自动售货机PLC控制系统的设计

随着科技的发展和社会的进步, 自动化商业机械有了越来越广泛的应用, 自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所。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, 又由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。自动售货, 给人们的生活带来了极大的方便。

P L C是以C P U为核心, 综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置, 是现代工业控制的三大支柱 (P L C、机器人和C A D/C A M) 之一。P L C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。但是P L C也有它自己的特点, P L C在确定了工作任务, 装入了专用程序后成为一种专用机, 它采用循环扫描工作方式, 系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。

针对P L C教学的需要, 本课题重点介绍P L C在自动售货机中的运用和自动售货机P L C控制系统的设计。通常我们见到的自动售货机能够出售各式各样的已经包装好的商品, 我们这次设计的系统是针对散装饮料在自动售货机中的购买。本系统采用F X-2 n仿真实现售货机的基本原理。其中输入部分有三个按键构成, 分别实现不同的控制功能。输出部分由四个指示灯, 两个数码管, 两个传动电机构成。它采用可编程序的存贮器, 用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字的、模拟的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。

1 自动售货机

自动售货机的新奇、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。

2 可编程序控制器 (PLC)

2.1 为什么使用PLC控制

在写本论文时, 本人考虑了单片机和P L C两种方案来设计自动售货机的电气控制部分, 但考虑到自动售货机的输入电压不稳定, 作为C P U的M C S-5 1型单片机超压发热容易造成爆裂, 而P L C不但可实现类似控制功能, 还具有可靠性高、适应面广、抗干扰能力强、编程方便、电压使用范围宽及编程方便等特点, 所以根据自动售货机的使用要求, 本系统设计就是采用三菱P L C (F X-2 n) 作为自动售货机的控制装置。

2.2 PLC程序设计步骤

(1) 根据设计要求, 分析系统的控制; (2) 分配P L C的输入点和输出点; (3) 画出硬件接线图; (4) 设计梯形图程序; (5) 写出指令程序表。

3 自动售货机PLC控制系统的设计

3.1 设计目的

(1) 实现自动售货机的自动控制; (2) 制作、完善教学教具; (3) 加强教师教学教研水平; (4) 更好的为教学服务。

3.2 设计要求

(1) 此售货机可投1角、5角或1元硬币。 (2) 当投入的硬币总值超过2元时, 汽水按钮指示灯亮;当投币的总值超过3元时, 汽水及咖啡按钮指示灯亮。 (3) 当汽水按钮指示灯亮时, 按汽水按钮, 则汽水排出, 8 S后, 自动停止。这段时间内汽水指示灯闪烁。 (4) 当咖啡按钮指示灯亮时, 按咖啡按钮, 则咖啡排出, 8 S后, 自动停止。这段时间内咖啡指示灯闪烁。 (5) 若投入硬币总值超过按钮所需的钱数 (汽水2元, 咖啡3元) 时, 找钱指示灯亮, 并退出多余的钱。

3.3 自动售货机的工作原理

由于本设计主要用于课堂教学的使用, 因此要求上没有现实中的自动售货机功能强大, 没有过多的商品选择和各种报警系统。

售货机的自动控制系统主要包括:计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统和退币系统。

(1) 计币系统:当有顾客买饮料时, 投入的钱币经过感应器, 感应器记录1角、5角或1元钱的个数, 通过个数与币值相乘或者相加, 把最终叠加的钱币数据存放在D 4 0中。 (2) 比较系统:投入钱币完毕后, 系统会把D 4 0内的钱币数据和可以购买饮料的价格进行区间比较, 如果投入的钱币不足则Y 2指示灯亮, 要求继续投入钱币, 或者退币。当投入的钱币总值超过2元时, 汽水指示灯Y0亮。当投入的钱币总值超过3元时, 汽水和咖啡指示灯都亮, 此时可以选择饮料或选择退币。 (3) 选择系统:比较电路完成后选择电路指示灯亮, 当按下汽水或咖啡选择按钮, 相应的指示灯转为1秒为周期的闪烁。当相应的饮料供应完毕后, 闪烁同时停止。 (4) 饮料供应系统:当按下选择按钮时, 相应的电机Y 3或Y 4启动。在饮料输出的同时, 减去相应的购买钱币数。当饮料输出达到8秒时, 电机停机。 (5) 退币系统:当顾客购完饮料后, 多余的钱币只要按下退币按钮。系统就会把数据寄存器D 5 0中的钱币退回。

3.4

I/O分配见表1所示

3.5

硬件接线图见图1所示

3.6

程序设计流程图见图2所示

3.7 调试运行及教学

实验证明:该系统程序设计较全面地演示自动售货机的使用功能;通过修改P L C控制程序, 可在自动售货机上实现多种控制方式、销售方式、销售种类, 为自动售货机的科研提供了一个模拟训练平台。

经过系统调试后, 系统运行稳定, 达到了教学的要求, 对于电工、机电一体化专业学生来说是一个非常好的学习平台。通过对0413高技、0410中技、0510中技班的P L C教学训练, 学生对P L C编程和自动售货机控制有较深的了解。

4 结语

本人设计的自动售货机的程序, 基本上反映了自动售货机的结构和使用功能, 效果直观, 可操作性好;在该模型上采用了P L C控制, 基本上可应用于真实模型中, 事先编制出符合要求的控制软件, 以达到提高实际调试的成功率, 在教学上给学生提供了良好的学习平台, 运行在不同的方式下, 实现诸多操纵方式的模拟, 克服了教学模型功能单一, 仅以演示为目的的局限性, 为教学和科研提供了较理想的实验平台, 具有实用和推广价值。

摘要：本文针对PLC教学的需要, 介绍了PLC在自动售货机中的基本结构、设计要求、编程方法及程序等。对自动售货机采用PLC控制系统的设计进行了描述, 并通过实际教学的应用, 积累了宝贵的经验, 在教学方面具有较好的实用价值。

关键词：自动售货机,PLC控制,程序设计