基于PLC控制的饮料自动售货机.docx

1、基于PLC控制的饮料自动售货机第1章 引言1.1 自动售货机的理论背景与实际意义自动售货机是可完成无人自动售货,集光、机、电一体化的商业自动化设备。 自动售货机不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h售货,因此深受上班族的欢迎,很多城市的公共场所里面都放置有自动售货机，出售的商品五花八门,从饮料、零食、香烟、糖果,到牙刷、方便面、自动照相机。 近年来,我国的自动售货机行业突飞猛进：在汽车总站、商厦、医院、小区、学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹。 这种方便快捷的购物方式越来越受到人们的青睐，同时也是现代化城市配套设施的需求 传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心,这样不仅会在输入输

2、出接口上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较差。可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller），简称PLC。可编程序控制器是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛地应用。 因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。PLC是以CPU为核心， 综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置， 是现代工业控制的三大支柱（ P L C 、机器人和C A D / C A M ) 之一。P L

3、C 的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的， 可以简单地表述为在系统程序的管理下， 通过运行应用程序完成用户任务。但是P L C 也有它自己的特点, P L C 在确定了工作任务, 装入了专用程序后成为一种专用机， 它采用循环扫描工作方式， 系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。目前，可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保等各行各业。自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐.自动售货机最基本的功能是对投入的货币进行运算,并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品, 并做出相应的反映.因此, 售货

4、机应能够辨识机内包含的商品， 能够对所投入的币值进行累计， 并提供所要购买的商品.当按下选择商品的按钮时，自动 售货机根据投入的币值， 起动电机, 提取商品到出货口, 顾客取出商品， 完成此次交易。它还具有识币系统、货物和货币的传送系统来实现完整的售货功能.1。2 PLC概述可编程控制器以其可靠性高，组合灵活，编程简单,维护方便等独特优势被日趋广泛应用于国民经济的各个控制领域，它的应用深度和广度已成为一个国家工业先进水平的重要标志。由于早期的可编程控制器只是用来取代继电器控制执行逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，因此人们称之为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Cont

5、roller）简称PLC。随着PLC技术的不断发展，目前已能完成以下控制功能（1）条件控制功能条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是批明智PLC的与、或、非指令取代继电器触点串联、并联及其他各种逻辑连接进行开关控制。(2）定时/计数控制功能定时/计数控制功能就是用PLC提供的定时器，计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器.(3）步进控制功能步进控制功能就是用步进指令来实现在有多道工序的控制中，只有前一道工序完成后,才能进行下一道工序操作的控制,以取代由硬件构成的步进控制器。（4)数据处理功能数据处理功能是指PLC能进行数据传递、比较、移位、数制转换、算术与逻辑

6、运算以及编码和译码等操作.（5）A/D与D/A转换功能A/D与D/A转换功能就是通过A/D、D/A模块完成对模拟量和数字量之间的转换。（6）运动控制功能运动控制功能是指通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制.（7)过程控制功能过程控制功能是通过PLC的PID控制模块实现对温度速度，流量等物理参数进行闭环控制。(8）扩展功能扩展功能是通过连接输入/输出扩展单元（即I/O扩展单元)模块来增加输入、输出点数,也可以通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力.（9）远程I/O功能远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程

7、控制、接收输入信号、输出信号。(10)通讯联网功能通讯功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等实现远程I/O控制或数据交换，以完成系统规模较大的复杂控制。(11）监控功能监控功能是指PLC能监视系统各部分运行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行，也可在线调整，修改控制程序中的定时器、计数器等定值或强制I/O状态.1。3 饮料自动售货机设计的主要内容(1)根据饮料自动售货机的控制要求，设计其工作流程（2)饮料自动售货机的PLC选型(3）饮料自动售货机的硬件输入输出设计及外部接线(4）饮料自动售货机的软件设计第2章自动售货机的PLC控制系统设计本章介绍了自

8、动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程.具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。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。2。1饮料自动售货机控制系统功能说明2。1。1 饮料自动售货机的控制要求该自动售货机可投入1元、5元和10元的硬币或纸币，找出1元的硬币和5元的纸币。它提供四种饮料，纯净水、汽水、牛奶和咖啡，其售价分别为2元、4元、5元和8元。控制要求如下:1）当投入的钱币总值不小于2元时,纯净水指示灯亮;当投入的硬币总值不小于4元时,纯净

9、水及汽水指示灯都亮.当投入的钱币总值不小于5元时，纯净水、汽水及果汁指示灯亮；当投入的硬币总值不小于8元时，纯净水、汽水、牛奶及咖啡指示灯都亮，投入钱币后和选择饮料前找钱指示灯都是亮的。2)当纯净水指示灯亮时，按纯净水按钮，则纯净水排出7s后自动停止，这段时间内，纯净水指示灯闪动。3）当汽水指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7s后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪动。4）当牛奶指示灯亮时,按果汁按钮，则果汁排出7s后自动停止，这段时间内，牛奶指示灯闪动。5)当咖啡指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7s后自动停止，这段时间内，咖啡指示灯闪动。6)完成购买或不打算购买的，只要剩余钱币，则找钱指示灯

10、亮,按下找钱按钮,退出多余的钱，10s后自动停止，此时找钱指示灯闪烁。7）当输出某种饮料后,系统自动计算所剩钱币.若大于0元，则找钱指示灯亮；若小于2元，则饮料指示灯全灭；若小于4元,则纯净水指示灯亮,汽水、牛奶和咖啡指示灯灭；若小于5元，则纯净水和汽水指示灯继续亮，牛奶和咖啡指示灯灭；若小于8元，则纯净水汽水和牛奶指示灯继续亮，咖啡指示灯灭；若大于等于8元，则饮料指示灯全亮.8）按下找钱按钮，可将剩余钱币退出，此时找零指示灯闪烁，5s后找钱完成，指示灯灭。2.1.2。饮料自动售货机的外观及工作过程1）饮料自动售货机的外观自动售货机的外观主要分为以下几部分。饮料展示区，价格表,指示灯，按钮，投

11、币口,饮料出口，钱币出口及余额显示屏。饮料展示区主要展示四种商品，即纯净水,汽水，牛奶，咖啡供顾客选择。价格表列出各种饮料的价格。指示灯的亮灭显示可购买的饮料.按钮按下选择饮料.有三个投币口,可投1元，5元和10元。找钱出口可找出1元和5元。其外观示意图如图2-1所示：图2-1 饮料自动售货机的外观2）饮料自动售货机的简单工作过程当顾客投入钱币，售货机首先辨别真伪，然后对其进行累加,根据钱币数量相应的指示灯亮，按下按钮，输出饮料并找零。其工作过程如图22所示.2。1。3.PLC控制饮料自动售货机主要完成的功能（1）检测功能检测投入的钱币的真伪和数量检测顾客选择饮料的种类 检测剩余钱币的数量多少

12、并判断是否需要找钱检测退出的币值(2)控制功能控制饮料指示灯的亮和灭控制商品驱动机构控制退币指示灯的亮和灭控制找钱执行机构2.2 饮料自动售货机的控制系统的硬件设计2.2。1 PLC的选型（1）饮料自动售货机输入输出端的确定根据饮料自动售货机的控制要求及功能，可知其输入输出信号如下：假币传感器：假币传感器检测投入的是否为假币，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。一元传感器:一元传感器用来检测输入的一元硬币的数量,可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。五元传感器：五元传感器用来检测输入的五元硬币的数量,可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。十元传感器：十元传感器用来检测输入的十元硬币的数

13、量，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。纯净水按钮：按下纯净水按钮，表示顾客选择购买纯净水，自动售货机将选择送出纯净水，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。汽水按钮:按下汽水按钮，表示顾客选择购买汽水，自动售货机将选择送出汽水,可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。牛奶按钮：按下牛奶按钮,表示顾客选择购买牛奶,自动售货机将选择送出牛奶，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。咖啡按钮：按下咖啡按钮，表示顾客选择购买咖啡,自动售货机将选择送出咖啡，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。找钱按钮：按下找钱按钮，售货机将执行退币动作,可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。假币指示灯：假

14、币指示灯指示输入的钱币为假币。假币退出继电器：假币退出继电器控制执行机构将假币退出.纯净水指示灯:纯净水指示灯指示顾客投入的币值可购买纯净水。汽水指示灯：汽水指示灯指示顾客投入的币值可购买汽水。牛奶指示灯:牛奶指示灯指示顾客投入的币值可购买牛奶.咖啡指示灯：咖啡指示灯指示顾客投入的币值可购买咖啡。纯净水出货鸡蛋器：纯净水出货继电器线圈执行纯净水的出货。当按下纯净水按钮，PLC主机发出控制信号,纯净水出货线圈控制商品执行机构送出纯净水。纯净水出货继电器可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。汽水出货继电器：汽水出货线圈执行汽水的出货.当按下汽水按钮,PLC主机发出控制信号，汽水出货线圈控制商品执

15、行机构送出汽水.汽水出货继电器可直接连接在PLC主机的数字量输出端口.牛奶出货继电器:牛奶出货线圈执行牛奶的出货.当按下牛奶按钮，PLC主机发出控制信号，牛奶出货线圈控制商品执行机构送出牛奶。牛奶出货继电器可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。咖啡出货继电器： 咖啡出货线圈执行咖啡的出货。当按下咖啡按钮，PLC主机发出控制信号，咖啡出货线圈控制商品执行机构送出咖啡.汽水出货继电器可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。退币指示灯： 退币指示灯提示顾客购买结束或钱币不足,按下找钱按钮，找钱执行机构执行退币动作。找1元驱动继电器: 找1元驱动继电器是在找钱按钮按下后，若剩余钱币小于5则控制执行机

16、构执行退出1元的动作，可直接连接在PLC主机的数字量输出端口.找5元驱动继电器 ：找5元驱动继电器是在找钱按钮按下后,若剩余钱币小于5元则控制执行机构执行退出5元的动作，可直接连接在PLC主机的数字量输出端口.（2）PLC主机的比较选择相对于西门子PLC，西门子的功能比三菱的强大,但三菱PLC更适合用于小型机,更稳定更易上手。大型的设备趋向于西门子，价格昂贵，三菱的较便宜，小型化.其主要特点如下：1）体积小FX1S、FX1N和FX2N系列的PLC的高度为90mm，深度为75mm（FX1S和FX1N系列)和87mm（FX2N和FX2NC系列)，体积小的微型PLC适合在机电一体化产品中使用。其内置

17、的24V DC电源可做输入回路的电源和传感器的电源.2)先进美观的外部结构三菱的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的基本单元、扩展单元和合扩展模块的高度和深度相同,宽度不同。它们之间用扁平电缆连接,紧密拼装后组成一个整齐的长方体.3）提供多个子系列供用户选用FX1S、FX1N和FX2N的外观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大差别。FX1S系列是一种集成型小型单元式PLC，最多30个I/O点，且具有完整的性能和通讯功能等扩展性.如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。 FX1N系列是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。

18、是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。FX2N系列：是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案.4)灵活多变得系统配置FX系列PLC系统配置灵活，用户除了可选不同的子系列外，还可以选用多种基本单元，扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不同功能的控制系统,各种配置都可以得到很高的性能价格比。FX系列的配置就像模块式PLC那样灵活，因为它的基本单元采用整体式结构,友具有比模块式PLC更高的性能价格比。5）功能强,使用方便FX系列的体积虽小

19、，却具有很强的功能。其内置告诉计数器，有输入输出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能，有高速计数器的专用比较指令。其基本单元和扩展单元一般采用插接式的接线端子排，更换单元方便快捷。通过对各输入输出信号的分析可知，该饮料自动售货机系统共有9个数字量输入和13个数字量输出，需22个I/O点。三菱PLC具有结构灵活、传输质量高、速度快、使用范围广、低成本等优点,考虑到留有余量的原则，可选择三菱系列的FX2N-32MR的PLC作为主机。2。2.2 PLC输入输出设备的选择(1）根据对饮料自动售货机的输入输出端的分析确定，其共有9个输入端，13个输出端，对所选用的FX2N-32MR的PLC进

20、行I/O地址分配。如表21所示。表21 饮料自动售货机控制系统I/O地址分配名称地址说明输入信号假币传感器SQ0X0检测钱币的真伪1元传感器SQ1X1检测投入1元硬币的数量5元传感器SQ2X2检测投入5元钱币的数量10元传感器SQ3X3检测投入10元钱币的数量纯净水按钮SB0X4选择购买纯净水汽水按钮SB1X5选择购买汽水牛奶按钮SB2X6选择购买牛奶咖啡按钮SB3X7选择购买咖啡找钱按钮SB4X10选择退币输出信号假币指示灯L0Y0指示投入的为假币纯净水指示灯L1Y1指示投入的钱币可购买纯净水汽水指示灯L2Y2指示投入的钱币可购买汽水牛奶指示灯L3Y3指示投入的钱币可购买牛奶咖啡指示灯L4Y

21、4指示投入的钱币可购买咖啡找钱指示灯L5Y5指示钱币不足假币退出继电器KM0Y6控制执行机构退出假币纯净水出货继电器KM1Y7控制执行机构执行送出纯净水的动作汽水出货继电器KM2Y10控制执行机构执行送出汽水的动作牛奶出货继电器KM3Y11控制执行机构执行送出牛奶的动作咖啡出货继电器KM4Y12控制执行机构执行送出咖啡的动作找1元继电器KM5Y13控制找钱机构执行退1元动作找5元继电器KM6Y14控制找钱机构执行退5元动作2。2。3 饮料自动售货机外部硬件接线图及主电路根据I/O地址分配表,连接各输入输出端子,画PLC硬件接线图，如图23所示。图23 饮料自动售货机控制系统的PLC硬件接线图电

22、机主电路由七台电机组成，分别为控制汽退出假币的电机，控制纯净水出口的电机，控制汽水出口的电机，控制牛奶出口的电机，控制咖啡出口的电机。控制找1元出口的电机,控制找5元出口的电机.如图2-4所示.图24 主电路第3章 饮料自动售货机控制系统的软件设计3。1 饮料自动售货机控制系统的工作流程饮料自动售货机控制系统工作过程主要包括判断钱币的真伪、计币比较显示可买饮料、选择、饮料供应、退币五个步骤。1)判别钱币的真伪当顾客投入的钱币为假币时,假币指示灯亮，驱动假币退出继电器线圈动作将假币退出,5S之后结束。2）计币比较顾客投入的钱币通过传感器，将其存储在寄存器D0中并累加。钱币投入完成后,系统会将寄存

23、器中的钱币数据与可买饮料价格进行区间比较,如果投入的钱币不足，则找钱指示灯亮，要求继续投币或退币。当投入钱币大于等于2元时，纯净水指示灯亮；若大于等于4元，纯净水和汽水指示灯亮；若大于等于5元,纯净水、汽水和牛奶指示灯亮；若大于等于8元，四种饮料指示灯全亮.此时可选择饮料。3）选择饮料比较电路完成后，可选择饮料。当按下按钮时，相应的指示灯闪烁.4）饮料供应当按下按钮时,相应的继电器启动输出所选择的饮料,输出地同时寄存器减去购买的饮料的钱币数。5)退币购买结束后，若还剩余钱币，按下退币按钮，系统会把数据寄存器中的钱币退回。根据对饮料自动售货机的工作过程描述，可以设计出饮料自动售货机控制系统PLC

24、程序的程序流程图。其流程如图3-1所示： 伪 真小于2元 大于4元 大于5元 否 是图31 自动售货机控制系统PLC程序的程序流程图3.2 饮料自动售货机各控制功能的程序设计 1）判别钱币真伪的程序当投入的钱币为假币时，假币传感器感应到一触发脉冲，假币指示灯Y0接通亮,直接驱动假币继电器线圈Y6，将假币退出,5S之后恢复正常。其程序梯形图及指令表如图3-3和表31所示。图33 判断真假币的梯形图程序表341判断真假币指令表2）计币比较系统的程序存储钱币寄存器D0清零.当投入1元硬币时，数据寄存器做加1计算，当投入5元时,数据寄存器做加5计算，当投入10元时，数据寄存器做加10计算.将顾客投入的

25、钱币与购买饮料所需要的钱币进行比较，若小于2元,则找钱指示灯Y5长亮，表示钱币不足；若大于或等于2元，则纯净水指示灯Y1长亮，表示可以购买纯净水；若大于或等于4元，则汽水指示灯Y2和纯净水指示灯Y1长亮，表示可买汽水或纯净水；若大于或等于5元，则牛奶指示灯Y3、汽水指示灯Y2和纯净水指示灯Y1长亮，表示可买牛奶、汽水或纯净水;若大于或等于8元，则咖啡指示灯Y4、牛奶指示灯Y3/汽水指示灯Y2和纯净水指示灯Y1长亮,表示可买咖啡、牛奶、汽水或纯净水.其程序梯形图及指令表如图34和表32所示。图3-4 计币比较系统的梯形图程序图34 计币比较系统的梯形图程序（续）表3-2 计币比较系统的指令表程序

26、中ADD K1 D0 D0表示累加，K1中的数加上D0中的数放到D0中（K1+D0D0）。CMP为比较指令,CMP K2 D0 M0表示将D0中的数与2进行比较，小于2的话放到M0中，等于2放到M1中，大于2放到M3中。3）选择饮料的程序当选择纯净水时，按下纯净水按钮X4，中间继电器M100得电，纯净水指示灯Y1闪烁；当选择汽水时，按下汽水按钮X5，中间继电器M101得电，汽水指示灯Y2闪烁；当选择牛奶时，按下牛奶按钮X6，中间继电器M102得电，牛奶指示灯Y3闪烁；当选择咖啡时，按下咖啡按钮X5，中间继电器M103得电，咖啡指示灯Y4闪烁。其程序梯形图及指令表如图3-5和表33所示.图35

27、计币比较系统的梯形图程序图3-5 计币比较系统的梯形图程序（续)表3-3 计币比较系统指令表4）供应系统的程序当选择纯净水时,M100得电，驱动继电器Y7接通，输出纯净水， 7S之后Y7断开停止供应。当选择汽水时，M101得电,驱动继电器Y10接通,输出汽水， 7S之后Y10断开停止供应。当选择牛奶时,M102得电，驱动继电器Y11接通,输出纯牛奶， 7S之后Y11断开停止供应.当选择咖啡时，M103得电，驱动继电器Y12接通，输出咖啡， 7S之后Y12断开停止供应。其程序梯形图及指令表如图3-6和表34所示.图3-6 供应系统的梯形图程序表3-4 供应系统指令表5）退币系统的程序当饮料输出结

28、束后，寄存器中数据进行减去所用钱币计算（纯净水减2元，汽水减4元，牛奶减5元,咖啡减8元），此时系统自动对数据寄存器D0中的数据进行区间比较。按下找钱按钮X10,若剩余钱币小于或等于4，则Y13得电,找一元继电器Y13接通，驱动找出一元，5S后找钱完成，同时数据寄存器D0进行减1计算，再次对D0中数据进行区间比较。若剩余钱币大于4，则Y14得电，找五元继电器Y14接通,驱动找出五元，5S后找钱完成，同时数据寄存器D0进行减5计算，再次对D0中数据进行区间比较。其程序梯形图及指令表如图37和表35所示.图3-7 退币系统梯形图程序表35 退币系统指令表程序中SUB为减法指令功能，SUB D0 K

29、2 D0表示D0中的数减去2的所得的数送到D0中（D0K2D0)。ZCP为区间比较指令,ZCP K1 K4 D0 M51表示D0中的数小于1时M51得电，大于等于1小于等于4时M52得电，大于4时M53得电。第4章 饮料自动售货机的调试由于实验室没有相应的实物控制模型,，在调试系统控制程序时，所有的输入信号（包括硬币、纸币、假币识别)均用开关信号来代替，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

30、态，使PLC处于“RUN”状态，然后逐一按按钮,观察输出指示灯是否按预计效果闪灭，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.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。结论在目前这种快节奏的社会中，自动售货机深受广大上班族的欢迎,很多城市的公共场所里面都放置有自动售货机,所以本次设计主要设计自动售货机的工作过程。首先从自动售货机的控制要求开始设计,继而确定输入输出,选择PLC，设计线路图及程序。在进行论文的过程中，我再次复习了PLC的相关知识，深入了解了很多的功能指令，对以前不太懂的，不理解的地方都作了研究，也取得了很大

31、进步，并成功的完成了本次设计.本次设计也涉及了很多其他方面的知识，除了学过的专业知识外，还有包括很多软件方面的一些知识，确实收获蛮多的。由于缺乏阅历与实际经验，本次设计还存在许多不足的地方。但是才疏学浅专业知识匮乏的我仍对这方面很感兴趣，相信本次设计会对我的今后生活或工作中会有很大的帮助.以后我会不断学习,不断地充实自己的。致谢本次设计经过了六个月的准备时间,在这期间，自己也是很努力的学习，查资料，用心的设计。虽是这样，发现自己的知识还是很匮乏，大学三年来对各科的专业知识没有透彻的掌握，所以设计的时候更加用心。 自己的努力是必要的，但真正让我成功的完成此论文的是李智明老师，在这里我要特别感谢他。在论文的写作过程中，导师给了我许许多多的帮助.每天要忙着上课，还要帮我们指导论文，尤其是很多同学一起找他的时候，他都是很有耐心,不厌其烦的给我们细心讲解，即使时间很晚