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自动售货机(源码+万字报告+实物)

摘 要
自动售货机的应用，不仅可以充分节省人力资源，而且还促进商业贸易发展，给人们的生活带来诸多便利。可编程控制器作为控制系统的大脑，按照工艺说明分析，对各种外部输入信号按照系统的工艺分析结果及程序设计流程，完成系统各项工艺功能的实现，通过上位机系统将当前的状态进行显示和参数设定等控制。按照方案的选择和设备型号的选择，采用的可编程控制器为西门子S7-200 系列，该可编程控制器设计小巧，功能强大，运行稳定。本系统设计首先进行工艺分析，确定该系统设计的工艺控制方案，完成系统硬件部分的型号选择计算以及总体控制方案的设计。在此基础上进行硬件分析和图纸设计，完成工艺流程图的设计以及程序的编写，对上位机进行组态设计，监控系统状态及数据并且根据实际工艺修改当前参数，达到系统可视化的要求。
关键词：可编程控制器；自动售货机；上位机

Abstract
The application of vending machines can not only save human resources, but also promote the development of Commerce and trade, and bring many conveniences to people’s lives. As the brain of the control system, the programmable controller completes the realization of various process functions of the system according to the process analysis results and programming process of various external input signals. The current state is displayed and parameters are set by the upper computer system. According to the choice of scheme and equipment type, the programmable controller is Siemens S7-200 series. The programmable controller is compact in design, powerful in function and stable in operation. The system design first carries on the process analysis, determines the process control scheme of the system design, completes the model selection calculation of the hardware part of the system and the design of the overall control scheme. On this basis, the hardware analysis and drawing design are carried out, the process flow chart design and programming are completed, the configuration design of the upper computer is carried out, the status and data of the monitoring system are monitored, and the current parameters are modified according to the actual process to meet the requirements of system visualization.
Key words: programmable controller; vending machine; Kingview

目录
摘 要 1
Abstract 2
1 绪论 4
1.1 课题研究的目的及意义 4
1.2 自动售货机的设计内容 5
1.3 课题研究的方法和思路 5
2 售货机控制系统的总体方案设计 6
2.1 售货机控制系统的工艺分析 6
2.1.1 自动售货机的工作原理 6
2.1.2 控制系统的工艺分析 7
2.2 PLC的介绍及选型 7
2.2.1可编程控制器的结构 7
2.2.2 可编程控制器的接口电路 8
2.3 售货机控制系统的总体方案确定 11
3 售货机控制系统的硬件设计 12
3.1 可编程控制器的硬件设计 12
3.2 控制电路的硬件设计 13
4 售货机控制系统的软件编程设计 14
4.1 PLC的I/O分配设计 14
4.2 售货机控制系统的程序流程设计 16
4.3 编程软件的介绍 16
4.4 程序的设计及分析 17
4.4.1 初始化设计 17
4.4.2 投币和退币设计 18
4.4.3 商品购买设计 19
5. 自动售货机控制系统的上位机设计 21
5.1 组态软件的介绍 21
5.2 组态王6.55在设计中的应用 22
5.3 运行调试 27
致 谢 29
参考文献 30

1 绪论
1.1 课题研究的目的及意义
自动售货机的使用，在一定程度上减少了人力物力消耗，也让消费者更加方便。在未来的消费市场上使用自动售货机购买商品将会逐步成为消费者购买物品的一种消费形式。
系统设计采用可编程控制器进行程序控制，达到系统工艺控制的目的。在详细了解控制系统的工艺要求的基础上，采用可编程控制器进行系统的硬件设计和软件编程调试，通过程序流程的思路和编程技巧达到系统的工艺目的。可编程控制器可靠性能高、抗干扰性强、经济实用、功能完善、体积小巧、扩展性好等优点，是现代工厂控制系统设计的最佳选择。以往的继电器-接触器电路由于接线线路复杂，电器元件使用较多，触点容易老化，故障排查和解决比较困难，可靠性低等缺点，没法满足现代控制系统的使用要求。根据本课题研究的工艺对象，采用可编程控制器进行系统设计，对本人大学学习期间的总结和实战，在认真学习可编程控制器的硬件手册和软件教程的基础上，完成图纸设计及程序编写和调试，达到系统的工艺要求。详细了解控制系统设计的步骤和方法，认真学习控制系统的调试思路和仿真方法，为后期的设计工作打下基础。
1.2 自动售货机的设计内容
本设计的自动售货机模块需要出售八种商品，分别为康师傅饮料、农夫山泉饮料、加多宝饮料、红茶饮料、绿茶饮料、山楂汁饮料、营养快线饮料、奶茶饮料。模拟投币，投币的面值为五角、一元、五元，当投入的模拟金额不够买东西的单价时，设置一个LED灯亮，提示余额不足。当买完东西还有剩余金额时，有一个控制退币的按键，按下时退币，设置一个LED灯亮，提示退币。
1.3 课题研究的方法和思路
按照自动售货机控制系统的设计内容，详细分析该系统的具体工艺，对要实现的功能进行说明，并明确系统的输入控制部分和输出控制部分，确定控制策略，提出控制方案，对方案进行综合比较，选择最佳设计策略。按照系统选择的最佳策略进行总体分析设计，对可编程控制器进行具体型号选择，对传感器进行具体型号选择，以及其他的控制电气元件的型号。根据选择的设备电气元件型号详细分析总体设计方案，保证工艺控制的基本要求。硬件设计部分进行设计分析，明确硬件设计的基本要求，包括预留扩展、系统安全保护、以及电路的设计详细分析等，使用AUTO CAD软件完成系统的硬件图纸设计，并分析图纸接线的具体设计。软件编程部分进行设计分析，为了方便系统设计和后期调试，进行系统I/O分配的设计，根据系统工艺控制策略以及硬件选型，进行程序流程的设计，详细考虑工艺功能的具体实现，按照程序流程，采用编程软件进行程序的设计编写，完成仿真调试，达到工艺设计的要求。按照设计任务要求，进行上位机组态软件设计，对画面和变量进行编译，通讯协议建立，命令语言编写，达到系统可视化设计的要求。为了保证系统顺利设计完成，详细的设计思路如下几点：
（1）对自动售货机控制系统的资料进行查询，了解详细的控制工艺，对国内外研究现状进行分析，进行系统设计策略分析。
（2）详细分析控制系统的工艺策略，明确工艺控制的信号输入和输出，选择最佳控制策略，并完成与系统相关的电气选型和计算，确定具体的控制方案。
（3）对系统进行硬件设计思路分析，明确图纸设计的具体内容，考虑系统安全保护、预留扩展等，完成硬件图纸设计和接线分析。
（4）按照系统控制策略方案和硬件设计图纸，进行程序流程的工艺分析，对系统的每个功能实现进行程序流程设计，在此基础上完成程序编写和调试，达到控制的要求。
（5）根据系统设计可视化的要求，对上位机进行组态设计，建立通讯协议、编译画面、连接变量，完成组态仿真调试。

2 售货机控制系统的总体方案设计
2.1 售货机控制系统的工艺分析
2.1.1 自动售货机的工作原理
自动售货机的应用比较广泛，原理基本相同，基本原理介绍如下：
（1）首先按投币按钮，经过传感器采集信息数据。 把接收到的信息数据传送到控制模块。
（2）控制系统收到信息之后，启动售货机的按键。进行商品选择。
（3）顾客选取商品后，售货系统把饮料送出。
（4）售货机界面显示余额，余额若大于饮料的单价，顾客还可继续买饮料。
（5）买完饮料顾客按退币按键，监控将重新记录实时数据。
2.1.2 控制系统的工艺分析
（1）自动售货机出售八种饮料；
（2） 自动售货机可以投币五角、1元、5元，如果投入现金总额小于顾客所需的商品价格，机器正常运行，并显示金额不足。
（3）每按下退币按钮一次，退币口的提示灯闪烁5秒钟；
（4）当顾客完成正常投币，选择商品后，取物口对应LED灯闪亮，提醒取物，即完成购买过程。
（5）一次能购买一种商品中的一个，如果需要购买更多商品，需重复操作。
2.2 PLC的介绍及选型
可编程控制器主要应用于工业控制环境，是一种通过数字运算和逻辑控制操作的电子系统。可编程控制器通过专用的编程软件进行设备组态和工艺程序的编制，来实现工业现场逻辑控制运算、顺序功能控制、时间控制、计数控制以及各种数据计算和控制，达到工业现场系统自动化、智能化的工艺控制目的。可编程控制器将先进的自动化控制技术、计算机硬件和软件技术、通信科学技术等多领域的学科融为一起，形成强大的电子控制产品。就当前工业自动化发展趋势而言，可编程控制器是最重要、能够在各种场合下实现控制的工业工控产品。
2.2.1可编程控制器的结构
（1）中央处理单元
中央处理单元也称为CPU，是可编程控制器的“大脑”，CPU可以进行电源自检、硬件组态自检、存储器调用、I/O点的状态调用等。当可编程控制器处于运行状态时，CPU通过循环扫描的方式将现场的信号数据接收，存入相应的输入映象区，然后按照用户编写的程序进行扫描执行程序，将程序运算的结果输出到输出映象区。CPU不断地循环扫描执行程序，直到可编程控制器处于停止状态。CPU的运行速度是非常重要的硬件参数，该参数往往决定着可编程控制器的指令处理能力，I/O数量的计算和软件程序的容量等。
（2）存储器
存储器分为系统存储器和用户存储器，系统存储器主要存放CPU系统的程序，该程序不为用户使用，是可编程控制器的内部程序。而用户存储器可以存放用户编写的应用程序，在可编程控制器运行过程中，用户存储器随时调用参数，达到系统命令执行的目的。
（3）通信接口
通信接口是可编程控制器必不可少的接口，常用的接口有MPI接口，DP接口，以太网接口、RS-232接口/RS-485接口等。可编程控制器通过这些接口可以连接上位机、仪表、变频器等其他单元。
（4）电源
可编程控制器为内部电子系统提供工作电源，为整个系统的稳定安全运行起着非常重要的作用，通常使用的可编程控制器有AC220V交流电源和DC24V直流电源两种。
2.2.2 可编程控制器的接口电路
可编程控制器的输入接口为光耦合电路和微机的输入接口，通过该接口设计，可以达到现场干扰信号隔离、输入接口保护等作用；输出接口主要由数据寄存器、选通电路和中断请求电路等集成，可以将可编程控制器的计算结果进行输出，控制现场的执行机构，完成现场控制干预。对于常用的可编程控制器接口信号分类如下：
（1）开关量：开关量信号主要包括继电器隔离和晶体管隔离两种，有不同等级的电压，在可编程控制器选型时，要结合系统的输入输出信号电压类型，进行选择。
（2）模拟量：按照当前常用的模拟量标准信号，主要分为电压型信号（0-10V）、电流型信号（4-20MA）,对于模拟量信号的输入输出，也有精度之分，常用的精度有12bit、14bit和16bit。也有一些特殊的模拟量接口模块，专用于特殊场合，比如常用的热电偶接口模块、脉冲输入接口模块等。
S7-200可编程控制器具有很高的可靠性能，指令集比较丰富，可以进行各种功能的设计编译，具有强大的通信功能，可以和上位机进行通信，具