自動售貨機(jī)PLC控制設(shè)計(jì)方案.doc

自動售貨機(jī)PLC控制設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)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(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 因?yàn)樽詣邮圬洐C(jī)作為社會上完成商品零售和綜合服務(wù)的獨(dú)立設(shè)施，要求它的結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)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(jī)器人和CAD / CAM ） 之一。目前，可編程控制器在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保等各行各業(yè)。PLC的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，這些高新技術(shù)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(shù)提出了更高更新的要求，促進(jìn)了他們的發(fā)展。本次設(shè)計(jì)就在于結(jié)合PLC的種種優(yōu)點(diǎn)聯(lián)系實(shí)際情況來彌補(bǔ)原有系統(tǒng)的不足，利用PLC控制的自動售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證了自動售貨機(jī)能夠長期穩(wěn)定的運(yùn)行。2.自動售貨機(jī)簡介自動售貨機(jī)最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)五、六十年代的西歐，其中英國是較早實(shí)行自動售貨機(jī)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(jī)售貨。1969年，采用自動售貨機(jī)售貨的商家增加到23000家，銷售的商品擴(kuò)展到唱片、文化用品、食品、香煙等多個(gè)方面。進(jìn)入70年代后，約有40多萬家香煙、飲料店采用自動售貨機(jī)。1980年英國有50余萬臺自動售貨機(jī)，年銷售額達(dá)8.81億英鎊。70年代后，日本、歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)自動售貨機(jī)迅猛的發(fā)展，短短30年，發(fā)達(dá)國家自動售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)已發(fā)展到相當(dāng)大規(guī)模。自動售貨機(jī)被廣泛地布放于車站、油站、機(jī)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(jī)可以買到食品、香煙、報(bào)紙、飲料、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。自動售貨機(jī)實(shí)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(fèi)者與售貨機(jī)“一對一”自動售貨的無店鋪銷售狀態(tài)。目前自動售貨機(jī)是集聲、光、機(jī)電一體化的高新智能化產(chǎn)品，在我國也開始得到應(yīng)用。在中國人們可以看到現(xiàn)代化的自動售貨機(jī)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(jī)的新奇、文明、高檔、晝夜服務(wù)、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(duì)購買的現(xiàn)象。專家測算，中國的自動售貨機(jī)在市場容量最保守算應(yīng)該有四十七萬臺，一年的銷售額可達(dá)三百五十億元若按人均臺數(shù)計(jì)算全年可達(dá)五百億，自動售貨機(jī)在日本達(dá)到平均每二三十人一臺，在美國達(dá)到每四十人一臺，在歐洲每六十人一臺，由于中國經(jīng)濟(jì)與上述國家還有一定差距，按每五百人一臺計(jì)算。因此，自動售貨機(jī)在中國有著廣闊的發(fā)展前景。從自動售貨機(jī)的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)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(chǎn)生，人工費(fèi)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(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。3.自動售貨機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)分析3.1任務(wù)描述 本系統(tǒng)的自動售貨機(jī)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(jì)銷售金額、銷售數(shù)量、庫存數(shù)量等功能，此售貨機(jī)只可接受的硬幣為5角和1元，飲料的售價(jià)為2.5元，啤酒為3元。3.2 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）投入硬幣時(shí)，顯示器顯示已投入的硬幣值。當(dāng)投入的硬幣值等于或超過某個(gè)商品的價(jià)值時(shí)，對應(yīng)的指示燈亮。（2）飲料指示燈亮?xí)r，按飲料按鈕，飲料驅(qū)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(qū)動器釋放，完成一次售貨。（3）啤酒指示燈亮?xí)r，按啤酒按鈕，啤酒驅(qū)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(qū)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(fù)位按鈕，售貨機(jī)自動退出應(yīng)找回的硬幣。（6）售貨機(jī)能自動計(jì)算已售出商品的總金額、啤酒和飲料的現(xiàn)存數(shù)量。當(dāng)啤酒或飲料現(xiàn)存數(shù)量為零時(shí)，對應(yīng)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(shè)計(jì)4.1控制面板設(shè)計(jì)圖圖4-1 控制面板設(shè)計(jì)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(qū)動，以十進(jìn)制數(shù)在七段顯示數(shù)碼管中顯示。CD4511為一鎖存/譯碼/驅(qū)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(dāng)LE“0”時(shí)，鎖存器直通，輸出端隨AD端變化；當(dāng)LE“1”時(shí)，鎖存器鎖定，輸出端保持不變。熄滅控制端BI，當(dāng)BI“0”時(shí)，譯碼器輸出全為“0”，即數(shù)碼管熄滅。出驅(qū)動部分是具有較大電流輸出的NPN雙極型晶體管，當(dāng)推動LED數(shù)字顯示器件時(shí)，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(dāng)LE“0”時(shí)，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(shí)間段分別把十位、個(gè)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(jù)，通過其輸出端驅(qū)動各自的數(shù)碼管，使所送的數(shù)據(jù)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(jī)工作流程開始投幣投幣計(jì)數(shù)金額計(jì)算NNYYN可買嗎選擇飲料選擇啤酒計(jì)算余額計(jì)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(jī)工作流程圖5.系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)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(guān)按鈕，只有按下X5使得M20置高電平時(shí)才能進(jìn)行加貨、投幣和接下來的相應(yīng)操作；(2) X7貨按鈕，D1001、D1002分別是飲料和啤酒存貨量寄存器，當(dāng)寄存器為0時(shí)才能進(jìn)行加貨；(3) X0、1分別是一元和五毛的檢查傳感器，投幣時(shí)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(nèi)。 5.2購買商品模塊圖5-2 購買商品控制模塊圖(1) 當(dāng)飲料存貨為零時(shí)，通過觸點(diǎn)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(dāng)金額不小于2.5元且存貨不為零時(shí)，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(dāng)存貨大于零且金額不小于2.5元時(shí)可以通過飲料購買按鈕X2購買飲料，按下X2置M40高電平驅(qū)動飲料驅(qū)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(shí)器T10定時(shí)5秒后飲料驅(qū)動器釋放，完成一次售貨，同時(shí)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(shí)現(xiàn)購買飲料和啤酒自己的互鎖，當(dāng)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(dāng)金額（D1000）大于零的時(shí)候，驅(qū)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(dāng)按下找錢按鈕X4時(shí)，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(shí)SET M11 使其處于高電平狀態(tài)；(3) 當(dāng)M11處于高電平狀態(tài)時(shí)，找錢驅(qū)動器Y16動作，同時(shí)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(jì)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(gè)觸點(diǎn)比較指令比較D4不為零的時(shí)候計(jì)數(shù)器C0驅(qū)動五毛指示燈Y20閃爍，閃爍次數(shù)由計(jì)數(shù)器C1和D4配合限定；(5) 當(dāng)五毛指示燈閃爍完之后，C1驅(qū)動復(fù)位D1000,、M11、C0和C1，同時(shí)給驅(qū)動M10使數(shù)碼管金額顯示刷新；(6) 當(dāng)D4為零的時(shí)候，一元指示燈閃爍Y17完之后,直接通過C0驅(qū)動復(fù)位D1000,、M11、C0和C1，同時(shí)給驅(qū)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(qū)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(qū)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(dǎo)致金額產(chǎn)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(shí)顯示當(dāng)前金額，M44和M50可以實(shí)現(xiàn)金額顯示、銷售額顯示和庫存顯示間切換；(2) X5開關(guān)按鈕使得M20置位于高電平，驅(qū)動金額寄存器D1000里面的數(shù)值通過BCD指令轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制一直循環(huán)傳送到M0-16（K4M0）中；(3) 當(dāng)中間繼電器M21吸合，將M0-4（K1M0）送到Y(jié)0-3，同時(shí)使所存第一個(gè)數(shù)碼管的輸出Y4為低電平其他數(shù)碼管驅(qū)動輸出Y5-7為高電平，利用時(shí)間計(jì)時(shí)器T1在0.01秒的時(shí)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(gè)定時(shí)器T5在五毛顯示數(shù)碼管鎖定后0.01秒，復(fù)位M21斷掉五毛數(shù)碼管顯示支路，同時(shí)置位M22驅(qū)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(jì)算和顯示模塊圖5-6 銷售額顯示模塊圖(1) 當(dāng)符合購買飲料條件時(shí)，即飲料存貨量D1001大于零和投幣金額D1000大于2.5元時(shí)可以利用計(jì)數(shù)器C2進(jìn)行飲料購買計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)同時(shí)將計(jì)數(shù)值保存到寄存器D5內(nèi)；(2) 按下銷售額顯示按鈕X6，利用二分頻指令A(yù)LT使繼電器M50置高電平，同時(shí)利用乘法指令MUL將購買次數(shù)和飲料單價(jià)進(jìn)行相乘運(yùn)算并保存到D12寄存器中；(3) 啤酒的購買計(jì)數(shù)同理，存放在寄存器D13中，通過一個(gè)中間繼電器M51將啤酒和飲料的購買金額用相加指令A(yù)DD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(jì)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(jù)分別轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制BCD碼并存放在K2M86和K2M94中；(2) BCD碼轉(zhuǎn)換同時(shí)利用置位M44進(jìn)行庫存顯示切換，切換到庫存顯示時(shí)利用一個(gè)定時(shí)器T38在0.01秒內(nèi)進(jìn)行BCD碼轉(zhuǎn)換，顯示與金額顯示原理相同。5.7操作過程(1) 按下開關(guān)，飲料和啤酒指示燈均閃爍，此時(shí)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(dāng)投入的硬幣值等于或超過2.5元時(shí)，飲料指示燈亮，超過3元時(shí)，飲料和啤酒指示燈均亮。(3) 飲料指示燈亮?xí)r，按飲料按鈕，飲料驅(qū)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(qū)動器釋放，完成一次售貨；啤酒指示燈亮?xí)r，按啤酒按鈕，啤酒驅(qū)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(qū)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(fù)位按鈕，售貨機(jī)自動退出應(yīng)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(shè)計(jì)的析總結(jié)這次的設(shè)計(jì)的課題是自動售貨機(jī)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(jù)累加，用傳送指令將數(shù)據(jù)傳送到寄存器里面保存。貨幣識別用傳感器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)達(dá)到程序控制要求對應(yīng)的指示燈亮，可進(jìn)行下一步操作。(2) 購買模塊，通過比較指令來實(shí)現(xiàn)購買的條件限定，利用加法和減法指令將金額進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)商品驅(qū)動器動作是利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動時(shí)間限定，同時(shí)使指示燈呈現(xiàn)有結(jié)果相對應(yīng)的狀態(tài)。(3) 退幣模塊，控制要求退幣指示燈要根據(jù)對應(yīng)的金額數(shù)來實(shí)現(xiàn)閃爍限定，所以利用除法指令將剩余金額進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果保存到相應(yīng)的寄存器中，再結(jié)合計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)一元和五毛退幣指示燈閃爍次數(shù)要求；同時(shí)將金額清零，驅(qū)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)算，利用二分頻指令將三部分顯示進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)不同的顯示要求。這四個(gè)模塊可以用不同的控制方法來實(shí)現(xiàn)，可以用步進(jìn)也可以簡單的方法?？梢岳貌煌闹噶罨旌鲜褂脤?shí)現(xiàn)控制要求。顯示可以用二分頻指令，同樣也可以用定時(shí)器或者