖 6-6 所示 圖 6-6 出貨框 3.3.實現的效果實現的效果 圖 6-7 運行結果圖 七：七： 系統(tǒng)調試及結果分析系統(tǒng)調

22、試及結果分析 1.1.系統(tǒng)調試及解決的問題系統(tǒng)調試及解決的問題一、硬件調試：一、硬件調試： 一、硬件調試 1、斷電時檢查電源是否接好，地線是否接好，各輸入/輸出點是否接好接牢； 2、接通 PLC 電源，確認“PWR”指示燈點亮，傳入程序，檢查“RUN”指示燈點亮。 二、軟件調試： 1、在梯形圖編輯器中配合使用編譯器查找、修改程序中的語法錯誤； 2、將編輯好的程序傳入 PLC 運行，使用編輯器聯機調試操作，檢查各點工作狀態(tài)，并配 合觀察 PLC 各點輸入/輸出指示 LED 或輸入/輸出設備工作是否符合程序功能要求。配合著上 位機軟件動畫效果來觀察硬件的連接。 三、解決的問題： 通過軟件的調試發(fā)現了梯形圖中設計時的一些錯誤，比如 7 段數碼管的清零問題，開始設 計時用的是 RESET 指令，后來通過調試得知此指令只能置位位，考慮到實質是把通道清零，用 MOVE 指令即可。 2.2. 結果分析結果分析 實驗證明： 該系統(tǒng)程序設計較全面地演示自動售貨機的使用功能； 通過修改 PLC 控制程序， 可在自動售貨機上實現多種控制方式、銷售方式、銷售種類。自動售貨機可以根據投入的錢幣 自動付貨。它根據投入錢幣的多少，提示你可以買什么東西，再按一下相應的按鈕，購買的飲 料就可以從出