基于PLC控制的自動售貨機設(shè)計

1、國家職業(yè)資格全省統(tǒng)一鑒定維修電工技師（國家職業(yè)資格二級）文章題目：基于PLC控制的自動售貨機設(shè)計姓 名： 向錫榮 身份證號： 3204046 所在省市： 江蘇省常州市 所在單位： 江蘇省常州技師學(xué)院 目 錄摘要 3第一章 簡介及設(shè)計要求 一、簡介 4 二、工作原理 4 三、設(shè)計要求 5 四、設(shè)計思路 5 第二章 硬件選擇 一、硬件電路組成框圖 6 二、主要硬件選擇 6 (1) 硬幣識別器 7（2）紙幣識別器 7 (3) 電磁閥選擇 8 （4）PLC選擇 9第三章 軟件設(shè)計 一、系統(tǒng)涉及PLC指令簡介 10 二、PLC的I/O分配表 13 三、PLC接線圖 14 四、流程圖 15第四 章程序編寫

2、 一、控制程序設(shè)計思路 16二、部分程序注釋 16 （1）投幣部分 17 （2）價格比較部分 17 （3）選擇商品和送出部分 18 （4）退幣找零部分 19 三、梯形圖 21謝詞 24參考文獻 25 摘 要自動售貨機最早出現(xiàn)在二十世紀五、六十年代的西歐，當(dāng)時在美國的地鐵系統(tǒng)中，人們可以用1美分在自動售貨機上買到一塊口香糖。作為一種全新的零售方式。隨著社會的發(fā)展，自動售貨機也越來越普遍。我國從1999年自動售貨機的進入，由開始的好奇陌生，到現(xiàn)在的習(xí)以為常，并成為了生活中不可缺少的一部分。本文介紹了自動售貨機的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個程序塊，然后分別對程序塊

3、進行編程。具體說明了可編程序控制器在自動售貨機中的作用。程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程。利用三菱FX-2N PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行。 關(guān)鍵詞 自動售貨機 PLC 梯形圖 第一章 自動售貨機的簡介及設(shè)計要求一、自動售貨機簡介自動售貨機是集聲、光、機電一體化的高新智能化產(chǎn)品，在我國也開始得到應(yīng)用。在中國人們可以看到現(xiàn)代化的自動售貨機擺放在一些大商場門口、繁華街道兩旁、公園入口處以及其它熱鬧的場所。自動售貨機在中國有著廣闊的發(fā)展前景。從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費

4、以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應(yīng)運而生了。從廣義來講自動售貨機就是在投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供給的條件看，自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應(yīng)消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。二、自動售貨機工作原理（1）從投幣口送入貨幣，然后經(jīng)

5、過傳感器采集數(shù)據(jù)、識別器判別人民幣的真?zhèn)尾⑴袆e面值。（2）識別器把信息數(shù)據(jù)傳給通信模塊。（3）通信模塊與售貨機的主控系統(tǒng)通信，主控系統(tǒng)顯示面值，啟動售貨機的面板鍵，顯示出哪個貨道有貨，哪個貨道已售完，并等待顧客按鍵選擇商品。 （4）顧客選擇商品后，根據(jù)售出的商品包裝類型的不同，采用不同的驅(qū)動技術(shù)把商品送出。此次設(shè)計的售貨機主要出售易拉罐裝飲料，是利用電磁閥帶動翻版驅(qū)動的。（5）顯示余額，如果金額足夠多，顧客可以選擇找?guī)呕蚶^續(xù)買商品；如果款額不足，售貨機經(jīng)過延時予以退幣。 退幣分兩種情況：一種是由紙幣識別器完成退紙幣，另一種是由硬幣的通信模塊完成退硬幣。（6）系統(tǒng)復(fù)零，完成售貨。三、自動售貨機功

6、能設(shè)計要求1、接受三種面值的貨幣，0.5元、0.1元、5元。一次最多接受金額在100元以內(nèi)，否則報警，并自動退回用戶所投貨幣。 2、在本次設(shè)計中只設(shè)有3種商品，即奶茶、可樂、雪碧，價格分別為4.5元、3.5元、3元。3、可以顯示金額。4、投入金額大于某件商品單價則對應(yīng)的LED指示燈會點亮，選擇該商品時，燈就會閃爍3次，并且數(shù)碼管會顯示，按退幣按鈕退幣。四、自動售貨機設(shè)計思路本次設(shè)計的題目是自動售貨機，主要是應(yīng)用三菱FX-2N型PLC的梯形圖來設(shè)計控制程序，并簡單介紹相關(guān)的知識，如：PLC的編程語言、自動售貨機的硬件組成等。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù)PLC的相關(guān)知識設(shè)計

7、出它的外部接線圖，結(jié)合梯形圖和外部接線圖分析說明該設(shè)計的控制原理過程。本次設(shè)計的重要部分是自動售貨機梯形圖的設(shè)計。首先就得根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和控制要求準確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準確設(shè)計出它的梯形圖，并反復(fù)調(diào)試做到程序無誤。 第二章PLC控制的自動售貨機硬件選擇一、硬件電路組成框圖 當(dāng)售貨機有錢幣投入時，會經(jīng)過硬幣識別器和紙幣識別器，在真幣的情況下將信號送到PLC的輸入端，此時，可以按下各選擇按鈕，選擇按鈕的信號送到PLC后相應(yīng)的輸出端子得電，使輸出繼電器得電輸出飲料。同時七段數(shù)碼管也會顯示出實時的金額提醒顧客。當(dāng)購買完畢按下退幣按鈕退幣。若有顧客忘記退幣，售貨機會自動報警提醒顧

8、客退幣。 二、主要硬件選擇（一）硬幣識別器 1、硬幣識別原理主要識別指標：材質(zhì)、厚度、直徑。 材質(zhì)是用電磁的方式測的，使用空心線圈或磁芯線圈，線圈組數(shù)少的只有一組，多的常見的是六組。工作狀態(tài)下，線圈及其外圍電路會以一個特殊的頻率振蕩（多個線圈的話頻率各不相同），當(dāng)硬幣以垂直或平行于線圈平面的方式穿過時（不同產(chǎn)品方式不同），會引起振蕩頻率的變化。材質(zhì)不同所引起的頻率變化幅度和方向（增加、減少）也不同，對某種硬幣的變化特征進行記錄后，就成為使用中識別該種硬幣的依據(jù)。 厚度是沒有東西專門測的，實際上這個指標是和材質(zhì)一起測。因為即使相同材質(zhì)的硬幣，如果厚薄不同，導(dǎo)致的頻率變化差異也較大。 直徑老式的識

9、別裝置用光電管隊列來識別直徑，排列組合得當(dāng)?shù)脑?，識別精度也不低（可答0.5mm）。新一點的都用偏心或異形線圈來測量，依據(jù)是直徑小的硬幣與線圈的重合部分也少，由此也帶來頻率變化的不同 2、產(chǎn)品型號適用硬幣：直徑18mm-32mm；厚度1.2mm-3.2mm。適用于人民幣。工作電壓：DC+12V 。功耗：靜能0.5mW ；動能0.5W 工作溫度：-20+50 （二）紙幣識別器1、紙幣識別原理 把正常的鈔票在各傳感器接收到的信號進行統(tǒng)計取樣、識別，并寄存起來，作為檢測的依據(jù)。當(dāng)識別紙幣時，把在各通道接口接收到的信號參數(shù)與原寄存起來的信號參數(shù)進行比較、判斷，若有明顯差異時就立即送出報警信號并截停電機，

10、同時送出對應(yīng)的信號提示。 2、型號電壓：DC +12V +-5% 電流：待機0.12A 工作2A工作溫度： 0°C 55°C保存溫度： -20°C 60°C 濕度：30% 85% RH ( no condensation ) 重量：0.8kg 插入方向：任意方向 識別時間：2.5秒（三）電磁閥的選擇 國內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類(即：直動式、分步直動式、先導(dǎo)式)，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個分支小類(直動膜片結(jié)構(gòu)、分步膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)式膜片結(jié)構(gòu)、直動活塞結(jié)構(gòu)、分步活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu)) 。 本設(shè)計主要采用的是直動勢電磁閥。 直動

11、式電磁閥 原理：通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧力把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。特點：在真空、負壓、零壓時能正常工作，但一般通徑不超過25mm。（4） PLC的選擇 目前，自動售貨機的核心是單片機，可是一但輸出電壓不穩(wěn)定，單片機就容易發(fā)熱造成爆裂，可靠性低等缺點，而PLC不但可以實現(xiàn)類似的控制功能，還具有性能可靠、電壓使用范圍廣、靈活通用、易于編程、使用方便等特點，并且提高了自動售貨機系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行；因此近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。所以，本文選擇PLC來控制自動售貨機。此次

12、，我選擇的是三菱FX-2N的PLC。1、PLC的結(jié)構(gòu)目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。PLC控制系統(tǒng)由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。（1）CPU是由

13、控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進行算術(shù)運算和邏輯運算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運算和操作。將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。(2) 存儲器PLC的存儲器分為兩大部分：一部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。二部分是用戶存儲器，包括

14、用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。(3) 輸入輸出接口電路PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。(4) 電源 PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。2、PLC的原理PLC的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。但是PLC也有它自己的特點，PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機

15、，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。 輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。 注釋：本論文設(shè)計的是自動售貨機的軟件部分。 硬件不進行設(shè)計，只是大概的介紹一下主要硬件。第三章

16、 PLC控制的自動售貨機的軟件設(shè)計一、系統(tǒng)涉及PLC指令簡介(1)比較指令 CMP 比較指令在PLC控制系統(tǒng)中是一條十分重要的功能指令，它將S1、S2中的數(shù)據(jù)進行比較，比較結(jié)果送到目的操作數(shù)D中，如下圖所示，當(dāng)X0為OFF時，不執(zhí)行CMP指令，M0，M1，M2保持不變；當(dāng)X0為ON時，執(zhí)行CMP指令，S1、S2中的數(shù)據(jù)進行比較，即C20計數(shù)器值與K100（數(shù)值K100）比較。如果C20當(dāng)前值小于100，則M0=1；如果C20當(dāng)前值大于100，則M2=1；如果C20當(dāng)前值等于100，則M1=1。CMP指令使用說明(2)計數(shù)指令計數(shù)器使用兩條指令完成計數(shù)任務(wù)，其指令編程格式如圖所示計數(shù)指令C的使用

17、說明(3)運算指令 1)加法運算加法運算使用說明加法運算指令是把指定的源元件中的二進制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標元件中，如圖2-6所示。當(dāng)X0為1時，（D10）+（D12）=（D14），運算是代數(shù)運算。 2)減法運算減法運算使用說明減法運算指令是把指定的源元件中的二進制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標元件中，如圖所示。當(dāng)X0為1時，（D10）+（D12）=（D14），運算為代數(shù)運算。(4)BCD指令BCD碼變換功能指令使用說明BCD碼變換指令是將源操作數(shù)中的二進制數(shù)變換成BCD碼送至目標操作數(shù)中，如上圖所示。當(dāng)X0為ON時，將D12中的二進制數(shù)變換成BCD碼送到輸出口Y7Y0中。之后的BCD碼可送到

18、LED七段顯示器顯示D12中的值。2、 PLC的I/O分配表輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸出開始按鈕SB0X0可樂指示燈LEDY100.5元SB1X1雪碧指示燈LEDY111元SB2X2奶茶指示燈LEDY125元SB3X3找錢指示燈LEDY16可樂按鈕SB4X4可樂輸出LEDY14雪碧按鈕SB5X5雪碧輸出LEDY13奶茶按鈕SB6X6奶茶輸出LEDY15退幣按鈕SB9X7退幣出口LEDY17硬幣識別SB10X10七段數(shù)碼管8421Y0Y7紙幣識別SB11X11三、PLC接線圖 四、流程圖第三章 程序編寫一、控制程序設(shè)計思路設(shè)計一臺完整的銷售雪碧和可樂的自動售貨機，具有硬幣識別、幣值累加、自動售貨、自

19、動找錢功能，此售貨機可接受的硬幣為0.5元，1元和5元的紙幣。雪碧的售價為3元，可樂的售價為3.5元，奶茶的售價為4.5元。自動售貨機是臺機電一體化的自動化裝置，在接受到貨幣已輸入的前提下，靠觸摸控制按鈕輸入信號使控制哭啟動相關(guān)位置的機械裝置完成規(guī)定動作，將貨物輸出。用自動控制系統(tǒng)替代現(xiàn)有的人工銷售方式，節(jié)省人力，減少銷售開支，擴大銷售覆蓋面，當(dāng)投入的硬幣總值超過3元時，雪碧指示燈亮，當(dāng)投入的硬幣總值超過3.5元時，雪碧和可樂的指示燈都亮。當(dāng)投入的硬幣總值超過4.5元時，雪碧、可樂和奶茶的指示燈都亮。當(dāng)雪碧指示燈亮?xí)r，按雪碧按鈕，則雪碧從售貨口自動售出，雪碧指示燈閃爍。當(dāng)可樂指示燈亮?xí)r，按可樂

20、按鈕，則可樂從售貨口自動售出，可樂指示燈閃爍。當(dāng)奶茶指示燈亮?xí)r，按奶茶按鈕，則奶拆從售貨口自動售出，奶茶指示燈閃爍。當(dāng)按下雪碧按鈕、可樂按鈕或奶茶按鈕后，如果投入的硬幣總值超過所需的錢數(shù)時，找錢指示燈亮，自動售貨機自動退出多余的錢。動作停止后按退幣鈕，可以退回余額，退回余額如果大于5元，則先退5元，再比較余額如果大于1元，再退1元，如果小于1元則直接退0.5元的。二、部分程序注釋1、投幣部分X0、X1、X2為投幣識別，每識別一次，即X0、X1或X2接通一次，往寄存器D10中累加按鍵代表的相應(yīng)金額，但是在報警和退幣的時候不可投幣，此時M206和M208會分別斷開，此時投幣無效，只有在退幣過程結(jié)束

21、4s后，再投幣方才有效，若在4s內(nèi)投幣則直接退幣。M204在系統(tǒng)上電按下啟動鍵X6后接通后，M205接通時方可開始下一次操作。2、價格比較部分寄存在D10中的貨幣金額和商品的單價相比較，如第一句中如果（D10）>45，則M6=1；（D10）=45，則M7=1；（D10）<45，則M8=1。最后一句用于判斷用戶投幣金額是否大于99，只有當(dāng)（D10）<100時，即M9=1時方可調(diào)用下列程序，否則系統(tǒng)自動調(diào)用退幣程序。當(dāng)投幣金額不大于99時，并且大于相應(yīng)商品的單價時，對應(yīng)的指示燈會點亮，當(dāng)某種商品被選擇后，對應(yīng)的指示燈會以1s為周期閃爍。在退幣時LED燈不在點亮，即M300的常閉觸

22、點斷開。3、選擇商品和送出部分選擇商品部分由三段程序構(gòu)成，分別用來處理汽水，花茶和咖啡的選擇，下面以選擇汽水為例進行詳細說明。汽水的單價為3元，當(dāng)汽水指示燈點亮，即Y10接通時，每按鍵一次汽水選擇按鈕X10 ，系統(tǒng)將把用戶的可消費余額減去3元，如按鍵前數(shù)碼管顯示5.0元，按鍵后則顯示2元，并由M40控制汽水輸出。這里須注意的是按鍵X10時，不可同時按X11，X12，否則，按鍵無效。同樣在商品送出時按選擇商品鍵也是無效的，這里由M30的常閉來實現(xiàn)。 商品的送出由代表該商品的指示燈閃爍4次來表示。當(dāng)選擇該商品后在實現(xiàn)上述處理的同時，將M30置“1”，它的常閉觸點可以屏蔽用戶再次選擇該商品，它的一對

23、常開觸點用于產(chǎn)生四個周期為4s的方波，每個方波的占空比為50%。其波形如下所示。 當(dāng)C0在四次計數(shù)完畢后，釋放M30，并將C0復(fù)位清零。4、退幣找零部分退幣鍵為X7，當(dāng)接通X7后，退幣指示燈Y14亮，以表示系統(tǒng)退幣正在進行中。亮的時間由T14設(shè)置，這里設(shè)置T14=40，就是亮4s。M207的常開在用戶投幣金額大于99元系統(tǒng)自動調(diào)用退幣時接通。退幣時，系統(tǒng)根據(jù)用戶所剩余額進行比較，當(dāng)余額大于或者等于5元時，先退幣面值為5元的貨幣，然后再根據(jù)大于或者等于1元的余額退1元的貨幣，最后再退回0.5元的用戶余額退回給用戶。在按退幣鍵X7后，為保證系統(tǒng)的可靠性，用戶在4s內(nèi)后才可在投幣，即T26的常閉觸點接通M208，而前面已經(jīng)說明M208的常閉觸點可以實現(xiàn)阻止用戶投幣的作用。三、梯形圖結(jié)束語這次所做的自動售貨機將我學(xué)過的理論知識應(yīng)用到實踐，以前在學(xué)習(xí)時不夠清楚如何應(yīng)用所學(xué)知識，對所學(xué)的知識不能很好的融會貫