重庆 课程设计PLC自动售货机.docx

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重庆课程设计PLC自动售货机

题目：

自动售货机设计

游权、姚平、欧飞龙

（重庆理工大学电子信息与自动化学院重庆400054）

摘要：

本文概括介绍了自动售货机的市场发展现状和同发达国家的差距，并简述了自动售货机在未来的发展前景。

详细说明了以PLC为基础的自动售货机的基本原理以及工作流程，把具体交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。

程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。

利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。

关键词：

售货机；自动；PLC；梯形图

第一章绪论

1.1前言

自动售货机在一些发达国家应用非常普遍，在我国的安放和使用，也已经有10多年的时间，但一直没有全面普及。

但是目前市场上仅置放了区区4万余台自动售货机。

作为一种前卫的零售方式，顾客只要投入5元、10元的纸币或硬币，就可以方便地买到诸如饮料、口香糖等小商品。

自动售货机受到了喜欢追逐时尚的年轻人的欢迎。

按现在中国城市人口3.9亿人计算，平均每10000城市人口中才有一台自动售货机，而在日本，平均每25人就拥有一台自动售货机，美国是平均每40人一台，欧洲则是每50到120人一台。

这足以说明我国自动售货机离发达国家还有不小的差距。

国外的成功案例，使自动售货机制造商和运营商信心大增。

目前这个市场已经吸引了国内开发生产商10家，市场运营商40多家。

此外，国外巨头也开始在中国市场排兵布阵。

在日本本土自动售货机市场已趋于饱和的情况下，日本自动售货机行业老大――日本富士电气集团、世界最大的自动售货机运营商日本饮料公司都看好中国的自动售货机市场。

与此同时，美国DeAmertek集团、恒新集团等行业巨头也开始在中国开疆拓土。

未来，自动售货机将成为一个潜在的巨大产业，继百货商店、超市之后掀起第三次零售业革命，其前景非常广阔。

第二章课程设计内容

2.1自动售货机简介

自动售货机（VendingMachine，VEM）是能根据投入的钱币自动付货的机器。

自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。

是一种全新的商业零售形式，又被称为24小时营业的微型超市。

能分为三种：

饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机。

2.2PLC自动售货机的具体要求

本次实习的具体要求为：

（1）自动出售多种货物，按键操作及错误提示有指示灯。

（2）按键选择货物，利用按键模拟5元和10元纸币输入。

（3）系统工作符合一般自动售货机的要求。

（4）具有声音提示和退钱功能。

2.3课程设计的具体内容

具体流程：

总时间12月16日——12月27日。

12月27日完成答辩和设计报告。

2.4任务描述：

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：

首先由顾客投入货币，货币的面值和剩余值由PLC驱动数码管显示），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。

最后经顾客按下商品选择开关（X3/X4）选择，同时PLC控制，使PLC的输出口上有相应的信号输出，若购买完成后货币仍有剩余，则顾客可以通过退币按钮（X10）退币。

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。

大体运行如图2-1：

图2.1自动售货机控制系统硬件组成示意图

说明：

在该机中有两种已经配制好的饮料储液桶（未画出来），一种为汽水，另一种为咖啡。

汽水出口和咖啡出口分别代表由两个电磁阀控制放入杯中的饮料品种的饮料出口。

2.5控制要求

（1）自动售饮料机可投入5元、10元的货币。

（2）所售饮料标价：

汽水——3元，咖啡——7元。

（3）投币总额或现在值显示在7段数码管上。

（4）当投入的硬币总值超过所购饮料的标价时，所有可购买饮料的指示灯均亮，作可购买提示。

（如：

当投入的硬币总值超过3元，汽水指示灯亮；当投入的硬币总值超过7元时，汽水、咖啡指示灯均亮）。

（5）当汽水指示灯亮时，按选择汽水按钮，则排出汽水，7s后自动停止。

在这段时间内，汽水指示灯闪烁。

（6）当咖啡指示灯亮时，按选择咖啡按钮，则排出咖啡，7s后自动停止。

在这段时间内，咖啡指示灯闪烁。

（7）系统根据顾客投入的硬币，判断硬币是否足够，若足够则根据顾客的要求自动售货，投币不足则给出提示（Y24点亮）。

（8）购买饮料后，系统自动计算剩余币值，并根据剩余币值提示可购买的饮料（指示灯亮），并可实现继续购买。

（9）若投入的硬币总值超过所需的钱数（汽水3元，咖啡7元），则找钱指示灯亮,当按退币控制按钮时，退出找回的钱。

（10）在报警系统中，PLC只起到开关连接的作用。

第三章程序设计

3.1系统配置及输入/输出I/O口地址分配

列出I/O口分配表，如表所示：

输入信号

输出信号

名称

代号

输入点编号

名称

代号

输出点编号

1元投币感应器

ST1

X0

显示指示灯

HL1

Y0～Y7

10元投币感应器

ST2

X1

汽水指示灯

HL2

Y10

汽水按钮

SB1

X3

咖啡指示灯

HL3

Y11

咖啡按钮

SB2

X4

汽水电磁阀

YV1

Y12

1元退币感应器

ST4

X5

咖啡电磁阀

YV2

Y13

退币控制按钮

SB3

X10

无币报警控制

YV3

Y14

1角剩余钱币感应器

ST7

X11

没有汽水报警

YV4

Y15

汽水液位感应器

ST10

X14

没有咖啡报警

YV5

Y16

咖啡液位感应器

ST11

X15

售货机遭破坏报警

YV6

Y17

售货机遭破坏感应器

ST12

X16

1角传动电机控制

YV7

Y20

投币不足指示灯

HL5

Y21

退币指示灯

HL4

Y23

假币报警

Y24

图3.1I/O口分配表

3.2控制接线图

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。

3.3系统的流程图

图3.2系统流程图

第四章程序设计

4.1程序内容

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。

4.2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,如果是假币则系统会自动识别（X2为假币识别传感器），并退出纸币,如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮存腔,则在PLC内进行数据运算，并将结果储存在D1中，梯形图如图4.11所示：

图4.1计币部分

说明：

首先运用ZRST指令进行计数器区间复位，然后是假币验证，若是假币则X2常开开关闭合，驱动M24，进而驱动Y20将假币退出；同时X2常闭开关闭合关闭M1/M2，计数器不得电。

若是真币，则X2常闭开关闭合，上升沿驱动M1/M2，进行累加并存放在D1中。

其中：

X0为5元投币，X2为10元投币。

PLS为上升沿触发。

4.3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<3元，则指示灯Y21亮，显示投币不足，此时可以继续投币或退币；若3元≤投币<7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≥7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所示：

图4.2比较部分

说明:

首先用CMP指令将投币值D1与商品售价进行比较，若D1>售价，则相应的指示灯点亮；若D1<售价，则投币不足指示灯（Y21）点亮。

M100和T2的作用？

？

？

4.4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4.3所示：

图4.3选择和饮料供应部分

说明：

M4/M5投币满足后，按下选择按钮X3/X4，则放下相应的饮料，同时启动T0，7s后自动关闭。

若剩余币值为0，且此时按下饮料选择按钮，则无币报警（Y14）输出提示。

4.5余额计算部分

饮料输出的同时减去相应的购买币数，其结果存储在D1中。

梯形图如图4.4所示：

图4.4余额计算部分

说明：

释放饮料同时发出一个上升沿启动M10，进行余额的减法计算，SUB将D1减去售价，结果仍然储存在D1中，此时D1是余额值。

4.6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减去货物售价得到的数已久储存在D1中，此时起动退币电动机，每退一个币D1中的数就自减一，直至D1=0后,退币电动机停止运转。

PLC编程梯形图如图4.5所示：

图4.5退币部分

说明：

X10是退币按钮，按下之后驱动M15，若D1等于0，则驱动M23，关闭M15和Y23；若D1>0，则驱动退币电机Y20，进行退币，具体为：

在T3/T4交替控制下，DECP指令控制D1自减1，以每0.5s的速度进行退币，直至D1=0，同时用SEGL指令将D1的时刻值输出至数码管。

最后当D1=0后将计数器复位。

4.7报警部分

PLC在报警系统中，只起到开关连接的作用，具体梯形图如图4.6所示：

图4.6报警部分

说明：

Y15：

无汽水报警Y16：

无咖啡报警Y17：

售货机遭破坏报警

第五章梯形图程序调试

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。

首先对程序进行全盘熟悉，特别是对相应功能的时序图进行熟悉和对相应功能的熟悉。

逐一按下投币感应器，观察有没有进行对应累加币值，当出现假币时能否正确反映并实现退币和假币提示功能，观察退币输出指示灯（Y20）是否按预计效果闪烁。

投币完成后，按选择按钮，观察饮料释放输出端口是否得电7S，与此同时对应饮料指示灯应该闪烁。

购买完成后若钱有余额，则数码管上应该对应显示，按下退币开关后，剩余货币以一元硬币以每0.5秒一个的速度进行退币，直至所以货币退完。

本自动售货机还设置了报警功能，但仍是用发光二极管模拟功能，报警包括饮料液位不足设定值报警，售货机遭破坏报警，投币不足报警，无币报警。

本程序是在三菱PLC开发软件GX-Developer中进行开发，软件仿真时在GX-Simulator6-c中进行。

通过控制输入信号，观察输出信号来模拟各状态量变化。

程序的调试过程中出现了许多的问题，程序本身也有不足之处，如对假币识别功能的加入，报警功能的加入，投币不足和无币功能的区分。

通过对程序的不断改进将这些问题逐一解决。

最后对照设计控制要求，逐一检验设计功能是否能有效的实现，并进一步对程序进行改进和完善。

总的来说，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，同时留有一定裕量，保证PLC可以进行功能的增加。

自动售货机是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。

自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。

所以说,自动售货机是今后小商品和饮料销售方式的一个很好的发展趋势.它的出现将极大的方便人们购买所需要的小商品。

本次课程设计主要研究的是自动售货机中有关于PLC的部分，通过设计详细了解了零售行业的发展概况，更重要的是掌握了PLC的编程、调试、仿真等完善的开发方法。

为以后的学习工作积累了牢固的知识和可贵的经验。

第六章整体运行梯形图

第七章参考文献

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