自动售货机PLC提交版.docx
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自动售货机PLC提交版
佛山科学技术学院
课程设计任务书
电气工程与自动化专业11年级3班梁世春
一、设计题目
自动售货机的PLC控制
二、主要内容
本系统的自动售货机能销售饮料和啤酒两种,在自动售货过程中,具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱、统计销售金额、销售数量、库存数量等功能,此售货机只可接受的硬币为5角和1元,饮料的售价为2.5元,啤酒为3元。
三、具体要求
1.投入硬币时,显示器显示已投入的硬币值。
当投入的硬币值等于或超过某个商品的价值时,对应的指示灯亮。
2.饮料指示灯亮时,按饮料按钮,饮料驱动器动作,饮料从售货口自动售出,饮料指示灯闪烁,5s后饮料驱动器释放,完成一次售货。
3.啤酒指示灯亮时,按啤酒按钮,啤酒驱动器动作,啤酒从售货口自动售出,啤酒指示灯闪烁,5s后啤酒驱动器释放,完成一次售货。
4.购买商品以后,显示器显示剩余的金额。
若有剩余金额,找钱指示灯亮。
5.在购买商品后还剩余额,或在投入硬币后又不想购买商品(未按饮料按钮或啤酒按钮),按复位按钮,售货机自动退出应找回的硬币。
6.售货机能自动计算已售出商品的总金额、啤酒和饮料的现存数量。
当啤酒或饮料现存数量为零时,对应的指示灯闪烁,此种情况下,不能购买此种商品。
7.指示灯闪烁的频率为1Hz
在上述具体的要求下,完成硬件电路的制作和接线,PLC控制程序的设计及联机调试,直至满足要求。
四、进度安排
1.理解课程设计内容及设计要求,查阅资料(第一周的星期一)。
2.PLC外围硬件电路的制作和接线,构思设计方案(第一周的星期二至星期三)。
3.PLC控制程序设计、程序调试及系统的总体调试,撰写课程设计报告(第一周的星期四至第二周星期四)。
4.课程设计答辩、批改设计报告,登载成绩(第二周星期五)。
五、完成后应上交的材料
PLC外围硬件连接电路、程序清单及课程设计总结报告。
六、总评成绩
指导教师签名日期年月日
系主任审核日期年月日
摘要
本系统的自动售货机采用plc控制,能销售饮料和啤酒两种。
在自动售货过程中,具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱、统计销售金额、销售数量、库存数量等功能,此售货机只可接受的硬币为5角和1元,饮料的售价为2.5元,啤酒为3元。
当啤酒或饮料现存数量为零时,对应的指示灯闪烁,此种情况下,不能购买此种商品。
此系统分软件设计和硬件设计。
关键字:
PLC;自动控制;自动售货机;
1、设计任务分析
1.1设计目的
本课题主要的目的是为了通过课程设计,使学生了解PLC控制的应用背景,掌握PLC控制系统设计的基本步骤,程序设计的基本方法,理论联系实际。
培养学生分析问题和解决问题的能力.
1.2功能分析
设计一台用于销售饮料和啤酒的自动售货机,具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱、库存数量等功能,此售货机只可接受的硬币为5角和1元,饮料的售价为2.5元,啤酒为3元。
库存量为一定值,当库存量为0时。
所对应的显示灯闪烁,驱动按钮失效。
1.3设计要求
(1)投入硬币时,显示器显示已投入的硬币值。
当投入的硬币值等于或超过某个商品的价值时,对应的指示灯亮。
(2)饮料指示灯亮时,按饮料按钮,饮料驱动器动作,饮料从售货口自动售出,饮料指示灯闪烁,5s后饮料驱动器释放,完成一次售货。
(3)啤酒指示灯亮时,按啤酒按钮,啤酒驱动器动作,啤酒从售货口自动售出,啤酒指示灯闪烁,5s后啤酒驱动器释放,完成一次售货。
(4)购买商品以后,显示器显示剩余的金额。
若有剩余金额,找钱指示灯亮。
(5)在购买商品后还剩余额,或在投入硬币后又不想购买商品(未按饮料按钮或啤酒按钮),按复位按钮,售货机自动退出应找回的硬币。
(6)售货机能自动计算已售出商品的总金额、啤酒和饮料的现存数量。
当啤酒或饮料现存数量为零时,对应的指示灯闪烁,此种情况下,不能购买此种商品。
(7)指示灯闪烁的频率为1Hz
2、自动售货机系统方案设计确定
2.1PLC控制系统设计的原则
(1)最大限度的满足被控制对象的控制要求
(2)在满足控制要求前提下,力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。
(3)保证控制系统的安全可靠。
考虑到生产发展和工艺的改进,在选择PLC容量时,应适当留有余量。
2.2设计方案的确定
根据售货机自动控制系统的任务分析可以知道自动售货机的主要系统包括:
硬件显示模块、按键操控模块、计币模块、比较比较、选择模块、饮料供应模块、退币模块和报警模块。
根据课程设计任务书要求,选用共阴极的八段、CD4511译码器、LED二极管等元件设计出显示电路硬件部分。
软件方面采用PLC编程软件运用加法、减法、传送、比较、移位、子程序和BCD等应用指令与基本指令组合起来编程。
工作方式:
手动;输入设备:
按钮、开关;输出设备:
指示灯、数码管PLC选型:
三菱公司FX-2n—16MR并通过相应的数码管和LED管的动作变化体现出来。
最后把电路板与PLC连接起来,输入已编好的程序进行调试,以便达到此次课程设计的目的和要求。
自动售货机整体设计面板如图2-1所示.
图2-1自动售货机的面板布置图
3、自动售货机硬件电路设计
3.1硬件显示模块
用4个八段数码管来显示货币值,数码管的连接采用共阴极的形式.数码管内部结构及连线分别如图3-1和图3-2所示。
图3-1数码管内部结构图3-2数码管的接线
3.2按键操控模块
按键与PLC端子连线如图3-3所示
图3-3按键接线
3.3CD4511译码器
CD4511主要端子介绍如下:
①锁存部分有四位存储锁电路,由锁存允许端LE控制锁存,当LE=“0”时,锁存器直通,输出端随A~D端变化;当LE=“1”时,锁存器锁定,输出端保持不变。
②熄灭控制端BI,当BI=“0”时,译码器输出全为“0”,即数码管熄灭。
③输出驱动部分是具有较大电流输出的NPN双极型晶体管,当推动LED数字显示器件时,一定要加限流电阻,限流电阻约200Ω,由等测试输入端LT,可测试数码管的七段。
当LE=“0”时,显示数8,即各段均亮,则正常。
当输入的BCD码大于1001时,七段显示输出全为“0”,数码管熄灭。
CD4511管脚逻辑图和真值表分别如图3-4和图3-5所示。
图3-4CD4511管脚逻辑图
图3-5CD4511真值表
3.4I/O端子分配
I/0端子是plc的输入和输出端口,是plc的重要组成部分,输入端是接受外部信号的端口,输出端是plc向外部负载发送信号的端口
表3-1I/O端子分配
输入
输出
X0:
5角识别器
Y0~Y10:
自制显示电路板
X1:
1元识别器
Y11:
饮料驱动器
X3:
5角识别器
Y12:
啤酒驱动器
X4:
5角识别器
Y13:
饮料指示灯
Y14:
啤酒指示灯
Y15:
找钱指示灯
Y16:
退币驱动器
Y17:
退1元指示灯
Y20:
退5角指示灯
图3-6I/O端子接线
3.5主电路接线图
主电路主要由CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成,接线图如图3-7所示
图3-7主电路接线图
4、自动售货机软件设计
4.1程序流程图
图4-1程序流程图
4.2程序主要功能模块解释说明
4.2.1投币模块
图4-2投币流程
图4-3币种检测判断程序段
该段程序采用上升沿脉冲触发按钮作为投币动作,执行投币检测及币种判断功能的。
如果X000来一个上升沿触发脉冲就在寄存五毛数值的数据寄存器里加币值,同X001上升沿触发脉冲执行跟X000同理。
4.2.2商品选择判断模块
图4-4商品选择判断程序段
该模块是通过让2.5元或3元与总金额比较,判断是否允许买饮料或啤酒。
如果金额大于或等于2.5元小于3.元,饮料等闪烁相应的驱动允许操作,当金额大于等于3元,啤酒和饮料灯闪烁,相应驱动允许操作。
相应流程图如下:
图4-5商品选择判断流程图
4.2.3数码管显示模块
图4-6五毛位LED显示程序段
图4-7元个位LED显示程序段
图4-8元十位LED显示程序段
以上分别是金额各位的LED显示,该程序段是通过PLDY4~Y7输出端口高低电平分时选通一个LED的位,然后把对应的数据输入进去,再取消该位的选通来分别对四个位的LED显示。
一个时刻只能单个LED位选通,从而避免LED位选通的冲突。
4.2.4退币模块
图4-9退币流程
图4-9一元币输出程序段
图4-10五角退币程序
如果该程序的的条件得到允许的话,即T30接通,五角币的找钱驱动就动作,即五角币的找钱指示灯闪烁五次其频率为1Hz;否则,处于休眠状态。
图4-11一元币输出程序段
如果该程序的的条件得到允许的话,即T32,5角币的找钱驱动就动作,即一元币的找钱指示灯闪烁对应数目的次数其频率为1Hz;否则,处于休眠状态。
5、系统调试
5.1、硬件调试
(1)、断电时检查电源是否接好,地线是否接好,各输入/输出点是否接好接牢;
(2)、用万用表检查实验板线路有没短路、开路现象。
(3)、接通5V直流电源,按动相应的功能按钮,确认各个数码管能否按照要求显示;
5.2软件调试
(1)、按要求输入梯形图,检查后编译通过,在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区。
(2)、将编辑好的程序传入PLC运行,使用编辑器联机调试操作,检查各点工作状态,并配合观察PLC各点输入/输出指示LED或输入/输出设备工作是否符合程序功能要求。
5.3总体调试
将设计好的实验电路板与PLC连接起来,利用上位机软件动画效果来模拟硬件的连接。
采用分模块的调试方法,来调试系统程序。
调试步骤和结果如下:
当投入总金额>=2.5元时,饮料指示灯亮,等投入总金额>=3时,啤酒指示灯亮。
八段数码管显示投入的总金额值。
饮料指示灯亮时,按饮料按钮,饮料驱动器动作,饮料从售货口自动售出,饮料指示灯闪烁,5s后饮料驱动器释放,完成一次售货。
啤酒指示灯亮时,按啤酒按钮,啤酒驱动器动作,啤酒从售货口自动售出,啤酒指示灯闪烁,5s后啤酒驱动器释放.若有剩余金额,找钱灯亮。
在购买商品后还剩余额,或在投入硬币后又不想购买商品,按复位按钮,售货机自动退出应找回的硬币。
售货机能自动计算已售出商品的总金额、啤酒和饮料的现存数量。
当啤酒或饮料现存数量为零时,对应的指示灯闪烁。
结论及存在的问题
本次自动售货机PLC控制系统设计按照课程设计的基本设计方法,设计出符合按课程设计任务书要求的自动售货机系统。
但在设计中由于思路不够清晰,从而导致编程过程中错漏百出,耽误了设计进度。
建议在开始程序设计时正确分析课程设计任务和要求,在理清设计思路,设计出正确流程图的基础上,再进行程序设计,这样会达到事半功倍的效果。
此自动售货系统设计还存在很多不足之处:
(1)本设计中的用于显示的数码管只有四个,即能显示出来的投币的金额是在0~99.5之间。
若投币的金额为99.5,此时若用户再投币的话,数据寄存器的数值继续进行累加。
而相应的数码管没能正确显示数值,虽然在实际应用中很少会出现上面这种情况,但建议设计出的售货机还包括如下功能:
当总金额为99.5元后,若再投入硬币,售货机自动退出刚投入的硬币,并发出相应的提示信号。
(2)当按下一个按钮后,PLC的继电器不停地闪动好几次,这样会影响到PLC的使用寿命,建议在编写程序过程中多采用比较指令,当检测到比较的结果发生变化时才,改变继电器的通断,减少继电器的闪动次数,这样不但可以延长继电器的寿命,还可以减少不必要的影响。
(3)、当数据寄存器的数值发生变化时,数码管不能马上正确显示数值,而是闪烁一会才显示正确的数值。
所以建议在编程中多采用比较指令,当数据寄存器的内容发生变化时,数码显示器只刷新与原来显示不同的值的位。
(使PLC内部继电器减少不必要的动作,这样能延长PLC的使用寿命。
)
心得体会
此次课程设计包括两个方面,硬件设计和软件设计。
在硬件设计时,要综合考虑设计电路板的美观性、实用性、方便性。
以确保设计出来的电路板布局不但美观性、性能可靠还要方便我们的日常生活使用。
在焊接线路时,要确保线路的正确连通,防止虚焊、短路、开路等问题出现,方便以后的硬件测试。
不过这一部分我们用的时间少。
在编写程序过程中,有一些问题考虑不周到,在老师提示时,查到了一些存在的问题,虽然现场能解决掉,但事先没有注意到,这是不应该的。
这次课程设计给我最大的启发是:
只有在正确理解要求的前提下来确定程序算法,才有利于程序的编写,最好提前写一些流程图,这样有利于程序的编写思路。
课程设计是以小组为单位的一个团队。
课程设计中团队合作的分工是很必要的,还有小组成员个人的负责性也很重要;成员之间的合作默契感实在是重要,这一点在这几天里,我深深的体会到。
这也是这次课程设计的一个收获!
综之,经过这次PLC课程设计,我复习到了理论方面的知识,调试硬件,PLC软件编程、调试的能力,同时弥补了单单在理论方面学习的不足之处,可谓是学习PLC课程后的一次知识“大规模性”综合运用,对巩固、加深、提高自己的PLC水平有很大的帮助。
我的动手能力有了进一步的提高,但有待提高的地方还很多,需要以后不断女努力。
通过这次对PLC课程设计,让我了解了plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解,也让我了解了关于PLC设计原理。
有很多设计理念来源于实际,从中找出最适合的设计方法。
这次课程设计中学到的知识,对我以后的学习工作和生活都有很大的启迪作用。
参考文献:
【1】史国生.电气控制与可编程控制器技术【M】.北京:
化学工业出版社,2009.
【2】孙康岭.电气控制与plc应用【M】.西安:
化学工业出版社,2009.
附录
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