基于PLC的自动售卖机控制系统设计

基于PLC的自动售卖机控制系统设计

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/carrott0617/article/details/140203458

本文详细介绍了基于PLC的自动售卖机控制系统设计，内容包括PLC技术介绍、控制系统设计、硬件选型、程序设计和组态设计等。文章结构清晰，内容详实，具有较高的专业性和实用性。

1 绪论

本设计主要研究以可编程逻辑控制器(Programmable logic Controller，PLC)为控制核心的米面自动售卖机控制系统，利用称重传感器来实现系统中所购买粮食数量的实时监测功能，将实时数据送给变送器转化为标准电压信号后传送到PLC，进而由PLC中程序控制直流电机驱动螺旋推送杆实现粮食输送过程，根据实时监测数据来控制螺旋推送装置的启动和停止。系统设有通风装置，由温湿度传感器检测到粮食的温湿度超出预设范围时启动通风装置对粮食进行风干。

下面一起来看一下是如何做的吧！

2 PLC技术介绍

PLC是根据工业生产环境实际控制过程的应用而设计的电子设备，它通过数字量或模拟量信号的输入输出控制各种电路，进而驱动各种装置设备的机械动作和生产过程。PLC具有多种功能，如数据采集、数据处理、逻辑控制、运动控制、通信控制等，可以广泛应用于各种工业自动化领域[3]。

随着工业自动化的不断普及和发展，PLC的应用也越来越广泛。在工业生产过程中，PLC可以实现对生产过程的实时监测和控制，提高生产效率和产品质量；在机器人控制领域，PLC可以实现机器人的运动控制和路径规划，提高机器人的运动精度和效率；在智能家居领域，PLC可以实现对家庭设备的自动控制和监测，提高家庭生活的舒适度和安全性。除了在工业自动化领域的应用外，PLC还可以应用于其他领域，如交通运输、医疗设备、能源管理等。PLC的应用不仅可以提高生产效率和产品质量，还可以减少人为操作和管理的错误和风险，提高生产和管理的安全性和可靠性。

2.1 PLC工作原理

PLC的工作原理与计算机的工作原理基本上大致相同，PLC在确定进行各项任务后，采用循环扫描的工作方式来管理和执行任务。

对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直到遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每个循环称为一个扫描周期。

图 2.1 PLC扫描过程图

2.2 PLC特点

PLC在现代工业控制中应用广泛，主要是因为其具有以下几个特点：

1、抗干扰性强：PLC的I/O系统包含信号调理电路和完善的通道保护，能够有效抵御电磁干扰和其他干扰，确保系统的稳定性和可靠性；

2、结构简单、兼容性强：PLC内部系统结构简单，与其他系统和设备的兼容性强，能够灵活适应不同要求的控制系统；

3、编程易于实现：PLC的编程语言通俗易懂，可以快速实现各种控制功能，减少人工操作和错误，提高生产效率；

4、体积小、操作维护方便：PLC所占体积小，方便安装、操作和维护，可以节省空间和人力成本。

3 自动售卖机控制系统设计

3.1 流程设计

零售机控制系统的总体设计是顾客按下购买键，电机驱动螺旋推送杆给料，称重传感器将实时检测到的重量传送到变送器，变送器将其转化为标准电信号送入可编程控制器PLC，PLC程序将输入的电信号转换成数字量值后判断顾客要购买的数量，再通过程序控制直流电机的工作状态；温湿度传感器检测到储料斗内粮食温湿度超过预设范围时，也将电信号传至PLC，PLC通过程序控制通风装置启动及停止，由此进行粮食自动称重的动态系统，构成闭环控制回路，使系统更加稳定。

3.2 PLC外部接线设计

控制系统的控制核心选用德国西门子公司的S7-300型号的PLC，CPU型号选用CPU315-2 PN/DP型，它集成32个数字量I/O点，其自带220V交流电源转化为24V直流电源模块，使用方便，性价比高。

本设计系统涉及到3路模拟量信号输入和3个数字量开关，在数字量输出端PLC通过开关和程序控制直流电机的动作，而通风装置动作需要由温湿度传感器将模拟量传送给PLC后，PLC通过程序比较温湿度实时值与预设值的大小来完成。在连接直流电机时，虽然PLC可输出24V直流电压，但因其输出电流较小，带不动直流电机和通风装置转动，因此需要在PLC与电机、通风装置间接中间继电器3.3。

3.3 直流电机选型

本设计中的电机选用型号为GW31ZY的直流有刷电机，额定电压为6-24V，额定功率为8W，该电机带有涡轮蜗杆减速的微型马达，还可以通过对调马达接线的正负极改变马达的旋转方向，从而控制电机的正转和反转。

表 3-1 直流电机型号参数表

3.4 硬件设计

自动售货机的传感器系统需要包括称重传感器和温湿度传感器。

在本设计中，称重传感器将被应用于测量顾客购买粮食的实时重量。传感器将安装在称重盘的底部，当称重盘中的粮食重量发生变化时，传感器将输出相应的电信号，通过PLC进行处理。为了保证传感器的精度和稳定性，需要对传感器进行校准和调试。

温湿度传感器用于检测空气、食品等的温度和湿度，把检测到的实时数据按一定规律转换成0-10V标准电压信号输出。

这里传感器的选型可以自行选择符合要求的型号即可。我的选择如下，仅供参考：

称重传感器选用型号为QL601的平行梁单点式，实用性强，应用广泛，其量程为0-10kg，精度等级C3，灵敏度2.0±0.2mV；

温湿度传感器选用RS-WS-V10-2型，具有功耗较低、体积较小、响应速度较快、性价比较高等优点。

除此之外硬件设计部分还需要对变送器、通风装置、螺旋推送杆等进行选型设计。在此不详细介绍，如果有不懂的地方可以私下交流。

4 程序设计

4.1 I/O地址分配

在该系统的功能要求中，涉及到3个数字量输入、2个数字量输出和3路模拟量输入；3个数字量输入分别连接3个按钮开关，2个数字量输出通过中间继电器后连到直流电机和通风装置上。该系统的I/O分配表如表4.1。

表 4.1 I/O分配表

4.2 电机模块程序设计

该系统对电机的控制要求为：按下启动按钮，系统上电，顾客按下购买键，电机运行，并驱动螺旋推杆输送粮食，当称重传感器给出到达顾客购买数量信号后，电机停止转动；若系统出现故障，按下急停按钮，系统断电，电机不再运行。部分程序展示：

4.3 传感器模块程序设计

称重传感器程序图：

称重传感器将检测到的实时重量数据转化为微弱的毫伏电压信号送至变送器，经变送器放大后转换为0-10V标准电压信号后传送给PLC，PLC通过程序将标准电压信号转化为数字量值，经过程序计算出去皮后的实时重量后控制电机的运行状态。

温湿度传感器程序图：

5 组态设计

采用组态王6.55。

组态王6.55在其初期版本功能强大稳定的基础上，根据用户意见增添了丰富的配置接口和大量图形元素等功能，实现了web发布方面的新突破，IE浏览器客户端可通过网络在任一时间地点监测服务器的视频和数据，并便利地向工业现场传送控制命令。

按下启动按钮，温湿度传感器开始检测粮仓内的温湿度，并通过与预设温度的比较来控制通风装置的运行状态，按下购买键，电机驱动螺旋推送杆开始给料，称重传感器检测实时重量来控制电机的运行状态，当系统出现故障时，按下停止按钮，系统停止运行。

按下启动按钮，温湿度传感器检测到储料斗内粮食温湿度超出预设值时，启动通风装置。此时，传感器检测到温度为40℃，湿度为30%，由于温湿度仍旧大于预设值，通风装置将继续运行，对粮食进行降温、风干等处理。

此时，顾客购买重量为10斤,称重传感器检测实时重量也为5kg,因此，电机停止运行，但温湿度传感器检测到温度为24℃，湿度为15%，通风装置继续运行。

在顾客购买商品时，传感器检测到实时重量等于顾客购买重量，并且实时温湿度等于预设值（温度为20℃，湿度为15%）时，电机和通风装置应该全部停止运行。当传感器检测到符合条件的数据时，自动化系统会发送指令给电机和通风装置，使它们停止运行。这样可以避免浪费能源和资源，同时也可以保护环境。

当传感器检测实时重量等于顾客购买重量，实时温湿度等于预设值（温度为20℃，湿度为15%）时，电机和通风装置全部停止运行。

总结

至此，自动售货机控制系统就完成了。系统采用西门子S7-300PLC为控制核心，搭载了螺旋推送杆、称重传感器、温湿度传感器以及通风装置等四个模块。

本设计的优点在于该控制系统操作方便、能耗较低，可以有效避免顾客直接接触散装粮食而造成的卫生安全问题，让粮食购买透明安全并且智能化。

更详细的内容欢迎共同交流学习。包含该系统的具体文字说明和程序