基于三菱PLC的自动饮料售货机控制系统

浙江商业职业技术学院2013届毕业论文毕业设计(论文)2013届应用工程学院题目基于三菱PLC的自动饮料售货机控制系统专业计算机控制技术班级计控1004姓名赵成成学号1514100406指导教师王焕磊2013年4月浙江商业职业技术学院2013届毕业论文摘要本文分析了自动饮料售货机的工作原理，选定了三菱FX2N-48MRPLC为核心控制器，完成了系统的硬件和软件设计。硬件部分主要有系统设备、PLC的选型、电磁阀、红外线光电开关、地址分配表、接线图；软件部分主要完成了总流程图、分流程图、梯形图。在硬件和软件设计完成的基础上，进行了仿真调试，调试的结果基本符合设计的要求。关键词自动饮料售货机；三菱PLC；电磁阀；梯形图浙江商业职业技术学院2013届毕业论文目录引言..............................................................11功能需求分析与总体方案设计........................................21.1基本功能分析..................................................21.2总体方案介绍..................................................32硬件部分设计......................................................52.1设备选型......................................................52.1.1PLC的选型.................................................52.1.2电磁阀.....................................................52.1.3红外线光电开关.............................................62.2具体硬件设计..................................................62.2.1地址分配表................................................72.2.2接线图....................................................73软件部分设计......................................................93.1总体概括和总体流程图..........................................93.1.1开始过程..................................................93.1.2投币过程..................................................93.1.3购买过程.................................................103.1.4退币过程.................................................113.2控制系统梯形图...............................................133.3控制系统的调试...............................................17总结.............................................................18参考文献...........................................................19浙江商业职业技术学院2013届毕业论文1引言从自动售货机的发展趋势来看，它的出现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。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。而自动售货机的核心部分就是应用PLC技术，所以PLC已经成为现代控制技术的重要支柱之一，因此PLC控制系统已成为大多数行业及人们的必要选择。自动售货机的整体设计涉及很多方面，包括机械、控制、安全等各个方面，其重点及难点就是控制部分的设计。目前市场上流行的控制系统的核心大多以单片机、PLC为基础。两者各有特点，以单片机为核心的自动售货机成本较低、但设计较复杂、稳定性也难以满足要求；而使用PLC技术，设计方法简单，稳定性高，已经成为大多数自动售货机系统的核心控制设备。本文的目的就是针对自动售货机中的一个典型分类——自动饮料售货机，分析了其基本控制流程，完成了硬件和软件的设计，实现了自动饮料售货机的投币过程、购买过程和退币过程。浙江商业职业技术学院2013届毕业论文21功能需求分析与总体方案设计1.1基本功能分析在制定具体的设计方案之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能以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、零食和常用药品等，本文设计的是自动饮料售货机控制系统。1）控制要求①自动饮料售货机出售5种商品，所售饮料价格：水——2元、可乐——3.50元、橙汁——4元、牛奶——5元、咖啡——5.50元。②自动饮料售货机可识别10元或5元纸币，1元或5角硬币。③自动饮料售货机可退出1元、5角硬币。④实验中售货机忽略了各种故障以及缺货因素。2）一次交易过程分析为了方便分析，我们以一次交易过程为例。①初始状态。清零，此时不能购买任何商品。②投币状态。投入钱币进行消费，当所投币值超过商品价格时，相应价格饮料指示灯亮，提示可以购买。③购买过程。按下可以购买的按钮，对应电磁阀打开，饮料自动放出5S，伴随相应的指示灯闪烁。④退币按钮。按下退币按钮，找余执行机构运行，就可退出多余的钱。以上是自动售货机的一个完整工作过程，如图1-1是自动售货机工作流程，其工作过程分为4个状态，分别是初始状态、投币状态、购买状态、退币状态。浙江商业职业技术学院2013届毕业论文3图1-1自动售货机工作流程图上述所有设备的控制与协调工作，需要稳定的控制器支持，本文选用三菱FX2N-48MRPLC作为核心控制器。1.2总体方案介绍基于以上功能需求，规划系统图1-2，该设计方案出售5种饮料，这5种饮料分别有对应的按钮选择和指示灯。指示灯亮起后，按下某个饮料按钮，即可打开相应的电磁阀，放出相应饮料。投币区中有五角硬币口、一元硬币口、五元和十元的纸币口。按下退币按钮，找钱执行机构运行，可退出一元硬币和五角硬币。余额不足指示灯亮光的情况：1）开始过程中，若内部钱箱不够，余额不足指示灯亮，自动饮料售货机不能售卖饮料；2）顾客购买饮料的过程中，钱币不足买任何一种饮料，余额不足指示灯亮。按下选择按钮投钱初始状态Y钱币剩余按下退币按钮N投币状态退币状态购买状态浙江商业职业技术学院2013届毕业论文4图1-2自动饮料售货机的系统图退币口投币口找钱按钮一元指示灯选择按钮橙汁3.50元牛奶5.00元咖啡5.50元可乐3.00元水2.00元五元或十元五角余额不足指示灯浙江商业职业技术学院2013届毕业论文52硬件部分设计硬件部分主要包括两大内容，分别是设备的选型和具体硬件设计。2.1设备选型该饮料自动售货机控制系统主要是以三菱FX2N-48MRPLC作为控制中心，外加硬币读取器机构（红外线光电开关）、找钱执行机构、电磁阀、指示灯和按钮几部分组成。2.1.1PLC的选型PLC设备有较多的厂家和品牌可供选择，但大部分都是国外的产品，如西门子、三菱、A-B公司等。目前市场上占有率较多的品牌是西门子和三菱，西门子的产品系列功能较全，适合工业场合，价格较贵；三菱产品更适合用于小型系统，更稳定更易上手，因此本文选用三菱FX-2N系列PLC。FX2N系列PLC是小型机，I/O点数最大可扩展到256点。本文根据实际的控制需求，选择的具体型号为FX2N-48MRPLC，继电器输出及输入24点，输出24点，其有系统配置既固定又灵活、高速运算、编程简单等特点。2.1.2电磁阀电磁阀是用电磁控制的工业设备，用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，是一个开关控制设备，一般用于小型管道的控制。电磁阀选型应该依次遵循安全性，可靠性，适用性，经济性四大原则。本系统中要求选用的电磁阀具备以下几个特点：1）常闭型，两通，直径DN10；2）无毒、防腐、不锈；3）耐温度-10至120摄氏度4）AC220供电；5）防护等级IP65及以上。基于以上指标，选用永创品牌的DF1-10型号的电磁阀，此阀采用活塞式结构，宜用于低压管路系统，全铜材质，适用于各种气液介质，耐温度-10至150摄氏度。阀门外形如图2-1。浙江商业职业技术学院2013届毕业论文6图2-1永创DF1-10电磁阀外形图2.1.3红外线光电开关在设计中使用的红外光电开关是为了检测输出的硬币的数目。要求能够：1）准确的检测硬币大小的物体；2）反应速度快；3）DC24V输出；基于以上指标，本系统中选取了欧姆龙品牌的微型光电开关EE-SX672，此光电开关结构为凹槽型，适合硬币检测，NPN常开24V输出，适合PLC检测，应答频率1KHz，速度足够快。其外形如图2-2。图2-2欧姆龙EE-SX672光电开关外形图2.2具体硬件设计自动饮料售货机控制系统的硬件部分主要有地址分配表、接线图，其中最重要的是地址分配表，只有先把I/O分配表列出来，才能继续完成后面的步骤。浙江商业职业技术学院2013届毕业论文72.2.1地址分配表自动饮料售货机控制系统的输入通道有12个，分别是X0-X4、X6和X7、X10-X14，输入通道均是开关，用SB代号；输出通道有13个，Y0-Y5是指示灯，用HL代号；Y10-Y14接DN10电磁阀，用KV代号；Y6和Y7接线圈。如表2-1为自动饮料售货机控制系统的地址分配表。表2-1自动饮料售货机控制系统地址分配表输入输出设备名称代号编号设备名称代号编号退币SB1X0水指示灯HL1Y05角SP1X1可乐指示灯HL2Y11元SP2X2橙汁指示灯HL3Y25元SP3X3牛奶指示灯HL4Y310元SP4X4咖啡指示灯HL5Y4水按钮SB2X10放水电磁阀KV1Y10可乐按钮SB3X11放可乐电磁阀KV2Y11橙汁按钮SB4X12放橙汁电磁阀KV3Y12牛奶按钮SB5X13放牛奶电磁阀KV4Y13咖啡按钮SB6X14放咖啡电磁阀KV5Y141元退币检测开关SQ1X6余额不足指示灯HL6Y55角退币检测开关SQ2X71元退币阀门KM1Y65角退币阀门KM2Y72.2.2接线图基于以上地址分配表，规划接线图2-3，输入部分均由开关操作，图中有6个按钮，4个位置开关，3个接近开关；输出部分有6个指示灯，5个电磁阀，2个线圈。浙江商业职业技术学院2013届毕业论文8X0X1X2X3X4X10X11X12X13X14X6X7HL2HL3HL4HL5KV4KV5Y7Y6COM1COM2COM3COM4HL1KV3KV2水指示灯KV1HL6KM1KM2COM1COM2可乐指示灯橙汁示灯牛奶示灯咖啡示灯放水电磁阀放可乐电磁阀放橙汁电磁阀放牛奶电磁阀放咖啡电磁阀余额不足指示灯1元退币阀5角退币阀退币5角1元5元10元水按钮可乐按钮橙汁按钮牛奶按钮咖啡按钮1元退币检测开关5角退币检测开关Y0Y1Y2Y3Y4Y10Y11Y12Y13Y14Y5SB1SP1SP2SP3SP4SB2SB3SB4SB5SB6SQ1SQ2图2-3自动饮料售货机控制系统接线图浙江商业职业技术学院2013届毕业论文93软