学号091401132
《电气控制与可编程控制技术》
课程设计
（2009级本科）
题目：基于S7-200PLC 自动售货机控制系统设计
系（部）院：物理与机电工程学院
专业：电气工程及其自动化
作者姓名：赵春帅
指导教师：张静职称：副教授
完成日期：2012 年12 月14 日
课程设计任务书
学生姓名赵春帅学号091401132
专业方向电力系统班级09级（1）班题目名称基于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 (1)
1 设计要求 (1)
2 设计任务 (2)
四、系统的硬件电路设计 (2)
1 计币系统 (2)
2比较系统 (2)
3 选择系统 (3)
4 物品供应系统 (3)
5 退币系统 (3)
五、PLC的选型 (3)
1 PLC的选型原则 (3)
2 PLC选型 (4)
六、硬件外部接线图 (5)
七、系统的程序设计 (6)
1 I/O分配表 (6)
2 程序设计的流程图 (7)
3 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PC－PLC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
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；及日用品三十元可以购买的梯形图