1、湖 南 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì) 課題名稱 飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化 1004班 姓 名 肖 勇 學(xué) 號(hào) 201001020414 指導(dǎo)教師 譚梅、劉星平 2013年 6月18 日湖 南 工 程 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱 電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì) 課題名稱 飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化 1004班 姓 名 肖勇 學(xué) 號(hào) 201001020414 指導(dǎo)教師 譚梅、劉星平 審 批 黃峰 任務(wù)書下達(dá)日期2013年6月9日課程設(shè)計(jì)完成日期2013年6月18 日設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求一. 課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)與目的 本課程設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)教

2、學(xué)計(jì)劃中不可缺少的一個(gè)綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要手段。它的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)和技能去分析和解決本課程范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題，建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序和方法。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生得到工程知識(shí)和工程技能的綜合訓(xùn)練，獲得應(yīng)用本課程的知識(shí)和技術(shù)去解決工程實(shí)際問題的能力。 二. 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1.根據(jù)控制對象的用途、基本結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式、工藝過程、工作環(huán)境和控制要求，確定控制方案。2.繪制飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。 3.選擇電器元件，列出電器元件明細(xì)表。 4.編寫設(shè)計(jì)說明書。 三. 課程設(shè)計(jì)的要求 1

3、.所選控制方案應(yīng)合理，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足控制對象的工藝要求，并且技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，操作方便。 2.所繪制的設(shè)計(jì)圖紙符合國家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的GB472884電氣圖用圖形符號(hào)、GB698887電氣制圖和GB715987電氣技術(shù)中的文字符號(hào)制定通則的有關(guān)規(guī)定。 3.所編寫的設(shè)計(jì)說明書應(yīng)語句通順，用詞準(zhǔn)確，層次清楚，條理分明，重點(diǎn)突出，篇幅不少于7000字。主要設(shè)計(jì)條件1.PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備若干。2.參考文獻(xiàn)若干。設(shè)計(jì)說明書裝訂順序1.課程設(shè)計(jì)說明書封面。2.課程設(shè)計(jì)任務(wù)書。3.說明書目錄。4.正文（按設(shè)計(jì)內(nèi)容逐項(xiàng)書寫）。5.參考文獻(xiàn)。6.附錄。7.課程設(shè)計(jì)評(píng)分表。設(shè)計(jì)進(jìn)度安排1. 第一周星期一上午

4、：課題內(nèi)容介紹。2. 第一周星期一下午：仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，收集設(shè)計(jì)資料，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)工具。3. 第一周星期二第一周星期五：確定控制方案。繪制飲料自動(dòng)售貨機(jī)電氣控制系統(tǒng)的電氣原理圖、控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。選擇電器元件，列出電器元件明細(xì)表。4. 第二周星期一：試驗(yàn)調(diào)試5. 第二周星期二第二周星期五：編寫設(shè)計(jì)說明書,答辯。參考文獻(xiàn)1廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用M.重慶：重慶大學(xué)出版社2萬太福.可編程序控制器及其應(yīng)用M. 重慶：重慶大學(xué)出版社3劉祖潤.畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：機(jī)械工業(yè)出版社4謝桂林.電力拖動(dòng)與控制. 北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版

5、社5工廠常用電氣設(shè)備手冊編寫組.工廠常用電氣設(shè)備手冊. 北京：水利電力出版社課題: 飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一. 飲料自動(dòng)售貨機(jī)概況及控制要求飲料自動(dòng)售貨機(jī)有兩種已經(jīng)配制好的飲料儲(chǔ)液桶，一種為汽水，另一種為橙汁，分別由兩個(gè)電磁閥控制放入杯中的飲料品種。1、自動(dòng)售貨機(jī)可投入1角、5角、1元的硬幣。2、當(dāng)投入的硬幣總值超過2元時(shí)，汽水指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值超過3元時(shí)，汽水及橙汁指示燈亮。3、當(dāng)汽水指示燈亮?xí)r，按放汽水按鈕，則排出汽水，8 s后，自動(dòng)停止，且汽水指示燈熄滅。4、當(dāng)橙汁按鈕指示燈亮?xí)r，按放橙汁按鈕，則排出橙汁，8 s后，自動(dòng)停止且橙汁指示燈熄滅。5、若投入硬幣總值超過按鈕所需的錢

6、數(shù)（汽水2元，橙汁3元）時(shí)，找錢指示燈亮，并找出多余的錢。 二.設(shè)計(jì)任務(wù) 1. 設(shè)計(jì)和繪制電氣控制原理圖或PLC I/O接線圖、功能表圖和梯形圖，編寫指令程序清單。 2.選擇電氣元件，編制電氣元件明細(xì)表。 3.設(shè)計(jì)操作面板電器元件布置圖。4.上機(jī)調(diào)試程序。5.編寫設(shè)計(jì)說明書。目錄第1 章 概述.1 1.1自動(dòng)售貨機(jī)的理論背景與實(shí)際意義.1 1.2自動(dòng)售貨機(jī)的概況及控制要求.2第2章 總體設(shè)計(jì)方案.3第3章 硬件電路設(shè)計(jì).4 3.1 PLC型類選擇.4 3.2 PLC I/O口分配.4 3.3 系統(tǒng)硬件接線圖.5第4章 軟件設(shè)計(jì).6 4.1 程序流程圖.6 4.2 梯形圖.7第5章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試.1

7、2第6章 致謝與總結(jié).13參考文獻(xiàn).14附錄A 梯形圖.15附錄B 語句表.18第1章 概述1.1自動(dòng)售貨機(jī)的理論背景與實(shí)際意義自動(dòng)售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時(shí)營業(yè)的微型超市。在日本，70的罐裝飲料是通過自動(dòng)售貨機(jī)售出的；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺(tái)飲料自動(dòng)售貨機(jī)。在中國,自動(dòng)售貨機(jī)1999年開始進(jìn)人中國市場如今，在機(jī)場、地鐵、商場、公園等客流較大的場所，已不難發(fā)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的身影。從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變

8、化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了它的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動(dòng)售貨機(jī)逐漸被越來越多的消費(fèi)者所接受。但由于售貨機(jī)分布零散、范圍廣闊的特點(diǎn)，自動(dòng)售貨機(jī)在為消費(fèi)者帶來方便的同時(shí)，也為經(jīng)營者在監(jiān)控、管理、維護(hù)等方面帶來很大的不便。目前售貨機(jī)運(yùn)行的各種情況都需要由人工判斷，包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機(jī)機(jī)械故障等，經(jīng)營者普遍采用人工定時(shí)巡回視察的管理辦法，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又無法及時(shí)準(zhǔn)確獲取自動(dòng)售貨機(jī)狀態(tài)報(bào)告，給

9、經(jīng)營者增加了管理成本和難度，也有可能給消費(fèi)者的正常消費(fèi)造成不便。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可以使自動(dòng)售貨機(jī)的經(jīng)營者可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)的銷售狀況進(jìn)行商品銷售狀況分析，預(yù)測商品的銷售走勢，確定合理的采購和配送策略，以期獲得最高的投資回報(bào)率。同時(shí)售貨機(jī)的一些故障信息和警報(bào)信息可以實(shí)時(shí)的傳送到相應(yīng)運(yùn)營人員，從而可以在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問題。1.2 自動(dòng)售貨機(jī)的概況及控制要求飲料自動(dòng)售貨機(jī)有兩種已經(jīng)配制好的飲料儲(chǔ)液桶，一種為汽水，另一種為橙汁，分別由兩個(gè)電磁閥控制放入杯中的飲料品種。如圖所示。汽水橙汁退幣找零5角1角1元 1、自動(dòng)售貨機(jī)可投入1角、5角、1元的硬幣。2、當(dāng)投入的硬幣總值超過2元時(shí)，汽水指示燈亮；

10、當(dāng)投入的硬幣總值超過3元時(shí)，汽水及橙汁指示燈亮。3、當(dāng)汽水指示燈亮?xí)r，按放汽水按鈕，則排出汽水，8 s后，自動(dòng)停止，且汽水指示燈熄滅。4、當(dāng)橙汁按鈕指示燈亮?xí)r，按放橙汁按鈕，則排出橙汁，8 s后，自動(dòng)停止且橙汁指示燈熄滅。5、若投入硬幣總值超過按鈕所需的錢數(shù)（汽水2元，橙汁3元）時(shí)，找錢指示燈亮，并找出多余的錢。第2章 總體設(shè)計(jì)方案 要實(shí)現(xiàn)售貨機(jī)的自動(dòng)售貨功能，其自動(dòng)控制控制系統(tǒng)主要包括：計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)以及退幣系統(tǒng)。1.計(jì)幣系統(tǒng)：計(jì)幣以1角為單位。當(dāng)有幣投入時(shí)，將相應(yīng)的硬幣值存放到一個(gè)已經(jīng)清零的寄存器VW0中，再次投幣時(shí)進(jìn)行累加。2.比較系統(tǒng)：投幣完成后，當(dāng)投入的硬

11、幣總值超過2元時(shí)，汽水指示燈亮；當(dāng)投入的硬幣總值超過3元時(shí)，汽水及橙汁指示燈亮。3.選擇系統(tǒng)： 當(dāng)按下汽水或橙汁按鈕時(shí)，相應(yīng)的指示燈進(jìn)行閃爍。當(dāng)飲料供應(yīng)完畢時(shí)，停止閃爍。4.飲料供應(yīng)系統(tǒng)： 按下選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的閥門打開，飲料輸出，時(shí)間為8秒。同時(shí)硬幣總值減去相應(yīng)的購買幣數(shù)。5.退幣系統(tǒng)： 當(dāng)購買完成后還有剩余，退幣指示燈亮，按下退幣按鈕進(jìn)行退幣。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 PLC類型選擇根據(jù)飲料自動(dòng)售貨機(jī)示意圖，控制系統(tǒng)選用西門子S7-200系列的CPU 224 XP CN。其數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)為14入/10出，可以滿足控制要求且留有充足的裕量。3.2 PLC I/O口分配 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，PL

12、C控制系統(tǒng)有6個(gè)輸入信號(hào)：3個(gè)投幣信號(hào)，兩個(gè)購買信號(hào)，1個(gè)退幣信號(hào)；6個(gè)輸出信號(hào)：3個(gè)指示燈信號(hào)，3個(gè)執(zhí)行信號(hào)。飲料自動(dòng)售貨機(jī)的I/O端口分配如表1所示。表1 I/O口分配表 1角I0.05角I0.11元I0.2買汽水I0.3買橙汁I0.4退幣I0.5輸出輸入汽水燈Q0.0橙汁燈Q0.1倒汽水Q0.2倒橙汁退幣燈退幣Q0.3Q0.4Q0.53.3 系統(tǒng)硬件接線圖 根據(jù)所選PLC類型，以及設(shè)定好的I/O點(diǎn)分配情況，可設(shè)計(jì)出PLC的外部硬件接線圖，如圖3-1所示。圖3.1 硬件接線圖其中YV1，YV2是兩種飲料的閥門。當(dāng)投入的硬幣總值達(dá)到飲料購買金額時(shí)，相應(yīng)的指示燈亮。當(dāng)購買完成時(shí)，還有余額，退幣

13、指示燈亮，按下退幣按鈕時(shí)，YV3工作進(jìn)行退幣第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 程序流程圖 飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程主要包括：投幣并進(jìn)行累加，硬幣總值與飲料的購買價(jià)格進(jìn)行比較顯示可購買的飲料，選擇購買，飲料供應(yīng)，硬幣剩余總值計(jì)算，退幣。根據(jù)上述過程可畫出飲料自動(dòng)售貨機(jī)的流程圖如圖4.1所示。圖4.1 程序流程圖4.2 梯形圖LD SM0.1MOVW +0, VW0 LD I0.0 EU+I +1, VW0 LD I0.1EU+I +5, VW0LD I0.2EU+I +10, VW0LDW= VW0, +20AN Q0.2= M0.0LDW= VW0, +30AN Q0.3= M0.1 LD I0

14、.3EUA M0.0O Q0.2AN Q0.3AN T37TON T37, +80= Q0.2Q0.0閃爍八秒，用以表示倒汽水的時(shí)間為八秒。LD Q0.2ED-I +20, VW0LD M0.0LD SM0.5A Q0.2OLD= Q0.0LD I0.4EUA M0.1O Q0.3AN Q0.2AN T38TON T38, +80= Q0.3Q0.1閃爍八秒，用以表示倒橙汁的時(shí)間為八秒。LD Q0.3ED-I +30, VW0LD M0.1LD SM0.5A Q0.3OLD= Q0.1LD Q0.2EDLD Q0.3EDOLDO Q0.4AW VW0, +0= Q0.4LD I0.5O Q0.

15、5AW VW0, +0= Q0.5按下I0.5后，Q0.5亮燈，即Q0.4和Q0.5兩個(gè)燈都亮。LD SM0.5EUA Q0.5DECW VW0等待幾秒鐘后，當(dāng)退幣已經(jīng)完成時(shí)，Q0.4和Q0.5都熄滅。第5章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試與分析由于實(shí)驗(yàn)室沒有相應(yīng)的實(shí)物控制模型，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時(shí)，所有的輸入信號(hào)（包括硬幣、紙幣、假幣識(shí)別）均用開關(guān)信號(hào)來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調(diào)試時(shí)，首先按控制系統(tǒng)PLC接線圖完成硬件接線，并仔細(xì)檢查接線是否有誤，特別要注意接線時(shí)不能出現(xiàn)短路、斷路及反接等情況，否則會(huì)造成硬件損壞及人身意外。開始程序調(diào)試：首先將PLC控制程序?qū)懭氲絇LC機(jī)器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使PLC處

16、于“RUN”狀態(tài)，然后逐一按按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計(jì)效果閃滅，并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運(yùn)行過程及輸入輸出信號(hào)、內(nèi)部描述實(shí)際出現(xiàn)的問題及解決方案。要對照設(shè)計(jì)控制要求，逐一檢驗(yàn)設(shè)計(jì)功能是否能有效的實(shí)現(xiàn)，并對程序進(jìn)行改進(jìn)和完善。動(dòng)作1次I0.0，2次I0.1，1次I0.2（即投入2元1角）后，汽水指示燈Q0.0亮。按下買汽水按鈕I0.3，開始倒汽水，用Q0.2亮表示，汽水指示燈閃爍8秒，表示倒汽水時(shí)間。8秒后，硬幣還有剩余，退幣指示燈Q0.4亮，按下退幣按鈕I0.5，開始退幣，用Q0.5亮表示。退幣完成后燈熄滅。動(dòng)作1次I0.0，1次I0.1，5次I0.2（即投入5元6角）后，汽水燈Q0.0，

17、橙汁燈Q0.1亮。操作同上。按下I0.3，Q0.0閃亮8秒，Q0.1常亮。按下I0.4，Q0.1閃亮8秒，Q0.0常亮。8秒后，Q0.0和Q0.1同時(shí)熄滅，退幣指示燈亮，按下I0.5，開始退幣，退幣完成后，Q0.4熄滅。第6章 致謝與總結(jié) 從六月份接到這個(gè)課程設(shè)計(jì)到完成，衷心感謝譚老師給予了精心的指導(dǎo)和熱情的幫助。譚老師在PLC方面具有豐富的實(shí)經(jīng)驗(yàn)，對我的設(shè)計(jì)工作給予了很多的指導(dǎo)和幫助，使我能夠?qū)⒗碚撝械慕Y(jié)果與實(shí)際相結(jié)合。尤其在課題設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備階段，譚老師提出許多寶貴的設(shè)計(jì)意見，在最后的測試修改階段，譚老師在百忙之中抽出時(shí)間為我們提供了必要的幫助，這樣使得我們得以順利的完成課程設(shè)計(jì)。在短暫的

18、兩個(gè)周的相處時(shí)間里，老師淵博的知識(shí)，敏銳的思路和實(shí)事求是的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，這將使得我終身受益，謹(jǐn)此向譚老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。 拿到任務(wù)時(shí)，覺得這設(shè)計(jì)有點(diǎn)難度，因?yàn)樗臀覀兯鶎W(xué)的區(qū)別。我們平時(shí)學(xué)的PLC編程主要是對順序功能圖的編程，我們只需畫出順序功能圖，然后一步一步的設(shè)計(jì)梯形圖就好了。但本設(shè)計(jì)經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，順序功能圖很難實(shí)現(xiàn)，要用到程序流程圖。 在設(shè)計(jì)的過程中，我再次的復(fù)習(xí)了課本，對一些指令有了深入的了解，很多以前不太懂的，通過再次復(fù)習(xí)有了長足的進(jìn)步。課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)工作量大，難度較大的設(shè)計(jì)，個(gè)人的力量總是有限的，書本上的總是有局限的。因此，團(tuán)隊(duì)合作，大量查閱課外資料是此次設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。我們在課外書本上找到一篇類似的設(shè)計(jì)，但和我們的設(shè)計(jì)要求有點(diǎn)區(qū)別，于是我們在這基礎(chǔ)上做了修改，就滿足我們的設(shè)計(jì)要求。 由于缺乏閱歷和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，我在設(shè)計(jì)時(shí)還有許多不足的地方。我相信本次課程設(shè)計(jì)對我來說是一次很好的鍛煉，對我以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。我也會(huì)加油，希望自己在這方面有長足的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用M.重慶：重慶大學(xué)出版社2萬太福.可編程序控制器及其應(yīng)用M. 重慶：重慶大學(xué)出版社3劉祖潤.畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：機(jī)械工業(yè)出版社4謝桂林.電力拖動(dòng)與控制. 北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社5工廠常用電氣設(shè)備手冊編寫組.