第4章 自动售货机控制方案设计

4.1 自动售货机控制方案设计

（1）通过分析，由于程序内部的联锁、互动关系较为复杂，故采取步进指

令较为简单。

（2）本自动售货机可使用5角硬币，给计总金额数带来麻烦，可对除5角识 别器以外的所对应INC指令的计数器中的值乘2 计算来方便计算总钱数，即将所有“元”转化为多少个“5角”。

（3）由于实验室PLC型号三菱FX2N-48MR对某些指令无法识别，所以需将所有用脉冲执行型的功能指令都使用PLS指令进行转化，即通过PLS指令驱动辅助继电器M，实现程序功能。

（4）找余时，可找1元与5角，故需对剩余总金额寄存器中的数目除以2 和取模2，除2结果即为当前要找1元的数目，取模2结果即为当前要找5角数目。

（5）PLC 选用继电器输出型。

（6）实现顾客的循环购买，故需实现控制程序的跳转（向后跳转）。当顾客再次购买时，余额寄存器（为了退币，该寄存器中值已除2）中值要先乘2，以便与商品价格比较（商品价格已转化为多少个5角），再进入下次购买 。

（7）退币结束时，使用SET指令恢复初始态，并置位所有寄存器，以准备下一个顾客购买饮料，防止出现错误

4.2 PLC选型

4.2.1 PLC概述

（1） PLC的由来

在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。继电器控制系统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此特拟定了十项公开招标的技术要求，

根据招标要求，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC（PDP—14型），并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。从此可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来，而且在工

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业发达国家发展很快。

（2）PLC的定义

在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会（NEMA）经过4年的调查，于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），英文缩写为PC，并作如下定义：“可编程序控制器是一种数字式电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制以对各种机械或生产过程进行控制。”国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁布了可编程序控制器标准的草案第一稿，1985年1月又发表了草案第二稿，1987年2月颁布了草案第三稿。该草案中对可编程序控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备等都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充起功能的原则设计。”定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应和应用能力。

4.2.2、PLC的主要功能

（1）条件控制功能

条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。

（2）定时/记数控制功能

定时/记数控制功能指用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。

（3）数据处理功能

数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。

（4）步进控制功能

步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。

（5）A/D与D/A 转换功能

A/D与D/A 转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。

（6）运动控制功能

运动控制功能是指通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。

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（7）过程控制功能

过程控制功能是指通过PLC的PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。

（8）扩展功能

扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。

（9）远程I/O功能

远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。

（10）通信联网功能

通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。

（11）监控功能

监控功能是指PLC能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、计数器等的设定值。

4.2.3 I/O点估算和PLC选型

PLC容量的选择除满足控制要求外，还应考虑留有适当的余量，以作备用。通常，一条逻辑指令占存储器一个字。计时、计数、移位以及算术运算、数据传送等指令需占存储器的空间。在选择存储器容量时，一般按实际需要的10%至25%考虑裕量。I/O点数按实际需要的10%至15%考虑备用。用户存储容量是指PLC用于存储用户程序的存储器容量。需要的用户存储容量的大小由用户程序的长短决定。

I/O点数即PLC面板上连接输入、输出信号用的端子的个数，常称为点数,用输入的点数和输出的点数的和来表示。I/O点数越多，外部可接入的器件和输出的器件就越多，控制规模就越大。因此，I/O点数是衡量衡量PLC性能的重要指标之一。国际上流行将PLC的点数作为PLC规模分类的标准，I/O点数在256点以下的为小型PLC，64点及64点以下的为微型PLC，总点数在2048点以上的为大型机。PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数；二是用户存储器的容量（字数）。

本设计采用的是微型PLC，其中外部输入端有五角、一元、五元投入端口，可乐、绿茶、奶茶选择按钮，开始按钮，退币按钮；外部输出端有可乐、绿茶、

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奶茶指示灯，退币指示灯，可乐、绿茶、奶茶输出端口，退币端口，本设计采用一个小型电机控制电磁阀产生对饮料和钱币的输出，在选择饮料的同时会有相应的指示灯亮，其指示采用的电是经过变压器调制成的24V电压，安全可靠。由此可知，系统所需的输入点数为8点，输出点数为11点。根据以上分析，可选用32点（16I/16O）的PLC，现选用三菱公司的FX2N-32MR型PLC，这种类型的PLC能够满足功能的设计需要，又在经济上得到了节省，完全符合设计需求。

表4-1 三菱FX-2N系列PLC

型号

继电器输入

FX2N—16MR-001

FX2N—32MR-001

FX2N—48MR-001

FX2N—64MR-001

FX2N—80MR-001

FX2N—128MR-001

可挖硅输出

FX2N—16MS FX2N—32MS FX2N—48MS FX2N—64MS FX2N—80MS

出

FX2N—16MT FX2N—32MT FX2N—48MT FX2N—64MT FX2N—80MT FX2N—128MT

8

8

24—32

晶体管输

输入点数

输出点数

扩展模块点数

16 16 24—32

24 24 48—64

32 32 48—64

40 40 48—64

64 64 48—64

4.3. I/O地址设计

一般讲，配置好的PLC其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当），故I/O的分配实际上是把PLC的入、出点号分给实际的I/O电路，编

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程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号“对号入坐”进行接线。 其PLC的I/O分配表如表4-2所示:

表4-2I/O接线表 输入 输出 设备 输入 设备 输出 开始按钮 SB0 X000 可乐指示HL2 Y010 灯 0.5元 SB1 X001 绿茶指示HL3 Y011 灯 1元 SB2 X002 奶茶指示HL4 Y012 灯 5元 SB3 X003 找钱指示HL5 Y016 灯 可乐按钮 SB4 X004 可乐输出 YV1 Y013 绿茶按钮 SB5 X005 绿茶输出 YV2 Y014 奶茶按钮 SB6 X006 奶茶输出 YV3 Y015 退币按钮 SB7 X007 0.5元退币YV4 Y020 口 1元退币口 YV5 Y021 5元退币口 YV6 Y022

4.4流程设计

按下开始按钮，通过系统自检，系统初始化。顾客按下所选择的商品按钮，看是否有货，若没有，则会报警提示，否则投入钱币，然后辨别真伪，如有假币则推出伪币，若无假币，通过钱币累加并显示，并与商品价格比较，若满足看是否有余，若有送出商品同时找零并退币。PLC控制的自动售货机的程序流程图如图4-4所示。

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