自动售货机PLC控制设计方案
自动售货机PLC控制设计方案1.可编程逻辑控制器简介
可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller），简称PLC，是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛的应用。因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。
PLC是以CPU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（PLC 、机器人和CAD / CAM ）之一。目前，可编程控制器在国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保等各行各业。
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的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。
2.自动售货机简介
自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧，其中英国是较早实行自动售货机售货的国家之一。1942年，在食品销售中首先推广了自动售货的销售方式。1950年，英国食品杂货行有500家采用自动售货机售货。1969年，采用自动售货机售货的商家增加到23000家，销售的商品扩展到唱片、文化用品、食品、香烟等多个方面。进入70年代后，约有40多万家香烟、饮料店采用自动售货机。1980年英国有50余万台自动售货机，年销售额达8.81亿英镑。70年代后，日本、欧美等发达国家和地区自动售货机迅猛的发展，短短30年，发达国家自动售货机产业已发展到相当大规模。自动售货机被广泛地布放于车站、油站、机场、码头、写字楼、宾馆、娱乐场所及大街小巷和公路旁，人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、报纸、饮料、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，原先其只能出售有限商品品种，而如今呈现了继百货公司、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状态。
目前自动售货机是集声、光、机电一体化的高新智能化产品，在我国也开始得到应用。在中国人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所。自动售货机的新奇、文明、高档、昼夜服务、占地小、灵活方便深受许多地区市民的青睐，甚至出现许多排队购买的现象。专家测算，中国的自动售货机在市场容量最保守算应该有四十七万台，一年的销售额可达三百
五十亿元若按人均台数计算全年可达五百亿，自动售货机在日本达到平均每二三十人一台，在美国达到每四十人一台，在欧洲每六十人一台，由于中国经济与上述国家还有一定差距，按每五百人一台计算。
因此，自动售货机在中国有着广阔的发展前景。从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。
3.自动售货机的设计任务分析
3.1任务描述
本系统的自动售货机能销售饮料和啤酒两种，在自动售货过程中，具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱、统计销售金额、销售数量、库存数量等功能，此售货机只可接受的硬币为5角和1元，饮料的售价为2.5元，啤酒为3元。
3.2 设计任务
（1）投入硬币时，显示器显示已投入的硬币值。当投入的硬币值等于或超过某个商品的价值时，对应的指示灯亮。
（2）饮料指示灯亮时，按饮料按钮，饮料驱动器动作，饮料从售货口自动售出，饮料指示灯闪烁，5s后饮料驱动器释放，完成一次售货。
（3）啤酒指示灯亮时，按啤酒按钮，啤酒驱动器动作，啤酒从售货口自动售出，啤酒指示灯闪烁，5s后啤酒驱动器释放，完成一次售货。
（4）购买商品以后，显示器显示剩余的金额。若有剩余金额，找钱指示灯亮。
（5）在购买商品后还剩余额，或在投入硬币后又不想购买商品（未按饮料按钮或啤酒按钮），按复位按钮，售货机自动退出应找回的硬币。
（6）售货机能自动计算已售出商品的总金额、啤酒和饮料的现存数量。当啤酒或饮料现存数量为零时，对应的指示灯闪烁，此种情况下，不能购买此种商品。
（7）指示灯闪烁的频率为1Hz
4.总体方案设计
4.1控制面板设计图
图4-1 控制面板设计图
4.2 I/O端子分配及接线图
表4-1 I/O分配表
图4-1 I/O端子接线图
4.3显示电路
本显示电路主要由CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成，将CD4511的A、B、C、D端输入的BCD码，通过译码、锁存和驱动，以十进制数在七段显示数码管中显示。
CD4511为一锁存/译码/驱动三合一译码器，其管脚逻辑图见下图。
图4-2 CD4511
锁存部分有四位存储锁电路，由锁存允许端LE控制锁存，当LE＝“0”时，锁存器直通，输出端随A～D端变化；当LE＝“1”时，锁存器锁定，输出端保持不变。
熄灭控制端BI，当BI＝“0”时，译码器输出全为“0”，即数码管熄灭。
出驱动部分是具有较大电流输出的NPN双极型晶体管，当推动LED 数字显示器件时，一定要加限流电阻，限流电阻约200Ω,由等测试输入端LT，可测试数码管的七段。当LE＝“0”时，显示数8，即各段均亮，则正常。
本显示电路采用静态方式显示，按照时间段分别把十位、个位数送到各自的CD4511译码器中，CD4511的锁存器保持所送的数据，通过其输出
端驱动各自的数码管，使所送的数据在数码管中显示。
图4-3 数码显示电路图
4.4自动售货机工作流程
图4-4 自动售货机工作流程图
5.系统程序设计
5.1 加货和投币控制模块
图5-1 加货和投币控制模块图
(1)X5是开关按钮，只有按下X5使得M20置高电平时才能进行加
货、投币和接下来的相应操作；
(2)X7货按钮，D1001、D1002分别是饮料和啤酒存货量寄存器，
当寄存器为0时才能进行加货；
(3)X0、1分别是一元和五毛的检查传感器，投币时传感器检查到
会将信号传递到程序，通过加法指令（ADD）使投币数累加并保存到金额寄存器D1000。
5.2购买商品模块
图5-2 购买商品控制模块图
(1)当饮料存货为零时，通过触点比较指令使得M30置高电平，通过特殊继电器M8013使得饮料指示灯（Y13）通过第一条支路以1Hz的频率闪烁，不能购买饮料；
(2)当金额不小于2.5元且存货不为零时，通过第三条支路使得饮料指示灯（Y13 ）常亮，可以购买饮料；
(3)当存货大于零且金额不小于 2.5元时可以通过饮料购买按钮X2购买饮料，按下X2置M40高电平驱动饮料驱动器（Y11）动作饮料从售货口自动售出，饮料指示灯闪烁，通过定时器T10定时5秒后饮料驱动器释放，完成一次售货，同时金额（D1000）会通过减法指令（SUB）
减少2.5元，饮料库存（D1001）会减少1。
(4)啤酒的购买同理，M40和M41可以实现购买饮料和啤酒自己的互锁，当购买一件商品的过程中不能购买买另一件商品，必须购买完一种商品以后才能购买另一种商品。
5.3找钱模块
图5-3 找钱控制模块图
(1)当金额（D1000）大于零的时候，驱动找钱指示灯常亮，表示有剩余金额，可以通过找钱操作将金额取出；
(2)当按下找钱按钮X4时，通过除法指令DIV将金额D1000除以
10所得的商保存在寄存器D3中，所得的余数保存在D4中，同时SET M11 使其处于高电平状态；
(3)当M11处于高电平状态时，找钱驱动器Y16动作，同时利用特殊继电器M8013使得找一元指示灯Y17以一秒的频率闪烁，闪烁的次数通过计数器C0和寄存器D3配合限定；
(4)一元指示灯闪烁完之后，通过一个触点比较指令比较D4不为零的时候计数器C0驱动五毛指示灯Y20闪烁，闪烁次数由计数器C1和D4配合限定；
(5)当五毛指示灯闪烁完之后，C1驱动复位D1000,、M11、C0和C1，同时给驱动M10使数码管金额显示刷新；
(6)当D4为零的时候，一元指示灯闪烁Y17完之后,直接通过C0驱动复位D1000,、M11、C0和C1，同时给驱动M10使数码管金额显示刷新；
(7)例如金额为2.5元，在退币过程中，退币驱动器动作，找一元指示灯先闪烁2次，找五毛指示灯再闪烁5次，退币驱动器释放，显示器显示金额为零。
5.4金额显示模块
图5-4 金额显示模块图
图5-5 金额显示模块图
(1)能导致金额产生变动的按钮动作都能使M21置位与高电平，使得显示器能够及时显示当前金额，M44和M50可以实现金额显示、销售额显示和库存显示间切换；
(2)X5开关按钮使得M20置位于高电平，驱动金额寄存器D1000里面的数值通过BCD指令转换成二进制一直循环传送到M0-16（K4M0）中；
(3)当中间继电器M21吸合，将M0-4（K1M0）送到Y0-3，同时使所存第一个数码管的输出Y4为低电平其他数码管驱动输出Y5-7为高电平，利用时间计时器T1在0.01秒的时间后将Y4置高电平，将其数值锁住，金额五毛显示成功；
(4)再利用一个定时器T5在五毛显示数码管锁定后0.01秒，复位M21断掉五毛数码管显示支路，同时置位M22驱动一元数码管的显示，十元和一百元也是同样显示原理。
5.5销售额的计算和显示模块
图5-6 销售额显示模块图
(1)当符合购买饮料条件时，即饮料存货量D1001大于零和投币金
额D1000大于2.5元时可以利用计数器C2进行饮料购买计数，计数同时将计数值保存到寄存器D5；
(2)按下销售额显示按钮X6，利用二分频指令ALT使继电器M50
置高电平，同时利用乘法指令MUL将购买次数和饮料单价进行相乘运算并保存到D12寄存器中；
(3)啤酒的购买计数同理，存放在寄存器D13中，通过一个中间继
电器M51将啤酒和饮料的购买金额用相加指令ADD相加存放在寄存器D14中；
(4)通过M50显示器切换到销售额显示，通过和金额显示同样的原
理将销售金额显示在显示器上。
5.6库存的计算和显示模块
图5-7库存显示模块图
(1)按下库存显示切换按钮X10，将饮料存货寄存器D1001和啤酒
存货寄存器D1002通过BCD指令将数据分别转换成二进制BCD码并存放在K2M86和K2M94中；
(2)BCD码转换同时利用置位M44进行库存显示切换，切换到库存显示时利用一个定时器T38在0.01秒进行BCD码转换，显示与金额显示原理相同。
5.7操作过程
(1)按下开关，饮料和啤酒指示灯均闪烁，此时按下加货按钮，饮料和啤酒指示灯均熄灭。
(2)投入硬币，显示器显示已投入的硬币值。当投入的硬币值等于或超过2.5元时，饮料指示灯亮，超过3元时，饮料和啤酒指示灯均亮。
(3)饮料指示灯亮时，按饮料按钮，饮料驱动器动作，饮料从售货口自动售出，饮料指示灯闪烁，5s后饮料驱动器释放，完成一次售货；啤酒指示灯亮时，按啤酒按钮，啤酒驱动器动作，啤酒从售货口自动售出，啤酒指示灯闪烁，5s后啤酒驱动器释放，完成一次售货。
(4)购买商品以后，显示器显示剩余的金额。若有剩余金额，找钱指示灯亮。在购买商品后还剩余额，或在投入硬币后又不想购买商品（未按饮料按钮或啤酒按钮），按复位按钮，售货机自动退出应找回的硬币。
(5)按下库存按钮显示库存，再按该按钮返回余额显示：按下销售额按钮显示销售额，再次按下该按钮返回余额显示。
6.设计的析总结
这次的设计的课题是自动售货机的PLC控制，控制程序主要有投币加货模块、购买模块、退币模块和显示模块。
(1)投币加货模块，主要是利用加法指令将数据累加，用传送指令
将数据传送到寄存器里面保存。货币识别用传感器实现，当达到程序控制要求对应的指示灯亮，可进行下一步操作。
(2)购买模块，通过比较指令来实现购买的条件限定，利用加法和
减法指令将金额进行计数，当商品驱动器动作是利用定时器实现驱动时间限定，同时使指示灯呈现有结果相对应的状态。
(3)退币模块，控制要求退币指示灯要根据对应的金额数来实现闪
烁限定，所以利用除法指令将剩余金额进行计算，将计算结果保存到相应的寄存器中，再结合计数器实现一元和五毛退币指示灯闪烁次数要求；
同时将金额清零，驱动刷新显示器。
(4)显示模块分为金额显示、库存显示和销售额显示三部分，利用
BCD指令和传送指令来实现数据的数码管显示。库存显示和销售额显示通过加法和乘法指令来实现数据的运算，利用二分频指令将三部分显示进行切换，实现不同的显示要求。
这四个模块可以用不同的控制方法来实现，可以用步进也可以简单的方法。可以利用不同的指令混合使用实现控制要求。显示可以用二分频指令，同样也可以用定时器或者计数器来实现显示要求。