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1、课程设计任务书学生某学号专业方向电力系统班级题目名称基于S7-200PLC自动售货机控制系统设计一、设计的主要内容1.完成控制系统的硬件设计，主要包括：电气元件的选择、电气原理图设计、可编程控制器输入输出接线图设计及控制面板设计等。2.完成控制系统的软件设计，主要包括：程序流程图设计、梯形图程序设计及仿真调试。3.完成课程设计说明书的撰写，主要包括：封面、目录、设计任务书、设计总体思路、硬件设计、软件设计、总结体会、参考文献等。二、设计要求1.自动售货机有6个投孔，分别为一、五、十、二十、五十、一百元。2.售货共有饮料与日用品两种选择。3当投入硬币的总值大于等于物品价值时，对应的物品指示灯亮绿
2、灯。4.当物品对应的指示灯亮绿灯时，按下相应的按键，相应的物品排出，同时指示灯绿灯闪烁。5.当顾客成功购买完一件物品后20秒无操作，自动售货机会自动将余款退还顾客。6.如果顾客投入硬币在限定的时间内（2分钟）不按任何按键，自动售货机将退还所投硬币。7如果顾客投入硬币后又不想买物品，按下退款按键，自动售货机会自动将余款退还顾客。8.找零时顾客可选择币额进行退币。9.当物品不足时，对应的物品指示灯亮红灯，顾客按下相应的按键无反应（不出物品，不减余额），并向总部发送所缺物品。三、设计进度安排第一周星期一 查阅文献资料，了解与设计题目相关的知识星期二星期四 确定控制系统的总体设计方案，完成控制系统的硬
3、件设计星期五至第二周星期二 完成控制系统的软件设计及调试星期三星期四 撰写课程设计说明书星期五 答辩 指导教师签字：目录一、引言1二、设计目的1三、设计任务及要求11 设计要求12 设计任务2四、系统的硬件电路设计21 计币系统22比较系统23 选择系统34 物品供应系统35 退币系统3五、PLC的选型31 PLC的选型原则32 PLC选型4六、硬件外部接线图5七、系统的程序设计61 I/O分配表62 程序设计的流程图73 程序设计梯形图7八、系统仿真与调试17九、设计总结20十、参考文献21一、引言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。它的出现是劳动密集型
4、的产业构造向技术密集型社会转变的产物。消费模式和销售环境的变化，要求新的流通渠道，相对于超市、百货购物中心等流通渠道而言，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。自动售货机的售货领域非常广泛，是发达国家商品零售的一种主要方式。近几年，自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。二、设计目的通过对自动售货机PCPLC控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。三、设计任务及要求1 设计要求1.自动售货机有6个投币
5、孔分别为1、5、10、20、50和100元。2.售货共有饮料和日用两种选择，饮料分为三元、五元、十元；日用分为五元、二十元和三十元。3如果顾客投入硬币在限定的时间内（2分钟）不按任何按键，自动售货机将退还所投硬币。4.当投入硬币的总值等于或超过物品价值时，对应的物品指示灯亮绿灯。5.当物品对应的指示灯亮绿灯时，按下相应的按键，相应的物品排出，同时指示灯绿灯闪烁。6如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时，自动售货机会自动将余款退还顾客。7当顾客成功购买完一件物品后20秒无操作，自动售货机会自动将余款退还顾客。8如果顾客投入硬币后又不想买物品，按下退款按键，自动售货机会自动将余款退还顾客。9找零
6、时顾客可选择退币金额种类。10.当物品不足时，对应的物品指示灯亮红灯，顾客按下相应的按键无反应（不出物品，不减余额），并向总部发送所缺物品。2 设计任务主要内容包括：1.设计出硬件系统的接线图、梯形图等；2运用功能指令进行PLC控制程序设计；3进行系统调试，实现自动售货机的控制要求。四、系统的硬件电路设计售货机的自动控制系统主要包括:计币系统、比较系统、选择系统、物品供应系统和退币系统。1 计币系统当有顾客买物品时，投入的钱币经过感应器，感应器记录1元、5元、10元、20元、50元和100元的个数，通过币值个数的叠加，把最终的钱数放在VD4中。2比较系统投入钱币完毕后,系统会把VD4币值和可以
7、购买物品的价格进行区间比较, 如果投入的钱币不足则指示绿灯不亮，要求继续投入钱币，或者退币。当物品不足时，相应的物品指示绿灯不亮，而红灯亮。当投入的钱币总值超过物品价格时，相应的指示绿灯亮。3 选择系统比较电路完成后选择电路指示灯亮，当按下相应的物品按钮，应的指示绿灯为1秒为周期的闪烁。当相应的饮料取出后，闪烁同时停止。4 物品供应系统当按下物品选择按钮时，相应的物品输出的同时VD4中的数据减少相应币值，8秒后停止。5 退币系统当顾客购完物品后，20秒后无操作，系统将自动退回币值；当顾客需要自行退币时，按下相应的退币按钮即可。五、PLC的选型1 PLC的选型原则1. 最大限度地满足被控对象的控
8、制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC 控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的问题和疑难问题。2. 保证PLC 控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC控制程序不仅能在正常条件下
9、运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和 社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4. 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数
10、和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2 PLC选型S7-200PLC它有四种不同的型号，由于设计要求有25个输入点和13个输出点，因此选择CPU224较为合适CPU224主机数字量I/O点为14输入/10输出共24个；扩展能力强，可连续7个扩展模块，最大扩展至168个数字量I/O点或35路模拟量I/O点；13KB程序和数据存取空间；6个独立的30KHz高数计数器，2路独立的20KHz高数缓冲输出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整体拆卸，是具有将强控制能力的控制器。六、硬件外部接线图 根据设计任务要求PLC主机的硬件接线图如下图所示图1自动售货机外部接线图
11、七、系统的程序设计1 I/O分配表此次设计的PLC控制的自动售货机控制系统的I/O分配表如下表：表一 自动售货机I/O分配表定义功能说明I3.1饮料三元售完按钮I0.0找零(无操作)I3.2饮料五元售完按钮I0.1饮料三元按钮I3.3饮料十元售完按钮I0.2饮料五元按钮I3.4日用五元售完按钮I0.3饮料十元按钮I3.5日用二十元售完按钮I0.4日用五元按钮I3.6日用三十元售完按钮I0.5日用二十元按钮I4.0找一元按钮I0.6日用三十元按钮I4.1找五元按钮I2.0投币一元按钮I4.2找十元按钮I2.1投币五元按钮I4.3找二十元按钮I2.2投币十元按钮I4.4找五十元按钮I2.3投币二十
12、元按钮I4.5找一百元按钮I2.4投币五十元按钮Q0.0显示找零等I2.5投币一百元按钮Q0.1饮料三元灯Q0.2饮料五元灯Q0.3饮料十元灯Q0.4日用五元灯Q0.5日用二十元灯Q0.6日用三十元灯Q2.0饮料三元绿灯（可买）Q2.1饮料五元绿灯（可买）Q2.2饮料十元绿灯（可买）Q2.3日用五元绿灯（可买）Q2.4日用二十元绿灯（可买）Q2.5日用三十元绿灯（可买）Q3.1饮料三元红灯（售完）Q3.2饮料五元红灯（售完）Q3.3饮料十元红灯（售完）Q3.4日用五元红灯（售完）Q3.5日用二十元红灯（售完）Q3.6日用三十元红灯（售完）2 程序设计的流程图根据对自动售货机工作过程的描述，可以
13、设计出自动售货机控制系统PLC程序的程序流程图，如图下图所示。图2自动售货机工作流程图3 程序设计梯形图梯形图语言是在传统电气控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电气控制线路图相似，继承了传统电气控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入、输出形式，具有形象、直观、使用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。自动售货机系统梯形图八、系统仿真与调试当输入金额大于十元时，可购买三种饮料及一种日用品等的显示；及三元饮料可购买的梯形图。当输入金额大于一百元时，可购买三种饮料及三种日用品等的显示；及日用
14、品三十元可以购买的梯形图当输入金额大于80元时，饮料五元缺货时，按下饮料五元按钮时，不出饮料五元，余额不减的梯形图。当输入金额大于97元时，退回余额50元以后的梯形图九、设计总结通过本次论文设计，使我对PLC控制的知识有了更深层次的认识，同时通过多次上机操作，我对计算机的应用能力也有很大的提高，而在论文设计中通过查阅文献，搜集资料，综合分析等方面的训练，使我综合应用各方面知识，分析解决实际问题的能力也得到了很大的提高。在具体的设计过程中，通过老师和同学的帮助和自己的不断摸索，掌握了不少的工程技术方法，同时也培养了自己的工程设计思想，为以后的实际工作打下了一定的基础。十、参考文献1 X晓锋，X静
15、.电气控制与可编程控制技术及应用.：国防工业，2010.2 宋伯生.PLC编程控制指南.：机械工业，2007.3 史国生.电气控制与可编程控制技术.：化学工业，2004.4 X万忠.可编程控制器入门与应用实例（西门子S7-200系列).：清华大学，2007.5 王鑫.PLC机电控制系统应用设计技术.：电子工业，2010.电气控制与PLC课程设计成绩评定表姓 名学 号专业班级课程设计题目： 基于S7-200PLC自动售货机控制系统设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：评 定 项 目评 分 成 绩1.设计方案可行性及其选优（20分）2.设计过程及结果（40分）3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）5.设计报告的规X性、参考文献充分（不少于5篇）（10分）6.答辩（20分）总 分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日
