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1、 摘 要 随着科技的不断发展，PLC在工程中的应用大家有目共睹，PLC在各个领域已占得一席之地，并将有更好的发展。我国人口数量庞大，自动售货机在人们的生活中扮演越来越重要的角色，从长远来看其具有广阔的发展空间。本次设计的自动售货机为饮料自动售货机，贩卖的商品性质明确，适于放置在短时间人口流动比较大的地方，比如餐厅。首先通过与单片机和液压等控制的对比，确定采用PLC来控制自动售货机，然后分析自动售货机的结构和工作原理，明白自动售货机的贩卖过程，以便为硬件的选择做准备。通过自动售货机的功能分析作出硬件框图，根据硬件框图选择所需要的PLC、货币识别器、电动机和接触器。根据I/O分配表对PLC选型，并
2、画出外部接线图。根据控制系统流程图编写符合自动售货机功能的程序。如果购物后有剩余金额，则可按退币按钮退币。梯形图的编写通过GX Developer来完成，完成梯形图后可以在三菱PLC仿真软件 GX Simulator 6c进行调试和仿真。最后用MCGS作出组态效果。组态仿真图中自动售货机包括按钮、指示灯、投币口、取物口、退币口等部分。关键词：自动售货机； PLC； 梯形图； MCGSABSTRACTWith the development of science and technology, the application of PLC in engineering everybody be
3、obvious to people, PLC has occupied a space for one person in every field, and will have a better development. Because of the large number of population, the vending machine is playing a more and more important role in peoples life, in the long run it has broad space for development. The design of t
4、he automatic vending machine for beverage vending machine, the nature of the goods sold in the clear, adapted to be placed in a short time population flow of relatively large areas, such as restaurant. First, by comparing with the single chip microcomputer and hydraulic control, and adopt PLC to con
5、trol the vending machine, then analyzes the structure and working principle of automatic vending machines selling process, understand the vending machine, to prepare for the selection of hardware. Through vending machine function analysis to make the hardware block diagram, according to the hardware
6、 block diagram, select the desired PLC currency recognizer, motor and contactor. According to the I/O distribution list on the PLC selection, and draw the external wiring diagram. According to the flow chart of control system prepared with vending machine program. If the shopping after the remaining
7、 amount, then press the coin button coin. Trapezoidal chart compilation done by GX Developer, complete ladder diagram can be debugged and simulated in Mitsubishi PLC simulation software GX Simulator 6c. Finally, MCGS made the configuration effect. Configuration simulation diagram of the vending mach
8、ine comprises a button, indicator light, the slot, fetching port, a coin refund part.Keywords: vending machine; PLC; ladder diagram; MCGS目 录第一章 绪论51.1 自动售货机的研究背景及意义51.2研究自动售货机的目的5第二章 可编程控制器PLC的介绍.7 2.1 可编程控制器PLC.72.1.1 PLC概述72.1.2 PLC的发展前景72.1.3 PLC的工作原理72.1.4 PLC的循环扫描工作82.1.5 PLC的硬件组成82.1.6 PLC的编程语
9、言92.1.7 PLC的特点92.1.8 PLC的应用场合92.2 PLC与其它工业控制装置的比较102.2.1 PLC与集散控制系统102.2.2 PLC与工业控制计算机10第三章 自动售货机的简介及设计要求113.1自动售货机简介113.2自动售货机工作原理113.3 自动售货机功能设计要求113.4自动售货机设计思路12第四章 PLC控制的自动售货机硬件选择134.1硬件电路组成框图134.2 主要硬件选择134.2.1 硬币识别器134.2.2纸币识别器144.2.3 饮料出罐执行机构144.2.4售完检测系统154.2.5 PLC的选型164.2.6 PLC输入输出设备的选择184.
10、2.7 饮料自动售货机外部硬件接线图及主电路19 4.2.8红外线传感器.21 4.2.9晶体管显示.23第五章 饮料自动售货机控制系统的软件设计255.1 饮料自动售货机控制系统的工作流程255.2 饮料自动售货机各控制功能的程序设计26第六章 系统调试376.1 调试主要内容376.2调试结果37第七章 总结与展望387.1 总结387.2 展望38致 谢39参考文献40附录 指令表41第一章 绪论1.1 自动售货机的研究背景及意义自动售货机最早出现在20世纪60年代的欧美，当时在美国的地铁系统中。人们可以用1美分在自动售货机上购买到一块口香糖。这便是最早的自动售货机。作为一种全新的零售方
11、式，20世纪80年代以来，自动售货机在美、日等发达国家得到了迅速的普及和发展。其产品特点是科技含量高，集光、机、电、防伪识别、数字密码、智能软件等技术于一体；24小时服务，售货便利，无需专人盯守，省人工，省成本；售货范围广，人们通过自动售货机不仅可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡，甚至鲜花和小宠物等物品；此外它还是一种新颖独特的广告媒体。目前，自动售货机已经在许多个国家和地区使用。根据美国自动世代统计，日本每23人拥有一台自动售货机、美国每40人一台、欧洲每60人一台。在邻国日本，全国市场70%的罐装饮料是通过自动售货机售出的，每个人一年投入自动售货机用于购物的货币高达400多美元；根据日
12、本麒麟啤酒公司调查，一台自动售货机每年可售出上万罐清凉饮料，比一般不太繁忙的小商品销量还要大，美国可口可乐公司则拥有分布于世界各地的几十万饮料售货机；在西班牙，全国通过自动售货机售出的商品销售额占全国零售业的六成以上，并以每年10%的速度递增。全世界约有1800万台自动售货机处于运营中，包括自动售货机制造与运营在内的整个行业年销售额超过2500亿美元，自动售货业已成为零售业增长最快的行业之一。近几年，自动售货机在我国的大中城市发展势头非常迅猛，车站、码头、酒店宾馆、大学校园、繁华的街道等地方随处可见自动售货机的身影。据统计，广州市区就摆放了各种品牌的自动售货机，而这还不足以满足地铁和公交车站的
13、需要。自动售货机不但给人们的生活带来了极大的方便，而且也成为现代化城市的一道亮丽的风景线。随着我国零售业态的不断发展和2010年上海世博会举行的过程中，我国无店铺销售业态的发展获得了良好的环境和契机。尤其是跨国企业的加入，进一步刺激和带动我国自动售货机产业的发展。1.2 研究自动售货机的目的从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约。自动售货机行业长期以来在美国
14、、日本等国家得到迅猛发展，目前已在多个国家得到广泛普及。据业内人士估计，但中国的自动售货机拥有量还不太多，相对于13亿的人口大国和零售业态发展的趋势而言，中国自动售货机行业的发展空间将更加广阔。 第二章 可编程控制器PLC的介绍2.1 可编程控制器PLC2.1.1 PLC概述PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。2.1.2 PLC的发展前景PLC总
15、的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。向小型化、专用化、低成本方向发展向大容量、高速度方向发展智能型I/O模块的发展基于PC的编程软件取代编程器PLC编程语言的标准化PLC通信的易用化组态软件与PLC的软件化PLC与现场总线相结合开发新型特殊功能模块CPU的处理速度进一步加快2.1.3 PLC的工作原理PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。PLC通电后，首先对硬件和软件作一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图2-1）图2-1 各阶段处理任
16、务2.1.4 PLC的循环扫描工作 对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图2-2所示图2-2 PLC的扫描全过程2.1.5 PLC的硬件组成PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中，CPU是PLC的核心；输入单元/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备，其硬件构成图如图2
17、-3。图2-3 PLC硬件结构图2.1.6 PLC的编程语言PLC为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常有以下5种：梯形图（LAD）、语句表（STL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构文本（ST）。2.1.7 PLC的特点抗干扰能力强，可靠性好控制系统结构简单，通用性强编程方便，易于使用功能完善体积小，维护操作方便易于实现网络化可实现三电一体化2.1.8 PLC的应用场合随着电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。目前在先进工业国家中PLC已经成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有的工业企业，诸如钢铁、冶金、采矿、水
18、泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车等等各行各业、特别是在轻工业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，所以PLC广泛应用在组合机床自动线、专用机床、塑料机械、包装机械、电梯等电器设备中。PLC已经跃居现代工业自动化三大产柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主导地位。2.2 PLC与其它工业控制装置的比较 2.2.1 PLC与集散控制系统PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，初期的功能是以数字量的顺序控制为主。随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的发展，PLC在逻辑运算、璧还调节的功能，运算速度提高，输入输出规模扩大，并开始与小型计算机联成网络，构成以PLC为重要部件的初级
19、分散控制系统。集散控制系统是由回路仪表控制系统发展而来，初期的功能以回路调节为主。随着微处理器和单片机的出现，他把顺序控制技术、数据采集、过程控制的模拟量仪表和过程监控装置等有机的结合在一起，形成了新一代的集散型控制系统。可见，不论是PLC还是集散系统，在发展过程中，始终是互相渗透，互相补充。新一代的PLC增强了模拟量控制功能，可配备各种智能模块，具有了PID调节功能和构成网络系统、组成分级控制的功能。集散系统既有单回路控制功能，也有多回路控制功能，同时也有顺序控制功能。因此，当今的PLC与集散控制系统的发展越来越接近，很多生产过程的控制既可用PLC实现，也可用集散系统来实现。2.2.2 PL
20、C与工业控制计算机 工业控制计算机是指能够提供各种数据采集和控制功能，能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口，能够在恶劣的工业环境可靠运行的计算机系统。工业控制机是由通用微机推广应用发展而来，硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速，实时性强，模型复杂的工业对象的控制占有优势。但是，使用工业控制机的人员的技术水平要求较高，一般具有一定的计算机专业知识。工业控制机在整机结构上尚不能适应恶劣的工作环境，因而，不如PLC那样容易推广。PLC是专为工厂现场应用环境而设计的，结构上采用整体密封或插件组合型，并采用了一系列抗干扰措施，在工业现场使
21、用有很高的可靠性；PLC是由电气控制厂家研制出来的，采用梯形图语言编程，使熟悉电器控制的人员易学易懂，易于推广。但是，由于PLC的运行方式不同于工业微机，微机的很多软件还不能直接应用；且PLC的标准化程度较低，各厂家的产品不通用，因此在开发上不如工业控制机那样有基础。第三章 自动售货机的简介及设计要求3.1自动售货机简介自动售货机是集声、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。自动售货机在中国有着广阔的发展前景。从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术
22、密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。从广义来讲自动售货机就是在投入硬币、纸币、信用卡等方便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。3.2自动售
23、货机工作原理（1）从投币口送入货币，然后经过传感器采集数据、识别器判别人民币的真伪并判别面值。（2）识别器把信息数据传给通信模块。（3）通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已售完，并等待顾客按键选择商品。 （4）顾客选择商品后，根据售出的商品包装类型的不同，采用不同的驱动技术把商品送出。此次设计的售货机主要出售易拉罐装饮料，是利用电磁阀带动翻版驱动的。（5）显示余额，如果金额足够多，顾客可以选择找币或继续买商品；如果款额不足，售货机经过延时予以退币。 退币时用一元硬币来完成退币。（6）系统复零，完成售货。3.3 自动售货机功能设计要
24、求1、接受三种面值的货币，1元、5元、10元。投币后60S无操作则报警5S，再过10S无人操作时报警并自动退回用户所投货币。2、在本次设计中只设有4种商品，即纯净水、果汁、营养快线、咖啡，价格分别为2元、3元、5元、6元。3、可以显示金额。4、投入金额大于某件商品单价则对应的LED指示灯会点亮，选择该商品时，该商品指示灯就会闪烁，并且数码管会显示剩余的金额，按退币按钮退币。3.4自动售货机设计思路本次设计的题目是自动售货机，主要是应用三菱FX-2N型PLC的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：PLC的编程语言、自动售货机的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再
25、根据PLC的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。本次设计的重要部分是自动售货机梯形图的设计。首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，并反复调试做到程序无误。第四章 PLC控制的自动售货机硬件选择4.1硬件电路组成框图 当售货机有钱币投入时，会经过硬币识别器和纸币识别器，在真币的情况下将信号送到PLC的输入端，此时，可以按下各选择按钮，选择按钮的信号送到PLC后相应的输出端子得电，使输出继电器得电输出饮料。同时七段数码管也会显示出实时的金额提醒顾客。当购买完毕按下退币按钮退币。若有顾客忘记退
26、币，售货机会自动报警提醒顾客退币。硬件电路组成框图见下图4-1。图4-1 硬件电路组成框图 4.2 主要硬件选择图4-2硬币识别器4.2.1 硬币识别器1、硬币识别原理硬币识别器见图4-2。主要识别指标：材质、厚度、直径。 材质是用电磁的方式测的，使用空心线圈或磁芯线圈，线圈组数少的只有一组，多的常见的是六组。工作状态下，线圈及其外围电路会以一个特殊的频率振荡（多个线圈的话频率各不相同），当硬币以垂直或平行于线圈平面的方式穿过时（不同产品方式不同），会引起振荡频率的变化。材质不同所引起的频率变化幅度和方向（增加、减少）也不同，对某种硬币的变化特征进行记录后，就成为使用中识别该种硬币的依据。 厚
27、度是没有东西专门测的，实际上这个指标是和材质一起测。因为即使相同材质的硬币，如果厚薄不同，导致的频率变化差异也较大。 直径老式的识别装置用光电管队列来识别直径，排列组合得当的话，识别精度也不低（可达0.5mm）。新一点的都用偏心或异形线圈来测量，依据是直径小的硬币与线圈的重合部分也少，由此也带来频率变化的不同。 2、产品型号适用硬币：直径18mm-32mm；厚度1.2mm-3.2mm。工作电压：DC+12V 。功耗：静能0.5mW ；动能0.5W 工作温度：-20+50 4.2.2纸币识别器1、纸币识别原理 把正常的钞票在各传感器接收到的信号进行统计取样、识别，并寄存起来，作为检测的依据。当识
28、别纸币时，把在各通道接口接收到的信号参数与原寄存起来的信号参数进行比较、判断，若有明显差异时就立即送出报警信号并截停电机，同时送出对应的信号提示。 图4-3纸币识别器2、型号电压：DC +12V +-5% 电流：待机0.12A 工作2A工作温度： 0C 55C保存温度： -20C 60C 湿度：30% 85% RH ( no condensation ) 重量：0.8kg 插入方向：任意方向 识别时间：2.5秒4.2.3 饮料出罐执行机构本出罐机构主要由前侧板、后侧板、扭力弹簧、三根固定轴、旋转卡片、电机、曲柄、传感器、连杆和摆臂组成。如图4-4所示。图4-4 出罐机构结构图出罐机构动作主要是
29、通过电动机7带动与之紧配合的曲柄8转动，从而使与曲柄短轴连接的连杆11做来回往返运动，连杆11的来回运动通过摇臂凸轴12传递到摇臂15做前后摆动，电动机7转动一周，摆臂15前后各摆动一次，既出罐一次，同时传感器9动作一次，出罐机构就完成一个动作。出罐机构的整个工作过程是：初始时摇臂15上的阻货工作面16处于挡住来罐位置如图4-5a）所示。当接受到出罐信号时电动机开始运行，随电机运行至前半周时，使摇臂向承货侧摆动，将前面的第一个罐体盛入摇臂15上的承货工作面17内，如图4-5b）。所示电机继续下半周运行时摇臂15上的承货工作面17盛着罐体向出货侧摆动，此时摆臂15的阻货工作面16挡住后面一个罐体
30、，如图4-5c）所示，最后，当电机运行至一周期时，摇臂摆动到载货工作面17将罐体可滚出工作面位置时，如图4-5d）此时传感器9开始动作，电机停止，出货完成。图4-5 出罐过程示意图4.2.4售完检测系统在自动售货机商品贮存通道内下方安装有传感器，当贮存道内有商品时，传感器发出有货的信号，售货机正常工作当商品出售完毕时,传感器向售货机发出无货信号，相对应的商品指示灯再不亮，此种商品自动停售，即使投币累计金额达到该商品预设价格数值，可售按钮仍然无启动信号，金额累计存贮器也不清零。4.2.5 PLC的选型（1）饮料自动售货机控制系统输入输出端的确定根据饮料自动售货机的控制要求及功能，可知其输入输出信
31、号如下：假币传感器：假币传感器检测投入的是否为假币，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。一元硬币传感器：一元硬币传感器用来检测输入的一元硬币的数量，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。一元纸币传感器：一元纸币传感器用来检测输入的一元硬币的数量，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。五元传感器：五元传感器用来检测输入的五元硬币的数量，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。十元传感器：十元传感器用来检测输入的十元硬币的数量，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。纯净水按钮：按下纯净水按钮，表示顾客选择购买纯净水，自动售货机将选择送出纯净水，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。果汁
32、按钮：按下果汁按钮，表示顾客选择购买果汁，自动售货机将选择送出果汁，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。营养快线按钮：按下营养快线按钮，表示顾客选择购买营养快线，自动售货机将选择送出营养快线，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。咖啡按钮：按下咖啡按钮，表示顾客选择购买咖啡，自动售货机将选择送出咖啡，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。退币按钮：按下退币按钮，售货机将执行退币动作，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。纯净水已送出传感器:用来检测纯净水已送出,可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。果汁已送出传感器:用来检测果汁已送出, 可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。营养
33、快线已送出传感器:用来检测营养快线已送出,可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。咖啡已送出传感器:用来检测咖啡已送出，可直接连接在PLC主机的数字量输入端口。假币指示灯：假币指示灯指示输入的钱币为假币。假币退出继电器：假币退出继电器控制执行机构将假币退出。纯净水指示灯：纯净水指示灯指示顾客投入的币值可购买纯净水。果汁指示灯：果汁指示灯指示顾客投入的币值可购买果汁。营养快线指示灯：营养快线指示灯指示顾客投入的币值可购买营养快线。咖啡指示灯：咖啡指示灯指示顾客投入的币值可购买咖啡。纯净水出货继电器：纯净水出货继电器线圈执行纯净水的出货。当按下纯净水按钮，PLC主机发出控制信号，纯净水出货线圈控制
34、商品执行机构送出纯净水。纯净水出货继电器可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。果汁出货继电器：果汁出货线圈执行果汁的出货。当按下果汁按钮，PLC主机发出控制信号，果汁出货线圈控制商品执行机构送出果汁。果汁出货继电器可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。营养快线出货继电器：营养快线出货线圈执行营养快线的出货。当按下营养快线按钮，PLC主机发出控制信号，营养快线出货线圈控制商品执行机构送出营养快线。营养快线出货继电器可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。咖啡出货继电器： 咖啡出货线圈执行咖啡的出货。当按下咖啡按钮，PLC主机发出控制信号，咖啡出货线圈控制商品执行机构送出咖啡。营养快线出货继电
35、器可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。退币指示灯：退币指示灯提示顾客购买结束或钱币不足，按下退币按钮，退币执行机构执行退币动作。退1元硬币驱动继电器： 退1元驱动继电器是在退币按钮按下后，则控制执行机构执行退出1元的动作，可直接连接在PLC主机的数字量输出端口。报警器：在投币后60s无人操作时，报警5S提醒顾客，再过10S后无人操作，自动退币。（2）PLC主机的比较选择相对于西门子PLC，西门子的功能比三菱的强大，但三菱PLC更适合用于小型机，更稳定更易上手。大型的设备趋向于西门子，价格昂贵，三菱的较便宜，小型化。其主要特点如下：1）体积小FX1S、FX1N和FX2N系列的PLC的高度为9
36、0mm，深度为75mm（FX1S和FX1N系列）和87mm（FX2N和FX2NC系列），体积小的微型PLC适合在机电一体化产品中使用。其内置的24V DC电源可做输入回路的电源和传感器的电源。2）先进美观的外部结构三菱的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的基本单元、扩展单元和合扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。它们之间用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。3）提供多个子系列供用户选用FX1S、FX1N和FX2N的外观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大差别。FX1S系列是一种集成型小型单元式PLC，最多30个I/O点，且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑
37、安装空间和成本是一种理想的选择。 FX1N系列是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。FX2N系列:是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案。4）灵活多变得系统配置FX系列PLC系统配置灵活，用户除了可选不同的子系列外，还可以选用多种基本单元，扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不同功能的控制系统，各种配置都可以得到很高的性能价格比。FX系列
38、的配置就像模块式PLC那样灵活，因为它的基本单元采用整体式结构，友具有比模块式PLC更高的性能价格比。（5）功能强，使用方便FX系列的体积虽小，却具有很强的功能。其内置告诉计数器，有输入输出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能，有高速计数器的专用比较指令。其基本单元和扩展单元一般采用插接式的接线端子排，更换单元方便快捷。通过对各输入输出信号的分析可知，该饮料自动售货机系统共有20个数字量输入和27个数字量输出，需47个I/O点。三菱PLC具有结构灵活、传输质量高、速度快、使用范围广、低成本等优点，考虑到留有余量的原则，可选择三菱系列的FX2N-64MR的PLC作为主机。4.2.6
39、PLC输入输出设备的选择（1）根据对饮料自动售货机的输入输出端的分析确定，其共有20个输入端，30个输出端，对所选用的FX2N-64MR的PLC进行I/O地址分配。如表4-1所示。表4-1 饮料自动售货机控制系统I/O地址分配名称地址说明输入信号假币传感器SQ0X0检测钱币的真伪1元硬币传感器SQ1X1检测投入1元硬币的数量1元纸币传感器SQ2X2检测投入1元纸币的数量5元传感器SQ3X3检测投入5元钱币的数量10元传感器SQ4X4检测投入10元钱币的数量纯净水已送出传感器SQ5X5检测纯净水有没有出货果汁已送出传感器SQ6X6检测果汁有没有出货营养快线已送出传感器SQ7X7检测营养快线有没有
40、出货咖啡已送出传感器SQ8X10检测咖啡有没有出货纯净水按钮SB0X11选择购买纯净水果汁按钮SB1X12选择购买果汁营养快线按钮SB2X13选择购买营养快线咖啡按钮SB3X14选择购买咖啡退币按钮SB4X15选择退币纯净水无货传感器SQ9X16纯净水已售完果汁无货传感器SQ10X17果汁已售完营养快线无货传感器SQ11X20营养快线已售完咖啡无货传感器SQ12X21咖啡已售完启动按钮X22使自动售货机开始工作停止按钮X23使自动售货机停止工作输出信号假币指示灯L0Y0指示投入的为假币纯净水指示灯L1Y1指示投入的钱币可购买纯净水果汁指示灯L2Y2指示投入的钱币可购买果汁营养快线指示灯L3Y3
41、指示投入的钱币可购买营养快线咖啡指示灯L4Y4指示投入的钱币可购买咖啡退币指示灯L5Y5指示钱币不足假币退出继电器KM0Y6控制执行机构退出假币纯净水出货继电器KM1Y7控制执行机构执行送出纯净水的动作果汁出货继电器KM2Y10控制执行机构执行送出果汁的动作营养快线出货继电器KM3Y11控制执行机构执行送出营养快线的动作咖啡出货继电器KM4Y12控制执行机构执行送出咖啡的动作找1元继电器KM5Y13控制退币机构执行退1元动作报警器Y14控制报警器报警数码管Y15-Y35显示钱数4.2.7 饮料自动售货机外部硬件接线图及主电路根据I/O地址分配表，连接各输入输出端子，画PLC硬件接线图，如图2-
42、3所示。图4-6 饮料自动售货机控制系统的PLC硬件接线图电机主电路由七台电机组成，分别为控制汽退出假币的电机，控制纯净水出口的电机，控制营养快线出口的电机，控制营养快线出口的电机，控制咖啡出口的电机。控制找1元出口的电机。如图4-7所示。图4-7 主电路4.2.8红外线传感器在本设计中，当硬币投入开始由红外线传感器感应，然后由红外线传感器驱动硬币识别传感器，硬币经识别后进入贮存腔时，由硬币识别传感器送给PLC一个信号，进行硬币的叠加运算；当退币时，退出的硬币经红外线传感器感应，给PLC一个信号，进行退币的相加运算。本设计是运用红外线传感器的原理对投币进行检测的。图4-8所示是由红外线传感器构
43、成的红外线探测开关电路图。它是以单运放为主构成，PLC与之联系。探测头采用一体化红外线传感器发射接收组件。当发射管与接收管之间无硬币时，接收管集电极与发射极间的电阻值变小，因此会使IC1反相信号输入端3脚电压下降，IC1的同相输入端2脚上的基准电压是由R3和R4分压后得到的，由此使其7脚输出变为高电平，KA继电器不工作，所以PLC得不到相应的信号。当发射管与接收管之间有硬币时时，硬币遮挡红外线，接收管集电极和发射极之间的电阻变大，IC1的3脚电压大于2脚电压，其7脚输出为低电平使VD7导通发光，KA继电器工作，使PLC得到相应的信号。 图4-8红外线探测开关电路图对贮存腔没有硬币的报警，在本设
44、计中采用红外检测器给PLC的输入端一个信号,然后由PLC的输出端驱动报警系统。在贮存腔底部安装了红外遥控发射装置。当没有投币时，系统正常运行，给出了运行指示；当没有投币时而按了商品按钮或者退币按钮，这时光线没有被硬币遮挡，有信号输出，产生无币报警。在本设计中，当饮料的量位小于设定值时，由红外传感器感应，光敏二极管接收到LED发射出的光，给PLC一个报警信号，然后PLC驱动报警器。红外传感器应用电路发光和受光方式如图4-9。 图4-9红外传感器应用电路图4.2.9晶体管显示 在本设计中，显示部分，以带锁存的7段显示指令SEGL来实现，对于指令SEGL，用12个扫描周期显示一组4位数据，占用8个输
45、出点。源操作数可以选所有的数据类型，目标操作数为Y，只有16位运算，n=07，该指令用12个扫描周期显示一组或两组4位数据，占用8个或12个输出点，该指令可以是使用两次。SEGL指令用12个扫描周期显示一组或两组4位数据，PLC的扫描周期应大于10ms，若小于10ms，应使用恒定扫描方式。该指令的执行条件一旦接通，指令反复执行，若执行条件变为OFF，停止执行。图4-10中使用一组输出（n=03），D1中的数据依次送到Y0Y3。选通信号由Y4Y7提供。 4-10 带锁存的7段显示对于晶体管输出电路有漏输出（即集电极输出）和源输出（即发射极输出）两种（见图4-11），前者为负逻辑，梯形图中的输出继电器为ON时输出低电平；后者为正逻辑，梯形图中的输出继电器为ON
