1、 基于PLC控制的自動售貨機摘 要 本文設計一套基于PLC的自動售貨機控制系統，闡述了自動售貨機的發展背景與前景，詳細分析其功能和特點，提出了總體設計方案；選用型號為L293D的步進驅動電機，設計了平面式貯幣、電磁閥退幣的貨幣處理裝置，雙螺旋式的送出機構，為降低成本和開發周期，創造性的選用了集成鍵盤、顯示、設置功能的控制面板；以三菱FX2N-32MR型PLC為主控制器，基于FXGP/WIN-C編程軟件，采用順序控制的程序設計思路，設計了系統控制程序，包括投幣程序、比較選擇購買程序和退幣程序。該設計提高了自動售貨機的可靠性和執行效率，且系統維護容易，維修簡單，有一定的市場推廣價值。關鍵詞：自動售

2、貨機，可編程序控制器，梯形圖Based on PLC automatic vending machine system designABSTRACT 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

3、 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

4、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， Pr

5、ogrammable controller， Ladder diagram 目錄第1章 緒論11.1課題研究背景11.2自動售貨機設計目的和意義21.3自動售貨機功能分析21.3自動售貨機發展趨勢3第2章 自動售貨機硬件結構設計4 2.1PLC的硬件組成4 2.2電機的選擇42.3貨幣處理裝置72.4送出機構72.5按鈕裝置102.6 顯示裝置102.7 本章小結11第3章 總體設計方案12 3.1自動售貨機系統12 3.1.1硬件系統的組成部分及工作流程12 3.1.2控制子系統簡述13 3.1.3PLC的選擇13 3.2 PLC控制系統設計編程要求及基本原則14 3.2.1編程要求143.

6、2.2基本原則153.3 系統硬件結構框圖16第4章 自動售貨機控制系統設計184.1自動售貨機控制方案設計18 4.2 PLC選型184.2.1PLC概述184.2.2PLC的主要功能19 4.2.3 I/O點估算和PLC選型204.3 I/O地址設計214.4 流程設計224.5PLC與現場器件的連接244.6 程序設計254.6.1比較指令和運算指令254.6.2 投幣程序264.6.3價格比較程序26 4.6.4根據投入的錢數指示燈顯示的程序274.6.5選擇商品和送出部分程序274.6.6找錢退幣程序284.6.7梯形圖和指令表29第5章 仿真305.1GX7CH軟件的簡介 305.

7、2 具體事例的分析31結論38參考文獻39致 謝40附 錄41第1章 緒論1.1課題研究背景自動售貨機是可完成無人自動售貨,集光、機、電一體化的商業自動化設備。隨著當前城市規模的增大，很多公共場合都放置有自動售貨機，極大的滿足了人們的即時性需求，為人們進行簡單物品的采購提供了一種便利。自動售貨機行業長期以來在美國、日本等國家得到迅猛發展，目前已在45個國家得到廣泛普及。據業內人士估計，中國的自動售貨機擁有量僅有2萬臺，相對于13億的人口大國和零售業態發展的趨勢而言，中國自動售貨機行業的發展空間將更加廣闊。傳統的自動售貨機多采用單片機控制方案，系統硬件設計復雜，抗干擾能力相對較差，很難保證系統的

8、可靠性和穩定性，維護維修困難。 可編程序控制器( PLC)是綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術而發展起來的一種新型的工業控制裝置，它具有可靠性高、程序簡單、維護方便等優點，已在工業控制領域得到廣泛地應用，因為自動售貨機作為社會上完成商品零售和綜合服務的獨立設施，要求它的結構必須可靠、穩定和執行效率高。利用三菱FX-2N PLC控制的自動售貨機提高了系統的穩定性，保證自動售貨機能夠長期穩定運行。本文就詳細地介紹一種用三菱FX-2N PLC 實現的自動售貨機控制系統的硬件設計和軟件設計，并編寫了系統程序總框圖和一個具體的梯形圖，經實踐驗證該控制系統是可行的。1.2自動售貨機設計目的和意義面對

9、當前快速商品社會，人們的時間觀念越來越重，如何才能更快的購買到顧客自己所需的商品，這都是顧客和商家共同面臨的問題。隨著科技的發展及人們生活水平的提高，自動售貨機市場的發展越來越呈現出多元化及個性化的需求。通過自動售貨機進行自助購物正逐漸成為市民的一種新的消費時尚，快捷方便的購物方式滿足了人們在當今科技高速發展的現代社會追求高品質生活的需要。自動售貨機在城市商業區、寫字樓大廳、風景區、車站、碼頭、繁華街道等公共場所的布設能夠美化亮化城市環境，方便群眾生活，已經成為城市各角落的一道亮麗風景線。自動售貨機已在國內普及，并成為城市現代文明程度的一種象征性標志。PLC的發展與計算機技術、半導體技術、控制

10、技術、數字技術、通信網絡技術等高新技術的發展息息相關，這些高新技術的發展推動了PLC的發展，而PLC得發展又對這些高新技術提出了更高更新的要求，促進了他們的發展。本次設計就在于結合PLC的種種優點聯系實際情況來彌補原有系統的不足，利用PLC控制的自動售貨機提高了系統的穩定性，保證了自動售貨機能夠長期穩定的運行。1.3自動售貨機功能分析 在進行上、下位機程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動售貨機本身所具備的功能及在進行某種操作后所具有的狀態。售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據貨幣數值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應的反應。舉一個簡單的例子來說明，例如：售貨機中有8種商品，其中

11、01號商品（代表第一種商品）價格為2.50元，02商品為3.50元，其余類推。現投入1個1元硬幣，當投入的貨幣超過01商品的價格時，01商品的選擇按鈕處應有變化，提示可以購買，其他商品同此。當按下選擇01商品的價格時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價格同時啟動相應的電機，提取01號商品到出貨口。此時售貨機繼續等待外部命令，如繼續交易，則同上，如果此時不再購買而按下退幣按鈕，售貨機則要進行退幣操作，退回相應的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。自動售貨機的工作流程圖如圖1.1所示。 圖1-1自動售貨機工作流程1.4自動售貨機發展趨勢現在，自動售貨機產業正在走向信息化并進一步

12、實現合理化。例如實行聯機方式，通過電話清涼飲料自動售貨機成為該行業的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節約1015的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節省資源和能源以及高功能化的方向發展。從自動售貨機的發展趨勢來看，大量生產，大量消費以及消費模式和銷售環境的變化，要求出現新的流通渠道，而相對的超市，百貨購物中心等新的流通渠道的產生，人工費用也不斷上升，在加上場地的局限性和購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器也就有了其相當可觀的前景。 第2章 自動售貨機硬件結構設計2.1PLC的

13、硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等幾部分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現場輸入/輸出設備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機等外部設備，其硬件結構圖如圖2-1硬件結構圖2-12.2 電機的選擇 電動機選擇的參考因素主要包括：電動機型式、電壓與轉速；電動機型式種類；電動機防護型式的選擇；電動機電壓和轉速。 1、電動機型式、電壓與轉速的選擇 合理選擇電動機型式、電壓與轉速的具體內容及一般步驟 首先要根據生產機械對電力傳動提出的要求，如起動與制動的頻繁程度，有無調速要求等等來選擇電動機的

14、電流種類，即選用交流電動機還是選用直流電動機；其次應結合電源情況選擇電動機額定電壓的大小；再由生產機械所要求的轉速及傳動設備的要求選取它的額定轉速；然后根據電動機和生產機械的安裝位置和周圍環境情況來決定電動機的結構型式和防護型式；最后由生產機械所需要的功率大小來決定電動機的額定功率（容量）。綜合以上方面考慮，最后在電機產品目錄中選擇與要求相符的電動機，如果產品目錄中所列電動機不能滿足生產機械的某些特殊要求，則可向電機生產廠家單獨定制。 2.電動機型式種類的選擇 選擇電動機是從交流和直流、機械特性、調速與起動性能、維護及價格等方面來考慮的，所以選擇時要遵循下列原則： 首先考慮選用三相鼠籠型異步電

15、動機。因為它具有簡單、堅固耐用、工作可靠、價格低廉和維護方便等優點，但是它的缺點是調速困難、功率因數低、起動電流較大和起動轉矩較小。因此主要適用于作為機械特性較硬而無特殊調速要求的一般生產機械和拖動，如一般的機床和功率小于100KW的水泵或通風機等生產機械。 繞線型電動機的價格較籠型電動機高，但是它的機械特性可通過轉子外加電阻的辦法加以調節，因而能限制起動電流并提高起動轉矩，故它可適用于電源容量較小，電動機功率較大或有調速要求的場合，如某些起重設備、卷揚提升設備、鍛壓機及重型機床的橫梁移動等。 當調速范圍低于1：10，且又要求能平滑調速的場合，可先選用滑差電動機。該電動機的結構型式按其安裝位置

16、的不同可分為臥式和立式兩種。臥式電動機的轉軸是水平安裝的，立式電動機的轉軸則是與地面垂直安裝的，故兩種電機不可以更換對調使用。在一般情況下應盡量選用臥式電動機，只有在需要垂直運轉的場合（如立式深井水泵以及鉆床等），為了簡化傳動裝置時才考慮采用立式電動機（因為它的價格較貴）。 3.電動機防護型式的選擇 電動機的防護型式有多種，實用中選擇時必須根據不同的工作環境選擇適宜的防護型式電動機。電動機的防護型式有開啟式、防護式、封閉式、防爆式、潛水式等數種。通常情況下選用開啟式，因為它便宜，但它只適用于干燥清潔的環境，對于潮濕、易受風雨侵蝕、多灰塵、易燃、腐蝕性的環境應選用封閉式，而在灰塵多對電機絕緣無害

17、且易被壓縮空氣吹凈時，可選用防護式。至于潛水泵用電機，則應采用完全密封式，以保證在水中工作時不被潮氣侵入，當電動機在有火災或爆炸危險的環境中時，應注意必須選用防爆式。 4.電動機電壓和轉速的選擇 （1） 現有工廠企業的生產機械選配電動機時，電動機的額定電壓應與工廠配電電壓一致，新建工廠的電動機，其電壓選擇要與工廠供配電電壓的選擇一起考慮，根據不同電壓等級經技術經濟比較后擇優決定。我國規定的低電壓標準為220/380V，高壓配電電壓大多數為10KV。一般中小容量的電動機大都是低壓的，其額定電壓分別為220/380V（D/Y接法）和380/660V(D/Y接法)兩種。當電動機容量超過約200KW時

18、，建議使用者選擇3KV、6KV或10KV的高壓電機。 （2）電動機的（額定）轉速選擇，要根據拖動生產機械的要求及傳動裝置的配比情況來考慮。電動機每分鐘的轉數通常有3000、1500、1000、750及600等多種，異步電動機額定轉速由于存在轉差率，一般要比上述轉速低25%。從電動機制造角度講，同樣功率的電動機若額定轉速越高，其電磁轉矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量亦輕，并且高速電機的功率因數及效率比低速電機都高。若能選擇轉速愈高的電動機，則經濟性愈好，但若由此而引起電動機與被拖動機械間的轉速相差過大時，所需裝設減速裝置的傳動級數就越多，這就會加大設備成本及傳動的能量損耗。故要經過分析比較擇優

19、選定。我們通常應用的電機大部分是選用4極1500r/min的電機，因為這種額定轉速的電機適應范圍廣，而且其功率因數和工作效率也較高。 自動售貨機吐出飲料的過程實際為電機動作推飲料下來。綜合考慮選擇電機為L293D步進驅動電機。由于電機都是電感性負載，在停轉的時候會有反向電流，所以需要用PC847光電隔離器把控制和驅動信號隔離開來，然后用L293D步進驅動電機，電機驅動需24 V電壓，控制信號經過L293D后變為24 V左右的電源信號才可驅動電機。電機有三根線：電源、地線和反饋信號(電機轉一圈送出一個低電平)。在機械制作中使電機轉一圈剛好推出一瓶飲料，電機轉一圈同時產生一反饋信號，此信號使電機停

20、止轉動，另外一種情況是紅外檢測到有貨物落下則電機停止轉動。2.3 貨幣處理裝置 貨幣處理裝置包括：檢測貨幣投入狀態的投入狀態檢測裝置；檢測有無貨幣退還操作的退還操作檢測裝置；在投入狀態及投入貨幣退還操作的有無達到規定的基準狀態時，將說得到的基準狀態信號利用所外部；連接裝置向投入外部裝置輸出的狀態輸出裝置。目前投入試用的“貨幣識別機”設置有感應線圈，通過對貨幣的材料、大小尺寸等各個要素進行感應并探明真偽。不同的材質具有不同的磁場變化，可以通過電子技術進行分析、探查和識別，更高級的檢測還可以運用頻譜分析。 貨幣識別器種類繁多,但貯幣退幣機構基本上分為兩類：一類是平面式貯幣，電磁閥退幣；另一類是圓筒

21、式貯幣，步進電機退幣。根據設計中對自動售貨機的要求，選擇平面式貯幣，電磁閥退幣。當貨幣投入后經過識別識出電信號后，偽幣和異物被排出，真幣按面值由幾組分布電磁閥分配到不同貯幣腔體內備用；當收到退幣找零電信號后，通過退幣電磁閥或退幣電機拉桿，將貯幣腔內下部貨幣依電信號程序推出，完成自動售貨機的退幣找零功能。貨幣處理裝置流程如圖2-2 檢測 投入狀態檢測裝置 退還操作檢測裝置 規定的基準狀態外部裝置 外部輸出裝置 2-2貨幣處理裝置流程圖2.4 送出機構目前，應用于自動售貨機上的商品送出機構種類較多，下面是一些較典型的送出機構。（1）旋轉式送出機構此送出機構把飲料放在螺旋導軌上，并在貨道底部開設出口

22、槽，由電機帶動螺旋導軌轉動，當飲料轉到開口槽時便出槽下貨。這種送出機構應用最為廣泛，它要求電機的轉矩較大，造價成本較高。（2）轉盤式送出機構上面是一個很大的喇叭狀罐體存儲容器，下面是一個周邊有若干個圓槽的轉盤，通過轉盤的轉動使罐體落入轉盤周邊的槽內而被售出。這種送出機構也需要較大的轉矩來帶動和占用較大的空間，而且會發生卡死現象。（3）滾筒送出機構該送出機構由一個階梯梁和滾筒構成，滾筒內可以裝若干瓶飲料，通過步進電機來帶動滾筒的轉動，利用梁的各階梯段與滾筒之間不同的開口距離控制商品掉落的順。這種機構要求電機有較高的轉動精度。 （4）彈簧推動式送出機構這種機構是由螺旋式彈簧和連在彈簧一端的電機構成

23、的，電機轉動一圈就帶動彈簧轉動一圈，同時推出一瓶飲料。本文所設計的罐體送出機構主要由槽輪、推拉桿、推拉銷、直線步進電機和前后兩邊側板構成 ,其中槽輪上槽弧的半徑為罐體的半徑 ,貨道寬度為罐體的直徑.如下送出機構示意圖 8所示. 圖8 送出機構示意圖送出機構主要通過直線步進電機帶動推拉桿和推拉銷 ,促使槽輪繞著轉動中心作往返轉動.直線步進電機運作一次 ,使槽輪上下各擺動一次.同時 ,在前后兩邊的側板上有導向槽 ,推拉銷在導向槽內來回運動 ,導向槽的作用是限定推拉桿的運動方向和槽輪擺動角度。送出機構的工作過程如圖8所示 ,自動售貨機正處在待售狀態下 ,槽輪的槽開口朝下 ,利用阻貨面來支撐和阻擋上面

24、的罐體,起到阻止罐體下落的作用.當售貨機接收到售貨信號時 ,直線步進電機運行并作用于推拉桿 ,推拉桿同時推動槽輪上下擺動一次.在槽輪擺動的前半周 ,槽從開口向下轉到開口向上 ,并有一個罐體裝入到槽中;在槽輪擺動的后半周 ,槽的開口向上轉到向下 ,并帶動一個罐體向出貨側擺動 ,同時槽輪的阻貨面擋住后面的罐體 ,電機停止工作 ,這樣就完成一個罐體的售出。2.5 按鈕裝置自動售貨機的按鈕裝置，其特征在于備有操作按鈕和基板，操作按鈕設置在面板上，基板設置在操作按鈕側的相反側，具有顯示部分和檢測機構，顯示部分顯示與操作按鈕對應的信息，檢測機構用于檢測操作按鈕的操作，顯示部分設在基板上的與操作按鈕不相向的

25、位置。2.6 顯示裝置 液晶顯示器(LCD)是現在非常普遍的顯示器,廣泛應用于各種電子產品，具有體積小、重量輕、省電、輻射低、易于攜帶等優點。液晶顯示器（LCD）的原理與陰極射線管顯示器（CRT）大不相同，LCD是基于液晶電光效應的顯示器件，包括段顯示方式的字符段顯示器件，矩陣顯示方式的字符、圖形、圖像顯示器件，矩陣顯示方式的大屏幕液晶投影電視液晶屏等。液晶顯示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通電時導通，使液晶排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時，排列則變得混亂，阻止光線通過。 液晶這一呈液體狀的化學物質，象磁場中的金屬一樣，當受到外界電場影響時，其分子會產生精確的有序排列。如果對分子

26、的排列加以適當的控制，液晶分子將會允許光線穿越。LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結構。位于最后面的一層是由熒光物質組成的可以發射光線的背光層。背光層發出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細小的單元格結構中，一個或多個單元格構成屏幕上的一個像素。當LCD中的電極產生電場時，液晶分子就會產生扭曲，從而將穿越其中的光線進行有規則的折射，然后經過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。通常，在彩色LCD面板中，每一個像素都是由三個液晶單元格構成，其中每一個單元格前面都分別有紅色，綠色，或藍色的過濾器。這樣，通過不同單元格的光線就可以在屏幕上顯

27、示出不同的顏色。TFT LCD技術能夠顯示更加清晰，明亮的圖象。早期的LCD由于是非主動發光器件，速度低，效率差，對比度小，雖然能夠顯示清晰的文字，但是在快速顯示圖象時往往會產生陰影，影響視頻的顯示效果，受LCD液晶層中實際單元格數量的影響，LCD顯示器一般只能提供固定的顯示分辨率。如果用戶需要將800X600的分辨率提升到1024X768的話，只能借助于特定軟件的幫助實現模擬分辨率。與傳統的CRT顯示器一樣，應用于桌面系統的LCD也被設計成接收波形模擬信號，而非直接由PC產生的數字脈沖信號。這主要是因為目前桌面系統中的絕大多數標準顯卡仍然是在將視頻信息由最初的數字信號轉化為模擬信號之后再傳送

28、給顯示器顯示。雖然桌面系統的LCD被設計成可以接收模擬信號，但是LCD本身仍然只能處理數字信息，因此當從顯卡接收到模擬信號之后，LCD需要將模擬信號再還原為數字信號后進行處理。為了解決上述問題帶來的顯示上的不足，最新的桌面LCD采用了一種特殊的帶有數字連接器圖形卡直接向LCD顯示器傳送數字信號。2.7本章小結 本章詳細的講解了自動售貨機的硬件結構，從而對自動售貨機的組成有了一個更深的認識，為更好地完成設計打下了良好的基礎。第3章 總體設計方案3.1 自動售貨機控制系統3.1.1硬件系統的組成部分及工作流程（1） 組成部分 通訊模塊溫控模塊自動售貨機硬件系統貨幣識別模塊銷售模塊 主控模塊人機模塊

29、圖3-1 自動售貨機硬件系統組成部分1. 溫控模塊：溫度采集和加熱制冷控制。2. 銷售模塊：完成整體的銷售動作，一般都是電機驅動特定的機構實現。 3.人機模塊：包括鍵盤和顯示，有的機器還加上了顯示屏，可以投放廣告。4. 通訊模塊：目前僅部分高端機器有通訊模塊的功能，一般都是采用GPRS模塊，可以完成銷售統計、原料補給、廣告管理以及一些會員服務。5.貨幣識別模塊：主要包括紙幣識別器、硬幣識別器、硬幣找零系統等，它主要實現識別真假紙幣(一般為拾元、伍元)和硬幣(壹元、伍角)、拒收假幣和殘幣、正確找零的功能。6.主控模塊：接受人民幣識別系統信息，確認已接受的人民幣是否可購買消費者所指定的商品，確認后

30、按要求售出商品。（2）工作流程首先開機后要自檢各個部件的狀態是否正常，若不正常要顯示錯誤信息，方便運營人員及時修復；若自檢通過，檢查商品信息，若缺少貨物，停止銷售該類商品；然后等待，等待消費者投錢和選擇商品，若有人選擇商品，等錢幣投入后就開始執行銷售模塊，將產品送出，并找零錢。這是最基本的功能描述，在實際的設計中，有很多的因素需要考慮，一定要保證機器工作的可靠性和穩定性。3.1.2控制子系統簡述控制子系統由以下四個部分組成:（1）售貨價格系統自動售貨機售出的同類商品可分若干品種，其售前設定價格須預先貯存在控制系統內。售貨機的價格設置系統由按鍵和存儲器組成，通過按鍵選擇被設價商品的種類及價格，并

31、將價格寫入存儲器，該存儲器本身具有掉電保護功能，屬于軟件設置方式。此外，在簡易型售貨機中，由于出售商品種類少，價格變化小，使用幣種單一，也可用硬件來設置價格，采用撥碼開關對應方式，結構簡單、操作方便。（2）累計、可售指示和退幣系統控制系統的核心CPU對識幣、退幣、無貨檢測及購貨信號進行巡回檢查，當有識幣信號后，將金額數值送入金額累計存儲器中進行累計，并通過串行擴展口進行顯示，同時將金額累計存儲器中的數值與預設價格存儲器中的數值進行比較，如金額累計數值等于或大于預設價格數值，則通過串行接口使可售指示燈亮，提示購貨。此時可按下購貨按鈕，由CPU檢測到購貨信號后，如金額累計存儲器中數值與預設價格相等

32、，則通過并行擴展接口驅動電磁閥或微電機驅動出商品，并將金額累計存儲器清零，完成一次售貨過程；如累計金額大于預設價格時，驅動商品后，相減差額由信號驅動退幣，實現售貨和退幣找零功能。（3）檢測系統在自動售貨機商品貯存道下方安有接觸行程開關，當貯存道內有商品時，壓下行程開關，售貨機正常工作；當商品出售完畢時，行程開關被釋放，向CPU發出無貨信號，經檢測通過串行擴展接口向相應的售完指示燈發出信號，使機身外部 “售完”指示燈亮，此種商品自動停售，即使投幣累計金額達到該道商品預設價格數值，可售按鈕仍然無啟動信號，金額累計存儲器也不清零。（4）累計及自測功能系統自動售貨機CPU在每次售出商品后，向售出累計存

33、儲器中累計售出數據，通過售貨機內部的按鍵可在金額顯示窗中讀到累計結果。此外，在按下自測功能鍵后，出現自測功能信號，由外部按鍵操作，可檢測各商品貯存道的驅動商品功能。3.1.3 PLC的選擇當某一個控制任務決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設。對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型。控制系統輸出點的類型非常關鍵，如果它們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數有可能大

34、于實際點數。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級，所以一旦它們是交流220V的負載使用，則直流24V的負載只能使用其他的輸出端了，這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本，所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮：（1） 功能方面 所有PLC一般都具有常規的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要

35、求；或對PLC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或對PLC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。（2） 價格方面 不同廠家的PLC產品價格相差很大，有些功能類似、質量相當、I/O點數相當的PLC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數。PLC主機選定后，如果控制系統需要，則相應的配套模塊也就選定了。3.2 PLC控制系統設計編程要求及基本原則3.2.1 PLC控制系統設計編程要求 任何一種控制系統都是為了實現被控對象的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC 控制系統時，應遵循

36、以下基本原則。（1）最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發揮PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計PLC控制系統的首要前提，這也是設計過程中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計之前就要深入現場進行調查研究，充分收集控制現場的資料，同時收集相關國內、國外相關的資料。同時還要注意和現場的工程管理人員、工程技術人員、現場操作人員等緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。（2）保證PLC 控制系統安全可靠保證PLC 控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行，是設計控制系統的重要原則。這就要求設計者在系統設計、元器件選擇、軟件編程等方面要全面考慮，以確保控制系統安全

37、可靠。例如：應該保證PLC 控制程序不僅能在正常條件下運行，而且要在非正常情況下，也能正常工作。（3）力求簡單、經濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統簡單、經濟，而且要使控制系統的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。（4）適應發展的需要由于技術的不斷發展，控制系統的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統發展和完善的需

38、要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O 點數和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發展和工藝的改進。3.2.2 PLC控制系統設計的基本原則（1）所編的程序要合乎所使用的PLC的有關的規定主要是對指令要準確地理解，正確地使用。各種PLC指令多有類似之處，但還有些差異。對于有PLC使用經驗的人，當選用另一種不太熟悉的型號進行編程設計時，一定要對新型號PLC的指令重新理解一遍，否則容易出錯。（2）要使所編的程序盡可能簡潔簡短的程序可以節省內存，簡化調試，而且還可節省執行指令的時間，提高對輸入的響應速度。要使所編的程序簡短，就要注意編程方法，用好指令，用巧指令，還要能優化結構。要實

39、現某種功能，一般而言，在達到目的的相同時，用功能強的指令比用功能單一的指令，程序步數可能會少些。（3）要使所編的程序盡可能清晰這樣既便于程序的調試、修改或補充，也便于別人了解和讀懂程序。要想使程序清晰，就要注意程序的層次，講究模塊化、標準化。特別是在編制復雜的程序時，更要注意程序的層次，可積累自己的與吸收別人的經驗，整理出一些標準的具有典型功能的程序，并盡可能使程序單元化，像計算機中的常用的一些子程序一樣，移來移去都能用，這樣，設計起來簡單，別人也易了解。（4）要使所編的程序合乎PLC的性能指標及工作要求所編程序的指令條數一定少于所選用的PLC內存的容量，即程序在PLC中能放得下，所用的輸入、

40、輸出點數要在所選用PLC的I/O點數范圍之內，PLC的掃描時間要少于所選用PLC的程序運行監測時間。PLC的掃描時間不僅包括運行用戶程序所需的時間，而且還包括運行系統程序，如I/O處理、自監測所需的時間。（5）所編程序能夠循環運行PLC的工作特點是循環反復、不間斷地運行同一程序。它的運行從初始化后的狀態開始，待控制對象完成了工作循環（完整程序執行一次），則又返回初始化狀態繼續運行。因為只有這樣才能使控制對象在新的工作周期中也得到相同的控制。3.3系統硬件結構框圖根據上述要求，制定合理方案：首先，應該做上位機與下位機的任務分工，上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則主要用來完成PLC程

41、序的編寫；其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設計自動售貨機的外型；在進行PLC程序的編寫時需要先分配PLC的I/O點，確定上、下位機的接口；然后，分別對上、下位機分別進行設計工作；最后，進行上位機設計結果與下位機設計結果的配合工作，經調試后完成整個系統的設計。另外，上位機與下位機的設計工作是密切配合的，它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應該是一致的。總體上講，仿真界面是被控對象，利用PLC來控制這個仿真的自動售貨機，仿真的自動售貨機接受PLC的控制指令并完成相應的動作；另一方

42、面，仿真界面中的仿真自動售貨機的運行，都是由組態界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統內部各大部件之間的內在關系。本設計主要是對自動售貨機中的下位機，也就是主要是對PLC在其中的程序進行設計。由此繪出系統組成框圖如3-2所示。圖3-2 系統結構框圖PLC控制系統：接受人民幣識別系統信息，確認已接受的人民幣是否可購買消費者所指定的商品，確認后按要求售出商品。錢幣識別傳感器：主要包括紙幣識別器、硬幣識別器、硬幣找零系統等，它主要實現識別真假紙幣(一般為拾元、伍元)和硬幣(壹元、伍角)、拒收假幣和殘幣、正確找零的功能。補料及出貨系統：貨柜由多層貨架組成，當購物者指定所需商品后，由控制系統啟動

43、出貨系統出貨；當某種貨物被取出后，補料機構自動補料（在這里補料機構采用簡單的傾斜式機構，即當某種貨物被售出后，補料機構里面的貨物直接向前滑至首位進行補位）。顯示機構：顯示購買的瓶數、投入的錢數以及剩余的錢數。 第4章 自動售貨機控制方案設計4.1 自動售貨機控制方案設計 （1）通過分析，由于程序內部的聯鎖、互動關系較為復雜，故采取步進指令較為簡單。（2） 本自動售貨機可使用5角硬幣，給計總金額數帶來麻煩，可對除5角識別器以外的所對應INC指令的計數器中的值乘2 計算來方便計算總錢數，即將所有“元”轉化為多少個“5角”。（3）由于實驗室PLC型號三菱FX2N-48MR對某些指令無法識別，所以需將

44、所有用脈沖執行型的功能指令都使用PLS指令進行轉化，即通過PLS指令驅動輔助繼電器M，實現程序功能。（4）找余時，可找1元與5角，故需對剩余總金額寄存器中的數目除以2 和取模2，除2結果即為當前要找1元的數目，取模2結果即為當前要找5角數目。（5）PLC 選用繼電器輸出型。（6）實現顧客的循環購買，故需實現控制程序的跳轉（向后跳轉）。當顧客再次購買時，余額寄存器（為了退幣，該寄存器中值已除2）中值要先乘2，以便與商品價格比較（商品價格已轉化為多少個5角），再進入下次購買 。（7）退幣結束時，使用SET指令恢復初始態，并置位所有寄存器，以準備下一個顧客購買飲料，防止出現錯誤4.2 PLC選型4.

45、2.1 PLC概述（1） PLC的由來在PLC問世之前，工業控制領域中是繼電器控制占主導地位。繼電器控制系統有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差，尤其當生產工藝發生變化時，就必須重新設計、重新安裝，造成時間和資金的嚴重浪費。為了改變這一現狀，1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號不斷更新的要求，以在激烈的競爭的汽車工業中占有優勢，提出要研制一種新型的工業控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此特擬定了十項公開招標的技術要求， 根據招標要求，1969年美國數字設備公司（DEC）研制出世界上第一臺PLC（PDP14型），并在通用汽車公司

46、自動裝配線上試用，獲得了成功，從而開創了工業控制新時期。從此可編程控制器這一新的控制技術迅速發展起來，而且在工業發達國家發展很快。（2）PLC的定義在PLC的發展過程中，美國電氣制造商協會（NEMA）經過4年的調查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），英文縮寫為PC，并作如下定義：“可編程序控制器是一種數字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現邏輯運算、順序控制以對各種機械或生產過程進行控制。”國際電工委員會（IEC）曾于1982年11月頒布了可編程序控制器標準的草案第一稿，1985年1月又發表了草案第二稿，1

47、987年2月頒布了草案第三稿。該草案中對可編程序控制器的定義是：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關外部設備等都應按易于與工業系統聯成一個整體，易于擴充起功能的原則設計。”定義強調了PLC應直接應用于工業環境，它必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應和應用能力。、PLC的主要功能（1）條件控制功能條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯、

48、并聯及其他各種邏輯連接，進行開關控制。（2）定時/記數控制功能定時/記數控制功能指用PLC提供的定時器、計數器指令實現對某種操作的定時或計數控制，以取代時間繼電器和計數繼電器。（3）數據處理功能數據處理功能是指PLC能進行數據傳送、比較、移位、數制轉換、算術運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。（4）步進控制功能步進控制功能是指用步進指令來實現在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構成的步進控制器。（5）A/D與D/A 轉換功能A/D與D/A 轉換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數字量之間的轉換。（6）運動控制功能運動控制功能是指通

49、過高速計數模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。（7）過程控制功能過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現對溫度、壓力、速度、流量等物理參數的閉環控制。（8）擴展功能擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即I/O擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。（9）遠程I/O功能遠程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。（10）通信聯網功能通信聯網功能是指通過PLC之間的聯網、PLC與上位機的鏈接等，實現遠程I/O控制或數據交換，以完成較大規模

50、系統的復雜控制。（11）監控功能監控功能是指PLC能監視系統各部分的進行狀態和進程，對系統中出現的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調整、修改控制程序中的定時器、計數器等的設定值。4.2.3 I/O點估算和PLC選型PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應考慮留有適當的余量，以作備用。通常，一條邏輯指令占存儲器一個字。計時、計數、移位以及算術運算、數據傳送等指令需占存儲器的空間。在選擇存儲器容量時，一般按實際需要的10%至25%考慮裕量。I/O點數按實際需要的10%至15%考慮備用。用戶存儲容量是指PLC用于存儲用戶程序的存儲器容量。需要的用戶存儲容量的大小由用戶程序的長短決定。

51、I/O點數即PLC面板上連接輸入、輸出信號用的端子的個數，常稱為點數,用輸入的點數和輸出的點數的和來表示。I/O點數越多，外部可接入的器件和輸出的器件就越多，控制規模就越大。因此，I/O點數是衡量衡量PLC性能的重要指標之一。國際上流行將PLC的點數作為PLC規模分類的標準，I/O點數在256點以下的為小型PLC，64點及64點以下的為微型PLC，總點數在2048點以上的為大型機。PLC容量包括兩個方面：一是I/O的點數；二是用戶存儲器的容量（字數）。本設計采用的是微型PLC，其中外部輸入端有五角、一元、五元投入端口，可樂、綠茶、奶茶選擇按鈕，開始按鈕，退幣按鈕；外部輸出端有可樂、綠茶、奶茶指

52、示燈，退幣指示燈，可樂、綠茶、奶茶輸出端口，退幣端口，本設計采用一個小型電機控制電磁閥產生對飲料和錢幣的輸出，在選擇飲料的同時會有相應的指示燈亮，其指示采用的電是經過變壓器調制成的24V電壓，安全可靠。由此可知，系統所需的輸入點數為8點，輸出點數為11點。根據以上分析，可選用32點（16I/16O）的PLC，現選用三菱公司的FX2N-32MR型PLC，這種類型的PLC能夠滿足功能的設計需要，又在經濟上得到了節省，完全符合設計需求。表4-1 三菱FX-2N系列PLC型號輸入點數輸出點數擴展模塊點數繼電器輸入可挖硅輸出晶體管輸出FX2N16MR-001FX2N16MSFX2N16MT882432F

53、X2N32MR-001FX2N32MSFX2N32MT16162432FX2N48MR-001FX2N48MSFX2N48MT24244864FX2N64MR-001FX2N64MSFX2N64MT32324864FX2N80MR-001FX2N80MSFX2N80MT40404864FX2N128MR-001FX2N128MT646448644.3. I/O地址設計一般講，配置好的PLC其輸入點數與控制對象的輸入信號數總是相應的，輸出點數與輸出的控制回路數也是相應的（如果有模擬量，則模擬量的路數與實際的也要相當），故I/O的分配實際上是把PLC的入、出點號分給實際的I/O電路，編程時按點號建

54、立邏輯或控制關系，接線時按點號“對號入坐”進行接線。其PLC的I/O分配表如表4-2所示:表4-2I/O接線表輸入輸出設備輸入設備輸出開始按鈕SB0X000可樂指示燈HL2Y0100.5元SB1X001綠茶指示燈HL3Y0111元SB2X002奶茶指示燈HL4Y0125元SB3X003找錢指示燈HL5Y016可樂按鈕SB4X004可樂輸出YV1Y013綠茶按鈕SB5X005綠茶輸出YV2Y014奶茶按鈕SB6X006奶茶輸出YV3Y015退幣按鈕SB7X0070.5元退幣口YV4Y0201元退幣口YV5Y0215元退幣口YV6Y0224.4流程設計 按下開始按鈕，通過系統自檢，系統初始化。顧客

55、按下所選擇的商品按鈕，看是否有貨，若沒有，則會報警提示，否則投入錢幣，然后辨別真偽，如有假幣則推出偽幣，若無假幣，通過錢幣累加并顯示，并與商品價格比較，若滿足看是否有余，若有送出商品同時找零并退幣。PLC控制的自動售貨機的程序流程圖如圖4-4所示。 圖4-4 自動售貨機程序流程圖4.5 PLC與現場器件的連接 本系統是一個小型集中控制系統，PLC選型主要取決于控制系統輸入、輸出開關信號的數量、用戶程序的長短及相關的功能。根據控制要求，I/O點數在32個左右，選擇性能價格比較適宜的三菱FX2n-32MR，其中其輸入點為16點，輸出點為16點，該PLC為繼電器輸出型。了解各個控制對象的驅動要求，分析對象的控制要求，完成PLC硬件結構配置。本設計中輸入有開始按鈕、錢幣的投入按鈕、選擇飲料按鈕、退幣按鈕；輸出有指示燈顯示輸出、飲料輸出、退