1、xx 工 程 物 理 研 究 院 工 学 院毕 业 设 计 论 文题 目 自 动 售 货 机 PLC 设 计指 导 教 师 学 生 姓 名 专 业 电 气 自 动 化 技 术 班 级 级 电 气 自 动 化 班日 期 2014 年 12 月 目录摘 要 I41 绪论5 1.1自动售货机的理论背景与实际意义.51.2 自动售货机基本现状51.3 自动售货机的前景52 自动售货机主控硬件选择62.1 单片机控制.62.2 继电器控制.62.3 PLC 控制62.4 单片机、继电器和单片机分析和比较63 自动售货机控制要求83.1 工作状态83.2 维护状态83.3 系统工作流程图84 PLC 的
2、I/O 分配表.105 PLC 选型.105.1 继电器、晶体管选择.105.2 I/0 点数.116 自动售货机设计样式117 PLC 外部接线图118 PLC 程序设计.xx 工程物理研究院职工工学院3128.1 GX Developer 软件.128.2 程序编辑.148.3 程序调试和仿真.219 总结2110 致谢.22参考文献.22附录23自 动 售 货 机 PLC 设 计学生姓名: 指导老师： 电子系 电气自动化专业 级电气 班摘 要随着社会的发展,各种自动化设备普及到我们生活。在大街、小巷，自动售货机也变得随处可见。自动售货机的控制单元主要有单片机、继电器和 PLC 控制，在对
3、比之下选用 PLC控制。本论文选用三菱 PLC 的 FX2n 系列进行控制，用 GX Developer 进行编程，采用 GX Simulator（是 GX Developer 的一个插件）仿真。关键词: 三菱 FX2n PLC 梯形图 继电器 单片机 GX Developer GX Simulatorxx 工程物理研究院职工工学院51 绪论1.1 自动售货机的理论背景、目的与实际意义自动售货机是一种全新的商业零售形式，20 世纪 70 年代自日本和欧美发展起来，又被称为 24 小时营业的微型超市。在中国自动售货机 1999 年开始进人中国市场如今，在机场、地铁、商场、公园等客流较大的场所，已
4、不难发现自动售货机的身影。 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；而相对的超市、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。从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24 小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引
5、人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。1.2 自动售货机基本现状2012 年 6 月份全国共有各类自动售货机终端约 32000 台；2013 年同期，这一数字上升至 45000 台，年涨幅达 40.6%。按照现在的发展速度，业内普遍认为，2013 年年底自动售货机总数有望突破 52000 台。从自动售货机的业务量上来看，平均每月每台售货机营收在5000 元左右。按照这一数据进行估算，目前每月在自动售货机终端上产生的支付金额约为2.25 亿，全年总和逼近 30 亿。据来自国内自动售货机市场行情分析报告表明：目前国内自动售货机市场走势已逐渐明晰，自动售货机逐步从沿海
6、经济发达区和各大中城市向内陆和次发达地区延伸，逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所向高中档社区普及，大有星火燎原之势。1.3 自动售货机的前景随着中国经济的发展、行业运作的变革和入世的到来，自动售货机在中国普及和应用是必然趋势。纵观近年来国内自动售货机市场，从 92 年开始开始从日、韩等国引进机器摆放国内市场以来，到自行研制和生产国产化自动售货机，各厂家、商家蹒跚起步、坚难守业，已为国内零售业撑起一片蔚蓝的晴空。自动售货机产业也正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行
7、。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约 1015%的电力。进入 21 世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。随着自动售货机的普及，在某种程度上能反映一个国家的科技水平，是一个国家文明程度的象征。实践和直觉告诉我们，自助服务在中国横空出世，必将为国内的电信、公用事业、香烟、饮料等诸多行业发展带来新的契机，中国现代文明又将自助服务的应用和普及开启一个新的里程碑！2 自动售货机主控硬件选择目前，自
8、动售货机主控硬件主要采用单片机、继电器和 PLC 等控制。2.1 单片机控制它的控制系统是基于芯片级的系统，设计开发一个单片机系统，需要先设计硬件系统，画出硬件电路图，制作印刷电路板，购置各种所需的电子元器件，焊接电路板，进行硬件调试，进行硬件调试，进行抗干扰设计和测试的大量工作；需要使用专门的开发装置和低级编程控制程序，进行系统联调。2.2 继电器控制它的控制思想是以继电器为核心，采用硬接线方式把各种继电器、定时器、接触器及其触电按照一定逻辑关系连接起来组成控制系统，控制相关生产机械工作。2.3 PLC 控制他的控制思想是采用 PLC 的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数
9、和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各类型机械的生产过程。PLC 是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。xx 工程物理研究院职工工学院72.4 单片机、继电器和单片机分析和比较单片机作为自动售货机的核心结构，价钱也虽不太高，但要购入单片机开发装置（如仿真器、烧录器、电源）和模拟制板等，都要不少费用；单片机控制系统专用性强，通用性较差，在市场上往往不能找到替代的配件，不便维修；单片机在开发、改造时，从电路设计、模拟制板、编程、仿真、调试等经历非常长的周期；单片机如果在电压不稳定的话，单片机就可能被破
10、坏，抗干扰能力较低；I/O 总数低，需要大规模扩展，这样系统电路更加复杂，进一步降低了系统的可靠性。继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑，利用继电器机械触点的串并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其连接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高；触点少，灵活性不好和扩展性差，升级、改造困难；串行工作方式；寿命短、可靠性差和维护性差；工作频率低，机械触点会有抖动问题，响应时间慢；时间继电器精度不高，定时范围窄；抗干扰性低；在设计控制工程过程中，其设计、施工、调试必须依次经行，周期长。PLC 作为自动售货机的核心机构，价钱看似很贵；但在做工程时，节约了其他设备的成本；自动控制具有功能完备、灵活性、通用性好，程
11、序输入方法简化，操作简单；定时准确，响应快，开发周期短；便于升级、改造；通讯方便，便于维修。从设计、生产周期长短考虑，不论是老设备改造，还是设计新生产机械设备，毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至希望能够边设计、边安装、边调试和生产，特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。这毫无疑给企业增加了活力，提高了经济效益。如果把这些要求得以实现，继电器或半导体都不能满足，而 PLC 则完全可以实现。这是因为若不必改动外部设备接线，只要在软件上做文章就可以了。也就是说只要改梯形图，按照新工艺要求从新输入新程序或
12、修改原程序即可。这既经济又简洁，可以达到事半功倍的目的。众所周知，目前我国 75%的生产机械设备，都采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也繁杂。从方案的确立到技术，设计以及施工、图面等方面，工作量很大，这势比造成设计周期长。而采用 PLC 控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可以根据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储 EEPROM 模块中去，需要加工那个产品的程序，操作人员可以随时调用，这个既方便、简单又保密。开发这这种软件对优化生产过程，提高产品数量
13、和质量，提高劳动生产效率，具有实际意义。仅此一点也深受生产及设计者的欢迎。因此选择 PLC 为自动售货机的主控单元。3 自动售货机控制要求自动售货机能售出八中物品（分别由物品一、物品二、物品三、物品四、物品五、物品六、物品七和物品八），价格分别设定为一元、两元、三元、四元、五元、六元、七元和八元。自动售货机分为两种状态：工作状态、维护状态。3.1 工作状态自动售货机在通电时，进行自检和复位，按下启动按钮进入工作状态。工作状态下又分为投币状态、指示状态、购买状态、退币状态。投币状态：自动售货机能够分辨一元、五元和十元钱币（用按钮替换，没按一次按钮模拟投一次币，）。每投一次币，自动售货机自动进行累
14、加；并对可用用余额进行显示，此过程贯穿整个工作状态。指示状态：自动售货机把可用余额与各物品价格进行比较。如果可用余额大于等于物品价格，则此物品指示灯亮起，表示此物品可以购买；如果可用余额小于物品价格，则此物品指示等不亮，表示此物品不能购买，若要购买此物品，需再次投入钱币。购买状态：用户选择购买的物品，按下的可购买物品，则相应的物品从自动售货机售出（物品售出采用常闭电磁阀，一个物品售出需开启电磁阀 2 秒。），同时可用余额自动减去购买物品的价格。退币状态：当用户按下退币按钮，自动售货机通过计算后，分一元与五元进行退币（退币假设采用常闭电磁阀，1 秒退一张币）3.2 维护状态在通电情况下，按下维护
15、按钮，自动售货机进入维护状态，可进行物品补给。3.3 系统工作流程图xx 工程物理研究院职工工学院9维护状态通电按下工作按钮按下维护按钮工作状态维护状态系统清零投币状态比较指示状态选取物品购买状态计算投币退币状态比较按下退币按钮计算退币图 3.1.14 PLC 的 I/O 分配表根据控制要求列出 I/O 分配表（表 4.1）：表 4.15 PLC 选型此论文主要涉及三菱 PLC，就考虑三菱 PLC 的选型号。型号选择主要考虑选什么输出和I/O 点数两方面选择输 入 输 出器件名称 地址 器件名称 地址启动按钮 SB1 X0000 工作指示灯 LED1 Y0000停止按钮 SB2 X0001 退
16、币一元常闭电磁阀 Y0001退币按钮 SB3 X0002 退币五元常闭电磁阀 Y0002物品 1 选择按钮 SB4 X0010 物品 1 指示灯 Y0010物品 2 选择按钮 SB5 X0011 物品 2 指示灯 Y0011物品 3 选择按钮 SB6 X0012 物品 3 指示灯 Y0012物品 4 选择按钮 SB7 X0013 物品 4 指示灯 Y0013物品 5 选择按钮 SB8 X0014 物品 5 指示灯 Y0014物品 6 选择按钮 SB9 X0015 物品 6 指示灯 Y0015物品 7 选择按钮SB10X0016 物品 7 指示灯 Y0016物品 8 选择按钮SB11X0017
17、物品 8 指示灯 Y0017物品 1 出货电磁阀 Y0020物品 2 出货电磁阀 Y0021物品 3 出货电磁阀 Y0022物品 4 出货电磁阀 Y0023物品 5 出货电磁阀 Y0024物品 6 出货电磁阀 Y0025物品 7 出货电磁阀 Y0026物品 8 出货电磁阀 Y0027维护指示灯 Y003xx 工程物理研究院职工工学院115.1 继电器、晶体管选择继电器:反应速度较慢，机械结构所以寿命跟质量有很大的关系，但适用于交流和直流负载。晶体管:反应速度快，适用于直流负载，一般如果你需要高速的信号/开关量输出，就用它，适用于交流负载。所以选择继电器。5.2 I/0 点数由表一可知：输入 I
18、 为 11 点，输出 O 为 20 点。考虑到以后要改造升级，要预留 I/O 点，则选择 32 点。综上所述，选择 FX2N-64MR-001 （输入点：32，32 点继电器输出）。6 自动售货机设计样式图 6.17 PLC 外部接线图图 7.18 PLC 程序设计三菱 PLC 采用 GX Developer 软件编程，仿真用 GX Simulator（是 GX Developer 的一个插件）。8.1 GX Developer 软件首先打开 GX Developer 软件如图 8.1.1：xx 工程物理研究院职工工学院13图 8.1.1单击菜单栏工程如图 8.1.2：图 8.1.2选择创建工
19、程进行 PLC 选型：PLC 系列选择 FXCPU，PLC 类型选择 FX2N,程序类型选梯形图，工程名为自动售货机（如图 8.1.3）。图 8.1.3选择确定，出现图 8.1.4 画面，这时就可以对自动售货机程序进行编程。xx 工程物理研究院职工工学院15图 8.1.48.2 程序编辑首先进行通电时系统寄存器清零程序编辑。采用软原件常开触点 M8002 通电时导通，清零指令采用区域复位指令 ZRST 进行复位（如图 8.2.1），如ZRST D0 D4表示 D0 D1 D2 D3 D4 全部清零。图 8.2.1然后对工作状态与投币状态进行编辑。按下工作按钮，工作指示灯进行置位，采用SET 置
20、位指令；投币状态把所投金额寄存到 D0 中，每给一个金额信号，进行自动运算，采用 ADD 加法指令（如图 8.2.2），如ADD D0 K1 D0这个指令的意思为 D0 与 K1 进行加法运算，再结果在保存在 D0 中。图 8.2.2对指示状态进行编程。采用比较指令用=进行编程如图（8.2.3），如= D0 K1表示D0 中的数大于等于 K1 导通。xx 工程物理研究院职工工学院17图 8.2.3对物品选择状态进行编程（分两部分）。一部分为计算过程，物品选择必须在指示灯亮才能选取，每选中一样将对寄存器中的金额进行减法运算（如图 8.2.4 和 8.2.5），采用 SUB 减法指令，如SUB D
21、0 K1 D0表示D0 减去 1 把结果保存到 D0 中。 图 8.2.4图 8.2.5另一部分为物品输出开关，每一样物品输出一件总时间为 2 秒才用内部时间继电器（如图 8.2.6、8.2.7 和 8.2.8）采用了 PLC 的内部时间继电器 T 和复位指令，如（T1 K20)表示 T1 导通就开始倒计时 2 秒，2 秒过后时间继电器常开触点闭合，常闭触点断开；RST M1为复位指令，导通时 M1 恢复自身原始状态。图 8.2.6xx 工程物理研究院职工工学院19图 8.2.7图 8.2.8最后对退币状态和维护状态进行编程（如图 8.2.9 和 8.2.10）。自动售货机可以退一元和五元的钱
22、币。退币状态控制要求当按下退币按钮时对购买物品后的余额进行除法运算，所得的整数保存到 D1 中，对余数保存到 D2 中，运用 DIV 指令；由每退一张币时间为 1 秒，所以将 D1 与 D2 中的数乘以十分别保存到 D4 和 D5 中，采用MUL 指令；然后采用时间继电器的常闭触点进行控制退币系统的电磁阀把 D4 和 D5 的中的数据用到时间继电器中；当退币完成时 D4 与 D5 中的数据全为零时通过比较，则回到投币状态，对系统进行清零。如DIV D0 K5 D1表示 D0 除以 5 把整数保存到 D1 中，把余数保存到 D2 中；MOV K10 D3表示把数 10 保存到 D3 中；MUL
23、D3 D1 D4表示 D3 与 D1 做积运算把结果保存到 D4 中。维护状态与工作状态是一个互锁过程，按下停止按钮进入维护状态。采用置位指令。图 8.2.9xx 工程物理研究院职工工学院21图 8.2.108.3 程序调试和仿真安装 GX Simulator 后，点击 按钮对梯形图进行逻辑启动测试（如图 8.3.1）。调试主要看给一个条件，能完成一项指令，并且观察寄存器 D0 中的数的变化。发现问题不断修改调试。图 8.3.1图 8.2.1 到 8.2.10 都为调试好了的的程序。9 总结本课题为自动售货机 PLC 设计，主要是自动售货机设计控制要求和程序编辑。设计基本达到了设计目的，完成自
24、动售货机控制设计和主要程序设计。我们的 PLC 课程学习的是欧姆龙 CP1H，而通过课余时间学习三菱 PLC，在学习三菱 PLC 是发现 PLC 其实都是互通的。通过本次做毕业设计后，使我对三菱 PLC 也有一定的认识，从刚初的一无所知到现在已经有了比较深厚的了解。这是我学习上的进步，也是对老师辛勤指导后的肯定。这次设计，让我学习到了很多。其中在编程过程中，是通过不断地调试和修改才能完成一个完整的设计。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。这次设计，对我是一个很大的考验，也是一个很大的学习机会，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满了信心。我也明白了，设计必须建立在实际的基础上
25、。以后要更努力的学习，提高自己。也要多多运用自己所学的知识来运用在实际中，解决实际问题。10 致谢本毕业设计从开始工作到最终的完成都离不开我的指导教师梁林老师的悉心指导和帮助。梁老师的严谨治学态度、渊博的知识、丰富的操作经验、无私的奉献精神使我深受启迪。从梁老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向梁老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。在完成设计的过程中，感谢众多同学和任课教师的热情帮助。最后，衷心感谢各位老师对我的设计进行评审。有不足之处，敬请批评指正。参考文献赵红梅，张军.自动售货机 PLC 控制系统的设计.山东电子.2002.陈志军，张爱琴.自动售货业的现状与我国发展对策.山东社会科学.2003.吴国经.单片机应用技术.中国电力出版社.2004-1.尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用.孙祥冰.电气控制与 PLC 技术应用.中国电力出版社.2008.王雪丽.电气及 PLC 控制技术（三菱）.中国铁道出版社.2011-06-01.龚仲华.三菱 FX/Q 系列 PLC 应用技术.人民邮电出版社.2008.xx 工程物理研究院职工工学院23
