自動售貨機PLC控制設計方案.doc

自動售貨機PLC控制設計方案1.可編程邏輯控制器簡介可編程邏輯控制器（Programmable Logical Controller），簡稱PLC，是綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置，它具有可靠性高、編程簡單、維護方便等優(yōu)點，已在工業(yè)控制領域得到廣泛的應用。 因為自動售貨機作為社會上完成商品零售和綜合服務的獨立設施，要求它的結構必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。PLC是以CPU為核心， 綜合了計算機技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置， 是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC 、機器人和CAD / CAM ） 之一。目前，可編程控制器在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保等各行各業(yè)。PLC的發(fā)展與計算機技術、半導體技術、控制技術、數(shù)字技術、通信網絡技術等高新技術的發(fā)展息息相關，這些高新技術的發(fā)展推動了PLC的發(fā)展，而PLC的發(fā)展又對這些高新技術提出了更高更新的要求，促進了他們的發(fā)展。本次設計就在于結合PLC的種種優(yōu)點聯(lián)系實際情況來彌補原有系統(tǒng)的不足，利用PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證了自動售貨機能夠長期穩(wěn)定的運行。2.自動售貨機簡介自動售貨機最早出現(xiàn)在二十世紀五、六十年代的西歐，其中英國是較早實行自動售貨機售貨的國家之一。1942年，在食品銷售中首先推廣了自動售貨的銷售方式。1950年，英國食品雜貨行有500家采用自動售貨機售貨。1969年，采用自動售貨機售貨的商家增加到23000家，銷售的商品擴展到唱片、文化用品、食品、香煙等多個方面。進入70年代后，約有40多萬家香煙、飲料店采用自動售貨機。1980年英國有50余萬臺自動售貨機，年銷售額達8.81億英鎊。70年代后，日本、歐美等發(fā)達國家和地區(qū)自動售貨機迅猛的發(fā)展，短短30年，發(fā)達國家自動售貨機產業(yè)已發(fā)展到相當大規(guī)模。自動售貨機被廣泛地布放于車站、油站、機場、碼頭、寫字樓、賓館、娛樂場所及大街小巷和公路旁，人們通過自動售貨機可以買到食品、香煙、報紙、飲料、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。自動售貨機實現(xiàn)了商品需求化、性能多樣化的發(fā)展，原先其只能出售有限商品品種，而如今呈現(xiàn)了繼百貨公司、超級市場、便民店之后，以消費者與售貨機“一對一”自動售貨的無店鋪銷售狀態(tài)。目前自動售貨機是集聲、光、機電一體化的高新智能化產品，在我國也開始得到應用。在中國人們可以看到現(xiàn)代化的自動售貨機擺放在一些大商場門口、繁華街道兩旁、公園入口處以及其它熱鬧的場所。自動售貨機的新奇、文明、高檔、晝夜服務、占地小、靈活方便深受許多地區(qū)市民的青睞，甚至出現(xiàn)許多排隊購買的現(xiàn)象。專家測算，中國的自動售貨機在市場容量最保守算應該有四十七萬臺，一年的銷售額可達三百五十億元若按人均臺數(shù)計算全年可達五百億，自動售貨機在日本達到平均每二三十人一臺，在美國達到每四十人一臺，在歐洲每六十人一臺，由于中國經濟與上述國家還有一定差距，按每五百人一臺計算。因此，自動售貨機在中國有著廣闊的發(fā)展前景。從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產業(yè)構造向技術密集型社會轉變的產物。大量生產、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。3.自動售貨機的設計任務分析3.1任務描述 本系統(tǒng)的自動售貨機能銷售飲料和啤酒兩種，在自動售貨過程中，具有硬幣識別、幣值累加、自動售貨、自動找錢、統(tǒng)計銷售金額、銷售數(shù)量、庫存數(shù)量等功能，此售貨機只可接受的硬幣為5角和1元，飲料的售價為2.5元，啤酒為3元。3.2 設計任務（1）投入硬幣時，顯示器顯示已投入的硬幣值。當投入的硬幣值等于或超過某個商品的價值時，對應的指示燈亮。（2）飲料指示燈亮時，按飲料按鈕，飲料驅動器動作，飲料從售貨口自動售出，飲料指示燈閃爍，5s后飲料驅動器釋放，完成一次售貨。（3）啤酒指示燈亮時，按啤酒按鈕，啤酒驅動器動作，啤酒從售貨口自動售出，啤酒指示燈閃爍，5s后啤酒驅動器釋放，完成一次售貨。（4）購買商品以后，顯示器顯示剩余的金額。若有剩余金額，找錢指示燈亮。（5）在購買商品后還剩余額，或在投入硬幣后又不想購買商品（未按飲料按鈕或啤酒按鈕），按復位按鈕，售貨機自動退出應找回的硬幣。（6）售貨機能自動計算已售出商品的總金額、啤酒和飲料的現(xiàn)存數(shù)量。當啤酒或飲料現(xiàn)存數(shù)量為零時，對應的指示燈閃爍，此種情況下，不能購買此種商品。（7） 指示燈閃爍的頻率為1Hz4.總體方案設計4.1控制面板設計圖圖4-1 控制面板設計圖4.2 I/O端子分配及接線圖表4-1 I/O分配表圖4-1 I/O端子接線圖4.3顯示電路本顯示電路主要由CD4511譯碼器、LED數(shù)碼管、電阻和直流電源四部分組成，將CD4511的A、B、C、D端輸入的BCD碼，通過譯碼、鎖存和驅動，以十進制數(shù)在七段顯示數(shù)碼管中顯示。CD4511為一鎖存/譯碼/驅動三合一譯碼器，其管腳邏輯圖見下圖。圖4-2 CD4511鎖存部分有四位存儲鎖電路，由鎖存允許端LE控制鎖存，當LE“0”時，鎖存器直通，輸出端隨AD端變化；當LE“1”時，鎖存器鎖定，輸出端保持不變。熄滅控制端BI，當BI“0”時，譯碼器輸出全為“0”，即數(shù)碼管熄滅。出驅動部分是具有較大電流輸出的NPN雙極型晶體管，當推動LED數(shù)字顯示器件時，一定要加限流電阻，限流電阻約200,由等測試輸入端LT，可測試數(shù)碼管的七段。當LE“0”時，顯示數(shù)8，即各段均亮，則正常。本顯示電路采用靜態(tài)方式顯示，按照時間段分別把十位、個位數(shù)送到各自的CD4511譯碼器中，CD4511的鎖存器保持所送的數(shù)據，通過其輸出端驅動各自的數(shù)碼管，使所送的數(shù)據在數(shù)碼管中顯示。圖4-3 數(shù)碼顯示電路圖4.4自動售貨機工作流程開始投幣投幣計數(shù)金額計算NNYYN可買嗎選擇飲料選擇啤酒計算余額計算余額退幣程序退幣程序輸出啤酒輸出飲料余額=0余額=0圖4-4 自動售貨機工作流程圖5.系統(tǒng)程序設計5.1 加貨和投幣控制模塊圖5-1 加貨和投幣控制模塊圖(1) X5是開關按鈕，只有按下X5使得M20置高電平時才能進行加貨、投幣和接下來的相應操作；(2) X7貨按鈕，D1001、D1002分別是飲料和啤酒存貨量寄存器，當寄存器為0時才能進行加貨；(3) X0、1分別是一元和五毛的檢查傳感器，投幣時傳感器檢查到會將信號傳遞到程序，通過加法指令（ADD）使投幣數(shù)累加并保存到金額寄存器D1000內。 5.2購買商品模塊圖5-2 購買商品控制模塊圖(1) 當飲料存貨為零時，通過觸點比較指令使得M30置高電平，通過特殊繼電器M8013使得飲料指示燈（Y13）通過第一條支路以1Hz的頻率閃爍，不能購買飲料；(2) 當金額不小于2.5元且存貨不為零時，通過第三條支路使得飲料指示燈（Y13 ）常亮，可以購買飲料；(3) 當存貨大于零且金額不小于2.5元時可以通過飲料購買按鈕X2購買飲料，按下X2置M40高電平驅動飲料驅動器（Y11）動作飲料從售貨口自動售出，飲料指示燈閃爍，通過定時器T10定時5秒后飲料驅動器釋放，完成一次售貨，同時金額（D1000）會通過減法指令（SUB）減少2.5元，飲料庫存（D1001）會減少1。(4) 啤酒的購買同理，M40和M41可以實現(xiàn)購買飲料和啤酒自己的互鎖，當購買一件商品的過程中不能購買買另一件商品，必須購買完一種商品以后才能購買另一種商品。5.3找錢模塊圖5-3 找錢控制模塊圖(1) 當金額（D1000）大于零的時候，驅動找錢指示燈常亮，表示有剩余金額，可以通過找錢操作將金額取出；(2) 當按下找錢按鈕X4時，通過除法指令DIV將金額D1000除以10所得的商保存在寄存器D3中，所得的余數(shù)保存在D4中，同時SET M11 使其處于高電平狀態(tài)；(3) 當M11處于高電平狀態(tài)時，找錢驅動器Y16動作，同時利用特殊繼電器M8013使得找一元指示燈Y17以一秒的頻率閃爍，閃爍的次數(shù)通過計數(shù)器C0和寄存器D3配合限定；(4) 一元指示燈閃爍完之后，通過一個觸點比較指令比較D4不為零的時候計數(shù)器C0驅動五毛指示燈Y20閃爍，閃爍次數(shù)由計數(shù)器C1和D4配合限定；(5) 當五毛指示燈閃爍完之后，C1驅動復位D1000,、M11、C0和C1，同時給驅動M10使數(shù)碼管金額顯示刷新；(6) 當D4為零的時候，一元指示燈閃爍Y17完之后,直接通過C0驅動復位D1000,、M11、C0和C1，同時給驅動M10使數(shù)碼管金額顯示刷新；(7) 例如金額為2.5元，在退幣過程中，退幣驅動器動作，找一元指示燈先閃爍2次，找五毛指示燈再閃爍5次，退幣驅動器釋放，顯示器顯示金額為零。5.4金額顯示模塊圖5-4 金額顯示模塊圖圖5-5 金額顯示模塊圖(1) 能導致金額產生變動的按鈕動作都能使M21置位與高電平，使得顯示器能夠及時顯示當前金額，M44和M50可以實現(xiàn)金額顯示、銷售額顯示和庫存顯示間切換；(2) X5開關按鈕使得M20置位于高電平，驅動金額寄存器D1000里面的數(shù)值通過BCD指令轉換成二進制一直循環(huán)傳送到M0-16（K4M0）中；(3) 當中間繼電器M21吸合，將M0-4（K1M0）送到Y0-3，同時使所存第一個數(shù)碼管的輸出Y4為低電平其他數(shù)碼管驅動輸出Y5-7為高電平，利用時間計時器T1在0.01秒的時間后將Y4置高電平，將其數(shù)值鎖住，金額五毛顯示成功；(4) 再利用一個定時器T5在五毛顯示數(shù)碼管鎖定后0.01秒，復位M21斷掉五毛數(shù)碼管顯示支路，同時置位M22驅動一元數(shù)碼管的顯示，十元和一百元也是同樣顯示原理。 5.5銷售額的計算和顯示模塊圖5-6 銷售額顯示模塊圖(1) 當符合購買飲料條件時，即飲料存貨量D1001大于零和投幣金額D1000大于2.5元時可以利用計數(shù)器C2進行飲料購買計數(shù)，計數(shù)同時將計數(shù)值保存到寄存器D5內；(2) 按下銷售額顯示按鈕X6，利用二分頻指令ALT使繼電器M50置高電平，同時利用乘法指令MUL將購買次數(shù)和飲料單價進行相乘運算并保存到D12寄存器中；(3) 啤酒的購買計數(shù)同理，存放在寄存器D13中，通過一個中間繼電器M51將啤酒和飲料的購買金額用相加指令ADD相加存放在寄存器D14中；(4) 通過M50顯示器切換到銷售額顯示，通過和金額顯示同樣的原理將銷售金額顯示在顯示器上。5.6庫存的計算和顯示模塊圖5-7庫存顯示模塊圖(1) 按下庫存顯示切換按鈕X10，將飲料存貨寄存器D1001和啤酒存貨寄存器D1002通過BCD指令將數(shù)據分別轉換成二進制BCD碼并存放在K2M86和K2M94中；(2) BCD碼轉換同時利用置位M44進行庫存顯示切換，切換到庫存顯示時利用一個定時器T38在0.01秒內進行BCD碼轉換，顯示與金額顯示原理相同。5.7操作過程(1) 按下開關，飲料和啤酒指示燈均閃爍，此時按下加貨按鈕，飲料和啤酒指示燈均熄滅。(2) 投入硬幣，顯示器顯示已投入的硬幣值。當投入的硬幣值等于或超過2.5元時，飲料指示燈亮，超過3元時，飲料和啤酒指示燈均亮。(3) 飲料指示燈亮時，按飲料按鈕，飲料驅動器動作，飲料從售貨口自動售出，飲料指示燈閃爍，5s后飲料驅動器釋放，完成一次售貨；啤酒指示燈亮時，按啤酒按鈕，啤酒驅動器動作，啤酒從售貨口自動售出，啤酒指示燈閃爍，5s后啤酒驅動器釋放，完成一次售貨。(4) 購買商品以后，顯示器顯示剩余的金額。若有剩余金額，找錢指示燈亮。在購買商品后還剩余額，或在投入硬幣后又不想購買商品（未按飲料按鈕或啤酒按鈕），按復位按鈕，售貨機自動退出應找回的硬幣。(5) 按下庫存按鈕顯示庫存，再按該按鈕返回余額顯示：按下銷售額按鈕顯示銷售額，再次按下該按鈕返回余額顯示。6.設計的析總結這次的設計的課題是自動售貨機的PLC控制，控制程序主要有投幣加貨模塊、購買模塊、退幣模塊和顯示模塊。(1) 投幣加貨模塊，主要是利用加法指令將數(shù)據累加，用傳送指令將數(shù)據傳送到寄存器里面保存。貨幣識別用傳感器實現(xiàn)，當達到程序控制要求對應的指示燈亮，可進行下一步操作。(2) 購買模塊，通過比較指令來實現(xiàn)購買的條件限定，利用加法和減法指令將金額進行計數(shù)，當商品驅動器動作是利用定時器實現(xiàn)驅動時間限定，同時使指示燈呈現(xiàn)有結果相對應的狀態(tài)。(3) 退幣模塊，控制要求退幣指示燈要根據對應的金額數(shù)來實現(xiàn)閃爍限定，所以利用除法指令將剩余金額進行計算，將計算結果保存到相應的寄存器中，再結合計數(shù)器實現(xiàn)一元和五毛退幣指示燈閃爍次數(shù)要求；同時將金額清零，驅動刷新顯示器。(4) 顯示模塊分為金額顯示、庫存顯示和銷售額顯示三部分，利用BCD指令和傳送指令來實現(xiàn)數(shù)據的數(shù)碼管顯示。庫存顯示和銷售額顯示通過加法和乘法指令來實現(xiàn)數(shù)據的運算，利用二分頻指令將三部分顯示進行切換，實現(xiàn)不同的顯示要求。這四個模塊可以用不同的控制方法來實現(xiàn)，可以用步進也可以簡單的方法?？梢岳貌煌闹噶罨旌鲜褂脤崿F(xiàn)控制要求。顯示可以用二分頻指令，同樣也可以用定時器或者