PLC自动售货机设计

摘要本论文设计的是由微机PLC构成的自动售货机监控系统，本文阐述了自动售货机的来源与发展，以及它在国内外发展的现状，对自动售货机的方案进行了论证，介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理。对由微机PLC构成的自动售货机系统整体设计过程进行较为细致的论述。在设计中介绍了自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，把交易过程分成几个程序块，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的运行。关键词：可编程序控制器、自动售货机、梯形图。目录绪论1第一章控制要求1.1控制对象的介绍21.2控制对象的工作原理21.3控制要求2第二章硬件的选择2.1PLC选型42.2主要参数的计算42.3I/0地址表7第三章编程3.1控制框图83.2控制程序介绍8第四章调试19第五章总结20致谢21参考文献22第六章附录附录A主电路23附录BPLC外部接线图23附录C梯形图24附录D元器件清单26第0页共32页绪论自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧，英国是较早实行自动售货机售货的国家之一。1942年，在食品销售中首先推广了自动售货的销售方式。1950年。英国食品杂货行有500家采用自动售货机售货。1969年，采用自动售货机售货的商家增加到23000家，销售的商品扩展到文化用品、唱片、香烟、食品等多个方面。进入70年代后，约有40多万家香烟、饮料店采用自动售货机。1980年英国有50余万台自动售货机，年销售额达8.81亿英镑。70年代后，日本、美欧等发达国家和地区自动售货机迅猛的发展，短短30年，发达国家自动售货机产业已发展到相当大规模。自动售货机被广泛地布放于车站、油站、码头、机场、宾馆、写字楼、娱乐场所及大街小巷和公路旁，人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡甚至鲜花和小宠物等物品。自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展，又原来只能出售有限商品品种，转变为继百货公司、超级市场、便民店之后，以消费者与售货机“一对一”自动售货的无店铺销售业态。目前自动售货机是集声、光、机电一体化的高新智能化产品，在我国也开始得到应用。在中国人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所。自动售货机的新奇、文明、高档、昼夜服务、占地小、灵活方便深受许多地区市民的青睐，甚至出现许多排队购买的现象。专辑测算，中国的自动售货机在市场容量最保守算应该有四十七万台，一年的销售额可达三百五十亿元若按人均台数计算全年可达五百亿，自动售货机在日本达到平均每二三十人一台，在美国达到每四十人一台，在欧洲每六十人一台，由于中国经济与上述国家还有一定差距，按每人五百台计算。因此，自动售货机在中国有着广阔的发展前景。本文选择PLC作为控制器，来控制售货机子系统。第1页共32页第一章控制要求1.1控制对象的介绍自动售货机是集声、光、机、电于一体的智能科技产物。进入21世纪，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,它的新奇、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，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控制对象的工作原理自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按扭输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。用户将货币投入投币口，货币识别器对所投货币进行识别；控制器根据金额将商品可售卖信息通过选货按键指示灯提供给用户，由用户自主选择欲购买的商品；按下用户选择商品所对应的按键，控制器接收到按键所传递过来的信息，驱动相应部件，售出用户选择的商品到达取物口；如果还有足够的余额，则可继续购买。在15秒之内，自动售货机将自动找出零币或用户旋转退币旋钮，退出零币。从退币口取出零币完成此次交易。1.3控制要求(1)自动售货机有3个投币口,可以分别投入1元、5元、10元。售货3种饮料供选择,分别为汽水、花茶和咖啡。投币总额或现金值显示在7段数码管上，若投币总额超过售货价格，将可由退币按钮找回余额。(2)当投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水；投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶；投第2页共32页币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示三种均可选择。按下欲饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，7秒后自动停止，表示饮料已经掉出。(3)若投入的硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水12元，花茶15元，咖啡20元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并退出多余的钱。退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元；如果大于5元，则先退5元再退1元；如果小于5元则直接退1元的。第3页共32页第二章硬件的选择2.1PLC选型根据自动售货机的控制需要，该系统的输入有1个计数器复位开关,3个投币口,3个饮料选择按钮开关,1个启动按钮,1个停止按钮和1个退币按钮共9个输入点；系统的输出有3个饮料指示灯,1个找钱指示灯,3个饮料排出的接电器和1个7段数码管显示共14个输出点。根据I/0端子的数量和种类,同时考虑将来的发展需要再增加10%15%的余量,则估算PLC所需I/0总点数为32。因此选用日本三菱公司功能较强的小型FX2N32MR001整体式PLC。PLC框架配置图如图1所示。图1PLC框架配置图CPU模块采用三菱公司的FX2N32MR001模块。由于该模块采用交流220V供电，并且自带16个数字量输入点，16个数字量输出点，完全能够满足自动售货机控制系统的要求，因此不再需要另外的电源模块、数字量输入/输出模块。I/0分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000X017，输出端子对应的输出地址是X000X017。2.2主要参数计算与选择由于选用的电动机功率为150W，额定电压为220V，因此由下面的计算可得电动机的额定电流是：I=P/U=150/220=0.7A（1）开关的选择选用低压断路器的自动开关QF作为系统的电源总开关，完成主电路的短路保护，在其主电路中的控制对象为电动机。自动开关过电流脱扣值是针对电动机负载而言，可按照电动机启动电流的1.7倍选定。CPU模块FX2N32MR001第4页共32页本系统有三台负载电动机150W，其启动电流均较小，因此选择自动开关QF的电流脱扣值：IQF=1.7INE=1.70.7=1.19A式中,INE-电动机的额定电流；因此选用IQF=1.5A，型号为DZX7-8025的低压断路器自动开关QF。（2）按钮的选择用启动、停止按钮来控制电路的启停。启动按钮常有常开触头，按下按钮来控制电路的启停。启动按钮常有常开触头，按下按钮，常开触头闭合；松开，常开触头复位。停止按钮带有常闭触头，按下按钮，常闭触头断开；松开，常闭触头复位。一般红色表示停止，绿色表示启动。因此选用型号为LAY37的启动和停止按钮。（3）熔断器的选择熔断器FU1、FU2、FU3分别实现个负载回路的短路保护，FU4完成PLC控制回路的短路保护。选择螺旋式熔断器，它有明显的分断指令和不用任何工具就可取下或更换熔体等优点。FU熔体额定电流IFU的选定，考虑电动机冲击电流的影响，各台电动机不同时启动，则应按下式计算：IFU（1.52.5）INmaxIN=20.71.4=2.8A式中,INmax-容量最大的一台电动机的额定电流；IN-其余电动机额定电流的总和。因此负载回路中选用熔体IFU=3A，型号为RL625的螺旋式熔断器。按以上方法选配控制回路中选用熔体的额定电流为1A，型号为RT1632X的螺旋式熔断器。（4）热继电器的选择电动机M1、M2、M3分别由热继电器FR1、FR2、FR3实现过载保护。由于电动机的额定电流为0.7A，则选择型号为JR1620/3的热继电器，其动作电流整定范围是0.50.8A。（5）接触器的选择第5页共32页在主电路中，接触器KM1、KM2、KM3分别控制电动机M1（排出咖啡）、电动机M2（排出花茶）、电动机M3（排出汽水），它们各设有运行指示灯，均由对应的接触器的辅助触点（常开）点亮，则选择交流接触器，一般有3对主触头，2对辅助触头。其额定电压应大于或等于所控制线路的电压。接触器主触头电流按下式计算：IC=PN/KUN=150/（1220）=0.7A式中，PN-电动机额定功率；UN-电动机额定电压；K-经验系数，一般取11.4。因此选用IC=1A的接触器主触头，选用型号为CJ105，线圈电压为220VAC的交流接触器。（6）计数器的选择计数器在程序中用作计数控制，采用普通用途16位增计数型计数器。电源正常情况下，即使是非掉电保持型计数器的当前值寄存器也具有记忆功能，因而计数器重新开始计数前要用复位指令才能对当前值寄存器复位。本例采用计数器对系统进行复位。当复位条件M0接通时，计数器的当前值为0，输出触点也复位。（7）定时器的选择定时器相当于继电器电路中的时间继电器，在程序中用于延时控制。本例采用100ms型定时器，对排出饮料时指示灯闪烁进行计时，对精度要求不高。第6页共32页2.3I/O地址表自动售货机PLC的I/0地址表如表1所示。表1自动售货机PLC的I/0地址分配输入信号输入地址输出信号输出地址计数器复位开关SQ1X000排出咖啡接触器KM1Y0001元投币口SQ2X001排出花茶接触器KM2Y0015元投币口SQ3X005排出汽水接触器KM3Y00210元投币口SQ4X010汽水指示灯Y012启动按钮开关SB1X006咖啡指示灯Y013停止按钮开关SB2X007花茶指示灯Y015汽水选择按钮SB3X012找钱指示灯Y014咖啡选择按钮SB4X013报警指示灯Y011花茶选择按钮SB5X015退币按钮SB6X0117段数码管Y004Y010第7页共32页第三章编程3.1控制框图自动售货机控制框图如图2所示。图2自动售货机控制框图3.2控制程序介绍3.2.1计数器复位当X000接通,在第一个脉冲信号到来时,M0产生一个扫描周期的单脉冲,它的常开触点闭合一个扫描周期,常闭触点断开,实现了计数器C1的复位功能。其梯形图如图3所示。图3计数器复位梯形图所对应的指令表为：0LDX0001PLSM03LDM0第8页共32页4RSTC1；计数器复位3.2.2售货机启停辅助继电器当按下启动按钮X006时,自动售货机开始工作,该辅助继电器M2得电；当按下停止按钮时,自动售货机停止工作,该辅助继电器M2失电。其梯形图如图4所示。图4售货机启停辅助继电器梯形图所对应的指令表为：0LDX0061ORM22ANIX0073OUTM2；自动售货机启动3.2.3投入币值在该程序中,自动售货机启动之下,当投币口X001,X005,X010由OFFON变化时,各投币口计数器C1的值自动加1，即将投入币值进行累加作为计数器的当前值。其梯形图如图5所示。图5投入币值梯形图所对应的指令表为：0LDX0011ANDM2第9页共32页2ADDPC1K1C1；投入1元钱9LDX00510ANDM211ADDPC1K5C1；投入5元钱18LDX01019ANDM220ADDPC1K10C1；投入10元钱3.2.4显示在7段数码管上在自动售货机启动下,将投入的币值与20比较,并将C1的值送到Y004Y010的7段数码管显示,即将投入币值在数码管上显示出来。若投币总额小于12元，则绿灯一直在亮。其梯形图如图6所示。图6投入币值显示在7段数码管的梯形图所对应的指令表为：0LDM21CMPC1K20M18SEGLC1Y004K3；显示在数码管上15LDM216CMPC1K12M4；投币总额不够23OUTY011；绿灯亮3.2.5选择饮料在该程序中，将投币总额与汽水的价格12元比较，若确定是大于或等于12，则M11接通，确定排出的是汽水，汽水指示灯亮。将投币总额与花茶的价格15元比较，若确定是大于或等于15，则M21接通，确定排出的是花茶，花第10页共32页茶指示灯亮。将投币总额与咖啡的价格20元比较，若确定是大于或等于20，则M31接通，确定排出的是咖啡，咖啡指示灯亮。其梯形图如图7所示。图7选择饮料的梯形图所对应的指令表为：0LDM21CMPK12C1M10；经比较后确定是否排出汽水第11页共32页8LDM119ORM1210ORM2111ORM2212ORM3113ORM3214ORM10015ANDM216ANIT317OUTM10018LDM10019ANIT120ANIT321ANIM4522OUTY012；汽水指示灯亮23LDM224CMPK15C1M20；经比较后确定是否排出花茶31LDM2132ORM2233ORM3134ORM3235ORM10136ANDM237ANIT638OUTM10139LDM10140ANIT441ANIT642ANIM45第12页共32页43OUTY015；花茶指示灯亮44LDM245CMPK13C1M30；经比较后确定是否排出咖啡52LDM3153ORM3154ORM3255ANDM256ANIT957OUTM10258LDM10259ANIT760ANIT961ANIM4562OUTY013；咖啡指示灯亮3.2.6饮料的排出在该程序中，按下汽水选择按钮且其指示灯亮，未互锁且定时器未溢出，则置M15=1，延时7秒后，汽水指示灯闪烁，排出汽水。按下花茶选择按钮且其指示灯亮，未互锁且定时器未溢出，则置M15=1，延时7秒后，花茶指示灯闪烁，排出花茶。按下咖啡选择按钮且其指示灯亮，未互锁且定时器未溢出，则置M15=1，延时7秒后，咖啡指示灯闪烁，排出咖啡。其梯形图如图8所示。第13页共32页图8饮料排出的梯形图所对应的指令表为：0LDX012；按下汽水按钮1ANDY012；汽水指示灯亮2ORM153ANIT34ANIM455OUTM156LDM157OUTT3K70；延时7秒10LDM1511ANIT212OUTT1K515LDT1第14页共32页16OUTT2K5；汽水指示灯闪烁19LDM1520ANIT321OUTY002；排出汽水22LDX015；按下花茶按钮23ANDY015；花茶指示灯亮24ORM2525ANIT626ANIM4527OUTM2528LDM2529OUTT6K70；延时7秒32LDM2533ANIT534OUTT4K537LDT438OUTT5K5；花茶指示灯闪烁41LDM2542ANIT643OUTY001；排出花茶44LDX013；按下咖啡按钮45ANDY013；咖啡指示灯亮46ORM3547ANIT948ANIM4549OUTM3550LDM3551OUTT9K70；延时7秒54LDM35第15页共32页55ANIT856OUTT7K559LDT760OUTT8K5；咖啡指示灯闪烁63LDM3564ANIT965OUTY0003.2.7找钱在该程序中,自动售货机处于开状态,在保证余额不为0的情况下,找钱指示灯亮。按下汽水选择按钮，售货机将投币总额扣除汽水的金额；按下花茶选择按钮，售货机将投币总额扣除花茶的金额；按下咖啡选择按钮，售货机将投币总额扣除咖啡的金额。其梯形图如图9所示。图9找钱梯形图所对应的指令表为：0LDM21CMPK0C1M40；余额不为08LDM409ORM4110ANB11OUTM4512LDM42第16页共32页13ANDM214OUTY014；找钱指示灯亮15LDX012；按下汽水选择按钮16OUTT10K319LDT1020ANDM221ANIM1022SUBPC1K12C1；扣除汽水的金额29LDX015；按下花茶选择按钮30OUTT11K333LDT1134ANDM235ANIM2036SUBPC1K15C1；扣除汽水的金额43LDX01344OUTT12K347LDT1248ANDM249ANIM3050SUBPC1K13C1；扣除汽水的金额在该程序中，按下退币按钮，可以退回余额。退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元；如果大于5元，则先退5元再退1元；如果小于5元则直接退1元的。退回余额后，复位。其梯形图如图10所示。第17页共32页图10找钱梯形图所对应的指令表为：0LDX0111SETY0032LDY0033CMPC1K0M1910CMPC1K10M1617MPS18LDM1619ORM1720ANB21ANDM222SUBPC1K10C129MPP30ANDM1831CMPC1K5M1338MPS39LDM1340ORM1441ANB第18页共32页42ANBM243SUBPC1K5C150MPP51ANDM752CMPC1K1M859LDM860ORM961ANB62ANDM263DECPC166LDM2967RSTY0第19页共32页第四章调试依次按下复位开关X001和启动按钮X006，自动售货机开始启动。按下1元投币开关X001和10元投币开关X010，则报警指示灯一直亮，说明投币不足。按下X000，计数复位。按下1元投币开关X001三次和10元投币开关X010一次，7段数码管上显示13，则汽水指示灯Y012亮；按下汽水选择按钮X012，则汽水指示灯Y012闪烁，7秒后Y002亮，说明汽水排出；按下退币按钮X008，找钱指示灯Y014亮，退币口直接退出余额1元。按下10元投币开关X010二次，5元投币开关X005一次和1元投币开关X001一次，7段数码管上显示27，则汽水指示灯Y012、花茶指示灯Y015和咖啡指示灯Y013均亮；按下花茶选择按钮X015，则花茶指示灯Y015闪烁，7秒后Y001亮，说明花茶排出；按下退币按钮X008，找钱指示灯Y014亮，退币口先退出余额10元，再退出2个1元的。按下停止按钮X007，所有运行工作全部停止。第20页共32页第五章总结通过本次如何对一台自动售货机的控制进行PLC程序设计，我对PLC的常用指令、定时期指计数器指令以及PLC控制系统的设计方法和步骤有了更深刻的了解，并懂得如何应用，更好地掌握了PLC控制系统的基本方式,熟练了流程图,梯形图的编程和设计思想和方法。本例应用比较指令和算术运算指令解决问题，即利用比较指令来判断是否符合汽水排、花茶排出、咖啡排出的条件，利用比较指令来判断先后退出票面的金额；顾客投入的钱的票面金额有1元、5元、10元三种，需要使用加法指令进行累加，从而得到一个投币总额；正确区分计数器的当前值和设定值的区别，即顾客投入的总币值作为计数器的当前值；当顾客结束消费过程后，利用减法指令从投币总额中扣除顾客所消费的金额，退出余额。还应用四位一组带锁存7段管显示指令，将投币总额显示在7段数码管上。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。第21页共32页致谢时光的长河流过了6个多星期，喜怒哀乐一笔带过，本次毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，所以作品略有瑕疵，因此有很多考虑不周全的地方，而后导师的督促指导，以及和一起工作的同学的支持下，完成这个难以想象的设计。在这里首先我要感谢我的导师。即使他平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的每一个阶段，依然给予了我悉心的指导。从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期的检查，后期的详细设计，装配草图等等。我的设计有错误，郑老师仍然细心地纠正。郑老师水平专