基于PLC控制的自动售货机毕业设计

摘要 I 基于 PLC控制的自动售货机 摘 要 本文设计一套基于 PLC的自动售货机控制系统，阐述了自动售货机的发展背景与前景，详细分析其功能和特点，提出了总体设计方案；选用型号为 L293D的步进驱动电机，设计了平面式贮币、电磁阀退币的货币处理装置，双螺旋式的送出机构，为降低成本和开发周期，创造性的选用了集成键盘、显示、设置功能的控制面板；以三菱 FX2N-32MR型 PLC为主控制器，基于 FXGP/WIN-C编程软件，采用顺序控制的程序设计思路，设计了系统控制程序，包括投币程序、比较 选择购买程序和退币程序。 该设计提高了自动售货机的可靠性和执行效率，且系统维护容易，维修简单，有一定的市场推广价值。 关键词： 自动售货机，可编程序控制器，梯形图 II Based on PLC automatic vending machine system design ABSTRACT Chooses PC machine in the design to take the host workstation on position machine, the lower position machine uses PLC to make the controller, three PLC controllers respectively be from the workstation 1, from the workstation 2, from the workstation 3, in the article exhaustively introduced the automat various hardware composition, and has completed the PLC exterior wiring diagram. In the article has manufactured on the position machine user management contact surface. The present paper key point places the PLC various hardware part the design and the introduction, the PLC trapezoidal chart Defers to in the overall design process “asks the question, the analysis question, solves the problem” the guiding ideology, has made the careful elaboration to the overall system design work. KEY WORDS: the vending machine， Programmable controller， Ladder diagram 河南城建学院本科毕业设计 (论文 ) 目录 III 目 录 第 1章 绪论 . 1 1.1课题研究背景 . 1 1.2自动售货机设计目的和意义 . 2 1.3自动售货机功能分析 . 2 1.3自动售货机发展趋势 . 3 第 2章 自动售货机硬件结构设计 . 4 2.1PLC的硬件组成 . 4 2.2电机的选择 . 4 2.3货币处理装置 . 7 2.4送出机构 . 7 2.5按钮装置 . 10 2.6 显示装置 . 10 2.7 本章小结 . 11 第 3章 总体设计方案 . 12 3.1自动售货机系统 . 12 3.1.1硬件系统的组成部分及工作流 程 . 12 3.1.2控制子系统简述 . 13 3.1.3PLC的选择 . 13 3.2 PLC控制系统设计编程要求及基本原则 . 14 3.2.1编程要求 . 14 3.2.2基本原则 . 15 3.3 系统硬件结构框图 . 16 第 4章 自动售货机控制系统设计 . 18 4.1自动售货机控制方案设计 . 18 4.2 PLC选型 . 18 4.2.1PLC概述 . 18 4.2.2PLC的主要功能 . 19 4.2.3 I/O点估算和 PLC选型 . 20 4.3 I/O地址设计 . 21 4.4 流程 设计 . 22 4.5PLC与现场器件的连接 . 24 4.6 程序设计 . 25 河南城建学院本科毕业设计 (论文 ) 目录 IV 4.6.1比较指令和运算指令 . 25 4.6.2 投币程序 . 26 4.6.3价格比较程序 . 26 4.6.4根据投入的钱数指示灯显示的程序 . 27 4.6.5选择商品和送出部分程序 . 27 4.6.6找钱退币程序 . 28 4.6.7梯形图和指令表 . 29 第 5章 仿真 . 30 5.1GX7CH软件的简介 . 30 5.2 具体事例的分析 . 31 结 论 . 38 参考文献 . 39 致 谢 . 40 附 录 . 41 河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论 1 第 1 章 绪论 1.1 课题研究背 景 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。随 着当前城市规模的增大，很多公共场合都放置有自动售货机 ， 极大的满足了人们的即时性需求，为人们进行简单物品的采购提供了一种便利。 自动售货机行业长期以来在美国、日本等国家得到迅猛发展，目前已在 45个国家得到广泛普及。据业内人士估计，中国的自动售货机拥有量仅有 2万台，相对于 13亿的人口大国和零售业态发展的趋势而言，中国自动售货机行业的发展空间将更加广阔。 传统的自动售货机多采用单片机控制方案，系统硬件设计复杂，抗干扰能力相对较差，很难保证系统的 可靠性和稳定性，维护维修困难。 可编程序控制器 ( PLC)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 、 程 序 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 。 利用三菱 FX-2N 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。 本文就详细地介绍一种用 三菱 FX-2N PLC 实现的自动售货机控制系统的硬件设计和软件设计 ， 并编写了系 统程序总框图和一个具体的梯形图 ， 经实践验证该控制系统是可行 的。 1.2 自动售货机设计目的和意义 面对当前快速商品社会，人们的时间观念越来越重，如何才能更快的购买到顾客自己所需的商品，这都是顾客和商家共同面临的问题。 随着科技的发展及人们生活水平的提高，自动售货机市场的发展越来越呈现出多元化及个性化的需求。通过自动售货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的消费时尚，快捷方便的购物方式满足了人们在当今科技高速发展的现代社会追求高品质生活的需要。自动售货机在城市商业区、写字楼大厅、风景区、车站、码头、繁华街道等公共 场所的布设能够美化亮化城市环境，方便群众生活，已经成为城市各角落的一道亮丽风景线。自动售货机 已 在国内普及，并成为城市现代文明程度的一种象征性标志 。 PLC 的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了 PLC 的发展，而 PLC得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了他们的发展。本次设计河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论 2 就在于结合 PLC 的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足，利用 PLC 控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证了自动售货机能够长期稳定的运行。 1.3自动售货机功能分析 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）价格为 2.50元， 02商品为 3.50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 1.1所示。 初 始 状 态投 币 状 态购 买 状 态退 币 状 态按 下退 币按 钮投 入 硬 币按 下 选 择 按 钮是 否 有 剩 余NY 图 1-1自动售货机工作流程 河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论 3 1.4自动售货机发展趋势 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 10 15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 。 从自动售货机的发展趋势来看，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，百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升，在加上场地的局限性和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也就有了其相当可观的前景 。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论 4 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机硬件结构设计 5 第 2章 自动售货机硬件结构设计 2.1PLC 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，其硬件结构图如 图 2-1 硬件结构图 2-1 2.2 电机的选择 电动机 选择的参考因素主要包括：电动机型式、电压与转速；电动机型式种类；电动机防护型式的选择；电动机电压和转速。 1、电动机型式、电压与转速的选择 合理选择电动机型式、电压与转速的具体内容及一般步骤 首先要根据生产机械对电力传动提出的要求，如起动与制动的频繁程度，有无调速要求等等来选择电动机的电流种类，即选用交流电动机还是选用直流电动河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机硬件结构设计 6 机；其次应结合电源情况选择电动机额定电压的大小；再由生产机械所要求的转速及传动设备的要求选取它的额定转速；然后根据 电动机和生产机械的安装位置和周围环境情况来决定电动机的结构型式和防护型式；最后由生产机械所需要的功率大小来决定电动机的额定功率（容量）。综合以上方面考虑，最后在 电机 产品目录中选择与要求相符的电动机，如果产品目录中所列电动机不能满足生产机械的某些特殊要求，则可向电机生产厂家单独定制。 2.电动机型式种类的选择 选择电动机是从交流和直流、机械特性、调速 与起动性能、维护及价格等方面来考虑的，所以选择时要遵循下列原则： 首先考虑选用三相鼠笼型异步电动机。因为它具有简单、坚固耐用、工作可靠、价格低廉和维护方便等优点，但是它的缺点是调速困难、功率因数低、起动电流较大和起动转矩较小。因此主要适用于作为机械特性较硬而无特殊调速要求的一般生产机械和拖动，如一般的机床和功率小于 100KW 的水泵或通风机等生产机械。 绕线型电动机的价格较笼型电动机高，但是它的机械特性可通过转子外加电阻的办法加以调节，因而能限制起动电流并提高起动转矩，故它可适用于电源容量 较小，电动机功率较大或有调速要求的场合，如某些起重设备、卷扬提升设备、锻压机及重型机床的横梁移动等。 当调速范围低于 1： 10，且又要求能平滑调速的场合，可先选用滑差电动机。该电动机的结构型式按其安装位置的不同可分为卧式和立式两种。卧式电动机的转轴是水平安装的，立式电动机的转轴则是与地面垂直安装的，故两种电机不可以更换对调使用。在一般情况下应尽量选用卧式电动机，只有在需要垂直运转的场合（如立式深井水泵以及钻床等），为了简化传动装置时才考虑采用立式电动机（因为它的价格较贵）。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机硬件结构设计 7 3.电动机防护型式的 选择 电动机的防护型式有多种，实用中选择时必须根据不同的工作环境选择适宜的防护型式电动机。电动机的防护型式有开启式、防护式、封闭式、防爆式、潜水式等数种。通常情况下选用开启式，因为它便宜，但它只适用于干燥清洁的环境，对于潮湿、易受风雨侵蚀、多灰尘、易燃、腐蚀性的环境应选用封闭式，而在灰尘多对电机绝缘无害且易被压缩空气吹净时，可选用防护式。至于潜水泵用电机，则应采用完全密封式，以保证在水中工作时不被潮气侵入，当电动机在有火灾或爆炸危险的环境中时，应注意必须选用防爆式。 4.电动机电压和转速的 选择 （ 1） 现有工厂企业的生产机械选配电动机时，电动机的额定电压应与工厂配电电压一致，新建工厂的电动机，其电压选择要与工厂供配电电压的选择一起考虑，根据不同电压等级经技术经济比较后择优决定。 我国规定的低电压标准为 220/380V，高压配电电压大多数为 10KV。一般中小容量的电动机大都是低压的，其额定电压分别为 220/380V（ D/Y 接法）和 380/660V(D/Y接法 )两种。当电动机容量超过约 200KW 时，建议使用者选择 3KV、 6KV 或 10KV 的高压电机。 （ 2）电动机的（额定）转速选择 ，要根据拖动生产机械的要求及传动装置的配比情况来考虑。电动机每分钟的转数通常有 3000、 1500、 1000、 750及 600等多种，异步电动机额定转速由于存在转差率，一般要比上述转速低 2 5%。从电动机制造角度讲，同样功率的电动机若额定转速越高，其电磁转矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量亦轻，并且高速电机的功率因数及效率比低速电机都高。若能选择转速愈高的电动机，则经济性愈好，但若由此而引起电动机与被拖动机械间的转速相差过大时，所需装设减速装置的传动级数就越多，这就会加大设备成本及传动的能量损耗。故要经过分析 比较择优选定。我们通常应用的电机大部分是选用 4极 1500r/min 的电机，因为这种额定转速的电机适应范围广，而且其功率因数和工作效率也较高。 自动售货机吐出饮料的过程实际为电机动作推饮料下来。综合考虑选择电机为L293D步进驱动电机。由于电机都是电感性负载，在停转的时候会有反向电流，所以需要用 PC847光电隔离器把控制和驱动信号隔离开来，然后用 L293D步进驱动电机，电机驱动需 24 V电压，控制信号经过 L293D后变为 24 V左右的电源信号才可驱动电机。 电机有三根线：电源、地线和反馈信号 (电机转一圈 送出一个低电平 )。在机械制作中使电机转一圈刚好推出一瓶饮料，电机转一圈同时产生一反馈信号，此信号使电机停止转动，另外一种情况是红外检测到有货物落下则电机停止转动。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机硬件结构设计 8 2.3 货币处理装置 货币处理装置包括：检测货币投入状态的投入状态检测装置；检测有无货币退还操作的退还操作检测装置；在投入状态及投入货币退还操作的有无达到规定的基准状态时，将说得到的基准状态信号利用所外部；连接装置向投入外部装置输出的状态输出装置。 目前投入试用的 “ 货币识别机 ” 设置有感应线圈，通过对货币的材料、大小尺寸等各个要素进 行感应并探明真伪。不同的材质具有不同的磁场变化，可以通过电子技术进行分析、探查和识别，更高级的检测还可以运用频谱分析。 货币识别器种类繁多 ,但贮币退币机构基本上分为两类：一类是平面式贮币，电磁阀退币；另一类是圆筒式贮币，步进电机退币。 根据设计中对自动售货机的要求，选择平面式贮币，电磁阀退币。当货币投入后经过识别识出电信号后，伪币和异物被排出，真币按面值由几组分布电磁阀分配到不同贮币腔体内备用；当收到退币找零电信号后，通过退币电磁阀或退币电机拉杆，将贮币腔内下部货币依电信号程序推出，完成自动售货机的退币找 零功能。 货币处理装置流程如图 2-2 检测 2-2货币处理装置流程图 2.4 送出机构 目前，应用于自动售货机上的商品送出机构种类较多，下面是一些较典型的送出 投入状态检测装置 退还操作检测装置 规定的基准状态 外部装置 外部输出装置 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机硬件结构设计 9 机构。 （ 1）旋转式送出机构 此送出机构把饮料放在螺旋导轨上，并在货道底部开设出口槽，由电机带动螺旋导轨转动，当饮料转到开口槽时便出槽下货。这种送出机构应用最为广泛，它要求电机的转矩较大，造价成本较高。 （ 2）转盘式送出机构 上面是一个很大的喇叭状罐体存储容器，下面是一个周边有若干个圆槽的转盘，通过转盘的转动使罐体落入转盘周边的槽内而被售出。这种送出机构也需要较大的转矩来带动和占用较大的空间，而且会发生卡死现象。 （ 3）滚筒送出机构 该送出机构由一个阶梯梁和滚筒构成，滚筒内可以装若干瓶饮料，通过步进电机来带动滚筒的转动，利用梁的各阶梯段与滚筒之间不同的开口距离控制商品掉落的顺。这种机构要求电机有较高的转动精度。 （ 4）弹簧推动式送出机构 这种机构是由螺旋式弹簧和连在弹簧一端的电机构成的，电机转动一圈就带动弹簧转动一圈，同时推 出一瓶饮料。 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 8 所示 . 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机硬件结构设计 10 图 8 送出机构示意图 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 8 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。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机硬件结构设计 11 2.5 按钮装置 自动售货机的按钮装置，其特征在于备有操作按钮和基板，操作按钮设置在面板上，基板设置在操作按钮侧的相反侧，具有显示部分和检测机构，显示部分显示与操作按钮对应的信息，检测机构用于检测操作按钮的操作，显示部分设在基板上的与操作按钮不相向的位置。 2.6 显示装置 液晶显示器 (LCD)是现在非常普遍的显示器 ,广泛应用于各种电子产品，具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（ LCD）的原理与阴极射线管显示器（ CRT）大不相同， LCD是基于液晶电 光效应的显示器件，包括段显示方式的字符段显示器件，矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件，矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。 液晶这一呈液体状的化学物质，象磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿越。 LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。位于最后面的一层是由荧光物质组成的可 以发射光线的背光层。背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当 LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来 。 通常，在彩色 LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。 TFT LCD技术能够 显示更加清晰，明亮的图象。早期的 LCD由于是非主动发光器件，速度低，效率差，对比度小，虽然能够显示清晰的文字，但是在快速显示图象时往往会产生阴影，影响视频的显示效果，受 LCD液晶层中实际单元格数量的影响， LCD显示器一般只能提供固定的显示分辨率。如果用户需要将 800X600的分辨率提升到 1024X768的话，只能借助于特定 软件 的帮助实现模拟分辨率。与传统的 CRT显示器 一样，应用于桌面系统的 LCD也被设计成接收波形模拟信号，而非直接由 PC产生的数字脉冲信号。这主要是因为目前桌面系统河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机硬件结构设计 12 中的绝大多数标准显卡仍然是在将视频信息由最初的数字信号转化为模拟信号之后再传送给显示器显示。虽然桌面系统的 LCD被设计成可以接收模拟信号，但是LCD本身仍然只能处理数字信息，因此当从显卡接收到模拟信号之后， LCD需要将模拟信号再还原为数字信号后进行处理。为了解决上述问题带来的显示上的不足，最新的桌面 LCD采用了一种特殊的带有数字连接器图 形卡直接向 LCD显示器传送数字信号。 2.7本章小结 本章详细的讲解了自动售货机的硬件结构，从而对自动售货机的组成有了一个更深的认识，为更好地完成设计打下了良好的基础。河南城建学院本科毕业设计（论文） 总体设计方案 13 第 3章 总体设计方案 3.1 自动售货机控制系统 3.1.1硬件系统的组成部分及工作流程 （ 1） 组成部分 图 3-1 自动售货机硬件系统组成部分 1. 温控模块：温度采集和加热制冷控制。 2. 销售模块：完成整体的销售动作，一般都是电机驱动特定的机构实现。 3.人机模块：包括键盘和显示，有的机器还加上了显示屏，可以投放广告。 4. 通讯模块：目前仅部分高端机器有通讯模块的功能，一般都是采用 GPRS模块，可以完成销售统计、原料补给、广告管理以及一些会员服务。 5.货币识别模块： 主要包括纸币识别器、硬币识别器、硬币找零系统等，它主要实现识别真假纸币 (一般为拾元、伍元 )和硬币 (壹元、伍角 )、拒收假币和残币、正确找零的功能。 6.主控模块 ：接受人民币识别系统信息，确认已接受的人民币是否可购买消费者所指定的商品，确认后按要求售出商品。 （ 2）工作流程 首先开机 后要自检各个部件的状态是否正常，若不正常要显示错误信息，方便运营人员及时修复；若自检通过，检查商品信息，若缺少货物，停止销售该类商品；然后等待，等待消费者投钱和选择商品，若有人选择商品，等钱币投入自 动 售 货 机 硬 件 系 统 温控模块 销售模块 人机模块 通讯模块 货币识别模块 主控模块 河南城建学院本科毕业设计（论文） 总体设计方案 14 后就开始执行销售模块，将产品送出，并找零钱。这是最基本的功能描述，在实际的设计中，有很多的因素需要考虑，一定要保证机器工作的可靠性和稳定性。 3.1.2控制子系统简述 控制子系统由以下四个部分组成 : （ 1）售货价格系统 自动售货机售出的同类商品可分若干品种，其售前设定价格须预先贮存在控制系统内。售货机的价格设置系 统由按键和存储器组成，通过按键选择被设价商品的种类及价格，并将价格写入存储器，该存储器本身具有掉电保护功能，属于软件设置方式。此外，在简易型售货机中，由于出售商品种类少，价格变化小，使用币种单一，也可用硬件来设置价格，采用拨码开关对应方式，结构简单、操作方便。 （ 2）累计、可售指示和退币系统 控制系统的核心 CPU对识币、退币、无货检测及购货信号进行巡回检查，当有识币信号后，将金额数值送入金额累计存储器中进行累计，并通过串行扩展口进行显示，同时将金额累计存储器中的数值与预设价格存储器中的数值进行比较，如金额累 计数值等于或大于预设价格数值，则通过串行接口使可售指示灯亮，提示购货。此时可按下购货按钮，由 CPU检测到购货信号后，如金额累计存储器中数值与预设价格相等，则通过并行扩展接口驱动电磁阀或微电机驱动出商品，并将金额累计存储器清零，完成一次售货过程；如累计金额大于预设价格时，驱动商品后，相减差额由信号驱动退币，实现售货和退币找零功能。 （ 3）检测系统 在自动售货机商品贮存道下方安有接触行程开关，当贮存道内有商品时，压下行程开关，售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向 CPU发出无货信号，经检测通过串行 扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身外部 “ 售完 ” 指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币累计金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无启动信号，金额累计存储器也不清零。 （ 4）累计及自测功能系统 自动售货机 CPU在每次售出商品后，向售出累计存储器中累计售出数据，通过售货机内部的按键可在金额显示窗中读到累计结果。此外，在按下自测功能键后，出现自测功能信号，由外部按键操作，可检测各商品贮存道的驱动商品功能。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 总体设计方案 15 3.1.3 PLC的选择 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点找出来，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。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流 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点数。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，但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） 功能方面 所有 PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的 PLC是否有能力控制任务。如对 PLC与 PLC、 PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对 PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对 PLC的位置控制有 特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的 PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。 （ 2） 价格方面 不同厂家的 PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、 I/O点数相当的 PLC的价格能相差 40%以上。在使用 PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。 PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。 3.2 PLC控制系统设计编程要求及基本原则 3.2.1 PLC控制系统设计编程要求 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以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）最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 PLC控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问河南城建学院本科毕业设计（论文） 总体设计方案 16 题。 （ 2）保证 PLC 控制系统安全可靠 保证 PLC 控制系统能够长 期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证 PLC 控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。 （ 3）力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要 求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 （ 4）适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入 /输出模块、I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 3.2.2 PLC控制系统设计的基本原则 （ 1）所编的程序要合乎所使用的 PLC的有关的规定 主要是对指令要准确地理解，正确地使用。各种 PLC指令多有类似之处，但还 有些差异。对于有 PLC使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程设计时，一定要对新型号 PLC的指令重新理解一遍，否则容易出错。 （ 2）要使所编的程序尽可能简洁 简短的程序可以节省内存，简化调试，而且还可节省执行指令的时间，提高对输入的响应速度。要使所编的程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧指令，还要能优化结构。要实现某种功能，一般而言，在达到目的的相同时，用功能强的指令比用功能单一的指令，程序步数可能会少些。 （ 3）要使所编的程序尽可能清晰 这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂 程序。要想使程序清晰，就要注意程序的层次，讲究模块化、标准化。特别是在编制复杂的程序时，更要注意程序的层次，可积累自己的与吸收别人的经验，整理出一些标准的具有典型功能的程序，并尽可能使程序单元化，像计算机中的常用的一些子程序一样，移来移去都能用，这样，设计起来简单，别人也易了解。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 总体设计方案 17 （ 4）要使所编的程序合乎 PLC的性能指标及工作要求 所编程序的指令条数一定少于所选用的 PLC内存的容量，即程序在 PLC中能放得下，所用的输入、输出点数要在所选用 PLC的 I/O点数范围之内， PLC的扫描时间要少于所选用 PLC的程序运 行监测时间。 PLC的扫描时间不仅包括运行用户程序所需的时间，而且还包括运行系统程序，如 I/O处理、自监测所需的时间。 （ 5）所编程序能够循环运行 PLC的工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。它的运行从初始化后的状态开始，待控制对象完成了工作循环（完整程序执行一次），则又返回初始化状态继续运行。因为只有这样才能使控制对象在新的工作周期中也得到相同的控制。 3.3系统硬件结构框图 根据上述要求，制定合理方案：首先，应该做上位机与下位机的任务分工，上位机主要用来完成仿真界面的制作过程，而下位机则主要用来完 成 PLC程序的编写；其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观，必要时可以借助一些宣传图片来设计自动售货机的外型；在进行 PLC程序的编写时需要先分配 PLC的 I/O点，确定上、下位机的接口；然后，分别对上、下位机分别进行设计工作；最后，进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作，经调试后完成整个系统的设计。另外，上位机与下位机的设计工作是密切配合的，它们无论在通信中使用的变量，还是在仿真中控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象， 利用 PLC来控制这个仿真的自动售货机，仿真的自动售货机接受 PLC的控制指令并完成相应的动作；另一方面，仿真界面中的仿真自动售货机的运行，都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。这是整个仿真系统内部各大部件之间的内在关系。本设计主要是对自动售货机中的下位机，也就是主要是对 PLC在其中的程序进行设计。 由此绘出系统组成框图如 3-2所示。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 总体设计方案 18 P L C（ 主 控 制 器 ）各 种 指 示 灯退 币 电 动 机出 货 电 磁 阀商 品 选 择 开 关钱 币 识 别 传 感 器显 示 机 构补 料 机 构 图 3-2 系统结构框图 PLC控制系统：接受人民币识别系统信息，确认已接受的人民币是否可购买消费者所指定的商品，确认后按要求售出商品。 钱币识别传感器：主要包括纸币 识别器、硬币识别器、硬币找零系统等，它主要实现识别真假纸币 (一般为拾元、伍元 )和硬币 (壹元、伍角 )、拒收假币和残币、正确找零的功能。 补料及出货系统：货柜由多层货架组成，当购物者指定所需商品后，由控制系统启动出货系统出货；当某种货物被取出后，补料机构自动补料（在这里补料机构采用简单的倾斜式机构，即当某种货物被售出后，补料机构里面的货物直接向前滑至首位进行补位）。 显示机构：显示购买的瓶数、投入的钱数以及剩余的钱数。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 19 第 4 章 自动售货机控制方案设计 4.1 自动售货机 控制方案设计 （ 1）通过分析，由于程序内部的联锁、互动关系较为复杂，故采取步进指令较为简单。 （ 2） 本自动售货机可使用 5角硬币，给计总金额数带来麻烦，可对除 5角识 别器以外的所对应 INC指令的计数器中的值乘 2 计算来方便计算总钱数，即将所有 “元 ”转化为多少个 “5角 ”。 （ 3）由于实验室 PLC型号三菱 FX2N-48MR对某些指令无法识别，所以需将所有用脉冲执行型的功能指令都使用 PLS指令进行转化，即通过 PLS指令驱动辅助继电器 M，实现程序功能。 （ 4）找余时，可找 1元与 5角，故需对剩余总金额寄存器中的数目除 以 2 和取模 2，除 2结果即为当前要找 1元的数目，取模 2结果即为当前要找 5角数目。 （ 5） PLC 选用继电器输出型。 （ 6）实现顾客的循环购买，故需实现控制程序的跳转（向后跳转）。当顾客再次购买时，余额寄存器（为了退币，该寄存器中值已除 2）中值要先乘 2，以便与商品价格比较（商品价格已转化为多少个 5角），再进入下次购买 。 （ 7）退币结束时，使用 SET指令恢复初始态，并置位所有寄存器，以准备下一个顾客购买饮料，防止出现错误 4.2 PLC选型 4.2.1 PLC概述 （ 1） PLC的由来 在 PLC问世之前，工 业控制领域中是继电器控制占主导地位。继电器控制系统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状， 1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（ GM），为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此特拟定了十项公开招标的技术要求， 根据招标要求， 1969年美国数字设备公司（ DEC）研制出世界上第一台 PLC（ PDP14型），并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。从此可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来，而且在工河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 20 业发达国家发展很快。 （ 2） PLC的定义 在 PLC的发展过程中，美国电气制造商协会（ NEMA）经过 4年的调查，于1980 年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器（ Programmable Controller），英文缩写为 PC，并作如下定义： “可编程序控制器是一种数字式电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制以对各种机械或生产过程进行 控制。 ”国际电工委员会（ IEC）曾于 1982年 11月颁布了可编程序控制器标准的草案第一稿， 1985年 1月又发表了草案第二稿， 1987年 2月颁布了草案第三稿。该草案中对可编程序控制器的定义是： “可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC及其有关外部设备等都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充起功能的原则设计。 ”定义强调了 PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应和应用能力。 4.2.2、 PLC的主要功能 （ 1）条件控制功能 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用 PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。 （ 2）定时 /记数控制功能 定时 /记数控制功能指用 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）数据处理功能 数据处理功能是指 PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以 及编码和译码等操作。 （ 4）步进控制功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，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。 （ 5） A/D与 D/A 转换功能 A/D与 D/A 转换功能是指通过 A/D、 D/A模块完成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运动控制。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 21 （ 7）过程控制功能 过程控制功能是指通过 PLC的 PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。 （ 8）扩展功能 扩展功能是指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，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 PLC的控制功能。 （ 9）远程 I/O功能 远程 I/O功能是指通过 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，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。 （ 10）通信联网功能 通信联网功能是指通过 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，以完成较大规模系统的复杂控制。 （ 11）监控功能 监控功能是指 PLC能监视系统各部分 的进行状态和进程，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、计数器等的设定值。 4.2.3 I/O 点估算和 PLC 选型 PLC 容量的选择除满足控制要求外，还应考虑留有适当的余量，以作备用。通常，一条逻辑指令占存储器一个字。计时、计数、移位以及算术运算、数据传送等指令需占存储器的空间。在选择存储器容量时，一般按实际需要的 10%至 25%考虑裕量。 I/O 点数按实际需要的 10%至 15%考虑备用。用户存储容量是指 PLC 用于存储用户程序的存储器容量。需要的用户存储容 量的大小由用户程序的长短决定。 I/O 点数即 PLC 面板上连接输入、输出信号用的端子的个数，常称为点数 ,用输入的点数和输出的点数的和来表示。 I/O 点数越多，外部可接入的器件和输出的器件就越多，控制规模就越大。因此， I/O 点数是衡量衡量 PLC 性能的重要指标之一。国际上流行将 PLC 的点数作为 PLC 规模分类的标准， I/O 点数在 256 点以下的为小型 PLC， 64 点及 64 点以下的为微型 PLC，总点数在 2048 点以上的为大型机。 PLC 容量包括两个方面：一是 I/O 的点数；二是用户存储器的容量（字数）。 本设计采用的是微型 PLC，其中外部输入端有五角、一元、五元投入端口，可乐、绿茶、奶茶选择按钮，开始按钮，退币按钮；外部输出端有可乐、绿茶、河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 22 奶茶指示灯，退币指示灯，可乐、绿茶、奶茶输出端口，退币端口，本设计采用一个小型电机控制电磁阀产生对饮料和钱币的输出，在选择饮料的同时会有相应的指示灯亮，其指示采用的电是经过变压器调制成的 24V 电压，安全可靠。由此可知，系统所需的输入点数为 8 点，输出点数为 11 点。根据以上分析，可选用32 点（ 16I/16O）的 PLC，现选用三菱公司的 FX2N-32MR 型 PLC，这种类型的 PLC能够满足功能的设计需 要，又在经济上得到了节省，完全符合设计需求。 表 4-1 三菱 FX-2N系列 PLC 型号 输入点数 输出点数 扩展模块点数 继 电 器输入 可挖硅输出 晶 体 管 输出 FX2N16MR-001 FX2N16MS FX2N16MT 8 8 2432 FX2N32MR-001 FX2N32MS FX2N32MT 16 16 2432 FX2N48MR-001 FX2N48MS FX2N48MT 24 24 4864 FX2N64MR-001 FX2N64MS FX2N64MT 32 32 4864 FX2N80MR-001 FX2N80MS FX2N80MT 40 40 4864 FX2N128MR-001 FX2N128MT 64 64 4864 4.3. I/O地址设计 一般讲，配置好的 PLC其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当），故 I/O的分配实际上是把 PLC的入、出点号分给实际的 I/O电路，编河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 23 程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号 “对号入坐 ”进行接线。 其 PLC 的 I/O 分配表如表 4-2 所示 : 表 4-2I/O 接线表 输入 输出 设备 输入 设备 输出 开始按钮 SB0 X000 可乐指示灯 HL2 Y010 0.5 元 SB1 X001 绿茶指示灯 HL3 Y011 1 元 SB2 X002 奶茶指示灯 HL4 Y012 5 元 SB3 X003 找钱指示灯 HL5 Y016 可乐按钮 SB4 X004 可乐输出 YV1 Y013 绿茶按钮 SB5 X005 绿茶输出 YV2 Y014 奶茶按钮 SB6 X006 奶茶输出 YV3 Y015 退币按钮 SB7 X007 0.5 元退币口 YV4 Y020 1 元退币口 YV5 Y021 5 元退币口 YV6 Y022 4.4流程设计 按下开始按钮，通过系统自检，系统初始化。顾客按下所选择的商品按钮，看是否有货，若没有，则会报警提示，否则投入钱币，然后辨别真伪，如有假币则推出伪币，若无假币，通过钱币累加并显示，并与商品价格比较，若满足看是否有余，若有送出商品同时找零并退币。 PLC控制的自动售货机的程序流程图如图 4-4所示。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 24 开 始系 统 初 始 化顾 客 按 下 所 选 择 的 商 品 按 钮投 入 钱 币钱 币 累 加 并 显 示找 零 、 退 币 、 送 出 商 品系 统 自检 ？有 货 吗 ？辨 别 真 伪满 足 商 品 价格 ？是 否 有余 额 ？报 警报 警 并 退 出 伪 币送 出 商 品NYNYNYYNYN 图 4-4 自动售货机程序流程图 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 25 4.5 PLC与现场器件的连接 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 32 个左右，选择性能价格比较适宜的三菱 FX2n-32MR，其中其输入点为 16 点，输出点为 16 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。本设计中输入有开始按钮、钱币的投入按钮、选择饮料按钮、退币按钮；输出 有指示灯显示输出、饮料输出、退币输出。这些功能都能够通过 PLC 进行得到很好的控制；电机提供动力进行对饮料的输出。 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 2-1 所示： 图 4-3 PLC 外部 I/O 接线图 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 26 该 PLC 自动售货机 I/O 接线图中， PLC 元件 X004， X005， X006， X007 是选择控制按钮，选择可乐，绿茶，奶茶。线圈 Y010， Y011， Y012， Y016，是作为指示灯的输出线圈。当你投币，选择可乐、绿茶，或奶 茶时的指示引导购物作用。按钮和指示灯，直接明了，方便简单，易于操作。 4.6程序设计 4.6.1 比较指令和运算指令 比较指令在 PLC 控制系统中是一条十分重要的功能指令，它将 S1、 S2中的数据进行比较，比较结果送到目的操作数 D中，如下图 4-4 所示，当 X000 为OFF 时，不执行 CMP 指令， M10， M11， M12 保持不变；当 X000 为 ON 时，执行 CMP指令， S1、 S2中的数据进行比较，即 C10 计数器值与 K10（数值 K10）比较。如果 C10 当前值小于 10，则 M10=1；如果 C10 当前值大于 10，则 M12=1；如果 C10当前值等于 10，则 M11=1。 图 4-4 CMP 指令使用说明 运算指令有加法运算和减法运算，运用运算指令是用来计算钱币的总值和剩余的钱币。 加法运算：加法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加，结果送到指定的目标元件中，如图 4-5 所示。 当 X000 为 1 时，（ D0） +（ D5） =（ D6），运算是代数运算 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 27 图 4-5 加法运算使用说明图 减法运算：减法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加，结果送到指定的目标元件中，如图 4-6 所示。 当 X000 为 1 时，（ D10） +（ D12） =（ D14），运算为代数运算。 图 4-6 减法运算使用说明图 4.6.2 投币程序 X001、 X002、 X003 为投币识别，每识别一次，即 X001、 X002 或 X003 接通一次，往寄存器 D10 中累加按键代表的相应金额，但是在报警和退币的时候不可投币，此时继电器 M206 和 M208 会分别断开，此时投币无效，只有在退币过程结束 4s 后，再投币才有效，若在 4s 内投币则直接退币。 M204 在系统上电按下启动键 X000 后接通后， M205 接通时方可开始下一次操作。其具体梯形图如图 4-7所示： 图 4-7 投 币梯形图 4.6.3 价格比较程序 寄存在 D10 中的货币金额和商品的单价相比较，如第一句中如果（ D10） 45，则 M6=1；（ D10） =45，则 M7=1；（ D10） 45，则 M8=1。以此类推，其价格比较梯形图如下图 4-8 所示： 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 28 图 4-8 价格比较梯形图 4.6.4 根据投入的钱数指示灯显示的程序 根据选择的饮料价格不同，投入的钱币多少，则饮料的指示灯亮的情况也不一样，指示灯分别有 Y010， Y011 和 Y012 分别表示三种饮料的指示灯，具体表现将会在后面具体实例中体现，指示灯的编程梯形图如下图 4-9 所 示： 图 4-9 指示灯显示梯形图 4.6.5 选择商品和送出部分程序 选择商品的输出，当投入的钱币达到规定的价格时，相对应商品的指示灯就会亮，当按下所对应的按钮，则对应的商品就会输出。例如当钱币足够时，选择可乐按钮即 X004，其中 X005 和 X006 的常闭触点起到互锁的作用，这样的目的就是保证不能同时选择两种饮料，其具体的部分梯形图如下图 4-10 所示： 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 29 图 4-10 选择商品输出程序图 4.6.6 找钱退币程序 自动售货机的退币键为 X007，当接通自动售货机 X007 按钮后，线路构成闭合，退币指示灯 Y016 亮，以表示系统退币正在进行中，这种显示结果能够表明系统执行的完善性。其中常开开关 M34 作为自锁作用，目的是在退币按钮选择以后，能够使时间继电器继续执行其要求的功能，即亮的时间由 T6 设置，这里设置 T6=40，就是亮 4s。其找钱程序如图 4-11 所示： 图 4-11 找钱程序梯形图 自动售货机退币时，其系统根据用户所剩余额进行比较，当余额大于或者等于 5 元时，先退币面值为 5 元的货币，然后再根据大于或者等于 1 元的余额退 1元的货币，最后再退回 0.5 元的用户余额退回给用户。 其控制的过程就是先进行钱币的比较，如果 剩余钱币满足大于五元， Y022 就会有结果，并且在总的剩余币值里面减去 5 元；如果剩余钱币不够 5 元，而大于一元，其结果就是 Y021 会显示动作，并且从总的钱币值中减去所统计的一元的面值；有 5 角的，其 Y020 就会显示动作，并减去 5 角的面值。在梯形图中，常开开关 Y020、 Y021、 Y022 所起的作用是自锁作用，这样能够较为准确的控制钱币的输出。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 自动售货机控制方案设计 30 其退币程序如图 4-12 所示： 图 4-12 退币程序梯形图 4.6.7 梯形图和指令表 本设计的总梯形图和指令表见附录。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 仿真 31 第 5 章 仿真 5.1 GX7CH 软件的简介 GX7CH 是一种模拟调试 PLC 梯形图的一种软件，它的出现给现代电子行业带来了巨大的进步，它可以编写程序，调试程序，还可以显示效果，利用这些功能可以仿真自己所设计的梯形图，看看是否能够达到预期的效果，可以反复的修改、调试、运行，一直达到自己所要实现的目的，这样可以在设计中节约成本，提高经济利用率，总之在模拟电路中起到了良好的运用。 它具体的操作效果及步骤将会在下面设计中体现，具体一些显示图框如图 5-1和 5-2 及所示。 图 5-1 GX7CH 操作图 写入梯形 图程序，选择 FX2N 系列，然后运行。 河南城建学院本科毕业设计（论文） 仿真 32 图 5-2 GX7CH 输出显示图 上图为其输出显示图的页面 5.2 具体事例的分析 例如向自动给售货机里面投入一个 1 元和 5 元的钱币，则 Y010、 Y011 和 Y012都会显示亮，当按下奶茶按钮之后，则奶茶输出，即 Y015 显示亮，买过之后退出钱币，找钱币灯亮，然后会退出钱币，即 Y020 和 Y021 显示亮，梯形图的动作情况及输出结果的显示如下图所示： 图 5-3 投入 1 元后的调试梯形图 投入一元后， X002 亮 . 河南城建学院本科毕业设计（论文） 仿真 33 图 5-4 投入 5 元后的程序调试梯形图 投入 5 元后 X003 亮 . 图 5-5 显示灯亮的梯形图 可乐指示灯 -Y010 灯亮，绿茶指示灯 -Y011，灯亮奶茶指示灯 -Y012 灯亮 。河南城建学院本科毕业设计（论文） 仿真 34 图 5-6 灯亮软元件显示图 可乐指示灯 -Y010 灯亮，绿茶指示灯 -Y011，灯亮奶茶指示灯 -Y012 灯亮 ，在软件中的显示 河南城建学院本科毕业设计（论文） 仿真 35 图 5-7 Y 软元件测试图 上图为奶茶选择按钮在软元件中的测试 图 5-8 选择奶茶后的程序动作梯形 河南城建学院本科毕业设计（论文） 仿真 36 图 5-9 输出奶茶程序动作梯形图 图 5-10 软元件输出奶茶显示图 选择奶茶按钮后，输出奶茶的动作梯形图，以及在软元 件输出奶茶显示图 河南城建学院本科毕业设计（论文） 仿真 37 图 5-11 找钱的程序梯形图 在执行过购物程序后， Y020 为 5 角投币出口， Y021 为 1 元投币出口，执行退币。 图 5-12 退币指示灯和找钱动作软元件梯形 河南城建学院本科毕业设计（论文） 仿真 38 图 5-13 退币指示灯程序梯形图 电动机 M33 动作，找钱指示灯 Y016 亮 图 5-14 清零动作程序梯形图 执行退币程序后，退币从 1元投币出口出来，然后复位清零 河南城建学院本科毕业设计（论文） 结论 39 结 论