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1、毕业论文（设计）基于PLC的自动售货机的设计目 录摘要IAbstractII第一章 引 言11.1自动售货机的意义11.2自动售货机的研究现状11.3本次设计的研究内容1第二章 控制系统的选定22.1 控制系统的选择22.2 PLC的特点32.3 PLC的主要功能42.4 PLC的基本结构及原理4第三章 自动售货机的功能分析83.1自动售货机的简介83.2自动售货机功能分析8第四章 PLC自动售货机的硬件设计114.1自动售货机面板设计114.2自动售货机外部电路接线图114.3硬件设计原则124.4硬件设计的基本内容134.5硬件设计要求134.6 PLC模块选型，I/O分配表14第五章 P
2、LC自动售货机的软件设计175.1软件设计过程175.2分布程序设计195.3梯形图和指令表24总 结25致 谢26参考文献27附 录28附录A梯形图28附录B 指令表34大连海洋大学本科毕业论文（设计）摘要摘要本次设计课题是利用可编程控制器PLC对自动售货机进行设计。首先介绍了自动售货机的意义、发展前景和研究现状。自动售货机改变了全球零售业的格局，是零售业里程碑式的革命，其前景非常广阔1。其次，本设计用到了可编程控制器PLC，对PLC进行了详细的阐述。可编程逻辑控制器（PLC），在1968年被计算设备的发明人Richard E. Morley发明，已广泛应用于工业中的制造系统，运输系统，化学
3、处理设施，以及其他许多领域2。本次设计分别从硬件设计和软件设计两个方面对自动售货机进行了详细的设计。硬件方面使用了三菱的FX2N-48MR型号的PLC。软件编程方面，用梯形图对自动售货机的一次售货状态进行分析编程。此次设计的自动售货机性能稳定，功能齐全，可以用于实际生产参考。关键词：自动售货机，PLC，可编程控制器，三菱FX2N- I -大连海洋大学本科毕业论文（设计）AbstractAbstractThis design topic is the use of programmable controller PLC on the vending machine design.First th
4、is paper introduces the significance of the vending machine, development prospect and the research status quo.Vending machine has changed the pattern of global retail, which is a milestone in the retail revolution,and its prospects are very broad.Second, this design uses PLC programmable controller,
5、 and expounds PLC detailedly.PLC was invented by RichardE.Morley in 1968 who invented computer equipment.PLC has been widely used in industry of manufacturing system, transport system, chemical treatment facilities, and many other areas.This design has carried on the detailed design from two aspects
6、 of hardware design and software design of the vending machine.Hardware uses the Mitsubishi FX2N - 48MR of PLC.Software programming uses the ladder diagram of the vending machine sales status analysis programming at a time.The design of a vending machine performance is stable, complete functions, an
7、d it can be used for reference for practical production.Key Words：vending machine ,PLC, Mitsubishi FX2N- II -大连海洋大学本科毕业论文（设计）附 录第一章 引 言1.1自动售货机的意义从现如今自动售货机的发展形势来看，它把社会的劳动型的产业结构转化成了技术型的产业结构。随着消费者的不断增加，消费方式的不断改进，加上消费场所更加的增多，人们对消费方便性要求越来越高。自动售货机可以减少使用销售员的人工成本，又大大减少了对空间环境的要求，就这样应运而生而且越来越受到欢迎。1.2自动售货机的研究
8、现状随着我国自动零售业的不断发展，自动售货机不断的在我国发展的更多，普及面更广泛。社会各界也对自动售货机的各个功能、操作系统都做了相当仔细的研究。张建龙在2009年就对新型自动售货机进行了研究论述，他先明确了如今消费者的消费要求，又了解了自动销售机器的工作原理，然后通过这些对自动售货机的主体结构进行了设计，并设计了控制系统的硬件电路且编写了软件程序3。李代万，李金平，孙亮亮等人对识别人民币的系统与自动售货机器之间的连接进行了深刻的研究，并具体论述了该系统的软、硬件设计方法；为了实现人民币的识别、存储、找零、退币功能，利用了计算机技术、光机电一体化技术及自动控制技术，还原了硬币识别及找零机采用硬
9、币识别一体化4。这台自动售货机拥有紧凑的整体结构，精确的人民币识别，灵敏的操作反应，在实际应用方面十分广泛。郑大宇，刘立晶设计了方形货物的提取系统的方案，首先实现了货物被准确投放，又基于能量守恒定律，设计了最高速度的函数数据模块，利用MATLAB做了优化处理，求得机构的最优解来提高售货效率5。社会上很多领域都在研究自动售货机，其中在3个关键技术方面研究的居多：1、研究系统模块如何实现内部销售动作；2、研究如何实现对金额的结算和统计销售信息；3、研究如何更环保更节能。1.3本次设计的研究内容通过对自动售货机的了解和研究，我发现自动售货机所具有的功能越来越丰富，且控制方式也越来越多样，但是同时也存
10、在着稳定性的问题。采用可编程控制器PLC设计自动售货机控制系统，可靠性高，易于性能扩展 6。本次设计我将使用PLC设计自动售货机的功能，设计出更稳定的系统，使其在实际使用中运行的更稳定更长久。本论文阐述了自动售货机的运行过程和基础原理，依据对例子分析的方式，对自动售货机中每部分的程序PLC编程进行介绍。具体表现了PLC的特点和作用，控制了自动售货机工作中的绝大部分功能动作。第二章 控制系统的选定2.1 控制系统的选择现如今的自动售货机的控制方式多种多样，最常见的有两种方式：单片机及PLC。（1）单片机（Microcontrollers）是集成电路芯片中的一种，是一个小但是功能完善的微型计算机系
11、统，广泛应用在工业控制领域。单片机结构简单，使用便利，模块化的实现方式；高可靠性，106 107小时连续工作无故障；处理能力强，速度反应快；低电压，低功耗，在便携式产品生产反面使用方便；控制能力强；适应各种工作环境。（2）可编程序控制器PLC是一中专门应用在工业环境下而设计出来的数字化电子系统，它包含了可编程序的存储器，在其内部用来进行存储面向用户的指令：包括执行逻辑运算和顺序运算，也可进行定时、记数和算术运算等功能；并输入或输出数字式或模拟式，实现对机械的控制和对生产过程的管理7。PLC的设计原则就是要容易与实际工业系统进行连接形成整体，并且可以更多的扩展功能。基于自动售货机而言，若控制系统
12、的控制方式为电力机械，会大幅度的缩减有用价值空间，给动力资源造成多余的浪费；如果用液压系统来进行系统的控制，液压控制系统的技术要求高，所用的设备和阀体的组装成本高，反应速度慢，不适用于自动售货机的控制。如果利用单片机控制系统抗干扰性较差，并且还需要设计大量输入、输出的接口电路。选择PLC来控制系统的原因是因为价格和可靠性。值得一说的是，在PLC编程中要解决的实际问题是消除软件错误和降低旧的梯形逻辑程序的维护成本。虽然PLC的硬件成本的不断下降，但减少扫描时间、使低成本PLC可以使用的梯形逻辑仍然是行业中的一个问题。不论是改造老设备改造，还是生产新的设备，从设计、生产周期的长短方面考虑，生产和设
13、计周期越短越好，甚至希望能够实现设计的同时就可以进行安装，同时进行调试和生产8。在产品更新换代阶段，需要改造生产工艺但不需要改动现有生产设备的硬件及其外部设备的连接，能够同时马上进行批量生产，这样不但节约了时间和劳动力，新产品还能更快投入市场使用，增添了商家活力和经济效益。如果要同时实现这些要求，利用继电器和半导体的设计无法得以实现，使用可编程控制器设计就能够满足这些要求。这是因为采用PLC设计实现系统升级，则不必改动设备的外部接线，只需要改动软件编程。即根据新的需要改写PLC梯形图，修改旧程序或加入新程序就可以实现。简单方便，经济实惠，是个事半功倍的方式。2.2 PLC的特点PLC已像微处理
14、器作为中央处理器一样被广泛地使用，甚至当PLC不再是唯一的逻辑（IC）判断功能时使用输入输出模块和外部电路、大规模集成电路，还能够处理数据、进行通信等功能。特点：（1）性能可靠，抗干扰强生产厂家在生产PLC时，运用了长期积累的经验。采纳大规模集成电路方式生产模块。通过信号调理电路设计输入、输出系统，还加入了通道保护来减少温度、湿度及其它常见的干扰对模块的影响。（2）简单的控制系统结构，广泛通用多种多样的PLC模块及外围模块，它们可以灵活的组装结合，可以满足各种大小的系统，也能满足的不同要求。（3）编程语言简单易懂，使用方便因为可编程控制器是面向用户、面向工业控制应用的设施，PLC的设计者在设计
15、PLC程序编程语言时，采纳了简单的指令形式，如梯形图。梯形图的程序原理有些像继电器原理图，看上去非常直观易懂，即使是对计算机知识一知半解，有些电工方面知识的人都能短时间内学会并使用。（4）功能齐全，控制方面完善PLC能在任何形式和性质的I/O中相适应，PLC在I/O方面表现的十分完善，性能也十分可靠。PLC的基础部件是微处理器，为了适应工业环境，综合各项技术，用简单易懂操控方便的自然语言编程，更好的面向用户9。这都归功于它使用的是微处理器。在PLC的控制下可以实现数据计算，模拟计算、报表生成等功能。（5）生产、设计周期短PLC具有各种功能的软硬件，结构以模块为单位，积木式的编程，还可以像商品一
16、样销售。在设计、生产过程中，只需在PLC到货前进行具体的程序编制，再按照控制要求来进行选型和组合，在同一时间完成设计和组装，大大缩减了设计周期。（6）体积小，维护方便PLC都是采用微型结构，模块体积小、质量轻，在使用安装时十分方便。现场总线信号的变化状态在PLC的输入/输出系统中就能有直观的反映，且利用这些完成对机器的运行状况进行监控。（7）易于实现网络化通过PLC的连接，可以实现功能很强的网络系统。（8）实现三电一体实现电控（即逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电一体。灵活的组装结合，满足不同要求的工业控制。2.3 PLC的主要功能（1）逻辑控制功能逻辑控制功能就是用可编程控
17、制器指令代替继电器的连接方式，从而对开关实现动作。（2）定时/记数功能定时/记数功能是利用可编程控制器的计时指令代替控制时间的继电器，用记数指令代替时间用来记数的继电器，以完成定时或记数。（3）数据处理功能PLC能够对数据进行计算、编译、转换、传送等操作，这就是数据处理功能。（4）步进控制功能步进控制功能。用步进指令取代由硬件组成的步进控制器，当控制多道加工工序时，实现工序的逐条操作。（5） A/D、D/A 转换功能转换模拟量和数字量。（6）运动控制功能在完成单轴或多轴的控制时，利用高速记数模块和位置控制模块等。这就是运动控制功能。（7）过程控制功能基于可编程控制器的PID控制程序来实现对一些
18、物理变量的闭环控制。这就是过程控制功能。（8）扩展功能扩展功能就是用增加输入/输出点数来提高PLC的控制功能。其方式是连接各模块I/O扩展单元，加入各种智能单元或特殊功能的单元。（9）远程I/O功能用输入/输出单元完成可编程控制器主机与远程输入/输出设备之间的连接，从而接受或传出I/O信号，实现远程控制。这就是远程I/O功能。（10） 通信联网功能通信联网功能就是可以通过PLC之间的联网就是将可编程控制器与上位机的链接，实现远程IO 控制或数据交换10。（11） 监控功能检测系统异常状态，从而对系统进行调整或修改。2.4 PLC的基本结构及原理2.4.1PLC的系统结构目前PLC种类非常多，功
19、能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。11。其传输数据和指令都是采用总线结构来实现的。图1 PLC硬件结构图 可编程控制器控制系统的构成部分是输入量可编程控制器输出量。输入量就是指外部的各种传送监控变量，这些输入量经过可编程控制器外部输入接口，变成为PLC的输出量，各种控制PLC的外围设备。由此可见，输入、输出和外围控制部分组成了PLC的基本结构。2.4.2 PLC各部分的作用(1) 中央处理器控制器和运算器组成中央处理器（CPU）。整个微机的每个单元都在控制器的控制下有序的运行，从内存中获取指令和执行指令
20、控制计算机各个功能的运行。(2) 存储器PLC的存储器分为两大部分：一、系统存储器。二、用户存储器。(3) 输入/输出接口电路PLC通过I/O（输入/输出）接口电路来连接外围设备。中央处理器（CPU）接收和运算的数据变量都是由输入接口经过可编程控制器的I/O端口读取实际应用中的输入单元的控制信号转换而成的。(4) 电源可编程控制器内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块，都是由外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换而成的。这就是PLC的电源。(5) I/O（输入/输出）扩展接口当输入/输出端口达不到实际应用的数量时，可通过扩展端口连接I/O扩展单元与主机，实现扩展。(6) PLC的
21、基本工作原理可编程控制器使用循环扫描方式工作。为每个程序编码，CPU 是默认的从第一次指令的执行，根据定期扫描程序周期的序列号的指示，按照编码的顺序号进行周期性的周而复始的扫描，一个周期即一次循环的过程。如图2所示。 输入刷新阶段在输入刷新过程的阶段，中央处理器将对接受数据入口做出全面搜索，在储存器中记入输入数据。过程结束就自动关闭端口，进入程序的执行阶段。 程序执行阶段在实施阶段的项目，根据用户输入的控制程序，他阅读了所有的项目和相应的逻辑操作相关内部辅助内存和输出状态的第一个结果。 输出刷新阶段该指令执行后，内存的输出内容，逐项送到输出锁存电路，在一定输出方式输出，控制工作的执行相应的外部
22、元件。 图2 PLC的扫描全过程 显然程序的长短直接决定了扫描周期的长短。程序响应速度与周期的长度成反比。因为在PLC一次扫描周期里只有一次输入/输出状态更新，即每个扫描周期只有一个I/O，所以更新的I/O系统滞后，影响高速。从此得知，如果输入的数据在I/O更新过程中发生了改变，那么此次扫描的输出数据也会产生相应的改变。反过来看，如果输入的状态变量在刷新之后才发生变化，则本次扫描的结果输出不会发生变化，一直到下一个周期，输出状态才产生改变。不仅不会造成不良影响，还抵抗了干扰对系统的影响。这是因为在一个周期中， 可编程控制器大都是对外隔离的，只在刷新阶段采集输入数据。而工业使用中所受的干扰大多都
23、是脉冲式的、瞬时的，较慢的系统响应导致响应一次往往需要几个扫描周期，经过几个周期之后，瞬时的干扰带来的误差影响已微乎其微，这样系统的更高的抵抗了干扰的影响。而有些系统对控制时间要求非常严格、需要较快的响应速度，对于这些系统就需要更仔细的编制程序，一定情况下还需要采用一些特殊手段，用来降低不良影响。2.4.3 PLC的选型原则当决定用PLC来完成某一个项目，最需要重视的是对PLC的选型。一、考虑可编程控制器的容量是多少，二、是考虑可编程控制器的外设要选择那个厂家生产的。对第一方面，首先要详细的分析控制任务，要找到包括开关量输入/输出点和模拟量输入/输出点的每一个输入/输出点，以及确定是选择用继电
24、器、晶体管还是可控硅型来进行输出。一个生产系统很关键控制点的控制，当系统交流接触器、电磁阀、220伏和24伏、筛选器、plc及其结果有点剩余。可编程控制器的输出点都是一个公共的端口带动多个控制元件，但使用同种电源的原件才能公用这一组端口的输出。所以一个端口的电源是220V交流电，则必须有另外的输出端口来供直流24V的负载使用。这样就浪费了输出点端口，增加了原料成本。因此选择负载时要尽量选择相同的电源等级和种类。只有在有高速输出要求时才利用无觖点的晶体管输出，而一般情况下，可编程控制器使用最多的是继电器输出。第二，参考以下2个内容：（1）价格方面。可编程控制器产品价格在市场上差的非常大，有些相差
25、不大的PLC，某家的价格能比其它公司的多了超过四成。因为所使用的PLC比较多，所以必须要考虑这样的差价因数。（2）功能方面。普通的功能大多数的PLC都能具有，不过在有特别的要求时，就需要选用有能力控制任务的可编程控制器。如需要有灵活方便的通信要求；或要求计算速度、用户程序容量比较特殊等。消费者必须明确各种可编程控制器的类型，在选择型号时才能选择正确的型号。第三章 自动售货机的功能分析3.1自动售货机的简介自动售货机是集声、光、机械和高科技一体化的产品，在中国也开始得到应用。人们可以看到现代化的自动售货机被放在一些大的商店门口，在门口，繁忙的街道，公园和另外一些热闹的地方。在广义上来说，自动贩卖
26、机是可以使用硬币，纸币，信用卡购买商品的机器，从狭义上讲是无人收货的贩卖商品的一种机器12。从条件供应方面来看，自动贩卖机能够有效减少人力的使用，又大大减少了对空间环境的要求，还可以设置多种支付模式，不受运营时间的限制，总体的成本都有所降低。自动售货机是一种很好的方式，它新颖，文明，高档，灵活，方便等深受广大市民的青睐。对投入的货币自动运算是自动售货机的货币操作的最基本的功能，然后基于金钱价值确定能否消费此种货物，同时做出售货行为13。因此，自动售货机可以根据识别货仓内所装货物的价格，对人投入的金额做出运算，并根据输入的数值判断是否能购买。当按下所需商品的按钮时，自动售货机会将货物放到取口，消
27、费者可以从取口得到商品，即可完成购买。自动售货机还有一些其他功能，例如识币系统、货物和货币的传送系统等。3.2自动售货机功能分析自动售货机应该能够识别售货机内所包含的商品；当有人投币时，能够对所投入的钱币进行累计并计算，并完成自动售货机最基本的功能：通过消费者投入的金额确定能否消费此种货物，同时发出相对的指示。累计过后，当人按下某种商品的按钮时，与该商品相对应的电磁阀将会感应动作，商品开始供应，并将商品放到取口，顾客从取口去除商品，此次交易就会完成。一个正常工作的的自动售货机投币应具有完整的感应系统、运算系统、选取和供应系统、退钱系统、报警系统等功能。设计者给出了完整的自动售货机操作规程，以此
28、来控制自动售货机的功能动作。对人投入的金额做出运算，并根据输入的数值判断是否能购买，并做出销售动作，这就是自动售货机的基本功能14。假设自动售货机中有3种商品，汽水、果汁喝咖啡。汽水的价格是2.5元，果汁的价格是3元，咖啡的价格是3.5元。当启动电源后后，自动售货机可以正常工作。当有顾客对自动售货机投币后，自动售货机的系统会将数据寄存器内已经累计好的钱币数据和三种饮料的价格进行比较。如果投币的数值小于2.5元，那么商品的指示灯全都不会亮，可以继续支付金钱，当2.5元以上，汽水会选择亮起，所以我们可以选择买汽水。当货币价值超过3元，果汁将显示器选择点亮，超过3.5元，显示器显示都可以选择，选择买
29、咖啡或者退还。售货机会进行减法运算在顾客按下果汁的选择键时，将投入的货币总值减去果汁的价格，同时开启与果汁相对应的电磁阀，将果汁提取到出货口。买汽水和咖啡的操作原理和果汁相同。当顾客按下退币按钮时，售货机就会开始退币操作，并将剩余的钱币退回，将刚进行的程序复位，交易完成。如图3所示。图3自动售货机工作流程图根据自动售货机的工作流程图，以及以上分析得出，自动售货机在交易时，它的内部功能会涉及到三种运算，分别是假发运算、减法运算以及除法运算。自动售货机的售货和退避功能还需要货币的识别系统和传动系统来完成。根据自动售货机的操作把自动售货机的交易过程分为以下四个过程：(1) 投币过程 (2) 价格比较
30、过程 (3) 选择商品过程 (4) 退币过程自动售货机的交易过程还可以分为4个状态： 初始状态。自动售货机内部电机是停止工作的，每个单元都是初始的状态，等待操作。 投币状态。投币框会在按下投币按钮后显示，投币显示屏可以显示投入、消费以及剩余的数值，投入的金额大于或等于某饮料价格时，对应的饮料购买按钮指示等长亮，表示允许购买。 购买状态。按下商品的购买按钮，系统将所买物品提取到提取口里，屏幕上的金额数字按照消费的数值而发生改变，顾客拿出商品后提取口消失。 退币按钮。按下此键，屏幕上出现应退余额的数值。按下退币钮，剩余钱币会退回，系统复位。经过四个状态后，自动售货机完成一次售货。第四章 PLC自动
31、售货机的硬件设计4.1自动售货机面板设计如图4所示，是自动售货机的面板： 指示灯 按纽 投币口 5角 1元 5元 出币口 出货口汽水2元果汁2.5元咖啡3元找钱图4自动售货机的面板设计4.2自动售货机外部电路接线图根据要求，画出了PLC控制电路的原理图。在此图中，指示灯代表输出。如图5所示：图5 PLC外部I/O接线图从I/O接线图中可以得知，X005是连接汽水的选择按钮，X006连接果汁的选择按钮，X007连接咖啡的选择按钮。如果你放入钱，购买汽水、果汁或咖啡时，按钮和指示灯可以帮助引导顾客购买商品，操作十分方便，简单明了。4.3硬件设计原则电气的控制系统为了提高产品的生产效率和产品使用质量
32、，对生产设备和生产过程都有很高的工艺要求。所以，我们应该遵守下面四条基本规则，来设计可编程控制器的控制系统。 在设计之前，应先进行深入的调查市场情况、尽可能收集更多研究资料，积极的与机械设计人员和实际应用中的操作人员进行密切交流，共同配合设计控制系统的设计方案，处理设计中存在的疑点。 在实现控制系统的各项要求的条件下，尽可能的简化控制系统，使其成本更经济，使用和维修更方便。 保证人们的安全。保证设备的安全。保证可靠的系统。 当选择一个PLC时，为了生产的进一步发展和完善的过程要留下余量。 4.4硬件设计的基本内容设计方法涉及基于状态转换模型的高层次描述，处理离散式的自动化控制系统，是一个逐步的
33、设计过程，并且规划提供导向和测量方法来实现一个成功的设计。这项研究的结果是要找到一种方法来减少管理控制软件开发过程中的不确定性，减少编程和调试的时间以及他们的变化，增加自动化系统的灵活性，并通过模块来实现软件的可重用性。其目的是为了克服目前个人软件开发者经验不足的缺点。PLC模块与用户输入/输出设备相互连接，组成了PLC控制系统。一下几条即PLC控制系统设计的基本内容： 用户输入设备，例如限位开关，传感器，开关操作，按钮等。输出设备，如继电器，接触器，致动部件，如灯和控制对象驱动输出设备，诸如马达，螺线管等。这些设备的通用电气元件。 选择PLC的型号。PLC控制系统的核心部件就是PLC模块，P
34、LC模块的正确选择，有利于保证系统的性能指标。控制系统的主要成分是PLC模块。正确的选择PLC模块以确保该系统的性能。选择PLC选择它的机型、选择电源模块、确定它的I/O模块、选取它的容量等。 I / O点的分布合理，绘制连接I / O的图。 控制程序的设计。如梯形图的设计、程序清单（又称语句表）的设计，还有绘制控制系统的流程图。控制系统可以控制整个系统，确保其系统工作更安全，更可靠。如果使控制程序的设计满足实际的要求，则必须反复的调试和修改。 必要时还需设计控制台 编制技术文件用来控制系统。 4.5硬件设计要求自动售货机的机械和电气自动化设备是一体化的。在得到的金钱进入的指使后，在控制信号输
35、入的触摸一个按钮，它使控制器启动相应位置的设备配置，输出货物。五台不同的电机组成了电机主电路，有三个电机分别是用来控制汽水、果汁、咖啡的出货电机，还有两个是控制一元和五角的出口电机。不一样的电机会在电路的控制下在不一样的时候运行。这样就控制了各部分。下面是自动售货机的几点要求： 可将5角、1元和5元的人民币投入自动售货机中。 各类饮料的价格：汽水的价格使2.5元，果汁的价格使3元，咖啡的价格是3.5元。 如果启动开始键，自动售货机开始运行。 当钱币等于或超过2.5元时，按动汽水的选择键，与此同时提取汽水，运行8s后系统自动停止。 当钱币等于或超过3元时，按动果汁的选择键，与此同时提取果汁，运行
36、8s后系统自动停止。 当钱币等于或超过3.5元时，按动咖啡的选择键，与此同时提取咖啡，运行8s后系统自动停止。 系统会自动所放入的金额数，以确定是否足够购买商品。如果投币不足则给顾客提示不足。如果投币足够则会按照需求售货。 自动售货完成后，系统自动计算人民币余额，如果顾客所投钱币有剩余，那么退币指示灯会变亮，与此同时售货机会返还剩余的金额。或者按退币选择按钮，余额全部退回。 当退币或报警时则不能再投入钱币。4.6 PLC模块选型，I/O分配表4.6.1 PLC模块的选型选择PLC容量时，出来要满足控制要求以外，还要留出适当的余量来作为备用。在储存器中的一个字可以存储一条逻辑指令。存储器的大部分
37、空间容量来存储数据传送、移位、计数以及算术运算、计时等指令。在存储容量选择时，要留取可变化的量。一般选择实际量的10至25的。I/O的数量按10至15的实际需要留取。用户存储容量是PLC用于备份到存储程序存储器的容量，它的大小取决于用户程序的长度。分别有两个方面是PLC容量的内容：一方面是输入/输出（I/O）的点数；另一方面是用户存储器的字数。在PLC控制面板上用来连接输入/输出信号所用的端子的数量，就是I/O点数，也就是输入/输出的点数的总和15。越多的输入/输出点数就能连接越多的输入/输出器件，所能控制的模块规模就越大。衡量PLC性能的一个重要指标就是输入/输出（I/O）点数。国际上流行将
38、PLC的点数作为PLC规模分类的标准，小型PLC的I/O点数少于256点，微型PLC的I/O点数在64点及64点以下。本设计采用的是微型PLC，其中外部输入端有各种钱币的面额进币口。还有选择汽水、果汁、咖啡的按钮，启动按钮和余额退币按钮；是否有汽水、果汁和咖啡的指示灯，余额退款的指示灯，汽水、果汁、咖啡的出货口，退币口等都为外部输出端。本设计在对饮料和余额款输出是采用一个小型电机来控制的电磁阀门，指示灯的电源采用的是经过变压器变压得到的安全可靠的24V电压。本设计系统用到了17个输入点和15个输出点。在分析研究后选用24个I/O点的PLC，具体的PLC型号是三菱的FX2N-48MR，不仅节省了
39、经济上的成本，有符合设计的需要，能都满足本设计的各种功能。由输入/输出的零件数量和编辑程序的长度，以及其他的功能来对PLC进行选型。首先本次设计的系统是一个小型控制系统，其次本次所需的I/O点数差不多为32个。所以本次选用24个输入/输出点的三菱FX2n-48MR。其性能和价格都比较合适。在设计系统时，被控制对象的驱动要求应熟悉，还有分析和需求管理的对象，PLC的硬件设计在最后配置。输入端有启动键，选择键和退币键；使用指示灯来显示各项功能。我们用PLC对这些功能进行使用，利用电机提供动力从而输出商品。4.6.2三菱FX2n系列PLC介绍简单介绍：在PLC的种类家族中最先进的系列就是本次设计所选
40、用的FX系列。FX2n系列几乎包容了所有PLC的特点，比如在世界各国不同的电源下都能使用；通信功能更为全面；执行程序的速度更快；而且还具有特殊功能模块，它使自动化设备方面的应用更为灵活而且控制能力更强。为大量实际应用而开发的特殊功能：开发了模拟I/O端口、高速计数器等特殊功能模块，满足了更多不同的特殊需要。达到16轴定位控制，输出为J / K型热电偶或Pt传感器设备，如在模块设计温度的输出脉冲序列中。FX2n共有八个特殊的功能模块。它对每一个主单元都可以进行配置。在网络和数据通信方面：为解决通信需要，FX系列连接到了世界上现在最受欢迎的开放网络（CC-Link，Profibus Dp和Devi
41、ceNet）。并且网络采用了传感器层次。4.6.3 I/O分配表如表1即为I/O分配表。输入点地址功能输出点地址功能X0启动Y0汽水选择灯X1暂停Y1果汁选择灯X25角输入Y2咖啡选择灯X31元输入Y3汽水出货控制X45元输入Y4果汁出货控制X5汽水选择Y5咖啡出货控制X6果汁选择Y65角电机控制X7咖啡选择Y71元电机控制X105角退币感应器Y10出币选择灯X111元退币感应器Y11制冷控制X12出币选择Y12照明控制X13温度传感器Y135角缺币报警X14光度传感器Y141元缺币报警X155角传感器Y15缺货报警X161元传感器Y16防盗报警X17缺货传感器X20剧烈震动传感器表1 I/O
42、分配表第五章 PLC自动售货机的软件设计5.1软件设计过程本次设计仅针对自动售货机的售货过程进行了设计，温度、光度控制及报警系统在本次设计中忽略。5.1.1自动售货机工作框图：图6 自动售货机工作框图 该自动售货机可设置5角1元5元的硬币和纸币，根据今个贩卖软果汁、汽水以及咖啡。 当输入量等于2元，汽水的指示器会变亮;当输入量等于或超过2.5元，汽水和果汁的指示灯都会变亮;当输入量等于或超过3元，3种饮料的指示灯全部会显示亮。 如果可以购买汽水，那么汽水的指示灯就会变亮，按下选择汽水的按钮，汽水自动被放置到出货口处。 如果可以购买果汁，那么果汁的指示灯就会变亮，按下选择果汁的按钮，果汁自动被放
43、置到出货口处。 如果可以购买咖啡，那么咖啡的指示灯就会变亮，按下选择咖啡的按钮，咖啡自动被放置到出货口处。 如购买完成后有剩余余额，或投币后未购买商品，退币指示灯亮，然后当按退币按钮时，剩余钱币会在退币口退出。5.1.2一次交易过程分析自动售货机的一次交易过程分析 投币后，对投入金额进行统计并存放的PLC中。 投入金额与商品价格进行比较，达到或超过商品价格时，对应商品的选择指示灯变亮，顾客有购买该商品的权利。 按动商品选择按钮，对商品进行选购。 购买的同时，PLC来计算余额并提供由用户选择的产品。 当有剩余金额时，按下退币的按钮，系统将剩余金额转换为5角或1元，退还到退币口。同时PLC会复位，
44、恢复最初的状态。5.1.3编写梯形图的注意事项（1）可以重复几次的使用定时器、内部辅助继电器和计数器等等部件的厨电，这样就可以降低触点的使用次数，并且不需要复杂的程序结构。（2）梯形图的每条线，必须从左母线开始，线圈上的右母线停止。触点不能在右侧。除了不仅程序，所有的指令不可以直接连接到左母线。由特殊内部继电器步骤程序正常关闭，或者这不使用内部继电器常闭触点连接时，可以实现程序在任何时间执行。（3）同一程序不能够同时输出两次。（4）桥是电路是不能够存在的。程序应该尽量减少执行步骤，满足“上大下小，左大右小”的原则。程序的编写方式应该是从上到下从左到右。5.2分布程序设计自动售货机的系统由以下部
45、分组成：货币体系，比较计算系统，监控系统，在选择产品时货物的交付系统和报警系统。5.2.1记币系统当自动售货机工作室，如果有客户支付,硬币穿过传感器需要真假辨别，然后再传送给PLC进行记币。如果辨别出所投钱币为伪币时，PLC则收不到感应器发出的记币指令，反而收到退币指令使假币退出。如果PLC收到记录货币的指令时，指令接收相应的数据将被自动存储在PLC寄存器D0。如图7是PLC的编程图。图7 PLC计币系统编程梯形图由图得知，每次投入的钱币面额不同，记录也不同，并且将金额的总数送到寄存器D0利寄存。在编程过程中，整数处理了金币的数据，这样避免了小数点的影响，减少了编程时出现差错造成误差。高电平的
46、输入地址设置在X002-X004，这样保证了X002-X004的输入在M1-M3为一个周期的周期内都有效。一方面避免漏掉投币的有效反应；另一方面也可以避免了假币之类的不良干扰所带来的影响。5.2.2价格比较系统系统在自动售货机的整个售货过程都在进行价格比较。如果投入自动售货机的金额等于或大于某种商品的价格，系统就会生成一个可以购买该商品的信号。所有投币动作完成后，系统将自动比较D0内的钱币数据和商品价格。当投币总数不足2.5元时，则所有商品的指示灯都不会亮，表示投入金额不足购买商品，此时可以选择继续投币，或者选择退币；当投入的金额大于或等于2.5元时，汽水的指示灯亮起，表示可以购买汽水，此时可以购买汽水或选择退币；其他的商品购买过程与汽水同理。如图8所示，是价格比较的系统梯形图。