自动售货机

摘 要

自动售货机是可以完成无人自动售货，不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h 售货，随着自动售货机数量的增加，商品包装的定量化和标准化，出售的商品多样化，自动售货的便利性日益显现。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。本款饮料售货机是基于汽水和咖啡的自动售货设计的，采用PLC 编程控制技术。

关键词 自动售货机；PLC 编程控制技术

ABSTRACT

Subject to any place is limited, convenient and quick, every day, with 24h vending vending machine, the increase in the number of commodity packaging quantitative and standardization, selling goods, diversification, vending convenience is becoming increasingly obvious. Now, the vending machine industry is on her way to the information and further achieve rationalization. For example implements online mode, through telephone lines will vending machine in inventory information timely transmission each outlet in the computer, thus ensuring the goods delivered and supplement of goods, and selected smoothly. This drink vending machine is based on soda and coffee vending design, adopting PLC programmable control technology.

Key words The vending machine；PLC programmable control technology

目 录

1 设计简介………………………………………………………………………………3

1.1 设计任务 …………………………………………………………………… 3 1.2 功能要求说明…………………………………………………………………3 1.3 工作原理………………………………………………………………………3 2 硬件系统设计…………………………………………………………………………4 2.1 硬件系统各模块功能简要介绍 ………………………………………………4 3 软件系统设计…………………………………………………………………………5 3.1 系统输入输出设计…………………………………………………………… 5 3.2 PLC的选择…………………………………………………………………… 5 3.3 I/O 器件安排表…………………………………………………………………6 3.4 PLC 输入输出电路………………………………………………………………6 3.5 软件系统各模块设计简要介绍……………………………………………… 7 3.6 程序流程框图………………………………………………………………… 8 3.7 程序清单……………………………………………………………………… 9 4 仿真、测试及设计总结………………………………………………………………13 4.1 自动售货机的仿真结果………………………………………………………13 4.2 仿真分析………………………………………………………………………14 4.3 自动售货机找钱数据分析……………………………………………………15 参考文献…………………………………………………………………………………16 致谢………………………………………………………………………………………16

1 设计简介

1.1 设计任务

1．用PLC 控制该自动售货机，设计PLC 控制程序，画出I/O电气接口图。 2．找钱、汽水及咖啡的指示灯为6.3V 指示灯。 3．调试程序，模拟运行。

1.2 功能要求说明

1．此售货机可投入1元、5元或10元硬币。

2．当投入的硬币总值超过12元时，汽水按钮指示灯亮; 当投入的硬币总值超过15元时，汽水及咖啡按钮指示灯都亮。

3．当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7s 后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪动。

4．当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7s 后自动停止，这段时间内，咖啡指示灯闪动。

5．若投入硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并退出多余的钱。

1.3 工作原理

1．投币过程

消费者从投币孔投入面值分别为1元、5元、10元的硬币后，由自动售货机自带的硬币识别器识别产生相应的币值信号。接收币值信号后，PLC 控制器内部进行币值累加。并在投币确认定时到时，锁定币值比较结果，从而根据其点亮相应的饮料指示灯。多余硬币，退还消费者。

2．取饮料过程

根据指示灯，消费者可按下相应饮料按钮取出饮料，饮料排出7s 后自动停止。 找钱过程。投币不足12元，售货机自动退出所投硬币。取用饮料后，售货机根据余额计算，提示消费者并找零。

3．复位过程

对各主要维持通电辅助继电器及数据存储单元进行清零，强制终止程序的运行，从而结束售货服务。

2 硬件系统设计

2.1 硬件系统各模块功能简要介绍

1．硬币识别装置：设有面值分别为1元、5元、10元硬币的三个输入识别器按钮，可根据消费者购买饮料的需要组合输入币值。

2．饮料排出装置：当饮料指示灯亮时，按下相应的按钮，消费者即可取用饮料。 3．找钱装置：待饮料排出后，若找钱指示灯亮，则由找钱出口找零。找钱金额由找钱出口指示灯的闪动次数表示（元/次）。

4．复位装置：在自动售货机运行过程中出现故障时，按下该按钮，可实现系统及时、有效的复位。

3 软件系统设计

3.1 系统输入输出设计

在自动售货机PLC 控制系统中，我们总共用到了6个输入点和6个输出点。 输入信号为：1元按扭、5元按扭、10元按扭、咖啡按钮、汽水按钮及复位按钮。 输出信号为：咖啡出口、汽水出口、咖啡指示灯、汽水指示灯、找钱指示灯及找钱出口。

3.2 PLC的选择

PLC 的选择主要包括结构形式、性能、容量、输出类型、控制功能。 （1）PLC 的I/O选择

PLC 的I/O选择非常重要，I/O点数既要满足需求也要考虑经济效益，一般I/O点数多的PLC 价格比较贵，特别是大型PLC ，虽然速度比较快，但是体积大、价格，不适合一般情况下使用。在自动售货机PLC 控制系统中，我们只实现单机自动化，并只用到了6个输入点和6个输出点，故使用小型PLC 即可。在设计中，我们采用输入输出点数为16点的PLC 。

（2）PLC 的输出类型的选择

PLC 的输出有三种类型：继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路；可控硅输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载；晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。在对频率要求不高的情况下，我们采用继电器输出。

（3）PLC 的控制功能的选择

对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能够满足要求。

对于以开关量控制为主，带有少量的模拟量控制的系统，应选用带A/D、D/A转换，加减运算、数据传送功能的低档机。

对于控制比较复杂，控制性能要求较高的系统，例如要实现PID 运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档机或者高档机。

对于工艺过程比较固定、环境条件比较好的场合，选用整体式结构PLC 。 在自动售货机PLC 控制系统中，主要以开关量进行控制，所以我们采用低档的PLC 即可满足要求。在设计中我们用到的PLC 型号为FX 2N -32MR-001。

3.3 I/O安排表

安排表如表3.1所示。

表3.1 I/O安排表

3.4 PLC输入输出电路图

自动售货机的外部接线图如图3.1所示。投入X0、X1、X2为1元、5元、10元的硬币。X3、X4为饮品选择按钮。投入硬币后，Y2或Y3亮，按下X3、X4其中一个，对应的KM 线圈得电，使电机转动排出相应的饮品Y0、Y1。当所投入币值小于或是大余相应饮品的价格时，Y4亮，后有Y5得电，电机转动找零。

图3.1 PLC 输入输出电路

3.5 软件系统各模块设计简要介绍

（1）投币部分：设计采用各硬币识别输入常开与辅助继电器M0并联再与各输入常闭串联，加之定时器T0的方法，构成能够及时刷新投币确认定时的定时装置。

（2）饮料选择指示：先对所投币值进行累加与比较，分别采用ADDP 自加及CMP 比较指令完成。此处，设两条CMP 指令，分别用于与汽水12元及咖啡15元进行币值比较。之后，将目标软元件M1～M3，M4～M6两部分组合成饮料选择条件单元，当所投币值符合某一条件时，从而点亮相应指示灯，提醒消费者取出饮料。

（3）取饮料：指示灯亮后，按下对应按钮，则启动相应饮料的排出程序（定时7s ）；同时启动周期为1s 的振荡电路，使饮料排除的同时伴随指示灯闪烁。

（4）找钱：饮料停止排出时，启动找钱判别程序。若条件满足，则点亮找钱指示灯Y4，同时采用DSUBP 减法指令计算找钱金额并存于D1单元中。否则，直接退出程序。将D1中的数值作为计数器C0的初值，通过其控制找零出口指示灯的闪烁次数，来表示找钱金额。

（5）复位：对各环节中起主要维持通电作用的辅助继电器M ，数据存储单元D0、D1，进行有效清零，采用区间复位ZRST 指令。

3.6 程序流程框图

如图3.2所示。

N

图3.2 自动售货机程序流程框图

3.7 程序清单

1．梯形图

投币 定时

币值 累加

币值 比较

饮料 指示 灯选 择点 亮

振荡 电路

饮料 输出

找钱 指示 灯亮

找钱 出口 闪烁 表示

2．指令表

X5 按键 复位

4 仿真、测试及设计总结

4.1 自动售货机的仿真结果

1．汽水排出

当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出7s 后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪动。如图4.1所示。

2．咖啡排出

当咖啡按钮灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出7s 后自动停止，这段时间内，咖啡指示灯闪动。如图4.2所示。

3．找钱

若投入硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水12元，咖啡15元）时，找钱指示灯亮，表示找钱动作，并退出多余的钱。找钱金额由找钱出口指示灯的闪动次数表示（1元/次）。如图4.3所示。

、

图 4.1 汽水排出过程

图4.2 咖啡排出过程

图4.3 找钱过程

4.2 仿真分析

第一次恰投币15元，咖啡指示灯亮，但多投入硬币若干枚时，汽水指示灯也点亮。解决方案：以第一次投币将软元件M5置1为信号，同时增设一个辅助继电器M8，并将其置1。使其串联在使汽水指示灯点亮的M6条件中的常闭触头断开，从而锁定对咖啡的选择，即使多投币使M6置1，也不能点亮汽水指示灯。此外，在两个币值比较语句上，相对串联各指示灯的常闭触头形成互锁。以确保多投的硬币不通过另一个币值比较而影响当前指示状态，并且使多投的硬币仍能通过当前币值比较，纳入找钱金额，并最终退还消费者。

4.3 自动售货机找钱数据分析

表4.1 自动售货机找钱数据记录

在调试中，自动售货机的找钱功能稳定，且找零金额非常准确。记录一组数据如上表4.1所示。

参考文献

[1]史国生，王念春，赵阳. 电器控制与可编程控制器技术[M].第三版. 北京：化学工业出版社，2010.5.100～209.

Shi GuoSheng,Wang NianChun,Zhao Yang.Electrical control and PLC technology[M].3rd edition.Beijing:chemical industry press, 2010.5.100～209.

附 录

1 仿真软件的介绍

（1）GX Developer三菱PLC 编程软件。适用于Q 、QnU 、QS 、QnA 、AnS 、AnA 、FX 等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC 、ST 及FB 、Label 语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC 程序功能。

GT Simulator6C 是GX Developer 的仿真软件。其功能就是将编写好的程序在电脑中虚拟运行，如果没有编好的程序，是无法进行仿真的。所以，在安装仿真软件之前，必须先安装编程软件，并且版本要互相兼容。安装好编程软件和仿真软件后，在桌面或者是开始菜单中并没有仿真软件的图标。因为仿真软件被集成到编程软件GX Developer中了，其实这个方针软件相当于编程软件的一个插件。

（2）GT Designer3 与GT Simulator3是三菱电机自动化GOT 产品的套装软件，包括画面设计、仿真、数据转换GT SOFTGOT 等。GT Design3是三菱触摸屏编程软件，其功能就是进行工程和画面创建、图形绘制、对象配置和设置、公共设置以及数据传输等。而GT Simulator3是三菱触摸屏仿真软件，其功能就是在PC 机上模拟GOT 运行环境。

2 仿真软件使用

通过GX Developer三菱PLC 编程软件，编写好程序，然后通过程序转换生成可执行程序并保存；打开GT Designer3，创建工程并在其中设计包括I/O在内的仿真电路，保存。之后，启动GT Simulator3触摸屏仿真软件，载入梯形图后导入之前设计的仿真电路。这样，执行相关的操作，则能从画面中直观的看到仿真结果了。