plc自动售货机控制系统的设计

自动售货机是可完成无人自动售货的商业自动化设备，它不受任何场地，方便快捷，在我国也越来越普及。传统的自动售货机采用单片机作为控制核心，但这样在输入输出接口上消耗很大。PLC不但可实现类似控制功能，还具有可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。本文设计的是售汽水和咖啡这两种饮料的自动饮料机，它的售货过程是：首先由顾客按下商品选择开关时，然后顾客投入的硬币(投入硬币的面值和剩余值由PLC驱动数码管显示)经过光传感器感应，再由光传感器驱动硬币识别传感器识别硬币（由于能力有限，在识别硬币上不做具体研究）。如果是无效币则使继电器打开阀门，将硬币退出；如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮币腔，并经硬币识别传感器将信号送给PLC。最后经顾客选择，同时PLC控制，使PLC的输出口上有相应的信号输出。若贮币腔内无硬币（红外检测器感应）、饮料的量位小于设定值（红外传感器感应）、售货机遭损，系统就报警【7】。大体运行如图1.1：

图1.1自动售货机控制系统硬件组成示意图

1.1系统描述与控制要求 

PLC 控制的自动售货机系统主要有三个可以感受到投币量的传感器，六个按钮开关（分别为启动按钮、停止按钮、退币按钮、汽水选择按钮、花茶选择按钮 和咖啡选择按钮） 三个指示灯，（分别为汽水指示灯，花茶指示灯和咖啡指示灯）， 和两个七段数码管。传感器用来接收投币信号，传送投币量的多少；按钮开关分 别对系统功能进行控制，当投入的钱币够某一种饮料时，按下这种饮料的选择按 钮时才会有饮料送出，有剩余钱币时，还可以通过按下退币按钮来找回剩余钱币； 三个指示灯分别用来只是哪种饮料可以选择，只有投币量大于或等于这种饮料的 价格时，这种饮料的指示灯才会亮；同时，还有两个七段数码管，用于显示当前 剩余的总钱币。具体对自动售货机的控制要求如下：

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.投币总额或当前值显示在 7 段数码管上。

5.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。 

6.投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示可选择汽水和茶。 

7.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。

8.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。

9.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。 

1.2控制工艺分析

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,采用三个按钮进行模拟, 自动售货机共出售3 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,该种货物的指示灯亮,表示可以进行购买,3 种货物分别用 3 个信号灯进行指示.除此之外,本次设计还涉及了显示,找零等功能的实现, 其中显示部分采用数码管进行显示, PLC 的外围接口由两个 CD4511 连接两个数码显示管,以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。整个系统由三个可以感受到投币量的传感器,六个按钮开关,三个指示灯,和两个七段数码管和两片 CD4511 组成。 

第2章自动售货机的控制系统方案设计

2.1自动售货机系统的硬件组成

PLC的硬件主要由处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中，CPU是PLC的核心；输入单元/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备，其硬件构成图如图2.1。

图2.1 PLC硬件结构图

2.1.1系统的 PLC 的选型

现在世界上PLC的生产厂家有200多家，提供 400 多个品种的PLC供用户 选择，目前我国市场上主要的 PLC 产品有：西门子公司的 S7-400/300/200 系列， 施奈德公司的 momentum 等，还有就是日本的欧姆龙、三菱、松下等公司的产品。西门子公司生产的 PLC 可靠性高，特别适用于大的工业控制系统，造价比较高，对于小型的自动售货机的控制系统来说成本过高。相反，目前我国市场上主流的小型的三菱 PLC 就比较合适，三菱公司生产的小型 PLC 的代表为 FX-2N 系列的 PLC，它具有丰富的内部资源：程序存储器具有 16K 步的最大存储容量，128 种应用指令，还具有 184 点 8 进制编号的输入点数，184 点 8 进制编号的输出点数，普通型，掉电保持性和赋予特殊用途型三种内部继电器，以及状态寄存器、定时器、计数器、数据寄存器、常数与指针等功能与资源。可靠性高，造价低，对于自动售货机的控制中心就特别的合适。因此，本次设计采用的 PLC 为三菱公司生产的 FX-2N 系列单片机。

2.2  I/O分配

输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理的结果送给被控对象，以实现控制目的。本次自动售货机I/O点的分配表如表2-1所示。

表2-1 I/O口分配

本系统是一个小型集中控制系统，PLC选型主要取决于控制系统输入、输出开关信号的数量、用户程序的长短及相关的功能。根据控制要求，I/O点数在48个左右，选择性能价格比较高的三菱FX2n-48MR，其中其输入点为24点，输出点为24点，该PLC为继电器输出型。

了解各个控制对象的驱动要求，分析对象的控制要求，完成PLC硬件结构配置。本设计中，退币按钮、各种饮料按钮和饮料出口（驱动电磁阀）等均为开关量。

根据上述要求，因条件所限输出均用指示灯代替，由此绘制出PLC控制电路接线图，如图2.2所示：

图2.2 控制接线图

第3章 系统的流程图

第4章 程序设计

根据自动售货机控制系统的流程可以知道自动售货机的主要系统包括：计币部分、比较部分、选择和饮料供应部分、余额计算部分、退币部分、报警部分。妨功害能身份证

4.1 计币部分

当有顾客购买饮料时，投入硬币时经过光传感器感应，然后由光传感器驱动硬币识别器识别硬币,如果是假币则系统自动退出硬币,如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮存腔,并经光传感器感应，然后在PLC内进行数据运算，否则认为是假币并退出系统，梯形图如图4.1：

图4.1 记币部分梯形图

4.2 比较部分

投币完成后，系统会将D1内钱币数据和可以购买的饮料价格进行区间比较：若投币<2元，则指示灯Y24亮，显示投币不足，此时可以继续投币或退币；若2元≤投币<3元，则汽水选择指示灯长亮，此时可以选择汽水或退币；若投币≥3元,则汽水和咖啡指示灯长亮,此时可以选择汽水、咖啡或退币。梯形图如图4.2：

图4.2 比较部分梯形图

4.3 选择和饮料供应部分

比较完成后，按下指示灯长亮的选择按钮，相应的电磁阀（Y12或Y13）起动，并且相应的选择指示灯由长亮转为以1s为周期的闪烁直至饮料供应完毕后闪烁停止。当饮料输出达到7s时，电磁阀关断。梯形图如图：

图4.3 选择部分梯形图

4.4 余额计算部分

饮料输出的同时减去相应的购买币数。梯形图如图4.4：

图4.4 余额计算梯形图

4.5 退币部分

    顾客可在购完饮料后，由退币指示灯Y23可知是否可以退币，指示灯亮，则可以退币，当按下退币控制按钮后，数据寄数器D1内的币数除以10，商的整数部分是需要退回1元的个数并储存在D2中；D3的数据除以5，商的整数部分是需要退回的5角钱的个数，并储存在D4中，依次类推选择退币的同时起动3个退币电动机。3个感应器开始计数，当感应器记币的个数等于数据寄存器退回的币数时，退币电动机停止运转。PLC编程梯形图如图4.5：

图4.5 退币部分梯形图

4.6整体运行梯形图

第5章 梯形图程序调试

由于实验室没有相应的实物控制模型(自动售货机)，因此，在调试系统控制程序时，所有的输入信号均用开关信号和复位按钮来代替，所有的输出均用指示灯来表示。调试时，首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线，并仔细检查接线是否有误，特别要注意接线时不能出现短路、断路及反接等情况，否则会造成硬件损坏及人身意外。

开始程序调试：首先将PLC控制程序写入到PLC机器中，再选择监控状态，使PLC处于“RUN”状态，然后逐一按投币感应器（即硬币识别机构用复位按钮信号来表示硬币的输入），观察有没有进行累加币值；或按选择按钮，观察输出指示灯是否按预计效果闪灭（即显示饮料选择提示、饮料送出、送出时间和退币提示），并通过监控状态观察程序的运行过程及输入输出信号、内部描述实际出现的问题及解决方案。对报警部分进行调试，只需给相应的输入端口信号，然后相应的指示灯变亮即可。要对照设计控制要求，逐一检验设计功能是否能有效的实现，并对程序进行改进和完善。例如，调试过程中，发现重复线圈问题，需将程序进行合并，避免重复线圈等等。总而言之，对程序必须要反复调试，不断改进，以获得既完全实现功能，而又简单、严谨性高的PLC控制程序。

课程设计心得

通过一周的 PLC 的课程设计,在自己的努力下,最终完成 FX-2N 系列 PLC 控制自动售货机系统的设计.本控制系统就是充分利用了 PLC,接口电路芯片以 及显示模块.实现了对自动售货机的控制,达到了设计的目的.这次设计的 PLC 控制自动售货机系统的主要内容包括设计出了硬件系统的接线图,梯形图等;并 且系统具有启动,停止功能;运用功能指令进行 PLC 控制程序设计;还进行了 系统调试,实现自动售货机的控制要求. 在设计中运用所学的理论知识,进行自动售货机运行原理设计,硬件系统设 计,软件系统设计,创新设计,提高理论知识工程应用能力,系统调试能力,分 析问题与解决问题的能力.综合运用了所学的知识,理论与实际相结合,提出并 论证设计方案,然后进行软,硬件的设计,制作与调试,最后获得正确的结果. 加深了对所学理论知识的巩固,加强了建立 PLC 控制工业机械和生产过程系统 的整体概念,初步掌握了 PLC 控制工业生产和社会生活的软,硬件开发方法, 为以后进行实际的 PLC 软,硬件应用开发奠定了良好的基础.与此同时,也加 强了我们对问题的分析解决能力, 为以后的毕业设计和毕业后的工作做了充分的 准备. 在本次课程设计中受到老师的耐心指导, 使我们进一步学习到了对问题的整 体把握,学会了分析及解决方法的能力;在此表示衷心的感谢! 

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