基于plc的饮料自动售货机控制系统设计

基于plc的饮料自动售货机控制系统设计内容摘要：

脉冲输出（ 20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V24V），脉宽调制， PID 控制指令等。 外部设备相互通信，串行数据传送， ASCII code 印刷， HEX ASCII 变换，校验码等。 时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。 我本次设计所选用的是三菱 PLCFX2N32MR。 32 点， 16 输入， 16 输出的。 湖南铁道职业技术学院 10 第 2 章 引 言 PLC 的产生和发展 1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求； 1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器 PDP— 14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称 Programmable，是世界上公认的第一台 PLC。 1969年，美国研制出世界第一台 PDP14； 1971 年，日 本研制出第一台 DCS8； 1973 年，德国研制出第一台 PLC； 1974 年，中国研制出第一台 PLC。 20 世纪 70 年代初出现了微处理器。 人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。 此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC）。 20 世纪 70 年代 中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。 更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、 PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。 世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。 这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为 30~40%。 在这时期，PLC 在处理模拟量能 力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 20 世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。 这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 PLC 的组成 PLC 的组成有中央处理单元（ CPU）、存储器、输入 /输出（ I/O）电路、电 湖南铁道职业技术学院 11 源、编程器等几方面组成。 PLC 的特点 ，编程简单 采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。 另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 ，性能价格比高 一台小型 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。 它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。 PLC 可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 ，用户使用方便 ，适应性强 PLC 产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。 PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。 PLC 有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。 硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。 ，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。 PLC 用软件代替大量电源 输入电路 中央处理单元 CPU 编程器 输出电路 系统程序存储器 用户程序存储器 湖南铁道职业技术学院 12 的中间继电器和时间 继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的 1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场， PLC 已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 、安装、调试工作量少 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 PLC 的梯形图程序一 般采用顺序控制设计法来设计。 这种编程方法很有规律，很容易掌握。 对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过 PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态。 完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 ，维修方便 PLC 的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。 PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故 障时，可以根据 PLC 上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。 自动售货机 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。 它又被称为 24 小时营业的微型超市。 在日本， 70%的罐装饮料是通过自动售货机售出的。 全球著名饮料商 可口可乐 公司在全世界就布有 50 万台饮料自动售货机。 在日本全国各地，共设有 550 万台自动售货机（据 1998 年的统计），销售额达 6 兆 8969 亿 4887 万日元，为世界第一。 在售货机的显示屏幕上进行操作，输入商品号码和购买数量，并投入钱币后，商品就会从取货口出来，甚至从食品自动售货机上还能买到热呼呼的面条和米饭团。 虽然日本的自动售货机总台数低于 美国 （据 1997 年的统计为 689 万台），但是，从人口占有数来看却是世界上最高的，美国平均 35 人占有一台，而日本为 23 人占有一台。 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， 湖南铁道职业技术学院 13 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。 目的和意义 本次设计的主要目的能够实现自动售货机的自动控制系统的 PLC 设计，进一步增强和完善学生自我的创新与动手能力。 主要内容是首先整个控制系统的设计思路，从硬件到软件的资料收集，对一些硬件以及自动售货机内部接线电路都逐一进行了研究学习。 湖南铁道职业技术学院 14 第三章 方案论证与设计 总体方案设计分析 控制系统设计原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。 因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： (1) 最大限度地满足被控对象的控制对象。 设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。 (2) 在满足控制系统要求的前提下，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。 （ 4）考虑到生产的发展和工艺和改进，在选择 PLC 容量时，应适当留有裕量。 方案的选择与设计 继电控制 利用具有继电特性的元件进行控制的 自动控制系统。 所谓继电特性是指在输入信号作用下输出仅为通、断等几个状态的特性。 继电控制也称通断控制。 例如，电炉温度调节中根据炉温是否超过规定值而断开或接通电源。 这种只有通、断两个状态的控制又称双位式控制。 对于继电控制型 伺服系统 ，继电控制是指驱动电源的全部电压按照控制偏差值符号的正负，正向或反向地加到执行电动机上。 为避免正反向之间的持续振荡，在正向和反向之间常设置一个死区。 继电控制中使用的元件并不限于电磁式继电器，也可用别的手段来实现继电特性。 例如，在双位式温度调节中，常采用双金属片作为敏感元件，温度变化时双金属片因两 湖南铁道职业技术学院 15 部分金属的膨胀系数不同而弯曲变形，接通或断开触点。 其他如液压和气动阀等也是具有继电特性的元件。 继电控制 系统的主要分析方法有相平面法和 描述函数法。 继电控制的缺。