西门子S7-200自动售货机课程设计

电气控制与PLC
课程设计
题目: 自动售货机的控制设计
院系名称：电气工程学院
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目录
1系统概述 (1)
1.1自动售货机的发展 (1)
1.2设计内容 (1)
1.3设计要求 (1)
1.4实现目标 (2)
2 方案论证 (2)
2.1 系统设计的总体思路 (2)
2.2 PLC选型 (2)
3.硬件设计 (3)
3.1系统原理框图 (3)
3.2主电路图 (4)
3.3 I/O分配图 (5)
3.4 I/O接线图 (6)
3.5元器件选型 (6)
4 软件设计 (7)
4.1主流程图 (7)
4.2梯形图 (8)
5 系统仿真与调试 (12)
6 系统调试 (13)
设计心得 (14)
参考文献 (14)
1系统概述
1.1自动售货机的发展
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。

采用可编程控制器实现自动售货机的系统设计，不仅编程方便，而且增强了系统的抗干扰能力。

1.2设计内容
本设计要求用PLC控制自动售货机的运行。

使其能在运算指令的控制下，巧妙地实现投币币值累加，从而自动完成汽水、可乐、咖啡的售货工作。

1.3设计要求
1．自动售货机有3个投币孔，分别为1元、5元和10元。

2．售货共有3种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。

3．如投币总额超过销售价格，将可由退币钮找回余额。

4．投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水。

5．投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶。

6．投币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。

7．按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示
饮料已经掉出。

8．动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元，如果小于10元则直接退1元的。

1.4实现目标
本课题主要的目的是为了通过这次课程设计，使我们了解PLC控制的应用背景，掌握PLC控制系统设计的基本步骤，程序设计的基本方法，理论联系实际，培养分析问题和解决问题的能力。

2 方案论证
2.1 系统设计的总体思路
自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算，然后根据运算结果做出相应的判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买，本次课程设计的要求是可识别三种钱币，分别是1元、5元、10元，计币时用ADD指令进行累加从而得到一个投币总额；采用三个按钮进行模拟，自动售货机共出售三种货物，其价格分别定为12元、15元、20元，当投币数大于等于货物价格时且售货机里有这种货物时，指示灯亮，表示可以进行购买三种货物分别用三个小灯代替进行模拟，余额计算时用SUB指令从投币总额中扣除顾客所消费的币值总额。

除此之外，本次设计还涉及了显示、找零、出货等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，显示投币总数和购买后的余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零，采用当余额大于10元时候，先减10元，然后当余额小于10元时候，再依次减1元直到余额为零，采用SUB指令来实现。

出货时候，饮料所对应的指示灯闪烁3秒来表示出货，采用定时器来实现。

由于售货机的全部功能是在上位机上模拟的，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟替代的这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实售货机的运行。

2.2 PLC选型
S7-200PLC它有四种不同的型号，由于设计要求有9个输入点和10个输出点，
因而选择S7-CPU224最为合适。

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。

3.硬件设计
3.1系统原理框图
本次设计自动售货机系统采用西门子公司S7-200系列的PLC，它可以提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元，其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。

自动售货机系统以PLCS7-200为核心，外部主要就是一些按钮和指示灯。

自动售货机系统原理图如下：
3.2主电路图
本次课程设计的I/O分配图如下
I/O分配图
3.5元器件选型
3.5.1核心模块
CPU采用PLCS7-200系列的CPU224,它可以提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元，其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。

3.5.2控制模块
控制模块采用按钮控制。

通过按钮的通断，来控制自动售货机工作，按钮分为投币按钮，选择饮料按钮，找零按钮。

3.5.3显示模块
显示模块主要是由LED灯的亮灭来表示其动作是否实现。

LED灯分为五类。

一是否
投币，二是否可以购买饮料，三是否售出饮料，四是否找零，五是否需要找零4 软件设计
4.1主流程图
4.2梯形图
5系统仿真与调试
采用S7_200仿真对设计系统进行仿真及调试,采集的图如图所示投入一元的纸币后可退币指示灯亮
当输入的钱的总额大于20元时三种饮料的指示灯都亮
当总额大于20元时，按下咖啡饮料键后则咖啡执行机构动作。

当余额大于10元时则先退10元的纸币
6 系统调试
1.硬件调试：接通电源，连接好电路，检查可编程序控制器工作是否正常，接头接触是否良好。

2.程序调试：按要求输入梯形图，检查编译是否有错误，编译无误后，下载程序。

3.运行调试：使PLC进入工作状态，打开监控，进行监视。

按下I0.3，投币一元，观察是否有余钱的LED灯Q0.7是否点亮。

再按一下I0.3,两下I0.2，共投币十二元，这时候观察可购买汽水的LED灯Q0.0是否点亮，再按一下I0.2,投币五元，共投币十七元，这时候观察可购买花茶和汽水的LED灯Q0.1是否都点亮，再按一下I0.0,投币十元，共投币二十七元，这时候观察可购买汽水，花茶，咖啡的LED灯是否都点亮，如果都符合要求，就进行下一步，开始进行购买测试，按一下I0.6,购买汽水，观察这时候售出汽水的LED灯是否闪烁3秒，可购买咖啡的LED灯是否熄灭，按I0.5，在购买花茶，观察售出LED灯是否闪烁3秒，同时其他灯是否都熄灭。

然后投币三十二元，按I0.4购买咖啡，观察售出咖啡的LED灯是否闪烁3秒，可购买汽水的LED灯是否点亮，可购买花茶的LED灯是否熄灭。

如果都符合要求，接下来进行找钱测试，现在还有余钱十二元，余钱大于十元，故先减十元，当余钱小于十元，再一元一元的减，所以观察是否再按三下后还有余钱，如果没有余钱就表示符合要求。

以上就是我对程序测试，经过几次修改最终达到预定的目标
设计心得
通过此次PLC课程设计使我进一步的对PLC加深了了解，同时通过这个过程也让我对VISIO有了一个认识，总体感觉还是特别的不容易，因为之前对VISIO并没接触过所以走了特别多的弯路，此外也对自动售货机的基本工作原理，当然了在做的过程中也少不了会有些问题出现，通过上网搜以及询问学长学姐最终都得到了解决，从此次设计也懂得了如何独立思考，解决遇到的问题，总之在之后的学习中还要继续努力才行
参考文献
(1)电气控制与PLC应用技术（西门子S7-200系列）何献忠主编
(2)中国地质大学（北京）2011届本科毕业设计（文献综述）
(3)王雯隽.基于Verilong-HDL自动售货机的设计与实现微型电脑应用，2005。