毕业设计(论文)基于西门子S7200PLC的自动售货机设计.doc
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1、皖西学院本 科 生 毕 业 设 计(申请学士学位)论文题目 基于西门子S7-200PLC的自动售货机设计 作者姓名 高 超 专 业 名 称 自 动 化 指导教师 李强 2013年6月学 生: (签字)学 号:2009210328答 辩 日 期:2013年 6 月 16 日指 导 教 师: (签字)目 录摘要1Abstract11 绪论21.1 课题的选题背景及意义21.2 自动售货机国内外发展现状21.3 本课题研究主要内容31.4 章节安排32 总体方案设计32.1 可选方案32.2 方案比较42.2.1 PLC控制与继电器控制相比较42.2.2 可编程控制器与单片机控制的区别52.3 方案
2、选择53 自动售货机的功能分析53.1 自动售货机的基本功能53.2 自动售货机的控制要求64 自动售货机控制系统的PLC设计74.1 PLC简单介绍74.1.1 PLC定义及特点74.1.2 PLC的基本功能结构和原理74.2 I/O地址分配表84.3 硬件接线图94.4 程序设计104.4.1 软件结构104.4.2 程序设计114.5 软件调试134.6 实验过程及效果分析13结 论15参考文献15附录1 实验设备及运行环境17附录2 梯形图17附录3 西门子S7-200与实物接线图23致 谢24基于西门子S7-200PLC的自动售货机设计摘要: 随着社会的不断进步,PLC与自动控制技术
3、的不断发展,自动售货机与消费者的联系也越来越紧密。本设计以PLC为控制系统,利用西门子S7-200编写系统梯形图。该自动售货机主要由投币、价格比较、找零模块组成,并对各模块进行了梯形图设计,从而实现了自动售货机的计币、价格比较、找零功能。利用PLC设计的自动售货机大大提高了系统的稳定性,保证系统能够长期稳定的运行,具有编程简单、可靠性高、维护方便等优点,有一定的市场应用价值。关键词:自动售货机;西门子S7-200;可编程控制器;编程Design of the Vending Machine Based on Siemens S7-200 Programmable Logic Controlle
4、rAbstract: With the development of science and technology,programmable logic controller (PLC) and automatic control technology has been developing rapidly. The vending machine is more and more closely contact with consumers. This design takes the PLC as control system, and writes the ladder figure o
5、f this design by siemens S7-200. This vending machine is mainly composed of insert coins, price comparisons and gives change, And the ladder diagram design of each module, is use to realize a money of account, price comparisons and gives change .The vending machine can greatly increase the system st
6、ability and ensure that system for long-term stable operation based on PLC, which has a certain market value. Key words: Vending Machine; Siemens S7-200; PLC; Program1 绪论1.1 课题的选题背景及意义随着社会的发展,自动售货机的功能不断提高。同时由于生活水平的提高和生活节奏的不断加快,人们需要一种简捷的消费方式。由于消费场所、环境不断变化,急需一种新的交易方式出现,作为交易最广泛的超市、商店等交易场所,由于占用人力资源和空间资源
7、,交易场所容易受周围环境的限制,因此全新的交易方式自动售货机便出现在人们的生活中。美国、英国等发达国家都把自动售货作为主要的交易方式,同时这些国家把自动售货机运用于各种领域,这种交易方式渐渐被更多消费者所青睐,其功能正向信息化、人性化的方向发展。现在国内市场上的自动售货机只有投币交易方式,这样大大限制了交易的速度,传统的自动售货机已经不能满足人们生活的需求,这要求它的功能更强大、交易更方便,使用简单。因为大部分自动售货机都放置在室外,这样可能造成自动售货机人为损坏或是由于环境原因不能正常工作。资料显示,在我国自动售货机由于人为损坏的比率占到一成,因此对于商家而言解决人为损坏问题首当其冲。自动售
8、货机有助于解决当今社会人力资源不足的现象,占用空间有限、投资小,可以让资源有效充分利用到其他方面,同时可以全天候的运营也是自动售货机最重要的优点。综上所述,把PLC技术运用到新的自动售货机开发,改善其功能和质量,增加自动售货机的交易方式如刷卡式等,这样可以满足不同人群不同的需求。本课题开展的自动售货机设计对推动自动售货机行业的发展和提高我国自动售货机整体技术水平有着重要的意义。1.2 自动售货机国内外发展现状在公元前3世纪出现了世界上第一台自动售货机,当时出现的自动售货机是用于出售圣水的。到了十七世纪,英国出现了用于出售香烟的自动售货机。进入二十世纪后有实用意义的自动售货机出现在日本,当时用来
9、出售邮票和明信片。二战以后自动售货机的使用达到了空前巅峰。1942年我国开始发行1元和5角硬币,这使得自动售货机在我国得到发展1。如今自动售货机在我国使用还不够广泛,因此将自动售货机推广应用到生活中,是一个具有发展潜力的行业2。进入二十一世纪以来,自动售货机开始向高效化的方向发展,现代PLC技术发展已经相当成熟,已被应用于各种控制领域,相信随着科技的进步自动售货机将会有着长足的发展。国内方面,二十世纪末自动售货机在中国出现。目前在很多人流量较大场所如火车站、购物中心、地铁等,自动售货机已经开始出现并有一定的发展。自动售货机不但可以出售物品还可以作为广告的载体。国外方面,日本的自动售货机行业发展
10、已经相当成熟,在日本有二千多种机器型号,可以出售六千多种货物。由于自动售货机可以全天运营,因此,自动售货很受人们的喜爱。近几年,自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。从近两届上海举办的“中国国际自动售货系统及商务自助产品展览会”来看,在国外自动售货机在市场占据主要地位。特别的,在国内一些发达省市,对自动售货机研发的公司却寥寥无几,这和它们的经济实力是不符合的。在英国,国内的银行和信用机构还专门推出了一种自动售货机卡,人们站在自动售货机前,只要把卡轻轻拉一下,就省去了投币的麻烦,使用非常方便。到了2002年,英国持有这种卡的人已经占到全国人口的五分之一以上,由此可见在英国自动售货机的普遍性和受
11、人们欢迎的程度。如今,随着自动售货机在人们生活中的普及,也逐渐的被应用于其他领域。自助服务的内容不再是商品,服务的对象也不在局限于消费商品的顾客。未来的自动售货机必然朝着监控管理智能化、性能多样化的道路发展。1.3 本课题研究主要内容本课题研究主要内容:本设计主要对自动售货机的各个智能模块进行研究设计,包括投币模块、比较模块、找零模块。利用西门子S7-200型PLC软件来设计梯形图,并利用可编程控制器作为自动售货机控制系统的核心。同时描述了PLC的结构特点及其工作原理。根据自动售货机的基本功能和控制要求给出了自动售货机的设计方案。在软件方面主要完成了PLC梯形图的设计,并将本次设计以仿真的形式
12、实现,验证了各个模块的正常功能。最后,指出了本设计目前尚存在的不足之处,为以后继续深入研究作参考。1.4 章节安排本文共分为5章,各章节安排如下所示:第一章 绪论,介绍了本课题的背景及研究意义,介绍了自动售货机的国内外发展现状,并概述了本文的主要研究工作。第二章 总体方案的设计,介绍了本设计可选的三种方案及三种方案的优缺点,并通过比较得出最后选择的方案。第三章 分析了PLC的基本功能和控制要求。第四章 主要介绍了PLC定义及特点、基本结构和工作原理控制系统的设计,包括I/O地址分配表、硬件接线图、程序设计、软件调试和实验过程及效果分析。2 总体方案设计本次设计从自动售货机的控制角度来说可采用可
13、编程控制器控制、继电器控制和单片机控制。2.1 可选方案方案一:可编程控制器控制可编程控制器控制采用可编程的存储器在其内部存储逻辑运算、定时、计数、顺序控制和算术运算等操作指令,.并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。由于计算机每次只能执行一项任务,所以程序的执行是按顺序一次完成各个电器的动作,其逻辑控制关系为内部存储逻辑方式。方案二:继电器控制方式以继电器为核心的继电器控制,把各种继电器、定时器、接触器、及其触点按照一定逻辑关系连接组成的控制系统。控制继电器是一种自动电器,它适用于远距离接通和分断交、直流小容量控制电路,并在电力驱动系统中供控制、保护及信号转换用。
14、控制继电器的输入量通常是电流、电压等电量,也可以是温度、压力、速度等非电量,输出量则是触点动作时发出的电信号或输出电路的参数变化。继电器的特点是当其输入量的变化达到一定程度时,输出量才会发生阶跃性的变化。由继电器控制方式组成的自动售货机其控制逻辑关系为由继电器、接触器硬接线方式。方案三:单片机控制方式单片机系统设计主要包括以下几个方面的内容:控制系统总体方案设计,包括系统的要求、控制方案的选择,以及工艺参数的测量范围等;选择各参数检测元件及变送器;建立数学模型及确定控制算法;选择单片机,并决定是自行设计还是购买成套设备;系统硬件设计:(1)包括接口电路,逻辑电路及操作面板;系统软件设计,包括管
15、理、监控程序以及应用程序的设计,应用系统设计包含有硬件设计与软件设计两部分。(2)系统的调试与试验。2.2 方案比较2.2.1 PLC控制与继电器控制相比较(1) 逻辑控制继电器控制是利用各电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。采用硬接线连接,连接多而复杂,对今后的逻辑修改、增加功能很困难。而PLC中逻辑控制是以程序的方式存储在内存当中,改变程序便可改变逻辑,连线少,体积小,方便可靠。(2) 控制速度依靠机械触点的吸合动作来完成控制的继电器控制系统,工作频率低、速度慢,而PLC采用程序指令控制半导体电路来实现控制,不仅稳定可靠,控制速度也大大提高。(3) 顺序控制继电器控制是利用时间继电器的
16、滞后动作来完成时间上的顺序控制,时间继电器的内部易受环境温度和湿度变化的影响,造成定时的较大误差。而PLC内部是由半导体电路组成的定时器以及由晶体振荡器产生的时钟脉冲计时,定时的精度高。(4) 灵活性和扩展性继电器系统安装后,受电器触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响,系统在今后的灵活性、扩展性很差。而PLC具有专用的输入和输出模块,连线少,灵活性可扩展好。(5) 计数功能继电器控制可实现逻辑功能,但不具备计数功能。PLC内部有特定的计数器,可实现对生产设备的步进控制。(6) 可靠性和可维护性继电器控制使用大量的机械触点,触点在开闭时会产生电弧,造成损伤并伴有磨损,使用寿命短运行可靠性差,不
17、易维护。而PLC采用微电子技术,内部的开关动作均由无触点的半导体电路完成,体积小寿命长,可靠性高3。2.2.2 可编程控制器与单片机控制的区别(1) PLC是单片机之上的产品,单片机是集成电路,这两者之间不具可比性。(2) PLC是单片机应用的特例,单片机可以构成功能各样的应用系统。(3) PLC是工业控制领域的主力军,能够完成强电的逻辑控制和运动控制及PID运算;单片机适用于小型自动控制领域及无线控制领域;体积小价格便宜。(4) 单片机自身保护差,PLC自身保护强。PLC控制抗干扰能力比单片机强,PLC适用于中、大型设备,单片机适用于微、小型设备 。总而言之,它们的区别是使用的领域不同,基本
18、控制原理大体相同4-7。2.3 方案选择综上所述,鉴于PLC功能完善,组合灵活,扩展方便,实用性强,编程简单,安装简单,容易维修,抗干扰能力和可靠性能力都强,环境要求低,易学易用等优点。本次设计采用方案一,以可编程控制器为核心设计自动售货机的控制系统8。3 自动售货机的功能分析3.1 自动售货机的基本功能自动售货机的各种功能和控制要求,给出了完整的自动售货机工作流程图如下图3-1所示,并介绍自动售货机运行系统中所包括的人工操作步骤。本次设计制作的自动售货机利用两个按键进行模拟,可识别两种钱币,分别是0.5元、1元硬币,自动售货机共出售四种货物苏打水、可乐、汽水、咖啡,价格分别为0.5元、1元、
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