自动售货机的控制设计

电气控制与PLC课程设计题目:自动售货机的控制设计成绩：指导老师签名：日期：I摘要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。本次设计的自动售货机设有6个按钮，分别可以实现启动、停止、选择三种饮料和退币六种操作，并且有3个投币孔，投入的钱的总额和剩余的钱的总额可以通过外接的两片LED数码管显示，同时可以根据消费者投入的总额限制可购买的商品，可以退回多余的钱币。本次设计能很好的完成对自动售货机的控制，使用起来快速方便，可以满足使用者的需求。关键词：FX2N-PLC自动售货机输出显示II目录引言................................................................................................................................11系统描述与控制要求..............................................................................................22设计方案..................................................................................................................32.1总体设计思路..................................................................................................32.2PLC的选型...................................................................................................42.3CD4511七段数码管译码器.........................................................................43I/O分配表...............................................................................................................64自动售货机控制系统外部接线图..........................................................................75系统软件设计梯形图..............................................................................................86系统调试................................................................................................................11设计心得......................................................................................................................12参考文献......................................................................................................................131引言自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算，然后根据运算结果做出相应的判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买。自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化，目前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10－15％的电力。可编程控制器（PLC）是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置；它具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量（或模拟量）进行逻辑运算、定时、计数和算术运算等处理后，以开关量（或模拟量）的形式输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了他们的发展。本次设计就在于结合PLC的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足，利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证了自动售货机能够长期稳定的运行。21系统描述与控制要求PLC控制的自动售货机系统主要有三个可以感受到投币量的传感器、六个按钮开关（分别为启动按钮、停止按钮、退币按钮、汽水选择按钮、花茶选择按钮和咖啡选择按钮）、三个指示灯（分别为汽水指示灯、花茶指示灯和咖啡指示灯）、和两个七段数码管。传感器用来接收投币信号，传送投币量的多少；按钮开关分别对系统功能进行控制，当投入的钱币够某一种饮料时，按下这种饮料的选择按钮时才会有饮料送出，有剩余钱币时，还可以通过按下退币按钮来找回剩余钱币；三个指示灯分别用来只是哪种饮料可以选择，只有投币量大于或等于这种饮料的价格时，这种饮料的指示灯才会亮；同时，还有两个七段数码管，用于显示当前剩余的总钱币。具体对自动售货机的控制要求如下：1．自动售货机有3个投币孔，分别为1元、5元和10元。2．售货共有3种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。3．如投币总额超过销售价格，将可由退币钮找回余额。4．投币总额或当前值显示在7段数码管上。5．投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水。6．投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶。7．投币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。8．按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3s后自动停止，表示饮料已经掉出。9．动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元，如果小于10元则直接退1元的。32设计方案2.1总体设计思路自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算，然后根据运算结果做出相应的判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买，本次课程设计的要求是可识别三种钱币，分别是1元、5元、10元，采用三个按钮进行模拟，自动售货机共出售3种货物，其价格分别定为12元、15元、20元，当投币数大于等于货物价格时，该种货物的指示灯亮，表示可以进行购买，3种货物分别用3个信号灯进行指示。除此之外，本次设计还涉及了显示、找零等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，PLC的外围接口由两个CD4511连接两个数码显示管，以显示投币总数和购买后的余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零。整个系统由三个可以感受到投币量的传感器、六个按钮开关、三个指示灯、和两个七段数码管和两片CD4511组成。系统的总体结构流程图如下：开始汽水选择比较币价计算余额是否退币？输出退币返回钱币不足选择饮料？选择饮料？花茶选择咖啡选择计算余额计算余额NY12=15=20图2-1系统总体结构流程图42.2PLC的选型现在世界上PLC的生产厂家有200多家，提供400多个品种的PLC供用户选择，目前我国市场上主要的PLC产品有：西门子公司的S7-400/300/200系列、施奈德公司的momentum等、还有就是日本的欧姆龙、三菱、松下等公司的产品。西门子公司生产的PLC可靠性高，特别适用于大的工业控制系统，造价比较高，对于小型的自动售货机的控制系统来说成本过高。相反，目前我国市场上主流的小型的三菱PLC就比较合适，三菱公司生产的小型PLC的代表为FX-2N系列的PLC、它具有丰富的内部资源：程序存储器具有16K步的最大存储容量，128种应用指令，还具有184点8进制编号的输入点数，184点8进制编号的输出点数，普通型、掉电保持性和赋予特殊用途型三种内部继电器，以及状态寄存器、定时器、计数器、数据寄存器、常数与指针等功能与资源。可靠性高、造价低，对于自动售货机的控制中心就特别的合适。因此，本次设计采用的PLC为三菱公司生产的FX-2N系列单片机。2.3CD4511七段数码管译码器CD4511是一组用来作为BCD对共阴极LED七段显示器译码的包装。其引脚图，其各引脚功能如下：LT：做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出abcdefg=1111111，使七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。当LT=1，则正常解码。BI：空白输入控制，当BI=0(LT为1时)则不论DCBA之输入为何，其输出abcdefg皆为0，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。LE：数据栓锁致能控制；在CD4511中，不但具译码功能，更具有数据栓锁的记忆功能。当LE=0时(LT=1且BI=1)，DCBA数据会被送入IC的缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1时，则IC中的暂存器会关闭，仅保存原来在LE=0时的DCBA数据供译码器译码。换句话说当LE=1时，不论DCBA的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出abcdefg仍保留原来在LE由0转为1以前的资料。5图2-2CD4511引脚图63I/O分配表此次设计的PLC控制的自动售货机控制系统的I/O分配表如下：输入输出输入点功能输出点功能X01元投币孔Y0够买汽水指示X15元投币孔Y1够买花茶指示X210元投币孔Y2够买咖啡指示X3汽水选择Y3~Y9数码管显示X4花茶选择Y10输出汽水X5咖啡选择Y11输出花茶X6退币Y12输出咖啡X7启动Y13退10元X8停止Y14退1元表3-1自动售货机I/O分配表74自动售货机控制系统外部接线图图4-1自动售货机外部接线图85系统软件设计梯形图系统编程梯形图如下：910116系统调试首先接好系统的硬件电路，然后将梯形图下载到PLC中，再运行程序。在整个程序的调试过程中，我遇到了一些问题，最初的设计比较简单，只是将投币，购买的过程考虑进去，而没有将投币后显示模块加进设计的方案中，后来在仔细阅读设计要求后，我又将显示模块加进设计的方案中，用了两个七段数码管和两个CD4511七段数码管译码器构成了PLC的外接显示部分，这样投入的总钱币和剩余的钱币数量就可以在数码管上显示出来。在数码显示的过程中也遇到了一些问题，数码显示需要两片七段数码管，如果使PLC直接连接七段数码管的话，需要14个输出，输出接口过多，系统变得复杂化，在查找各方面的资料后，决定采用两片七段数码管译码器CD4511来驱动两片七段数码管，大大减少了输出点数，程序运行也简单得多，数码显示功能顺利实现。在找零阶段，按下找零按钮后直接没有设计将数码显示清零功能，后来经过思考和仔细探讨整个系统，将找零部分又逐步进行了完善，将找零的过程在数码管上显示了出来，找零时只找两种钱币，即10元的和1元的，先找大面额的10元的钱币，后找小面额的1元的钱币，其内部进行减法运算，使得整个找零的过程清晰可见。经过认真的调试，使整个系统能够按照要求完成各种工作，FX-2N系列PLC控制的自动售货机的设计工作也最终完成。12设计心得通过一周的PLC的课程设计，在自己的努力下，最终完成FX-2N系列PLC控制自动售货机系统的设计。本控制系统就是充分利用了PLC、接口电路芯片以及显示模块。实现了对自动售货机的控制，达到了设计的目的。这次设计的PLC控制自动