基于plc的自动无人售货机设计

1、 毕业设计(论文)任务书 设计（论文）题目： 基于PLC控制的自动售货机设计基于PLC控制的自动售货机设计摘 要 研究开发基于PLC的自动售货机，售货机的主要组成部分包括钱币识别系统，找零系统，商品驱动机构，商品贮存装置以及控制系统。钱币识别系统将钱币转化为信号并交给PLC处理，通过PLC完成钱币的加减找零。用户投足币并选择产品，PLC通过程序控制以及外部元件动作完成自动售货的整个过程。考虑产品总数，设定面板样品以及按钮预留位置。设定自动售货机内部储物通道数量，根据储物通道数量统计商品驱动装置数量。总体统计PLC输入点输出点大致使用数量，设定PLC输入点与钱币识别信号、按钮等的对应关系，输出点

2、与指示灯、马达、继电器、找零器等的对应关系。使用S7-200编程软件完成程序编写，使用AUTOCAD设计PLC控制柜，设计自动售货机整体机身以及内部构造，设计电气图。 关键词：智能抢答器,PLC,顺序功能图,梯形图,I/O点的分配 DESIGN OF VENDING MACHINE BASED ON PLC CDNTROLABSTRACTResearch and development of PLC-based vending machine . Integral part of vending machine consist of coin identification system, ch

3、ange system, the driving mechanism of goods, product storage equipment, and a control system . Coin recognition systems change coins into signal and abandon PLC to dispose .Completed the addition and subtraction of coins via PLC. Users put enough coin into vending machine and select products. PLC co

4、ntrol the whole automatic sell process through the programming and exterior organ. Consider all products to setting the buttons of the goods samples .Set the number of channels to keep in storage of the vending machine. Statistics the number of goods power plant according to the number of channels.

5、Overall statistics PLC input and output points roughly and set the correspondence between the PLC input point and the coin identification signal、buttons and so on. The correspondence between output point and the indicator、motor、relay、give change and so on .Complete the programming use the S7-200 sof

6、tware .Design the PLC control cabinet、vending machine and Electrical diagram use the AutoCAD software. KEYWORDS :IntelligentResponder，PLC ,Sequentialfunctionchart，ladder，I/Opointofthedistribution目录前言3第一章 自动售货机简介41.1 自动售货机的简介41.2 采用PLC控制售货机的原因51.3 自动售货机的功能61.4 自动售货机工作原理71.6自动售货机前景分析8第二章PLC的概述921 PLC的

7、选型原则102.2 PLC的产生112.3 PLC的定义122.4 PLC的简介132.5 PLC的工作原理132.6PLC的循环扫描工作132.7PLC的编程语言152.8PLC的特点152.9PLC的硬件组成16第3章 自动售货机PLC控制设计方案研究183.1工控机自动售货控制系统183.2可编程序控制系统设计的基本原则183.2.1 控制系统设计原则183.2.2 控制系统设计的基本内容193.2.3 PLC控制系统设计的一般步骤及内容203.2.4 程序设计的步骤203.2.5 编写梯形图的注意事项223.3 自动售货机设计的基本思路223.4 自动售货机设计的主要内容22第四章 自

8、动售货机的PLC程序设计244.1.1试验状态假设244.2 分步程序设计244.2.1 PLC程序设计244.2.2设计274.3自动售货机的软件设计284.3.1定时器294.3.2数学运算指令294.4PLC各I/O地址分配294.5什么是梯形图（LAD）304.7自动售货机设计的梯形图304.9调试结果、调试中出现的问题及解决方法404.10 自动售货机的相关说明414.11 自动售货机的外部接线图41致谢44参考文献45 前言 自动售货机的出现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。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货

9、购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。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。现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能

10、型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约1015的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。因经济复苏缓慢，社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。自动售货机不仅保障了惬意的工休时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。特别是在24小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机，解决了不间断提供咖啡饮服务的问题，这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。 第1章 自动售货机简介1.1 自动售货机的简介 据

11、说世界上最早的自动售货机出现在公元1世纪， 那是希腊科学家希罗为教堂发放圣水设置的投币式圣水出售机。17世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。日本第一台自动售货机是1904年问世的邮票明信片自动出售机，它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。1925年美国研制出售香烟的自动售货机，50年代，喷水型果汁自动售货机大受欢迎，果汁被注入在纸杯里出售。1967年，100日元单位以下的货币全部改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。现代自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而异，主要有食品、饮料、香烟、邮票、车票、日用品等自动售货机。售货机由钱币装置和售货装置两部分组成。钱币装置是售货机

12、的核心，其主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额；售货装置是售货机的根本，售货装置的可靠性关系到运营商与用户的利益，售货装置接收出售指示信号，把顾客选择的商品送至付货口。贮藏装置保存商品，指示装置用以指示顾客所选商品的品种。自动售货机是一种全新的商业零售形式，是商业自动化的常用设备，20世纪70年代自日本和欧美发展起来，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，省时方便快捷，又被称为24小时营业的微型超市。见图1-1图1-1.自动售货机1.2 采用PLC控制售货机的原因价格仅是选择PLC品牌的一个因素，而可靠性是选择时需要考虑的又一个因素。从设计、

13、生产周期长短考虑，不论是老设备改造，还是设计新的生产机械设备，毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至希望能够边设计、边安装、边调试和生产，特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。这无疑给企业增加了活力，提高了经济效益。如果把这些要求得以实现，继电器或半导体都不能满足，而PLC则完全可以实现。这是因为若用PLC不必改动外部设备接线，只要在软件上做文章就可以了。也就是说只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这既经济又简捷，可以达到事半功倍的目的。众所周知，目前我国75%的生产机械设备

14、，都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。而采用PLC控制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中去，需要加工哪个产品的程序，操作人员可以随时调用，这既方便、简单又可保密。开发这种软件对优化生产过程，提高产品数量和质量，提高劳动生产率，非常具有实际意义。仅此一点也深受生产及设计者的欢迎。在现在科技成果迅猛发展

15、的今天，市场经济的竞争就是利用最小的投资获取最大的利润，为了使人们在生活购物中得到方便，就出现了自动售货机。对于一台自动售货机，如果采用电力机械来进行控制，会造成售货机有用价值空间少，浪费不必要的动力资源；如果采用液压系统控制，由于液压系统控制要求技术高，各种阀体和设备的组装较高，反应速度相对较慢，用于控制售货机的经济价值消费高，从利润价值观来考虑不适宜用于控制售货机。采用单片机作为控制核心，这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较差。但是PLC（即可编程序控制器）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，它不但可实现类似控制功能，还

16、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。可以看出，采用PLC对自动售货机控制系统进行控制可以提高系统的稳定性和可靠性，这在现代化商业社会的今天尤为重要。1.3 自动售货机的功能在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有8种商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格

17、为2元，02商品为3元，其余类推。现投入1个1元硬币，当投入的货币超过01商品的价格时，01商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同此。当按下选择01商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机，提取01号商品到出货口。此时售货机继续等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。自动售货机的工作流程图如图1.2所示。图1-21.4 自动售货机工作原理本文设计的是售可乐、绿茶和奶茶三种饮料的自动饮料机，它的售货过程原理是：(1) 从投币口送入货币，然后经

18、过传感器采集数据、识别器判别人民币的面值。(2) 识别器把信息数据传给通信模块。(3) 通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个通道有货，哪个通道已售完，并等待顾客按键选择商品。 (4) 顾客选择商品后，根据售出的商品包装类型的不同，采用不同的驱动技术把商品送出。(5) 显示余额，如果金额足够多，顾客可以选择退币或继续买商品；如果款额不足，售货机经过延时予以退币。 退币时是采取由大额面值到小额面值输出钱币的顺序。(6) 系统复零，完成售货。1.5自动售货机设计思路本次设计的题目是自动售货机，主要是应用三菱FX-2N型PLC的梯形图来设计控制程序，并简单介

19、绍相关的知识，如：PLC的编程语言、自动售货机的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据PLC的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。1.6自动售货机前景分析自动售货机是现代社会中的一种商务工具，2004年以后，中国的自动售货机产业实现了快速增长，奥运会和世博会为自动售货机市场带来了巨大商机，2008年后进入了发展期，自动售货即将在中国零售业掀起继百货商店、超市之后的第三次零售业革命。现在，中国自动售货机市场已经进入了发展期。另外，各个大型城市的改造使得很多小店小铺消失，同时随着金融支付手段的增多，IC卡、手机移动支付等技术使

20、自动售货机提供便利服务成为可能，这些自动售卖平台的创新模式无疑为国内的自动售货业迅速成长创造了条件。2009年中国自动售货机产品专项调研及未来五年投资分析预测报告是结合自动售货机产品历年供需关系变化规律，对自动售货机产品内的企业群体进行了深入的调查与研究，采用定量及定性的科学研究方法撰写而成的。对我国自动售货机产品的市场环境、生产经营、产品市场、品牌竞争、产品进出口、行业投资环境以及可持续发展等问题进行了详实系统地分析和预测，并在此基础上，对行业发展趋势做出了定性与定量相结合的分析预测，为企业制定发展战略、进行投资决策和企业经营管理提供了权威、充分、可靠的决策依据。报告数据主要采用国家统计数据

21、、海关总署问卷调查数据、商务部采集数据等数据库，其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，进出口数据主要来自海关及商务部，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。第二章 PLC的概述21 PLC的选型原则 当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。一方面要选择多大容量的PLC ,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点

22、的类型非常关键，如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用最多，对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。 对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：1.规模要适合 输入、输出点数以及软件对PLC功能及指

23、令的要求是选择PLC机型规模大小的重要依据。首先要确保有足够的输入、输出点数，并留有一点的余地（要有10%的备用量）。如果只是为了实现单机自动化，或机电一体化产品，可选用小型PLC。如果控制系统较大，输入、输出点数较多，被控设备较分散，可以选用中型或大型PLC。还应确定拥护程序存储器的容量。一般粗略的估计方法是：（输入+输出）（1012）=指令步数。特别要注意因控制较复杂，数据处理量较大，可能出现存储量不够的问题。2功能要相当，结构要合理对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能满足要求。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，应选用带A/D、D/A转换，加减运算、数据传送功能的低档机

24、。对于控制比较复杂，控制性能要求较高的系统，例如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体式结构PLC。其他情况则选用模块式结构PLC。3输入、输出功能及负载能力的选择选择哪一种功能的输入、输出形式或模块，取决于控制系统中输入和输出信号的种类、参数要求和技术要求，选用具有相应功能的模块。为了提高抗干扰能力，输入、输出均应选用具有光电隔离的模块。对于输出形式，分为无触点和有触点两种形式。无触点输出大多使用大功

25、率三级管（直流输出）或双向可控硅（交流输出）电路，其优点是可靠性高、响应速度快、寿命长，缺点是价格高、过载能力差。有触点输出是使用继电器触点输出，其优点是使用电压范围宽、导通压降损失小、价格便宜，缺点是寿命短、响应速度慢。此外，还应考虑输入、输出的负载能力，要注意承受的电压值和电流值。应该指出的是，输出电流和导通负载电流值是不同概念。输出电流值是指美意个输出点的驱动能力。导通负载电流值是指整个输出模块驱动负载是所允许的最大电流值，即整个输出模块的满负荷能力。4使用环境条件在选择PLC时，要考虑使用现场的环境条件是否符合他的规定。一般考虑的环境条件有：环境温度、相对湿度、电源允许波动范围和抗干扰

26、等指标。2.2 PLC的产生 20世纪20年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差. 20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更

27、新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：（1） 编程方便，可现场修改程序（2） 维修方便，采用插件式结构（3） 可靠性高于继电器控制装置（4） 体积小于继电器控制盘（5） 数据可直接送入管理计算机（6） 成本可与继电器控制盘竞争（7） 输入可以是交流150V以上（8） 输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等。（9） 扩展时原系统改变最小（10） 用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车

28、装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。2.3 PLC的定义PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.4 PLC的简介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（PLC

29、、机器人和CAD/CAM）之一。目前，世界上生产PLC的主要厂家有65个，其中最有名气的厂家在日本、美国和德国。日本的几个厂家为三菱、富士、日立、东芝、横河、立石、光洋、夏普等公司。美国的几个厂家为德州食品公司、通用电器公司、歌德公司、数字设备公司等。还有德国的西门子，荷兰的飞利浦，香港的鹰达等公司也是很有名气的。 2.5 PLC的工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。PLC通电后，首先对硬件和软件作一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图2-1）。但是PLC也有它自己的特点，PLC在确定了工作

30、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。2.6PLC的循环扫描工作对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按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顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图2-2所示。（1）输入刷新阶段 在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。（2）程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条

31、执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。（3）输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。PLC的扫描全过程： 2.7PLC的编程语言PLC为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常有以下5种：梯形图（LAD）、语句表（STL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构文本（ST）。2.8PLC的特点（1）抗干扰能力强，可靠性好 I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考

32、虑。（2）控制系统结构简单，通用性强 PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。（3）编程方便，易于使用 PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。（4）功能完善 在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。（5）设计、施工、调试、的周期短 PLC采用模块化积木式结构，故仅需按性能、容量等选用组装，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。（6）体积小，维护操作方便 PLC体积小，质量轻，便于安装。（7）易于实现网络化 PLC可连成功能很强的网络系统。（8）可实现三电一体化 PLC将电控（逻辑控制）

33、、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体。S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200CN系列出色表现在以下几个方面：-*极高的可靠性-*极丰富的指令集-*易于掌握-*便捷的操作-*丰富的内置集成功能-*实时特性-*强劲的通讯能力-*丰富的扩展模块-S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业

34、及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：-*冲压机床-*磨床-*印刷机械-*橡胶化工机械-*中央空调-*电梯控制-*运动系统本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能

35、更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些4复杂的中小型控制系统。2.9PLC的硬件组成PLC的硬件主要由中央处理器（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：图1-3第3章 自动售货机PLC控制设计方案研究3.1工控机自动售货控制系统工控机即工业控制计算机，但现在更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑，英文简称IPC。工程机通俗的说就是专门为工业现场设计的计算机。而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的

36、电磁力干扰等特点，而一般工厂均是连续作业，一年中一般没有休息时间。因此，工控机与普通计算机相比有以下特点1）机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2）机箱内有专用底板，底板上有IPC和ISA插槽。3）机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。4）要求具有长时间工作能力。对于工控机作为自动售货机控制系统，由于自动售货控制系统的环境相对工业控制的环境要好的多，而且自动售货控制系统对连续工作的能力要求不是很高。用工控机设计自动售货机控制实属大材小用。而且工控机的价格较同层次的PC机偏高，这样就增加了系统的成本，降低了整体的性价比。3.2可编程序控制系统设计的基本原则3.2.1 控制系统设

37、计原则 设计任何一个PLC控制系统，如同设计任何一种电气控制系统一样，其目的都是通过控制被控对象（生产设备或生产过程）来实现工艺要求，提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则。(1) PLC控制系统被控对象最大限度地满足工艺要求。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。(2) 在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。（3）保证控制系统的安全、可靠。（4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在配置PLC硬件设备时应适当留有一定裕量。3.2.2

38、 控制系统设计的基本内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括以下内容：（1）选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。（2）PLC的选择。 PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择PLC，应包括机型选择、容量的选择以及I/O模块的选择、电源模块的选择等。（3）分配I/O点，绘制I/O连接图。（4）设

39、计控制程序。包括控制系统流程图、梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。因此，设计的控制程序必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。（5）必要时还需设计控制台（6）编制控制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表。传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。在PLC控制系统中，这一部分图统称为“硬件图”。它在传统电气图的基础上增加了PLC部分，因此在电气原理图中应增加PLC部分的I/O连接图。另外，在PLC控制系统中的电气图中还应包括程序图（梯形图），通常称它为“软件图”。向用户提供“软件图

40、”，可便于用户在生产发展或工艺改进时修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。3.2.3 PLC控制系统设计的一般步骤及内容（1）根据生产的工艺过程分析控制要求,需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期、单步等）。（2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。据此确定PLC的I/O点数。（3）选择PLC机型及容量。（4）定义输入、输出点名称，分配PLC的I/O点，设计I/O连接图。（5）根据PLC所要完成的任务及应具备的功能，进行PLC程序设计，同时可进行控制台的设计和现场施工。3.2.4 程序设计的步骤（1）对于较复杂的控制系统，需绘

41、制系统控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，也可以省这一步。（2）设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。（3）根据梯形图编制程序清单。（4）用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。（5）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。（6）待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检查接线，直到满足为止。（7）编写技术文件。（8）交付使用。 控制系统设计步骤流程图如图4所示。 图3-13.2.5 编写梯形图的注意事项 （1）

42、输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。 （2）梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段，可以通过特殊内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。（3）在程序中，不允许同一编号的线圈两次输出。（4）不允许出现桥式电路。程序的编写顺序应按自上而下、从左止右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大右小”。3.3 自动售货机设计的基本思路自动售货机的基本功

43、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，那种商品不能购买，本次设计的要求是可识别三种钱币，分别是1元、2元、5元，采用三个按钮进行模拟，自动售货机共出售四种货物，其价格分别定为1元、3元、4元、6元，当投币数大于等于货物价格时且售货机中有这种货物时，指示灯亮，表示可以进行购买，四种货物分别用四个小灯代替进行模拟。除此外，本次设计还涉及了显示、找零、送货等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，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，采用从高到低的形式进行清零。3.4 自动售货机设计的主要内容1.此自动售货机可以投入五

44、角、一元的硬币；2.如果顾客投入硬币在限定的时间内（2分钟）不按任何按键，自动售货机将退还所投硬币；3.当投入硬币的总值等于或超过物品价值时，对应的物品指示灯亮绿灯；4.当物品对应的指示灯亮绿灯时，按下相应的按键，相应的物品排出，同时指示灯绿灯闪烁；5.如果顾客投入硬币总值超过所选物品的价值时，自动售货机会自动将余款退还顾客；6.当顾客成功购买完一件物品后20秒无操作，自动售货机会自动将余款退还顾客；7.如果顾客投入硬币后又不想买物品，按下退款按键，自动售货机会自动将余款退还顾客；8.找零时顾客可选择退一元的还是五角的；9.当物品不足时，对应的物品指示灯亮红灯，顾客按下相应的按键无反应（不出物

45、品，不减余额），并向总部发送所缺物品。第四章 自动售货机的PLC程序设计4.1自动售货机的设计过程分析4.1.1试验状态假设在设计之前先得构思一下，要设计的自动售货机该有的系统的控制要求。构思如下； 自动售货机只售3种商品。 自动售货机可识别5元、1元。 实验中售货机忽略了各种故障以及缺货等因素。4.1.2一次交易过程分析为了方便分析，我们以一次交易过程为例。 先是进行对投币的记数，把投进的不同面值的货币进行统计并存放到PLC中。 价格与所投的货币比较，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。 在有操作显示的条件下，进行对商品选购的操作。 选购操作进行同时，同时PLC

46、自动进行余额的处理，并对所选商品进行提取。到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。4.2 分步程序设计4.2.1 PLC程序设计自动售货机系统主要包括：记币系统、比较系统、选择系统、提货系统，还有就是其他的运行监控系统和报警系统。 1.记币系统当有顾客购买时，每投入一次钱币都得经过感应器进行真假监辨后，再给PLC进行计币的指令。当发现伪币时，感应器不给PLC累计投币值的指令，同时自行退出伪币。而当PLC接收到感应器传来的记币的指令时，PLC自动把接收来的货币对应的数据累加到寄存器D0中。2.价格比较系统价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，提示可以

47、购买。投币完成后，系统会将D0内钱币数据和可以购买的饮料价格进行比较：当投币2元，则没有可购买的商品指示灯亮，表示所投钱币不能购买任何东西，此时可以继续投币或退币；只有投币在2元或以上时会见到汽水选择的指示灯长亮，此时可以选择购买汽水或退币；同样，大于3元的就有果汁的选择显示，3元就出现咖啡的选择显示，此时都是可以选择购买或退币。3. 选购商品系统当投入的币值可以购买某种商品时，即商品下相应的指示等亮了，按下相应的“选择”按纽即可在出货框中出现该种商品，同时消费显示栏中显示出扣除已经消费掉的金额的余额币值，接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续购买。 若余额还能符合上面比较过程的条件时，相应

48、商品的指示灯还会亮的，不然灯不亮了。4.提货系统 送出机构的工作原理本文所设计的罐体送出机构主要由槽轮、推拉杆、推拉销、直线步进电机和前后两边侧板构成 ,其中槽轮上槽弧的半径为罐体的半径 ,货道宽度为罐体的直径.如下送出机构示意图 5所示.图4-1送出机构主要通过直线步进电机带动推拉杆和推拉销 ,促使槽轮绕着转动中心作往返转动.直线步进电机运作一次 ,使槽轮上下各摆动一次.同时 ,在前后两边的侧板上有导向槽 ,推拉销在导向槽内来回运动 ,导向槽的作用是限定推拉杆的运动方向和槽轮摆动角度。送出机构的工作过程如图所示 ,自动售货机正处在待售状态下 ,槽轮的槽开口朝下 ,利用阻货面来支撑和阻挡上面的

49、罐体,起到阻止罐体下落的作用.当售货机接收到售货信号时 ,直线步进电机运行并作用于推拉杆 ,推拉杆同时推动槽轮上下摆动一次.在槽轮摆动的前半周 ,槽从开口向下转到开口向上 ,并有一个罐体装入到槽中;在槽轮摆动的后半周 ,槽的开口向上转到向下 ,并带动一个罐体向出货侧摆动 ,同时槽轮的阻货面挡住后面的罐体 ,电机停止工作 ,这样就完成一个罐体的售出。6.其他系统还有就是其他的运行监控系统和报警系统。主要的运行监控系统，包括有温度的监控，光度的监控两个，都可以外接传感器进行单输入单输出的简单操作。不妨构思一下，假设饮料的温度要保持在4C左右，用温度传感器设置售货机里面温度在6C时就给PLC一个开动

50、制冷器的信号，是一个持续的信号。当售货机里的温度达到4.5C时，信号断开。同样的光度监控就直接用个光感来给PLC进行售货机照明的信号。报警系统分为非故障报警和故障报警。如果是非故障报警，只要通过网络通知送掖车或者送币车即可；如果是故障报警则需要通知维修人员到现场进行维修。同时系统如果报警则要打出回条给顾客，避免故障造成顾客损失。4.2.2设计 1. 自动售货机控制要求（1）该自动售货机可以同时投入1元、或5元纸币,自动销售汽水、果汁和咖啡.（2）当投入的硬币总值等于或超过2元时,汽水按钮指示灯亮;当投入的硬币总值等于或超过2元时,汽水按钮和果汁按钮同时亮;当投入的硬币总值等于或超过3元时,汽水

51、按钮、果汁按钮和咖啡按钮同时亮. 图4-2 自动售货机示意图（3）当汽水按钮灯亮时,按汽水按钮,则汽水会滚出到取货槽。（4）当果汁按钮灯亮时,按果汁按钮,则果汁会滚出到取货槽。（5）当咖啡按钮灯亮时,按咖啡按钮,则咖啡会滚出到取货槽。（6）若投入的硬币总值超过所购商品的价格(汽水2元,果汁2.5元,咖啡3元),则找钱指示灯亮,同时进行找钱动作.4.3自动售货机的软件设计 PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的，因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括：（1）用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对

52、象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。（2）PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择PLC，应包括机型选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。(3）分配I/O点，绘制I/O连接图。（4）设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。因此，控制程序饿设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。（5）必要时还需设计控制台（6）编制控制系统的技术文件。4.3.1定

53、时器定时器是PLC中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。定时器的工作过程与继电器控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点，失电时，常闭触点闭合，常开触点打开；定时器得电时，常闭触点打开，常开触点闭合。定时器的当前值、设定值均为10位有符号整数（INT），允许的最大值为32767。定时器指令表。如表4-14.3.2数学运算指令在梯形图中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令（见表4-2）分别执行在语句表中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令分别执行程序。如表4-2所示。如表4-3所示4.4PLC各I/O地址分配 输入/输出单元通常也称I/O单元，是PLC与工业生产之间的连接

54、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对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给本控制对象，已实现控制目的。本次设计的主要I/O分配：4.5什么是梯形图（LAD）梯形图是用的最多的程PLC图形编程语言。梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，如图7所示。继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编语言.图7 传统继电器控制线路

55、图和PLC梯形图 a传统继电器控制线路图 b PLC梯形图 在梯形图中，有两根竖直的直线，被称为母线，现在很多PLC只保留了左边的母线，而把右边的母线略去不写。在梯形图中引入了“能流”的概念。左边的母线就如电源的“正极”，而右边的母线就如电源的“负极”。如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励。如果没有能流，则线圈未被激励，“能流”在任何时刻都不会通过接点自右向左流4.7自动售货机设计的梯形图本此设计自动售货机主要销售食品、饮料、日用三大类，而食品有五角和一元，饮料有一元和二元，日用有二元和三元。本次自动售货机的梯形图如下所示：4.8MCGS组态程序设计说明在组态软件中，新建一个主控窗口。选中设备窗口，并双击“通用串口父设备0”,并选择