自動飲料販賣機的控制系統(tǒng)仿真設計

自動飲料販賣機的控制系統(tǒng)仿真設計,自動,飲料,販賣,控制系統(tǒng),仿真,設計 哈爾濱理工大學學士學位論文 本科生畢業(yè)（設計）論文自動飲料販賣機的控制系統(tǒng)仿真設計 系 別： 專 業(yè)： 班 級： 學生姓名： 指導老師： 完成日期： 學士學位論文原創(chuàng)性申明本人鄭重申明：所呈交的設計（設計）是本人在指導老師的指導下獨立進行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本設計（設計）不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本申明的法律后果由本人承擔。學位論文作者簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書本學位論文屬于保 密 ， 在 年解密后適用本授權書。不保密 。本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權學院可以將本論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 （請在以上相應方框內打“” ）學位論文作者簽名（手寫）： 指導老師簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日摘 要隨著現(xiàn)代社會科技和經濟的飛速發(fā)展，人們已經邁進了一個高科技時代，同時人們也逐漸的學會享受生活，為了滿足人們的生活追求，自動售貨機開始迅速的普及。作為自動控制技術發(fā)展產物之一的PLC無人自動售貨機，在人們的日常生活中已經得到了廣泛的應用，已成為一種全新的商業(yè)零售形式。同時經濟的快速增長使的人們的消費水平不斷提高，大量的消費品被生產出來，這需要大量的物品流通渠道來消費這些生產出來的消費品，在以前主要是通過超級市場來銷售，但現(xiàn)在自動售貨機使人們多了一種選擇。它的出現(xiàn)使消費模式和銷售環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，相對于超級市場、百貨購物中心等銷售模式而言，無人自動售貨機沒有場地上的局限，而且購物便利。本文簡要介紹了課題研究的意義，自動售貨機在國內外的研究動態(tài)，主要設計的是基于西門子S7-200 系列PLC構成的自動售貨機控制系統(tǒng)，包括自動售貨機控制系統(tǒng)硬件設計，軟件的設計，I/O分配，系統(tǒng)控制流程圖，PLC梯形圖程序的編寫和系統(tǒng)梯形圖的調試仿真。關鍵詞： PLC； 自動售貨機控制系統(tǒng)； 梯形圖； 調試ABSTRACTWith the development of the modern technology and societys rapid economic, people have entered an era of high technology, but it also gradually learn to enjoy life, to pursue in order to meet peoples lives, vending machines began to spread rapidly. Automatic control technology development as one of the products of the PLC unattended vending machines, in peoples daily life has been widely used, has become a new form of commercial retail. While rapid economic growth has enabled the continuous improvement of peoples consumption level, a large number of consumer goods were produced, which requires a large number of items to consume these distribution channels produced consumer goods, in the past mainly through supermarkets to sell, but now vending freighter make people more of a choice. It appears that consumption patterns and sales environment has undergone tremendous change, as opposed to supermarkets, department stores, shopping centers, sales model, nobody no vending machines on site limitations and shopping convenience. This article briefly describes the significance of the research, the research of the vending machine at home and abroad, the main design is design a vending machines control system consisting of PLC based on Siemens S7-200 series, including vending machine control system hardware design, software design , I / O assignment, the flow of the system control, write the PLC ladder program and the debug simulation of the system ladder.Keywords: PLC; vending machine control system; ladder; debugging目 錄摘 要IIIABSTRACTIV緒論61.1 課題研究的意義61.2 國內外研究動態(tài)62 自動售貨機控制系統(tǒng)的整體設計方案82.1 自動售貨機的工作原理82.2 自動售貨機設計的基本思路82.3 自動售貨機控制系統(tǒng)設計的基本內容82.3.1 主要內容82.3.2 擬解決的關鍵性問題82.4 自動售貨機控制系統(tǒng)設計的步驟93 自動售貨機控制系統(tǒng)硬件的設計103.1 自動售貨機的控制要求分析103.2 PLC型號的選擇103.2.1 PLC的概念103.2.2 PLC的工作原理143.2.3 PLC的循環(huán)掃描153.2.4 PLC的硬件組成154 自動售貨機控制系統(tǒng)軟件的設計164.1 PLC軟件系統(tǒng)設計的方法164.2 I/O口的分配164. 3 自動售貨機控制流程圖設計174.4 自動售貨機控制梯形圖程序的設計174.4.1 計幣部分設計174.4.2 比較部分設計184.4.3 選擇部分設計194.4.4 余額計算部分設計195 自動售貨機控制系統(tǒng)的調試285.1 系統(tǒng)的仿真調試285.2 系統(tǒng)調試的方法285.3系統(tǒng)仿真運行分析29結論30致 謝31參考文獻32緒論1.1 課題研究的意義隨著科學技術的發(fā)展和社會的進步,商業(yè)機械逐漸的變的越來越自動化, 其中被廣泛運用的是自動售貨機，它是自動化商業(yè)機械被廣泛用于公共場所的代表。通過自動售貨機人們可以買到很多的商品，像飲料、食品、香煙、報紙等。自動售貨機憑借和消費者 “一對一”的無店鋪自動售貨銷售模式，成為在現(xiàn)有市場銷售模式下消費者的又一種選擇，自動售貨機讓商品的需求化和多樣化得以發(fā)展和實現(xiàn)。方便和快捷使越來越多的人喜歡上了這種購物，這既是現(xiàn)代化城市配套設施中所需求的，也方便了人們的生活。自動售貨機憑借著其別致、文明、高級、靈敏便利等特色受到了很多人的喜歡。自動售貨機可以依據(jù)消費者所投入的貨幣數(shù)值進行判斷和運算，判別消費者是不是可以采辦某種商品，而且做出相對應的反映。因而，售貨機除了可以辨識售貨機里邊一切的商品外，還要可以對消費者所投入的貨幣進行判別和累計， 并能夠根據(jù)消費者的選擇提供所要購買的商品。售貨機能夠根據(jù)所投入的幣值，通過消費者按下商品的選擇按鈕, 帶動電機工作，將商品傳送到出貨口, 以便顧客取出商品, 完成此次交易。它的售貨功能是通過識幣系統(tǒng)、貨物和貨幣的傳送系統(tǒng)來實現(xiàn)的。所以本課題來設計解決自動售貨機的控制系統(tǒng)，采用可編程控制器, 用來在其內部存貯實行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令, 并通過數(shù)字和模擬的輸入和輸出, 來控制整個系統(tǒng)，并實現(xiàn)完整的售貨功能。1.2 國內外研究動態(tài)在中國，自動售貨機將變成一個潛力無窮的產業(yè)，從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于產業(yè)構造的轉變而產生的。隨著生產和消費的逐漸增多以及消費模式和銷售環(huán)境的逐漸變化，新的商品流通渠道需要出現(xiàn)以來適應市場的要求；相對于現(xiàn)在市場上其它的商品銷售模式人工費用的上升，受場地的限制和購物的不方便等，無人自動售貨機作為一種適應市場的機器便應運而生了。它的其前景十分廣闊，相信在不久得將來它會在商品的銷售行業(yè)又一次掀起革命。自動售貨機出售的商品可以先根據(jù)其擺放的場所然后進行選擇，這里面包括飲料、零食、以及特色商品等。通過這種智能的售貨系統(tǒng)，客戶和管理人員可以準確的得到商品的存貨和銷售等信息。此外，還支持多種交易支付模式，同時方便實現(xiàn)較大金額的支付和交易結算。新型的自動售貨機不僅更方便貨品的銷售，而且還是廣告使用非常普遍的一種媒介。自動售貨機在國外的發(fā)展相對來說比較成熟。在日本的自動售貨業(yè)已經有超過2000種機型、可以售賣超過6000種商品，無處不在，而且24小時供應，因此非常受人們的歡迎。在美國，運營商就超過10000家，并且具有與大飲料商、大食品商的合作經驗。自動售貨機在全球一切關聯(lián)的范疇研討中，研討的關鍵技術主要包含以下幾個方面：1怎么完成系統(tǒng)內部的出售動作；2怎么完成出售信息的計算與資金結算的辦理；3怎么削減功耗。根據(jù)相關文獻資料，怎么完成系統(tǒng)內部的出售動作的研討現(xiàn)已基本上老練，如今最多的研討主要是在怎么完成出售信息的統(tǒng)計與資金結算的辦理和怎么削減功耗。26哈爾濱理工大學學士學位論文2 自動售貨機控制系統(tǒng)的整體設計方案2.1 自動售貨機的工作原理自動售貨機的工作原理是：1、從投幣口送入貨幣，然后經過傳感器采集數(shù)據(jù)、識別器判別貨幣的面值。2、識別器把信息數(shù)據(jù)傳給通信模塊。3、通信模塊與售貨機的主控系統(tǒng)通信，主控系統(tǒng)顯示面值,啟動售貨機的面板鍵，顯示出哪個貨道有貨，哪個貨道已售完，并等待顧客按鍵選擇商品。4、顧客選擇商品后，售貨機自動把商品送出，等待顧客取走。5、如果余額足夠多，顧客可以選擇退幣或繼續(xù)買商品；如果余額不足，顧客可以選擇退幣或繼續(xù)投幣購買商品。退幣可以分為兩種情況：一種是由紙幣識別器完成退紙幣，另一種是由硬幣的通信模塊完成退硬幣。6、系統(tǒng)復零，完成售貨。2.2 自動售貨機設計的基本思路本設計的目的是設計一個便利、方便的具有自動區(qū)分貨品的功用，并且能對所投的錢幣幣值進行累計，根據(jù)幣值選擇商品的自動售貨機。而且商品交易完成后會顯示余額并可以隨時退幣；當自動售貨機遭受到外界因素破壞時報警指示燈會閃爍報警。2.3 自動售貨機控制系統(tǒng)設計的基本內容2.3.1 主要內容1課題設計要求1）分析了解自動售貨機的工作原理2）完成對應的硬件和軟件設計3）完成自動售貨機的PLC控制2課題內容1）根據(jù)題意設計顯示電路，并按圖連接2）畫PLC I/O接口連線圖3）編制梯形圖及指令語句表4）完成系統(tǒng)調試，實現(xiàn)控制要求該設計主要包括硬件設計和軟件設計。其中，硬件設計包括：1.控制要求分析；2.PLC類型的選擇；3.I/O點統(tǒng)計；4. 感應器的選擇；5. 傳送機構的選擇設計。系統(tǒng)軟件的設計包括： 1. I/O口的分配；2. 自動售貨機控制流程圖設計；3. 梯形圖程序設計；4. 對編好的梯形圖程序進行調試和仿真運行。2.3.2 擬解決的關鍵性問題1）設計基于PLC的控制系統(tǒng)方案；2）編寫PLC程序；3）利用PLC實現(xiàn)工作系統(tǒng)的控制。本次設計的題目是自動售貨機，主要是應用西門子S7-200型PLC的梯形圖來設計控制程序，并簡單介紹相關的知識，如：PLC的定義、PLC的編程語言、PLC的硬件組成等。根據(jù)設計內容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù)PLC的相關知識設計出它的外部接線圖，結合梯形圖和外部接線圖分析說明該設計的控制原理過程。本次設計的重要部分是第三部分的設計部分，即自動售貨機梯形圖的設計。首先就得根據(jù)設計內容和控制要求準確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準確設計出它的梯形圖，再對已經編好的梯形圖程序進行仿真調試，這樣才能真正理解本次自動售貨機的控制原理。2.4 自動售貨機控制系統(tǒng)設計的步驟（1）深入了解和分析自動售貨機控制系統(tǒng)的要求。（2）根據(jù)自動售貨機控制系統(tǒng)的要求確定所需要的輸入、輸出設備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。（3）根據(jù)I/O點數(shù)，選擇合適的PLC類型。（4）分配PLC的I/O點，畫出I/O連接圖。（5）根據(jù)自動售貨機控制系統(tǒng)的要求，進行自動售貨機控制系統(tǒng)的梯形圖程序的設計。（6）對編制好的梯形圖程序進行調試，將編制好的程序輸入調試軟件當中，查找錯誤，使設計的梯形圖程序更加的完善。哈爾濱理工大學學士學位論文3 自動售貨機控制系統(tǒng)硬件的設計 3.1 自動售貨機的控制要求分析由于對本次自動售貨機控制系統(tǒng)設計沒有給出特定的要求，所以在設計的時候給出一些特定的假設。假設本設計中自動售貨機控制過程如下所述：1. 自動售貨機出售一元、二元、三元三種商品。2. A、B兩種商品價格分別為1元、2元、3元。3. 自動售貨機可識別5角、1元硬幣。4. 當投入的錢幣總值等于或超過相應的商品價值時、對應的商品指示燈亮。5. 當顧客投入錢幣在1分鐘內不按任何按鈕，自動售貨機將會自動按照余額退還給顧客。6. 當對應的商品指示燈亮時，按下相應的按鈕，相應的商品將會排出。7. 當顧客選購完商品后，自動售貨機會計算余額，按下退錢按鈕，自動售貨機將按照余額退還給顧客。8. 當顧客買完一件商品后8秒無操作，自動售貨機將會按照余額自動退還給顧客。9. 如果顧客投入錢幣后又不想買物品，按下退錢按鈕，自動售貨機將會按照余額自動退還給顧客。10.自動售貨機在遭受到外力破壞時，自動售貨機報警指示燈閃爍。3.2 PLC型號的選擇3.2.1 PLC的概念1969世界第一臺PLC在美國數(shù)據(jù)設備公司誕生。1975-1976年,德國、日本、美國等將微處理器作為控制器的中央處理單元應用到PLC中，并且去掉磁心存儲器改用了集成電路的存儲器，結合了微型計算機的技術與電控制器技術，從而實現(xiàn)了可編程控制器的規(guī)模集成化，使得處理器更能適用工業(yè)環(huán)境，更加的可靠，功能也更加強大，更加的靈活，成本卻大大下降，從而使得PLC進入了實用階段。隨著科技的不斷進步，PLC的性能也飛速增強，其應用和研究現(xiàn)狀主要在以下方面體現(xiàn):1.控制規(guī)模的擴大，控制大型機的規(guī)模越變越大，開關量高的達到了幾萬。2.組成模塊的增多，現(xiàn)在PLC己經新增了很多模塊，如PDI控制、溫度以及運動模塊等等。3.開放性和互操作性大大發(fā)展，在PLC的發(fā)展過程中，制造商為了壟斷和擴大各自市場，都各自發(fā)展自己的標準，開放是發(fā)展的一個趨勢，各廠商都意識到這一點，并形成了長時期的妥協(xié)與競爭，這一過程還將繼續(xù)。4.工作速度的提高可以對系統(tǒng)實現(xiàn)實時控制。5.聯(lián)網的能力增強，由于通信、信息及控制技術的大力發(fā)展，聯(lián)網也得到了的發(fā)展，己經可以實現(xiàn)的遠程控制。正是由于這些性能、使得工業(yè)系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程化、自動化、控制信息化及智能化?，F(xiàn)在應用在不斷前進,尤其在運動控制、模擬量控制及驅動控制上廣泛使用，已經成為現(xiàn)在系統(tǒng)工作自動化中最有效的工具之一。我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器?？梢灶A期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。PLC的特點如下：1)可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。2)配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3)體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。PLC的具體應用如下：1)PLC開關量的邏輯控制這是PLC開關量的邏輯控制是基本的控制方法。它可以實現(xiàn)各種邏輯控制工藝，順序控制工藝以及其他自動化生產線控制工藝等。PLC的開關量邏輯控制基本取代了接觸器-繼電器電路，廣泛應用于各行各業(yè)，如注塑機、訂書機械、機床、倉庫生產線、灌裝流水線等。2)PLC模擬量控制由于自然界存在許多連續(xù)變化的物理量，比如壓力、溫度、流量、液位等都是模擬量。要將模擬量轉換為數(shù)字量，才能在程序中進行計算和處理，將處理的結果轉換為模擬量。3)PLC數(shù)據(jù)處理可編程控制器具有各種各樣的計算方法，便于完成實際數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)傳送和轉換等，可以對數(shù)據(jù)進行采集和分析處理，具有很明顯優(yōu)勢。4)PLC過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)中，使用很頻繁的調節(jié)方法?？删幊炭刂破骶哂袑Ｓ玫腜ID子程序。5)PLC通信及聯(lián)網PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。PLC由三個基本部分組成：外部輸入采樣單元、內部邏輯計算處理單元、處理結果輸出執(zhí)行單元?？删幊炭刂破鞯腎/O輸入單元包含主令按鈕、限位開關、檢測器等外部輸入主令接口，可編程控制器在對外部I/O輸入單元收集的各種邏輯信號和模擬量采樣數(shù)據(jù)，以及主令臺的各種命令等信息進行儲存和處理?？删幊炭刂破鞲鶕?jù)所設計的程序對這些輸入信號進行處理計算，并將結果通過輸出單元進行輸出。通常下都是輸出給繼電器，繼電器通過動作來控制外面的執(zhí)行單元?？删幊炭刂破骺筛鶕?jù)外部工程需要建立通訊控制，通過通訊可以將某執(zhí)行機構的具體數(shù)據(jù)進行采樣和監(jiān)控，并計算和輸出。如圖2-2所示，可編程控制器的原理框圖。由圖可知，外部輸入變量都有開關量，模擬量，通訊接口傳送的變量數(shù)據(jù)，以及編程執(zhí)行器等。CPU開關量I/O接口RAM 、 ROM模擬量I/O接口EPROM/E2ROM通迅接口編程器電源圖3-1 可編程控制器原理框圖編程工具一般就是電腦設計的編程軟件，我門可以根據(jù)編程軟件對可編程控制器進行硬件組態(tài)設計，輸入輸出點的分配設計，程序編寫設計，可以通過在線連接進行監(jiān)控，通過監(jiān)控可以調試程序，并修改程序。當可編程控制器啟動運行后，我們可以根據(jù)外部動作情況來判斷程序的錯誤和需要完善的地方。這也是現(xiàn)場調試工程師必須具備的技能?？删幊炭刂破骶幊誊浖际歉髯詮S家自主研發(fā)的，對這些軟件必須學習，了解指令含義和編程原則，技巧等。我們在編程時，一般要對系統(tǒng)進行總體設計，總體設計可以保證編程的思路清晰，明朗?？傮w設計完后進行分布設計，對各種功能實現(xiàn)進行單獨編程，有必要的時候對程序進行模塊化設計，節(jié)省編程空間和時間。分布設計完畢后，就進行系統(tǒng)的調試階段，在調試時，首先必須對系統(tǒng)調試步驟進行了解，對系統(tǒng)工藝進行了解，以免調試時出現(xiàn)差錯。1簡易編程器簡易編程器就是很簡單的編程工具，在編程工具上我們可以看到功能輸入鍵，各種指令輸入鍵，各種指令地址數(shù)字輸入鍵，還有顯示屏顯示當前編程的具體情況。在編程時首先簡易編程器就可以直接接在可編程控制器的端口上，用專用的通訊電纜與可編程控制器進行連接，通過設置可以對可編程控制器進行程序設計調試工作。在編程時，首先對各種按鍵進行熟悉，在編程過程中必須進行記錄，以便后面的調試修改。在編程的時候必須對輸入輸出點的地址分配進行詳細說明，以免編寫程序過程中，思路混亂。在編寫程序結束后，就要對系統(tǒng)進行調試，調試的時候，必須判斷系統(tǒng)功能實現(xiàn)是否準確，如果不準確，對相應部分進行修改。使其準確。如果修改完畢，程序運行正常，就可以將簡易編程器拔下，保存。2圖形編程器常用的圖形編程器是液晶顯示圖形編程器(手持式的)，它有一個大型的點陣式液晶顯示屏。除具有簡易型的功能外，還具有可以直接打入和編輯梯形圖程序，使用起來更方便，直觀。但它的價格較高，操作也較復雜。也有用CRT作顯示器的臺式圖形編程器，它實質是一臺專用計算機，它的功能更強，使用更方便，但價格也十分昂貴。3用專用編程軟件在個人計算機(PC)上實現(xiàn)編程功能隨著PC的日益普及，最新發(fā)展趨勢是使用專用的編程軟件，在通用的PC上實現(xiàn)圖形編程器的功能。這一編程方法的最大特點是：充分利用PC機的軟、硬件資源(如：硬盤、打印及各種功能軟件)，大大降低了編程器的成本，同時也大大增強了編程器的功能，使用十分方便。一般的PC添置一套專用的“編程軟件”后就可進行編制、修改PLC的梯形圖程序，存貯、打印程序文件(清單)，與PLC聯(lián)機調試及系統(tǒng)仿真等。并且用戶程序可在PC、PLC之間互傳。具有以上功能后，PLC的程序(特別是大型程序)編程、調試就顯得十分方便和輕松。輸入輸出數(shù)字輸入624 數(shù)字輸出416模擬輸入1632 模擬輸出828輸入輸出映像（可擴展）128輸入 128輸出硬件擴展最多7臺擴展模塊中斷輸入4脈沖數(shù)出2（20k100k）CPU特性8個PID控制器 最多2個串行端口實時時鐘 運行中編輯浮點運算 狀態(tài)LED指示CPU處理時間位處理：0.22us程序存儲器425k數(shù)據(jù)存儲器210k定時器256溫度模塊16位分辨率網絡擴展串行通訊 AS-interfaceMPI Profibus-DP從站Modbus主站/從站通訊速率PPI/MPI：187.5kbps自由口：115.2kbps編程軟件Step7-MicroWIN安裝方式IEC導軌工作電壓DC24V/AC220V根據(jù)本系統(tǒng)控制要求，選用S7-200CPU226CN可編程控制器。24個DC輸入點，16個DC晶體管輸出點。訂貨號：6ES7 216-2AD23-0XB0。使用Step7Micro/WINV4.0軟件進行編程。圖4.3 西門子S7-200型PLCS7-200可編程控制器是小型化的PLC，對于社會各種行業(yè)，各種場合的邏輯控制，自動檢測和運算功能都適用。S7-200可編程控制器具有強大的運算功能和通訊功能，能使用在比較復雜的自動化控制場合。S7-200可編程控制器提供了4個不同的型號，8中CPU類型可以選擇使用。本次設計選擇的是采用CPU226類型可編程控制器。CPU226類型的可編程控制器可以集成24輸入和16輸出共計40個I/O點?？梢詳U展7個模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O或者35路模擬量I/O點。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30KHz高速計數(shù)器，具有PID控制器，具有2路獨立的20KHz高速計數(shù)器輸出。RS485通訊編程口共有兩個，具有PPI和MPI通訊協(xié)議，I/O端子很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)。共有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能的更強的內部集成特殊功能，可完全適應于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。3.2.2 PLC的工作原理PLC與計算機的工作原理基本上是相同的，你可以簡單地表示為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應用程序來完成用戶任務。PLC通電后，首先對硬件和軟件進行一些初始化操作，初始化反復不停地分階段處理各種任務（見圖3-1）。但是PLC也有其本身的特點，PLC在確定了工作任務后，專用程序被加載裝入到一個特殊的機器，它采用循環(huán)掃描模式，系統(tǒng)的任務管理和應用的程序執(zhí)行都是通過循環(huán)掃描模式完成的。讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信請求自診斷檢查改寫輸出執(zhí)行用戶程序處理通信請求自診斷檢查改寫輸出STOP模式RUN模式圖3-1 掃描過程3.2.3 PLC的循環(huán)掃描對于每一個程序中，CPU從所述第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期的程序循環(huán)掃描，如果沒有一個跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到它終止執(zhí)行用戶程序然后返回到第一條指令，如此周而復始，每個周期被稱為一個掃描周期。3.2.4 PLC的硬件組成PLC的硬件主要是由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源和其它部件組成。其中，CPU是PLC的核心部件；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設備之間的接口；通信接口用于連接編程器、主計算機等外部設備的接口。 通過本設計的自動售貨機系統(tǒng)的控制要求分析可以知道，本設計的主要有2個錢幣輸入，分別是5角硬幣、1元硬幣投入，4個按鈕開關，分別是1元飲料商品選擇按鈕、2元飲料商品選擇按鈕、3元飲料商品選擇按鈕和退幣按鈕，以及1個能夠感應到自動售貨機遭到破壞的感應器，6個指示燈,分別為1元飲料正常指示燈、1元飲料缺貨指示燈、2元飲料正常指示燈、2元飲料缺貨指示燈、3元飲料正常指示燈、3元飲料缺貨指示燈，4個輸出分別是1元飲料輸出、2元飲料輸出和3元飲料輸出和余額輸出等。本設計采用的是電磁閥來控制商品和錢幣的輸出，商品的指示燈采用的電是經過開關電源調制成的DC24V電壓，安全可靠。由此可知，系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為8點，輸出點數(shù)為6點。根據(jù)上面的分析，至少選用24點（14I/10）的PLC，現(xiàn)選用西門子公司的S7-2OO CPU 226型號為6ES7 214-1AD23-0XB 的PLC，這種型號的PLC不僅能夠滿足設計的功能需要，還能夠減少經濟上支出，完全符合設計需求。4 自動售貨機控制系統(tǒng)軟件的設計4.1 PLC軟件系統(tǒng)設計的方法PLC軟件系統(tǒng)設計的方法主要有圖解法編程、經驗法編程、計算機輔助設計編程。圖解法編程主要是通過畫梯形圖來對PLC程序進行設計。經驗法編程主要是運用自己和別人的設計經驗來進行設計。設計前先選擇和自己設計要求相視的程序，然后結合自己的設計要求情況，對梯形圖程序進行適當?shù)男薷?，使它符合自己的設計要求。計算機輔助設計編程主要是在計算機上通過PLC編程軟件進行程序設計和編程、在線仿真調試等。在本次設計中，采用的是梯形圖法編程。4.2 I/O口的分配輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產現(xiàn)場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。本次智能搶答器I/O點的分配如表3-3所示。表3-3 自動售貨機I/O點的分配表序號定義點符號功能1I0.0SB1找零按鈕2I0.1SB2飲料一元按鈕3I0.2SB3飲料二元按鈕4I0.3SB4飲料三元按鈕5I0.4SB5投五角硬幣6I0.5SB6投一元硬幣7I0.6SB7找零五角8I0.7SB8找零一元9I1.0SQ1飲料一元行程開關10I1.1SQ2飲料二元行程開關11I1.2SQ3飲料三元行程開關12Q0.0HL1飲料一元紅燈(物品售完)13Q0.1HL2飲料二元紅燈(物品售完)14Q0.2HL3飲料三元紅燈（物品售完）15Q0.3DT1找零16Q0.4DT2出飲料一元17Q0.5DT3出飲料二元18Q0.6DT4出飲料三元19Q0.7HL4飲料一元綠燈（可以購買）20Q1.0HL5飲料二元綠燈（可以購買）21Q1.1HL6飲料三元綠燈（可以購買）4. 3 自動售貨機控制流程圖設計圖4-1 自動販賣售貨機流程圖設計4.4 自動售貨機控制梯形圖程序的設計根據(jù)自動售貨機控制系統(tǒng)流程我們可以將自動售貨機控制系統(tǒng)任務分成幾個主要部分來進行設計，主要包括：計幣部分的設計，比較部分的設計，選擇部分的設計，余額計算部分的設計。4.4.1 計幣部分設計當消費者投入錢幣時，錢幣經過紅外感應器的感應，然后由紅外感應器驅動錢幣識別器對錢幣進行識別，如果是假幣，錢幣會自動退出來，如果是真幣，系統(tǒng)則會進入下一個環(huán)節(jié)，系統(tǒng)會將錢幣自動傳送到錢幣貯存腔，然后在PLC內自行運算。在梯形圖中，整數(shù)、雙整數(shù)與實數(shù)的加法、減法、乘法、除法指令運算分別如下：IN1+IN2=OUT，IN1IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。表4-2 加減乘除指令表梯形圖指令格式指令名稱梯形圖指令格式指令名稱ADD_I+I IN1，OUT整數(shù)加法SUB_I-I IN2，OUT整數(shù)減法ADD_DI+D IN1，OUT雙整數(shù)加法SUB_DI-D IN2，OUT雙整數(shù)減法ADD_R+R IN1， OUT實數(shù)加法SUB_R-R IN2， OUT實數(shù)減法MUL_I*R IN1，OUT整數(shù)乘法DIV_I/I IN1，OUT整數(shù)除法MULMUL IN1，OUT完全整數(shù)乘法DIVDIV IN2，OUT完全整數(shù)除法MUL_DI*D IN1，OUT雙整數(shù)乘法DIV_DI/D IN2，OUT雙整數(shù)除法MUL_R*R IN1，OUT實數(shù)乘法DIV_R/R IN2，OUT實數(shù)除法根據(jù)表編制計幣部分程序如下圖所示：圖4-2硬幣投入計幣梯形圖4.4.2 比較部分設計在整個售貨過程中，價格的比較要貫穿整個過程的始終，只要當余額大于等于某種商品價格時，就需要輸出一個信號，提示哪些商品可以購買。這里通過指示燈來代表此信號。所以在編寫梯形圖時我們要用到一些比較指令，是數(shù)據(jù)比較符號，用它來比較余額和商品的價格，是大于等于價格的標志。一般當余額大于等于某種商品價格而且時，程序使相應的指示燈亮表示可以購買該種商品，但是這應該是在當顧客買完一件商品后20秒內操作，否者系統(tǒng)會自動退幣。如果是顧客投入錢幣在1分鐘內不按任何按鈕或按退幣按鈕，自動售貨機也將會自動按照余額退還給顧客。當有達到了這些條件的話，指示燈就會滅了，所以用幾個常閉的定時器T37,T38,T39和一個常閉的退幣按鈕I0.7來和比較符號進行串聯(lián)，如圖4-3所示。圖4-3比較部分梯形圖4.4.3 選擇部分設計當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應的“選擇”按紐即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時也將扣除已消費的幣值，接著余額繼續(xù)與價格相比較，判斷是否能繼續(xù)購買。對應的梯形圖程序如梯形圖4-4所示。 圖4-4選擇部分梯形圖4.4.4 余額計算部分設計當顧客選擇了一種商品后，自動售貨機系統(tǒng)會自動的減去相應的商品價值，顯示出所剩的余額。根據(jù)加減乘除指令表余額計算部分編寫梯形圖如下：圖4-5余額計算部分梯形圖自動飲料販賣機的控制系統(tǒng)仿真設計梯形圖如下：哈爾濱理工大學學士學位論文5 自動售貨機控制系統(tǒng)的調試5.1 系統(tǒng)的仿真調試PLC 梯形圖程序設計好后, 要用實際的PLC 硬件來調試, 但是程序設計好后，沒有實際的PLC 硬件，而且在實際的系統(tǒng)中進行一些調試有時候會有一定的風險。所以常常對程序進行仿真調試來對程序進行修改和調試。5.2 系統(tǒng)調試的方法在進行自動售貨機的仿真前，首先要配置CPU的型號，通過對自動售貨機I/O口的計算，我們選用CPU226，如圖5-1所示。圖4-1 自動售貨機仿真軟件操作屏設置圖4-2 操作屏編譯畫面5.3系統(tǒng)仿真運行分析把導出的ASCLL文件導入仿真軟件后，點擊工具欄上的PLC按鍵，選擇運行。假設投入5角錢硬幣、1塊錢硬幣。所以要將輸入I0.0， I0.1，I0.2，I0.3都點亮，可以看到如圖5-3所示輸出Q0.1，Q0.2 1元飲料指示燈、2元飲料指示燈都亮，達到了所要的效果。圖5.3 自動售貨機仿真畫面 在這種情況顧客有三種選擇，可以選擇1元飲料，2元飲料，3元飲料。也可以選擇什么商品都不選直接按退幣鍵I0.7，當選擇1元飲料時，把輸入I0.4燈點亮，可以看到如圖5-3所示輸出Q0.3 1元飲料輸出，而且經過計算之后余額還能再購買其它商品，1元飲料商品指示燈亮，達到了所要的通過仿真軟件對仿真運行，我查找出來了些程序的錯誤并通過多次的仿真運行分析，終于把程序完善了，但是我認為在一些方面還可以再進行深一步研究和完善，只是由于本人能力有限，不能再進行深一步完善。哈爾濱理工大學學士學位論文結論本論文根據(jù)目前國內自動化商業(yè)機械的發(fā)展現(xiàn)狀，針對其中一種自動化商業(yè)機械自動售貨機進行自動售貨機控制系統(tǒng)的分析和設計。主要內容如下：1. 深入了解和分析自動售貨機控制系統(tǒng)的要求。2. 根據(jù)自動售貨機控制系統(tǒng)的要求和工作原理確定所需要的輸入、輸出設備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。3. 對系統(tǒng)進行硬件設計，根據(jù)I/O點數(shù)，選擇合適的PLC類型，選擇感應器件的類型，錢幣的貯存和退幣機構，商品的送出機構。4. 對系統(tǒng)進行軟件設計，首先分配PLC的I/O點，設計I/O連接圖。然后根據(jù)自動售貨機控制系統(tǒng)流程先將自動售貨機控制系統(tǒng)任務分成幾個主要部分來進行設計，主要包括：計幣部分設計，比較部分設計，選擇部分設計，余額計算部分設計，然后進行整理將完整的自動售貨機控制系統(tǒng)的梯形圖程序設計出來。5. 對編制好的梯形圖程序進行調試，查找錯誤，使設計的梯形圖程序更加的完善。但是由于缺乏實際調試設備，我采用了仿真軟件對設計出來的梯形圖進行仿真運行，查找出來了些錯誤并進行完善，但我認為在一些方面還可以再進行深一步研究和完善，只是由于本人能力有限，不能再進行深一步完善。 哈爾濱理工大學學士學位論文致 謝 直到今天，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導，才讓我學到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學術上對我精心指導，在生活上面也給予我無微不至的關懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學階段的學業(yè)，也學到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，創(chuàng)新的學術風格，認真負責，無私奉獻，寬容豁達的教學態(tài)度都是我們應該學習和提倡的。通過近半年的設計計算，查找各類相關資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人，謝謝大家。哈爾濱理工大學學士學位論文參考文獻1 裴進靈.一種新型自動售貨機的研制J.科技情報開發(fā)與經濟. 2002, (12): 141-142.2 GuHong. Qiao Shuang.Tian Jiang. A wireless vending machine system based on GSM A. Proceedings of the 6thWorld Con-gress on IntelligentControl and Automation C. Dalian, China,2006: 8501-85043 白 麗.自動售貨機:第三次零售業(yè)革命 J.電子商務.2005, (3): 64-664 余世明.晁岳磊.繆仁將.自動售貨機研究現(xiàn)狀及展望 J.浙江工業(yè)大學信息工程學院,杭州3100145 SakaiH. NakajimaH. HigashiharaM, et a.l Development of a fuzzy sales forecasting system for vending machines J. Compu-ters& IndustrialEngineering, 1999, 36(2): 427-4496 GlennW, EmilyB, JeremyP, eta.l On-campus comparison of energy saving technologies for vending machines A. 2003 AS-EE AnnualConference and Exposition: Staying in Tunewith En-gineeringEducation C. Nashville, TN, United States, 2003,12309-123197 李代萬,李金平,孫亮亮.人民幣識別器與自動售貨機通信的設計與實現(xiàn)J.北方交通大學電子信息工程學院,北京1000448 朱軍,王海東.自動售貨機中的紙鈔及硬幣識別原理J.傳感器世界.1996.29 周懷軍,盧瑜,顧波.S7-200 PLC技術基礎及應用M.北京:中國電力出版社,2011.10 溫照方.SIMATIC S7-200 可編程序控制器教程M.2版.北京:北京理工大學出版社,2010.11 蔡紅斌.電氣與PLC控制技術M.北京:清華大學出版社,2007.12 秦緒平,張萬忠.西門子S7系列可編程控制器應用技術M.北京:化學工業(yè)出版社,2011.13 謝麗萍,王占富,豈新明.S7-200 PLC技術基礎及應用M.北京:人民郵電出版社,2010.13 廖常初.PLC編程及應用M .3版.北京:機械工業(yè)出版社,2008.14 陳志軍,張愛琴.自動售貨業(yè)的現(xiàn)狀與我國發(fā)展對策J.東社會科學,2003.515 丁昊.自動售貨機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)D.碩士學位論文.江蘇:東南大學.200816 郝敏釵.基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)的設計J.石家莊職業(yè)技術學院,石家莊05008117 朱軍.自動售貨機的結構 J .信息與電腦.1995, (10) :12 - 1