目錄

第1章自動售貨機(jī)的控制工藝流程分析.........................1

1.1系統(tǒng)描述及控制要求....................................2

1.2控制工藝分析..........................................3

第2章自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)...........................3

2.1自動售貨機(jī)系統(tǒng)的硬件組成................................3

2.2I/O分配.................................................4

2.3自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖..........................7

第3章系統(tǒng)的流程圖..........................................8

第4章程序設(shè)計(jì)..............................................8

4.1計(jì)幣部分................................................8

4.2比較部分................................................8

4.3選擇和飲料供應(yīng)部分......................................9

4.4余額計(jì)算部分............................................9

4.5退幣部分................................................9

4.6整體運(yùn)行梯形圖.......................................10

第5章梯形圖程序調(diào)試.......................................10

課程設(shè)計(jì)心得................................................10

參考文獻(xiàn)....................................................11

第1章自動售貨機(jī)的控制工藝流程分析

自動售貨機(jī)是可完成無人自動售貨的商業(yè)自動化設(shè)備，它不受任何

場地限制，方便快捷，在我國也越來越普及。傳統(tǒng)的自動售貨機(jī)采用單

片機(jī)作為控制核心，但這樣在輸入輸出接口上消耗很大。PLC不但可實(shí)

現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程筒單、功能強(qiáng)、能耗低、調(diào)試

方便等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的是售汽水和咖啡這兩種飲料的自動飲料機(jī)，它

的售貨過程是：首先由顧客按下商品選擇開關(guān)時(shí)，然后顧客投入的硬幣

（投入硬幣的面值和剩余值由PLC驅(qū)動數(shù)碼管顯示）經(jīng)過光傳感器感應(yīng),

再由光傳感器驅(qū)動硬幣識別傳感器識別硬幣（由于能力有限，在識別硬

幣上不做具體研究）。如果是無效幣則使繼電器打開閥門，將硬幣退出;

如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應(yīng)的硬幣貯幣腔，并經(jīng)硬幣識別

傳感器將信號送給PLCo最后經(jīng)顧客選擇，同時(shí)PLC控制，使PLC的輸

出口上有相應(yīng)的信號輸出。若貯幣腔內(nèi)無硬幣（紅外檢測器感應(yīng)）、飲

料的量位小于設(shè)定值（紅外傳感器感應(yīng)）、售貨機(jī)遭損，系統(tǒng)就報(bào)警【7】。

大體運(yùn)行如圖1.1:

圖1.1自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成示意圖

1.1系統(tǒng)描述及控制要求

PLC控制的自動售貨機(jī)系統(tǒng)主要有三個可以感受到投幣量的傳感器，

六個按鈕開關(guān)（分別為啟動按鈕、停止按鈕、退幣按鈕、汽水選擇按鈕、

花茶選擇按鈕和咖啡選擇按鈕）三個指示燈，（分別為汽水指示燈，花

茶指示燈和咖啡指示燈），和兩個七段數(shù)碼管。傳感器用來接收投幣信

號，傳送投幣量的多少；按鈕開關(guān)分別對系統(tǒng)功能進(jìn)行控制，當(dāng)投入的

錢幣夠某一種飲料時(shí)，按下這種飲料的選擇按鈕時(shí)才會有飲料送出，

有剩余錢幣時(shí)，還可以通過按下退幣按鈕來找回剩余錢幣；三個指示燈

分別用來只是哪種飲料可以選擇，只有投幣量大于或等于這種飲料的

價(jià)格時(shí)，這種飲料的指示燈才會亮；同時(shí)，還有兩個七段數(shù)碼管，用于

顯示當(dāng)前剩余的總錢幣。具體對自動售貨機(jī)的控制要求如下：

1.自動售貨機(jī)有3個投幣孔，分別為1元、5元和10元。

2.售貨共有3種飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡。

3.如投幣總額超過銷售價(jià)格，將可由退幣鈕找回余額。

4,投幣總額或當(dāng)前值顯示在7段數(shù)碼管上。

5.投幣值等于或大于12元時(shí)，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水。

6.投幣值等于或大于15元時(shí)，汽水和花茶指示燈亮，表示可選擇汽

水和茶。

7.投幣值等于或大于20元時(shí)，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示3

種均可選擇。

8.按下要飲用的飲料按鈕，則相對應(yīng)的指示燈開始閃爍，3s后自

動停止，表示飲料已經(jīng)掉出。

9.動作停止后按退幣鈕，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，如果小于10元則直接退1元的。

1.2控制工藝分析

自動售貨機(jī)的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后根據(jù)運(yùn)

算結(jié)果做出相應(yīng)的判斷,看看哪種商品可以進(jìn)行購買，哪種商品不能購

買,本次課程設(shè)計(jì)的要求是可識別三種錢幣，分別是1元,5元,10元，

采用三個按鈕進(jìn)行模擬，自動售貨機(jī)共出售3種貨物，其價(jià)格分別定為

12元，15元,20元，當(dāng)投幣數(shù)大于等于貨物價(jià)格時(shí)，該種貨物的指示燈

亮，表示可以進(jìn)行購買,3種貨物分別用3個信號燈進(jìn)行指示.除此之外,

本次設(shè)計(jì)還涉及了顯示,找零等功能的實(shí)現(xiàn)，其中顯示部分采用數(shù)碼管

進(jìn)行顯示，PLC的外圍接口由兩個CD4511連接兩個數(shù)碼顯示管，以顯

示投幣總數(shù)和購買后的余額；當(dāng)按下找零按鈕后,數(shù)碼管顯示進(jìn)行清零。

整個系統(tǒng)由三個可以感受到投幣量的傳感器,六個按鈕開關(guān),三個指示燈,

和兩個七段數(shù)碼管和兩片CD4511組成。

第2章自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1自動售貨機(jī)系統(tǒng)的硬件組成

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(kuò)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及現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電

路；通信接口用于連接編程器、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成

圖如圖2.lo

圖2.1PLC硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1.1系統(tǒng)的PLC的選型

現(xiàn)在世界上PLC的生產(chǎn)廠家有200多家，提供400多個品種的PLC供用

戶選擇，目前我國市場上主要的PLC產(chǎn)品有：西門子公司的

S7-400/300/200系列，施奈德公司的momentum等，還有就是日本的

歐姆龍、三菱、松下等公司的產(chǎn)品。西門子公司生產(chǎn)的PLC可靠性高，特

別適用于大的工業(yè)控制系統(tǒng)，造價(jià)比較高，對于小型的自動售貨機(jī)的控

制系統(tǒng)來說成本過高。相反，目前我國市場上主流的小型的三菱PLC就

比較合適，三菱公司生產(chǎn)的小型PLC的代表為FX-2N系列的PLC,它

具有豐富的內(nèi)部資源：程序存儲器具有16K步的最大存儲容量，128

種應(yīng)用指令，還具有184點(diǎn)8進(jìn)制編號的輸入點(diǎn)數(shù)，184點(diǎn)8進(jìn)制

編號的輸出點(diǎn)數(shù)，普通型，掉電保持性和賦予特殊用途型三種內(nèi)部繼電

器，以及狀態(tài)寄存器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、常數(shù)及指針等功

能及資源?？煽啃愿?，造價(jià)低，對于自動售貨機(jī)的控制中心就特別的合

適。因此，本次設(shè)計(jì)采用的PLC為三菱公司生產(chǎn)的FX-2N系列單片機(jī)。

2.2I/O分配

輸入/輸出單元通常也稱"0單元或T/0模塊，是PLC及工業(yè)生產(chǎn)

現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)

據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)PLC又通

過輸出接口將處理的結(jié)果送給被控對象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。本次自動

售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配表如表2-1所示。

表2-1I/O口分配

輸入信號輸出信號

名稱代輸名稱代輸出

號入點(diǎn)編號點(diǎn)編號

號

1元投幣感ST1X0顯示HL1Y0?

應(yīng)器指示燈Y7

5元投幣感ST2XI汽水HL2Y10

應(yīng)器指示燈

10元投幣ST3X2咖啡HL3Y11

感應(yīng)器指示燈

汽水按鈕SB1X3汽水YV1Y12

電磁閥

花茶按鈕SB2X4花茶電磁YV2Y13

閥

咖啡按鈕SB3X5咖啡YV3Y14

電磁閥

1元退幣感ST4X6無幣YV4Y15

應(yīng)器報(bào)警控制

5元退幣感ST5X7沒有YV5Y16

應(yīng)器汽水報(bào)警

10元退幣ST6X8沒有YV6Y17

感應(yīng)器咖啡報(bào)警

退幣控制SB3X10售貨YV7Y18

按鈕機(jī)遭破壞

報(bào)警

1元剩余錢ST7XII1元傳YV8Y20

幣感應(yīng)器動電機(jī)控

制

5元剩余錢ST8X125元傳YV9Y21

幣感應(yīng)器動電機(jī)控

制

10元剩余ST9X1310元YV1Y22

錢幣感應(yīng)器傳動電機(jī)0

控制

汽水液位ST1X14退幣HL4Y23

感應(yīng)器0指示燈

咖啡液位ST1X15投幣HL5Y24

感應(yīng)器1不足指示

燈

售貨機(jī)遭ST1X16

破壞感應(yīng)器2

2.3自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖

本系統(tǒng)是一個小型集中控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸

入、輸出開關(guān)信號的數(shù)量、用戶程序的長短及相關(guān)的功能。根據(jù)控制要

求，I/O點(diǎn)數(shù)在48個左右，選擇性能價(jià)格比較高的三菱FX2n-48MR,其

中其輸入點(diǎn)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)為24點(diǎn)，該P(yáng)LC為繼電器輸出型。

了解各個控制對象的驅(qū)動要求，分析對象的控制耍求，完成PLC硬

件結(jié)構(gòu)配置。本設(shè)計(jì)中，退幣按鈕、各種飲料按鈕和飲料出口（驅(qū)動電

磁閥）等均為開關(guān)量。

根據(jù)上述要求，因條件所限輸出均用指示燈代替，由此繪制出PLC控制

電路接線圖，如圖2.2所示：

圖2.2控制接線圖

第3章系統(tǒng)的流程圖

第4章程序設(shè)計(jì)

根據(jù)自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的流程可以知道自動售貨機(jī)的主要系統(tǒng)包括：

計(jì)幣部分、比較部分、選擇和飲料供應(yīng)部分、余額計(jì)算部分、退幣部分、

報(bào)警部分。妨功害能身份證

4.1計(jì)幣部分

當(dāng)有顧客購買飲料?時(shí)，投入硬幣時(shí)經(jīng)過光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感

器驅(qū)動硬幣識別器識別硬幣，如果是假幣則系統(tǒng)自動退出硬幣，如果是真

幣則系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應(yīng)的硬幣貯存腔,并經(jīng)光傳感器感應(yīng)，然

后在PLC內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，否則認(rèn)為是假幣并退出系統(tǒng)，梯形圖如圖

4.1:

圖4.1記幣部分梯形圖

4.2比較部分

投幣完成后，系統(tǒng)會將D1內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的飲料價(jià)格進(jìn)行區(qū)

間比較：若投幣＜2元，則指示燈Y24亮，顯示投幣不足，此時(shí)可以繼續(xù)

投幣或退幣；若2元W投幣＜3元，則汽水選擇指示燈長亮，此時(shí)可以選擇

汽水或退幣；若投幣23元,則汽水和咖啡指示燈長亮,此時(shí)可以選擇汽

水、咖啡或退幣。梯形圖如圖4.2:

圖4.2比較部分梯形圖

4.3選擇和飲料供應(yīng)部分

比較完成后，按下指示燈長亮的選擇按鈕，相應(yīng)的電磁閥（Y12或Y13）

起動，并且相應(yīng)的選擇指示燈由長亮轉(zhuǎn)為以1s為周期的閃爍直至飲料供

應(yīng)完畢后閃爍停止。當(dāng)飲料輸出達(dá)到7s時(shí)，電磁閥關(guān)斷。梯形圖如圖：

圖4.3選擇部分梯形圖

4.4余額計(jì)算部分

飲料輸出的同時(shí)減去相應(yīng)的購買幣數(shù)。梯形圖如圖4.4:

圖4.4余額計(jì)算梯形圖

4.5退幣部分

顧客可在購?fù)觑嬃虾螅赏藥胖甘緹鬥23可知是否可以退幣，指

示燈亮，則可以退幣，當(dāng)按下退幣控制按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D1內(nèi)的幣數(shù)

除以10,商的整數(shù)部分是需要退回1元的個數(shù)并儲存在D2中；D3的數(shù)據(jù)除

以5,商的整數(shù)部分是需要退回的5角錢的個數(shù)，并儲存在D4中，依次類

推選擇退幣的同時(shí)起動3個退幣電動機(jī)。3個感應(yīng)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)感應(yīng)器

記幣的個數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時(shí)，退幣電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC

編程梯形圖如圖4.5:

圖4.5退幣部分梯形圖

4.6整體運(yùn)行梯形圖

第5章梯形圖程序調(diào)試

由于實(shí)驗(yàn)室沒有相應(yīng)的實(shí)物控制模型（自動售貨機(jī)），因此，在調(diào)試系統(tǒng)

控制程序時(shí)，所有的輸入信號均用開關(guān)信號和復(fù)位按鈕來代替，所有的

輸出均用指示燈來表示。調(diào)試時(shí)，首先按控制系統(tǒng)PLC接線圖完成硬件

接線，并仔細(xì)檢查接線是否有誤，特別要注意接線時(shí)不能出現(xiàn)短路、斷

路及反接等情況，否則會造成硬件損壞及人身意外。

開始程序調(diào)試：首先將PLC控制程序?qū)懭氲絇LC機(jī)器中，再選擇監(jiān)控狀

態(tài)，使PLC處于“RUN”狀態(tài)，然后逐一按投幣感應(yīng)器（即硬幣識別機(jī)構(gòu)

用復(fù)位按鈕信號來表示硬幣的輸入），觀察有沒有進(jìn)行累加幣值；或按

選擇按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計(jì)效果閃滅（即顯示飲料選擇提示、

飲料送出、送出時(shí)間和退幣提示），并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運(yùn)行過

程及輸入輸出信號、內(nèi)部描述實(shí)際出現(xiàn)的問題及解決方案。對報(bào)警部分

進(jìn)行調(diào)試，只需給相應(yīng)的輸入端口信號，然后相應(yīng)的指示燈變亮即可。

要對照設(shè)計(jì)控制要求，逐一檢驗(yàn)設(shè)計(jì)功能是否能有效的實(shí)現(xiàn)，并對程序

進(jìn)行改進(jìn)和完善。例如，調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)重復(fù)線圈問題，需將程序進(jìn)

行合并，避免重復(fù)線圈等等?？偠灾瑢Τ绦虮仨氁磸?fù)調(diào)試，不斷

改進(jìn)，以獲得既完全實(shí)現(xiàn)功能，而又簡單、嚴(yán)謹(jǐn)性高的PLC控制程序。

課程設(shè)計(jì)心得

通過一周.PL.的課程設(shè)計(jì),在自己的努力下,最終完.FX-2.系.PL.控制自

動售貨機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).本控制系統(tǒng)就是充分利用.PLC,接口電路芯片.及

顯示模塊.實(shí)現(xiàn)了對自動售貨機(jī)的控制,達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的,這次設(shè)計(jì).PL.

控制自動售貨機(jī)系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)出了硬件系統(tǒng)的接線圖，梯形

圖等;.且系統(tǒng)具有啟動,停止功能;運(yùn)用功能指令進(jìn).PL.控制程序設(shè)計(jì)；

還進(jìn)行.系統(tǒng)調(diào)試,實(shí)現(xiàn)自動售貨機(jī)的控制要求.在設(shè)計(jì)中運(yùn)用