摘 要本論文設計的是由微機PLC構成的自動售貨機監(jiān)控系統(tǒng)，本文闡述了自動售貨機的來源與發(fā)展，以及它在國內外發(fā)展的現(xiàn)狀，對自動售貨機的方案進行了論證，介紹了PLC的基本組成、特點以及工作原理。對由微機PLC構成的自動售貨機系統(tǒng)整體設計過程進行較為細致的論述。在設計中介紹了自動售貨機的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分成幾個程序塊，然后分別對程序塊進行編程。具體說明了可編程控制器在自動售貨機中的作用。程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定的運行。關鍵詞：可編程序控制器、自動售貨機、梯形圖。目 錄緒論 1第一章 控制要求1.1控制對象的介紹 21.2控制對象的工作原理 21.3控制要求 2第二章 硬件的選擇2.1PLC選型 42.2 主要參數的計算 42.3I/0地址表 7第三章 編程3.1 控制框圖 83.2控制程序介紹 8第四章 調試 19第五章 總結 20致謝 21參考文獻 22第六章 附錄附錄A 主電路 23附錄B PLC外部接線圖 23附錄C 梯形圖 24附錄D 元器件清單 26緒 論自動售貨機最早出現(xiàn)在二十世紀五、六十年代的西歐，英國是較早實行自動售貨機售貨的國家之一。1942年，在食品銷售中首先推廣了自動售貨的銷售方式。1950年。英國食品雜貨行有500家采用自動售貨機售貨。1969年，采用自動售貨機售貨的商家增加到23000家，銷售的商品擴展到文化用品、唱片、香煙、食品等多個方面。進入70年代后，約有40多萬家香煙、飲料店采用自動售貨機。1980年英國有50余萬臺自動售貨機，年銷售額達8.81億英鎊。70年代后，日本、美歐等發(fā)達國家和地區(qū)自動售貨機迅猛的發(fā)展，短短30年，發(fā)達國家自動售貨機產業(yè)已發(fā)展到相當大規(guī)模。自動售貨機被廣泛地布放于車站、油站、碼頭、機場、賓館、寫字樓、娛樂場所及大街小巷和公路旁，人們通過自動售貨機可以買到食品、香煙、飲料、報紙、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。自動售貨機實現(xiàn)了商品需求化、性能多樣化的發(fā)展，又原來只能出售有限商品品種，轉變?yōu)槔^百貨公司、超級市場、便民店之后，以消費者與售貨機“一對一”自動售貨的無店鋪銷售業(yè)態(tài)。目前自動售貨機是集聲、光、機電一體化的高新智能化產品，在我國也開始得到應用。在中國人們可以看到現(xiàn)代化的自動售貨機擺放在一些大商場門口、繁華街道兩旁、公園入口處以及其它熱鬧的場所。自動售貨機的新奇、文明、高檔、晝夜服務、占地小、靈活方便深受許多地區(qū)市民的青睞，甚至出現(xiàn)許多排隊購買的現(xiàn)象。專輯測算，中國的自動售貨機在市場容量最保守算應該有四十七萬臺，一年的銷售額可達三百五十億元若按人均臺數計算全年可達五百億，自動售貨機在日本達到平均每二三十人一臺，在美國達到每四十人一臺，在歐洲每六十人一臺，由于中國經濟與上述國家還有一定差距，按每人五百臺計算。因此，自動售貨機在中國有著廣闊的發(fā)展前景。本文選擇PLC作為控制器，來控制售貨機子系統(tǒng)。第一章 控制要求1.1 控制對象的介紹自動售貨機是集聲、光、機、電于一體的智能科技產物。進入21世紀，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展,它的新奇、文明、高檔、靈活方便等深受廣大市民青睞。自動售貨機最基本的功能是對投入的貨幣進行運算，并根據所投入的貨幣數值判斷是否能夠購買某種商品，并做出相應的反映。因此，售貨機應能夠辨識機內包含的商品,能夠對所投入的幣值進行累計，并提供所要購買的商品。當按下選擇商品的按鈕時，售貨機根據投入的幣值，起動電機，提取商品到出貨口，顧客取出商品，完成此次交易。它還具有識幣系統(tǒng)、貨物和貨幣的傳送系統(tǒng)來實現(xiàn)完整的售貨功能。1.2 控制對象的工作原理自動售貨機是臺機電一體化的自動化裝置，在接受到貨幣已輸入的前提下，靠觸摸控制按扭輸入信號使控制器啟動相關位置的機械裝置完成規(guī)定動作，將貨物輸出。 用戶將貨幣投入投幣口，貨幣識別器對所投貨幣進行識別； 控制器根據金額將商品可售賣信息通過選貨按鍵指示燈提供給用戶，由用戶自主選擇欲購買的商品； 按下用戶選擇商品所對應的按鍵，控制器接收到按鍵所傳遞過來的信息，驅動相應部件，售出用戶選擇的商品到達取物口； 如果還有足夠的余額，則可繼續(xù)購買。在15秒之內，自動售貨機將自動找出零幣或用戶旋轉退幣旋鈕，退出零幣。 從退幣口取出零幣完成此次交易。1.3 控制要求(1)自動售貨機有3個投幣口,可以分別投入1元、5元、10元。售貨3種飲料供選擇,分別為汽水、花茶和咖啡。投幣總額或現(xiàn)金值顯示在7段數碼管上，若投幣總額超過售貨價格，將可由退幣按鈕找回余額。(2)當投幣值等于或大于12元時，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水；投幣值等于或大于15元時，汽水和花茶指示燈亮，表示只可選擇汽水和花茶；投幣值等于或大于20元時，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示三種均可選擇。按下欲飲用的飲料按鈕，則相對應的指示燈開始閃爍，7秒后自動停止，表示飲料已經掉出。(3)若投入的硬幣總值超過按鈕所需的錢數（汽水12元，花茶15元，咖啡20元）時，找錢指示燈亮，表示找錢動作，并退出多余的錢。退回金額如果大于10元，則先退10元再退1元；如果大于5元，則先退5元再退1元；如果小于5元則直接退1元的。第二章 硬件的選擇2.1 PLC選型根據自動售貨機的控制需要，該系統(tǒng)的輸入有1個計數器復位開關,3個投幣口,3個飲料選擇按鈕開關,1個啟動按鈕,1個停止按鈕和1個退幣按鈕共9個輸入點；系統(tǒng)的輸出有3個飲料指示燈,1個找錢指示燈,3個飲料排出的接電器和1個7段數碼管顯示共14個輸出點。根據I/0端子的數量和種類,同時考慮將來的發(fā)展需要再增加10%15%的余量,則估算PLC所需I/0總點數為32。因此選用日本三菱公司功能較強的小型FX2N32MR001整體式PLC。PLC框架配置圖如圖1所示。 CPU模塊 FX2N32MR001圖1 PLC框架配置圖CPU模塊采用三菱公司的FX2N32MR001模塊。由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶16個數字量輸入點，16個數字量輸出點，完全能夠滿足自動售貨機控制系統(tǒng)的要求，因此不再需要另外的電源模塊、數字量輸入/輸出模塊。I/0分配采用自動分配方式，模塊上的輸入端子對應的輸入地址是X000X017，輸出端子對應的輸出地址是X000X017。2.2 主要參數計算與選擇由于選用的電動機功率為150W，額定電壓為220V，因此由下面的計算可得電動機的額定電流是：I = P/U = 150/220 = 0.7A （1）開關的選擇選用低壓斷路器的自動開關QF作為系統(tǒng)的電源總開關，完成主電路的短路保護，在其主電路中的控制對象為電動機。自動開關過電流脫扣值是針對電動機負載而言，可按照電動機啟動電流的1.7倍選定。本系統(tǒng)有三臺負載電動機150W，其啟動電流均較小，因此選擇自動開關QF的電流脫扣值：IQF = 1.7INE = 1.70.7 = 1.19A式中,INE - 電動機的額定電流；因此選用IQF = 1.5A，型號為DZX7-8025的低壓斷路器自動開關QF。（2）按鈕的選擇用啟動、停止按鈕來控制電路的啟停。啟動按鈕常有常開觸頭，按下按鈕來控制電路的啟停。啟動按鈕常有常開觸頭，按下按鈕，常開觸頭閉合；松開，常開觸頭復位。停止按鈕帶有常閉觸頭，按下按鈕，常閉觸頭斷開；松開，常閉觸頭復位。一般紅色表示停止，綠色表示啟動。因此選用型號為LAY37的啟動和停止按鈕。（3）熔斷器的選擇熔斷器FU1、FU2、FU3分別實現(xiàn)個負載回路的短路保護，F(xiàn)U4完成PLC控制回路的短路保護。選擇螺旋式熔斷器，它有明顯的分斷指令和不用任何工具就可取下或更換熔體等優(yōu)點。FU熔體額定電流IFU的選定，考慮電動機沖擊電流的影響，各臺電動機不同時啟動，則應按下式計算： IFU （1.52.5）INmaxIN = 20.71.4 = 2.8A式中, INmax-容量最大的一臺電動機的額定電流； IN-其余電動機額定電流的總和。因此負載回路中選用熔體IFU = 3A，型號為RL625的螺旋式熔斷器。 按以上方法選配控制回路中選用熔體的額定電流為1A，型號為RT1632X的螺旋式熔斷器。（4）熱繼電器的選擇 電動機M1、M2、M3分別由熱繼電器FR1、FR2、FR3實現(xiàn)過載保護。由于電動機的額定電流為0.7A，則選擇型號為JR1620/3的熱繼電器，其動作電流整定范圍是0.50.8A。（5）接觸器的選擇在主電路中，接觸器KM1、KM2、KM3分別控制電動機M1（排出咖啡）、電動機M2（排出花茶）、電動機M3（排出汽水），它們各設有運行指示燈，均由對應的接觸器的輔助觸點（常開）點亮，則選擇交流接觸器，一般有3對主觸頭，2對輔助觸頭。其額定電壓應大于或等于所控制線路的電壓。接觸器主觸頭電流按下式計算： IC = PN/KUN = 150/（1220）= 0.7A式中，PN -電動機額定功率；UN -電動機額定電壓；K -經驗系數，一般取11.4。 因此選用IC = 1A的接觸器主觸頭，選用型號為CJ105，線圈電壓為220V AC的交流接觸器。（6）計數器的選擇 計數器在程序中用作計數控制，采用普通用途16位增計數型計數器。電源正常情況下，即使是非掉電保持型計數器的當前值寄存器也具有記憶功能，因而計數器重新開始計數前要用復位指令才能對當前值寄存器復位。本例采用計數器對系統(tǒng)進行復位。當復位條件M0接通時，計數器的當前值為0，輸出觸點也復位。（7）定時器的選擇 定時器相當于繼電器電路中的時間繼電器，在程序中用于延時控制。本例采用100ms型定時器，對排出飲料時指示燈閃爍進行計時，對精度要求不高。2.3 I /O地址表自動售貨機PLC的I /0地址表如表1所示。表1 自動售貨機PLC的I /0地址分配輸入信號輸入地址輸出信號輸出地址計數器復位開關SQ1X000排出咖啡接觸器KM1Y000 1元投幣口SQ2X001排出花茶接觸器KM2Y001 5元投幣口SQ3X005排出汽水接觸器KM3Y002 10元投幣口SQ4X010汽水指示燈Y012啟動按鈕開關SB1X006咖啡指示燈Y013停止按鈕開關SB2X007花茶指示燈Y015汽水選擇按鈕SB3X012找錢指示燈Y014咖啡選擇按鈕SB4X013報警指示燈Y011花茶選擇按鈕SB5X0157段數碼管Y004Y010退幣按鈕SB6X011第三章 編程 3.1 控制框圖自動售貨機控制框圖如圖2所示。圖2 自動售貨機控制框圖 3.2 控制程序介紹3.2.1計數器復位當X000接通,在第一個脈沖信號到來時,M0產生一個掃描周期的單脈沖,它的常開觸點閉合一個掃描周期,常閉觸點斷開,實現(xiàn)了計數器C1的復位功能。其梯形圖如圖3所示。圖3 計數器復位梯形圖所對應的指令表為：0 LD X0001 PLS M03 LD M04 RST C1 ；計數器復位 3.2.2售貨機啟停輔助繼電器當按下啟動按鈕X006時,自動售貨機開始工作,該輔助繼電器M2得電；當按下停止按鈕時,自動售貨機停止工作,該輔助繼電器M2失電。其梯形圖如圖4所示。圖4 售貨機啟停輔助繼電器梯形圖所對應的指令表為： 0 LD X006 1 OR M2 2 ANI X007 3 OUT M2 ；自動售貨機啟動 3.2.3投入幣值在該程序中,自動售貨機啟動之下,當投幣口X001,X005,X010由OFF ON變化時,各投幣口計數器C1的值自動加1，即將投入幣值進行累加作為計數器的當前值。其梯形圖如圖5所示。圖5 投入幣值梯形圖所對應的指令表為： 0 LD X001 1 AND M2 2 ADDP C1 K1 C1 ；投入1元錢 9 LD X005 10 AND M2 11 ADDP C1 K5 C1 ；投入5元錢 18 LD X010 19 AND M2 20 ADDP C1 K10 C1 ；投入10元錢 3.2.4顯示在7段數碼管上在自動售貨機啟動下,將投入的幣值與20比較,并將C1的值送到Y004Y010的7段數碼管顯示,即將投入幣值在數碼管上顯示出來。若投幣總額小于12元，則綠燈一直在亮。其梯形圖如圖6所示。圖6 投入幣值顯示在7段數碼管的梯形圖 所對應的指令表為： 0 LD M2 1 CMP C1 K20 M1 8 SEGL C1 Y004 K3 ；顯示在數碼管上 15 LD M2 16 CMP C1 K12 M4 ；投幣總額不夠 23 OUT Y011 ；綠燈亮3.2.5選擇飲料在該程序中，將投幣總額與汽水的價格12元比較，若確定是大于或等于12，則M11接通，確定排出的是汽水，汽水指示燈亮。將投幣總額與花茶的價格15元比較，若確定是大于或等于15，則M21接通，確定排出的是花茶，花茶指示燈亮。將投幣總額與咖啡的價格20元比較，若確定是大于或等于20，則M31接通，確定排出的是咖啡，咖啡指示燈亮。其梯形圖如圖7所示。圖7 選擇飲料的梯形圖所對應的指令表為：0 LD M2 1 CMP K12 C1 M10 ；經比較后確定是否排出汽水8 LD M119 OR M1210 OR M2111 OR M2212 OR M3113 OR M3214 OR M10015 AND M216 ANI T317 OUT M10018 LD M10019 ANI T120 ANI T321 ANI M4522 OUT Y012 ；汽水指示燈亮23 LD M224 CMP K15 C1 M20 ；經比較后確定是否排出花茶31 LD M2132 OR M2233 OR M3134 OR M3235 OR M10136 AND M237 ANI T638 OUT M10139 LD M10140 ANI T441 ANI T642 ANI M4543 OUT Y015 ；花茶指示燈亮44 LD M245 CMP K13 C1 M30 ；經比較后確定是否排出咖啡52 LD M3153 OR M3154 OR M3255 AND M256 ANI T957 OUT M10258 LD M10259 ANI T760 ANI T961 ANI M4562 OUT Y013 ；咖啡指示燈亮3.2.6飲料的排出在該程序中，按下汽水選擇按鈕且其指示燈亮，未互鎖且定時器未溢出，則置M15=1，延時7秒后，汽水指示燈閃爍，排出汽水。按下花茶選擇按鈕且其指示燈亮，未互鎖且定時器未溢出，則置M15=1，延時7秒后，花茶指示燈閃爍，排出花茶。按下咖啡選擇按鈕且其指示燈亮，未互鎖且定時器未溢出，則置M15=1，延時7秒后，咖啡指示燈閃爍，排出咖啡。其梯形圖如圖8所示。圖8 飲料排出的梯形圖所對應的指令表為：0 LD X012 ；按下汽水按鈕1 AND Y012 ；汽水指示燈亮2 OR M153 ANI T34 ANI M455 OUT M156 LD M157 OUT T3 K70 ；延時7秒10 LD M1511 ANI T212 OUT T1 K515 LD T116 OUT T2 K5 ；汽水指示燈閃爍19 LD M1520 ANI T321 OUT Y002 ；排出汽水22 LD X015 ；按下花茶按鈕23 AND Y015 ；花茶指示燈亮24 OR M2525 ANI T626 ANI M4527 OUT M2528 LD M2529 OUT T6 K70 ；延時7秒32 LD M2533 ANI T534 OUT T4 K537 LD T438 OUT T5 K5 ；花茶指示燈閃爍41 LD M2542 ANI T643 OUT Y001 ；排出花茶44 LD X013 ；按下咖啡按鈕45 AND Y013 ；咖啡指示燈亮46 OR M3547 ANI T948 ANI M4549 OUT M3550 LD M3551 OUT T9 K70 ；延時7秒54 LD M3555 ANI T856 OUT T7 K559 LD T760 OUT T8 K5 ；咖啡指示燈閃爍63 LD M3564 ANI T965 OUT Y0003.2.7找錢在該程序中,自動售貨機處于開狀態(tài),在保證余額不為0的情況下,找錢指示燈亮。按下汽水選擇按鈕，售貨機將投幣總額扣除汽水的金額；按下花茶選擇按鈕，售貨機將投幣總額扣除花茶的金額；按下咖啡選擇按鈕，售貨機將投幣總額扣除咖啡的金額。其梯形圖如圖9所示。圖9 找錢梯形圖所對應的指令表為：0 LD M21 CMP K0 C1 M40 ；余額不為08 LD M409 OR M4110 ANB11 OUT M4512 LD M4213 AND M214 OUT Y014 ；找錢指示燈亮15 LD X012 ；按下汽水選擇按鈕16 OUT T10 K319 LD T1020 AND M221 ANI M1022 SUBP C1 K12 C1 ；扣除汽水的金額29 LD X015 ；按下花茶選擇按鈕30 OUT T11 K333 LD T1134 AND M235 ANI M2036 SUBP C1 K15 C1 ；扣除汽水的金額43 LD X01344 OUT T12 K347 LD T1248 AND M249 ANI M3050 SUBP C1 K13 C1 ；扣除汽水的金額 在該程序中，按下退幣按鈕，可以退回余額。退回金額如果大于10元，則先退10元再退1元；如果大于5元，則先退5元再退1元；如果小于5元則直接退1元的。退回余額后，復位。其梯形圖如圖10所示。圖10 找錢梯形圖所對應的指令表為：0 LD X0111 SET Y0032 LD Y0033 CMP C1 K0 M1910 CMP C1 K10 M1617 MPS18 LD M1619 OR M1720 ANB21 AND M222 SUBP C1 K10 C129 MPP30 AND M1831 CMP C1 K5 M1338 MPS 39 LD M1340 OR M1441 ANB42 ANB M243 SUBP C1 K5 C150 MPP51 AND M752 CMP C1 K1 M859 LD M860 OR M961 ANB62 AND M263 DECP C166 LD M2967 RST Y0第 27 頁 共 32 頁第四章 調試依次按下復位開關X001和啟動按鈕X006，自動售貨機開始啟動。按下1元投幣開關X001和10元投幣開關X010，則報警指示燈一直亮，說明投幣不足。按下X000，計數復位。按下1元投幣開關X001三次和10元投幣開關X010一次，7段數碼管上顯示13，則汽水指示燈Y012亮；按下汽水選擇按鈕X012，則汽水指示燈Y012閃爍，7秒后Y002亮，說明汽水排出；按下退幣按鈕X008，找錢指示燈Y014亮，退幣口直接退出余額1元。按下10元投幣開關X010二次，5元投幣開關X005一次和1元投幣開關X001一次，7段數碼管上顯示27，則汽水指示燈Y012、花茶指示燈Y015和咖啡指示燈Y013均亮；按下花茶選擇按鈕X015，則花茶指示燈Y015閃爍，7秒后Y001亮，說明花茶排出；按下退幣按鈕X008，找錢指示燈Y014亮，退幣口先退出余額10元，再退出2個1元的。按下停止按鈕X007，所有運行工作全部停止。第五章 總結通過本次如何對一臺自動售貨機的控制進行PLC程序設計，我對PLC的常用指令、定時期指計數器指令以及PLC控制系統(tǒng)的設計方法和步驟有了更深刻的了解，并懂得如何應用，更好地掌握了PLC控制系統(tǒng)的基本方式,熟練了流程圖,梯形圖的編程和設計思想和方法。本例應用比較指令和算術運算指令解決問題，即利用比較指令來判斷是否符合汽水排、花茶排出、咖啡排出的條件，利用比較指令來判斷先后退出票面的金額；顧客投入的錢的票面金額有1元、5元、10元三種，需要使用加法指令進行累加，從而得到一個投幣總額；正確區(qū)分計數器的當前值和設定值的區(qū)別，即顧客投入的總幣值作為計數器的當前值；當顧客結束消費過程后，利用減法指令從投幣總額中扣除顧客所消費的金額，退出余額。還應用四位一組帶鎖存7段管顯示指令，將投幣總額顯示在7段數碼管上。利用PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行。致謝 時光的長河流過了6個多星期，喜怒哀樂一筆帶過，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，由于經驗的匱乏，所以作品略有瑕疵，因此有很多考慮不周全的地方，而后導師的督促指導，以及和一起工作的同學的支持下，完成這個難以想象的設計。在這里首先我要感謝我的導師。即使他平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設計的每一個階段，依然給予了我悉心的指導。從外出實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期的檢查，后期的詳細設計，裝配草圖等等。我的設計有錯誤，鄭老師仍然細心地糾正。鄭老師水平專業(yè)，治學嚴謹，積極科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。然后要感謝學院的所有領導和老師為我提供了良好的研究條件，謹向各位表示誠摯的謝意。論文從醞釀，到初具雛形，至暇壁微疵，最后完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！ 謝謝你們！參考文獻1. 史國生主編.電氣控制與可編程控制器技術(第二版).北京：化學工業(yè)出版社，2007年2. 錢銳主編.PLC應用技術.北京：科學出版社,2006年3. 洪志育編著.例說PLC.北京：人民郵電出版社,2006年4. 張鳳珊主編.電氣控制及可編程序控制器(第二版).北京：中國輕工業(yè)出版社,2003年5. 吳麗主編.電氣控制與PLC實用教程.鄭州：黃河水利出版社，2005年6.鐘肇新，彭侃編譯，可編程序控制器原理及應用.廣州：華南理工大學出版社，1991.077.史國生，電氣控制與可編程序控制器技術.北京：化學工業(yè)出版社，2005.48.張萬忠，孫晉編著.可編程序控制器入門與應用實例.北京：中國電力出版社，2005.079.楊長能，林小峰主編，可編程序控制器例題習題及實驗指導.重慶：重慶大學主辦社.1997.07附 錄附錄A主電路自動售貨機控制主電路如圖10所示。圖10 自動售貨機控制主電路附錄B.PLC外部接線圖自動售貨機控制主電路如圖11所示。圖11 自動售貨機PLC外部接線圖附錄C.總體梯形圖自動售貨機控制主電路如圖12所示。圖12 自動售貨機總體梯形圖附錄D.元器件清單序號元件名稱型號數量備注1電動機M1M3Y系列150W3異步電動機2自動開關QFDZX7-80251脫扣值0.7A3熱繼電器FR1FR3JR1620/33參照電動機整體電流4熔斷器FU1FU3RL6253熔體210A5熔斷器FU4RT1632X1熔體1A（主電路）6接觸器KM1KM3CJ1053線圈電壓 220V AC7啟動按鈕LAY371綠色8停止按鈕LAY371紅色9指示燈AD1622G4LED顯示10退幣/選擇按鈕LAY373綠色