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1、自动售货机的PLC系统设计 摘要: 本文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，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序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运行。关键词 自动售货机；可编程序控制器；梯形图Abstract: This article introduced vending machines basic principle as well as the work flow, then take a transaction p
2、rocess as examples, divides into several blocks the transaction process, then carries on the programming separately to the block. Explained the programmable controllers in vending machine function specifically. The procedure involved the vending machine work major part process. Enhanced systems stab
3、ility using the PLC controls vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement.key word vending machine; Programmable controller; Trapezoidal chart目录绪论.11自动售货机的介绍.41.1自动售货机功能分析41.1.1自动售货机的基本功能.5 1.2 PLC的基本结构及原理 . . 51.3 PLC的选型原则52PLC系统设计. .72.1可编程序控制系统设计的基
4、本原则72.1.1控制系统设计原则 72.1.2控制系统设计的基本内容. 72.1.3控制系统设计的一般步骤 .82.1.4程序设计的步骤. 83自动售货机PLC程序设计.103.1仿真实验中售货机的分析.103.2设计任务的确定.103.3程序设计部分.113.3.1程序设计说明.113.3.2PLC程序设计.113.4仿真界面与PLC203.5数据连接243.5.1定义I/O设备.243.5.2设计 263.5.3运行 304结束语.31参考文献 .32致谢.33绪论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
5、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。从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后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。现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路
6、将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约1015的电力。进入21世纪时，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。因经济复苏缓慢，社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。自动售货机不仅保障了惬意的工休时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。特别是在24小时无休工作状态中的办公场所，使
7、用独具魅力的迷你型饮料冲饮机，解决了不间断提供咖啡饮品服务的问题，这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。1999年的全美自动售货机协会和全美咖啡服务协会的合并使人们更直观地看到了这种融合现象。 1 自动售货机介绍1.1 自动售货机功能分析 这部分阐述了自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规程，并介绍了自动售货机运行系统种所包括的人工操作步骤。1.1.1自动售货机的基本功能在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保
8、健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有8中商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2.60元，02商品为3.50元，其余类推。现投入1个1元硬币，当投入的货币超过01商品的价格时，01商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同比。当按下选择01商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机，提取01号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的
9、货币，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。自动售货机的工作流程图如图1所示。 部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。如图2所示，PLC控制系统由输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。1.3 PLC的选型原则当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。一
10、方面要选择多大容量的PLC ,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O 图5 运行初期电子标签价格的内部传递程序 在梯形图程序图5中，系统初始化时，通过运行初期闭合继电器R9013在第一次扫描时将数值传递给上位机。给WR1-WR11及SV0-SV4赋初值，赋值功能通过高级指令FO实现。至于为什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20，在以后的程序中将介绍它们的作用。 （2）.投币过程在投币的过程中，每投下一枚硬币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币制。先建立变量表，在编写程序。变量表如表
11、2所示。对应的梯形图程序如图7所示。 表2 投币过程变量表 在图中，当按下投入1角时，相当于让R200接通，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远加下去。投入1角要投入显示、余额显示都相应增加相同数值，加法是由16位加法指令E20来实现的。投入5角、1元、5元、10元，原理同上。（3）价格比较过程价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号， 图7 投币过程梯形图提示可以购买。这里只要选择灯来代表此信号。所建立的变量表如表3所示。 表 3 价格比较过程变量表 根据变量表和控制要求编写的程序如图8所示。 在梯形图8中，为了实现数据的实时比较，用
12、了一个特殊内部继电器R9010,在程序执行过程中，R9010始终保持闭合，F60是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格，R900A是大于价格，R900B是等于标志。当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。 R9010 F60 CMP , WR3 , WR4 R900A Y0R900B R9010 F60 CMP , WR3 , WR5R900A Y1 R900B R901 R900B . . . . . . 图8 价格比较过程梯形图（4）选择商品过程 当投入的币值可以购买某种商品时，按下相应的“选择”按纽即可在出货框中出现该种商品，同时消费显示栏中显
13、示出已经消费掉的金额，余额也将扣除已消费的币值，接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续购买。出现在出货口的商品在没有取走前，一直保持显示状态，用鼠标点击该商品代表已经取走，出货口中的商品隐藏。建立的变量表如表4所示。对应的梯形图程序如图9所示。 表4 选择商品过程变量表 在梯形图9中，一是要使商品出现在出货框中，二是要实现内部货币的运算。以第一步为例，按下选择01商品键，相当于给R205加一个信号（只接受一次脉冲，所以用DF微分指令），当YO接通(01商品灯亮)时，则系统显示可以购买01商品。由于取01商品R230是常闭触点，故Y8输出，代表在出货框中出现01商品，购买成功。当按下取01商品
14、按钮时，R230断开，不能输出Y8，代表01商品被取走。内部币值的计算和是否取走商品无关，只要按下选择按钮，并且可以购买此商品就要从余额中扣除相应的金额，显示消费的币值。加法由F20指令实现，减法由F25实现。 R205 Y0 R2 DF 终能被1角整除。 在程序的初始化时曾给WR13、WR15、WR17、WR19和WR20赋零，WR13、WR15、WR17、WR19和WR20是程序的中间量，为的只是程序在使用过程中能稳定执行，避免出现退币错误。为什么要除以1000呢？这主要是考虑到PLC的主要特点是执行过程稳定可靠，但执行速度较慢。在计算时尽量将数值作为整数计算，因为是在计算机上模拟，可以把
15、一部分功能交由计算机来实现，这里把1角当作10、5角当作50、1元当作100、5元当作500、10元当作1000，可以避免把这些数据当作有小数点的实数计算，这同前面的加1角等于10（K10）是相同的道理。至于交由计算机的任务将在以后叙述。退币过程结束后，PLC要将寄存器中的数值置回原定的初值0，完成一次交易，防止下一次交易时出错。梯形图3-6用来完成对数据的初始化。 程序中分别将投入显示、消费显示、余额显示、10元存储、5元存储、1元存储、5角存储和1角存储清零，还将中间量WR13、WR15、WR17、WR19和WR20清零。完成了以上5个过程，自动售货机的PLC控制程序基本完成，程序可以控制
16、售货机实现各种要求的功能。 3.4 仿真界面与PLC的配合定义在这一段中，将仔细分析仿真界面各部分是如何与PLC连接的。分析过程是按照一次交易的实际情况来进行的，即由初始状态、投币状态、购买状态、退币状态到交易结束。（1）初始状态 通过分析得知，当电子标签显示各商品的价格、显示屏显示友好界面时，不能购买任何商品。因此先让变量poiwindows=0(系统默认)。电子标签中的字符J.01(以01商品为例)对应的变量JG01.PV与PLC程序中的地址WR4相匹配，WR4中存储的数据为250，即让字符显示2.50元。对应的梯形图如图11所示（2）投币状态 当投币时，按下“投币”提示字，出现投币框。如
17、何定义“投币”呢？双击汉字“投币”，来到“动画连接”画面，选择“触敏动作”，在“动作描述”框中做如下定义：按下鼠标时，poiwinJB=1,poiwinJB这个变量是控制投币框的，当poiwinJB=1时，出现钱币和提示框；poiwinJB=0R0 F0 MV , K 0 , WR 1 F0 MV , K 0 , WR 2 币框的显示状态，用鼠标点击代替了实际过程中的饿钱币投入动作，最重要的任务是投币运算，下面介绍钱币的定义方法。以10元为例：双击10元硬币，开到“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，在动作描述中如下定义：按下鼠标时，poiwinJB=1；TR$100.PV=1;
18、释放鼠标时，TR$100.PV=0。其中po接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，在动作描述中如下定义：按下鼠标时XZ01.PV=1；释放鼠标时，XZ01.PV=0。XZ01.PV与PLC程序中的R205相对应，按下可以购买商品的选择键，转而执行相应的PLC程序，同时消费显示增加相应的币值，余额显示减少相应的币值，此时还要在出货口出现相应的商品，这时用“显示/隐藏”功能来定义在出货口中出现相应的商品。以01商品为例，双击出货口处的小商品，来到“动画连接”，选择“显示/隐藏”项，定义CX01.PV=1时显示。 出货口框架的隐藏/显现是用程序来控制的。当有一种商品出现在出货口，就会显示框架；
19、当全部商品均消失后框架隐藏。程序如图12所示。图中R210是控制出货口框架是否出现的继电器。(4) 退币状态当按下“退币”按钮时，PLC要进行退币运算。所以按下“退币”按钮就要与PLC通信，执行退币计算。下面来定义退币按钮。双击“退币”按钮，出现“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，动作描述为：按下鼠标，poiwinJB=0;poiwinTB=1；Tenter.PV=1。释放鼠标，Tenter.PV=0;内部变量poiwinJB=1是让投币框消失，poiwinTB=1是让退币框出现，Tenter.PV与图12 出货口框架的隐藏/显现梯形图PLC程序中的R20F对应。退币框中要有5
20、种硬币，还要有表示硬币个数的数字。由于计算中采用的算法使得退币时按照币值大小顺序退币，例如退5元，只退一个5元，而不退5个一元。定义表示硬币个数的变量只用一位数即可。在退币时，要退出的硬币及个数显示，而不退的硬币隐藏。定义钱币时（以10元为例），双击10元硬币，出现动画连接画面，选择“显示/隐藏”项，在“可见性定义”对话框中作出的表达式为TB$100.PV=0.其他硬币定义方法同上。定义钱币个数：双击10元硬币个数字符“a”,出现“动画连接”画面，选择“数值输出”中的“模拟”项，作出表达试为TB$100.PV。同时钱币个数也要定义是否隐藏，定义方法和定义钱币相同。定义“确认”键时，按下“确认”
21、键，代表取走了所有硬币，完成此次交易，因此退币“确认”的定义很重要。双击“确认”键，出现“动画连接”画面，选择“触敏动作”中的“左键动作”，在动作描述栏中定义如下：按下鼠标poiwinTB=0; 功能：退币框消失TuiBiok.PV=1; 功能：给PLC信号，闭合RO,完成数据的初始化Poiwindows=0; 功能：显示屏显示友好界面为了防止在未取走商品时退币，按下“确认”键又不能返回原始状态。在描述过程中加入以下一段程序，强行抛掉已经购买的商品。CX01.PV=0；CX02.PV=0；CX03.PV=0；CX04.PV=0；CX05.PV=0；CX06.PV=0；CX07.PV=0；CX0
22、8.PV=0；释放鼠标时，TuiBiok.PV=0。只是一个微分信号，不能将RO永远置为1。还有一点要注意，“确认”键也要有隐藏的时候，定义方法同钱币。定义退币框架：按下“退币”按钮后就会出现退币框架。可以这样定义：双击退币框架，来到“动画连接”画面，选择“显示/隐藏”项，在“可见性定义”中定义poiwinTB=1时显现即可。3.5 数据连接3.5.1定义I/O设备数据库是从I/O驱动程序中获取过程数据的，而数据库同时可以与多个I/O驱动程序进行通信，一个I/O驱动程序也可以连接一个或多个设备。下面创建I/O设备。（1）在Draw导航器中双击“实时数据库”项使其展开，在展开项目中选择“PLC”
23、项双击使其展开后，选择项目双击并定义。（2）单击“完成”按钮返回，在“松下电工”项目下增加一项“PLC001”,如果要对I/O设备“PLC001”的配置进行修改，双击项目“PLC001”,会再次出现PLC001的“I/O设备定义”对话框。若要删除I/O设备“PLC001”，用鼠标右键单击项目“PLC001”，在弹出的右键菜单中选择“删除”。 数据连接刚刚创建了一个名为“PLC001”的I/O设备，而且它连接的正是假想的PLC设备。现在的问题是如何将已经创建的多个数据库点与PLC联系起来，以使这些点的PV参数值能与I/O设备PLC进行实时数据交换，这个过程就是建立数据连接的过程。由于数据库可以与
24、多个I/O设备进行数据交换，所以必须指定哪些点与哪些个I/O设备建立数据连接。为方便其见，我们将数据列整理成如表6、表7所示。 表6 数字I/O NAME DESC %IOLINK 点名 说明 I/O连接 1 CX01 01商品出现 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 2000008-2-0-0-8 2 CX02 02商品出现 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 2000009-2-0-0-9 3 CX03 03商品出现 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 20000010-2-0-0-10 4 CX04 04商品出现 PV=PLC001;序号,寄存器,地址
25、，偏移; 20000011-2-0-0-11 5 CX05 05商品出现 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 20000012-2-0-0-12 6 CX06 06商品出现 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 20000013-2-0-0-13 7 CX07 07商品出现 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 20000014-2-0-0-14 8 CX08 08商品出现 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 20000015-2-0-0-15 9 D01 01商品灯亮 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 2000000-2-0-0-0
26、10 D02 02商品灯亮 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 2000001-2-0-0-1 11 D03 03商品灯亮 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 2000002-2-0-0-2 12 D04 04商品灯亮 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 2000003-2-0-0-3 13 D05 05商品灯亮 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 2000004-2-0-0-4 14 D06 06商品灯亮 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 2000005-2-0-0-5 15 D07 07商品灯亮 PV=PLC001;序号,寄存器
27、,地址，偏移; 2000006-2-0-0-6 16 D08 08商品灯 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 2000007-2-0-0-7 17 Q01 取01商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002300-3-0-23-0 18 Q02 取02商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002301-3-0-23-1 19 Q03 取03商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002302-3-0-23-2 20 Q04 取04商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002303-3-0-23-3 21 Q05
28、取05商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002304-3-0-23-4 22 Q06 取06商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002305-3-0-23-5 23 Q07 取07商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002306-3-0-23-6 24 Q08 取08商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002307-3-0-23-7 25 TENTER 退币处理 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002015-3-0-20-15 26 TR$1 投入1角 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏
29、移; 3002000-3-0-20-0 27 TR$10 投入10角 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002002-3-0-20-2 28 TR$100 投入100角 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002004-3-0-20-4 29 TR$5 投入5角 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002001-3-0-20-1 30 TR$50 投入50角 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3000003-3-0-20-3 31 TUIBIOK 退币OK PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3000000-3-0-20-0
30、 32 XZ01 选择01商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002005-3-0-20-5 33 XZ02 选择02商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002006-3-0-20-6 续表6 34 XZ03 选择03商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002007-3-0-20-7 35 XZ04 选择04商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002008-3-0-20-8 36 XZ05 选择05商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002009-3-0-20-9 37 XZ06 选择06商品
31、PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 30020010-3-0-20-10 38 XZ07 选择07商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 30020011-3-0-20-11 39 XZ08 选择08商品 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 30020012-3-0-20-12 40 KUANG 购物框 PV=PLC001;序号,寄存器,地址，偏移; 3002100-3-0-21-0 表7 模拟I/O表3.5.2 设计1 自动售货机控制要求（1）该自动售货机可以同时投入5角、1元、或5元硬币,自动销售汽水、果汁和咖啡.（2）当投入的硬币总值等于或超过1.5
32、元时,汽水按钮指示灯亮;当投入的硬币总值等于或超过3元时,汽水按钮和果汁按钮同时亮;当投入的硬币总值等于或超过5元时,汽水按钮、果汁按钮和咖啡按钮同时亮.（3）当汽水按钮灯亮时,按汽水按钮,则汽水排出10s后自动停止,同时汽水按钮指示灯闪烁10s.待添加的隐藏文字内容1（4）当果汁按钮灯亮时,按果汁按钮,则果汁排出10s后自动停止,同时果汁按钮指示灯闪烁10s.（5）当咖啡按钮灯亮时,按咖啡按钮,则咖啡排出10s后自动停止,同时咖啡按钮指示灯闪烁10s.（6）若投入的硬币总值超过所购商品的价格(汽水1.5元,果汁3元,咖啡5元),则找钱指示灯亮,同时进行找钱动作.图13自动售货机示意图2 I/
33、O地址定义表此控制系统可采用自动工作方式，输入信号为汽水、果汁、咖啡按钮、5角、1元、5元硬币投入识别口记数手动复位按钮；输出信号为汽水、果汁、咖啡排出电磁阀、找钱电磁阀及相应指示灯，共7个输入点，8个输出点，均为开关量。I/O地址定义如表8所示。 3 程序设计 图14 自动售货机梯形图3.5.3 运行 保存所有组态内容，然后关闭所有力控程序。将自动售货机的PLC程序下传到PLC装置中，再切换到离线状态，然后再次启动力控工程管理器，选择本工程，并单击“进入运行”按钮启动整个运行系统。4 结束语经过几个月的学习、研究以及经过贺老师提供的资料指导.完成了此篇毕业设计.设计主要研究的是自动售货机中有
34、关于PLC的部分.自动售货机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。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。所以说,自动售货机是今后小商品和饮料销售方式的一个很好的发展趋势.它的出现将极大的方便人们购买所需要的小商品.参考文献1 程周可编程序控制器原理与应用 北京：高等教育出版社， 2003年2 王永华现代电气控制及PLC 应用技术. 北京：北京航空航天大学出版社，20003 周美兰，周封，忘岳宇PLC电气控制与组态
35、设计北京：科学出版社，20034 吴建强，姜三勇可编程控制器原理及应用哈尔滨工业大学出版社，20005 吴中俊，黄永红可编程序控制器原理及应用北京：机械工业出版社，20036 张万忠，刘明芹电器与PLC控制技术北京：化学工业出版社。20037 王兆义可编程序控制器教程北京：机械工业出版社，2001 PLC system of the dispenser being designedLiqiang Information and Electrical Engineering School, panzhihua university, Panzhihua 617000Abstract The di
36、gest this text has introduced the basic principle and workflow of the dispenser , then take transaction course as an example , divide the trade course into several procedure ones, then carry on programming to the procedure one separately. It has stated the role in dispenser of the controller of can
37、programme ing that concrete. The procedure has involved most course that the dispenser worked. The dispenser utilizing PLC to control has improved systematic stability, it can be steady in a long-term to guarantee the dispenser and run. Keyword dispenser ; Can programme the controller ; Ladder-shaped pictureKeywords dispenser ;vending machine ; Ladder-shaped picture
