1、常州工学院成人教育学院第 1 页 共 29 页摘 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
2、。关键词：可编程序控制器、自动售货机、梯形图。PLC 自动售货机第 2 页 共 29 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
3、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
4、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。常州工学院成人教育学院第 3 页 共 29 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
5、，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
6、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、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PLC 自动售货机第 4 页 共 29 页 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
8、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。常州工学院成人教育学院第 5 页 共 29 页第二章 硬件的选择2.1 PLC 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
9、三菱公司功能较强的小型 FX2N 32MR 001 整体式 PLC。PLC 框架配置图如图 1 所示。图 1 PLC 框架配置图CPU 模块采用三菱公司的 FX2N 32MR 001 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
10、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CPU 模块 FX2N 32MR 001PLC 自动售货机第 6 页 共 29 页 动机负载而言，可按照电动机启动电流的 1.7 倍选定。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,I NE - 电动机的额定电流；因此选用 IQF = 1.5A，型号为 DZX7-8025 的低压
11、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
12、机不同时启动，则应按下式计算：IFU （1.52.5 ）I NmaxI N = 20.71.4 = 2.8A式中, I Nmax-容量最大的一台电动机的额定电流；I N-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。常州工学院成人教育
13、学院第 7 页 共 29 页（5）接触器的选择在主电路中，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，P N -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220
14、V AC 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。PLC 自动售货机第 8 页 共 29 页 2.3 I /O 地址表自动售货机 PLC 的 I /0 地址表如
15、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 SQ1 X000 排出咖啡接触器 KM1 Y000 1 元投币口 SQ2 X001 排出花茶接触器 KM2 Y001 5 元投币口 SQ3 X005 排出汽水接触器 KM3 Y002 10 元投币口 SQ4 X010 汽水指示灯 Y012启动按钮开关 SB1 X006 咖啡指示灯 Y013停止按钮开关 SB2 X007 花茶指示灯 Y015汽水选择按钮 SB3 X012 找钱指示灯 Y014咖啡选择按钮 SB4 X013 报警指示灯 Y011花茶选择按钮 SB5 X015退币按
16、钮 SB6 X011 7 段数码管Y004Y010常州工学院成人教育学院第 9 页 共 29 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：0 LD X0001 PLS M03 LD M0PLC 自动售货机第 10 页 共 29 页 4 RST C1 ；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：0 LD X0061 OR M22 ANI X0073 OUT M2 ；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 OFF ON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：0 LD X0011 AND M2
