佛山科学技术学院
课程设计任务书
电气工程与自动化专业12年级4班吉达珠
一、设计题目
自动售货机的PLC控制
二、主要内容
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。
当投入总金额>=2.5元时，饮料指示灯亮，等投入总金额>=3时，啤酒指示灯亮。八段数码管显示投入的总金额值。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.
（3）当数据寄存器的数值发生变化时，数码管不能马上正确显示数值，而是闪烁一会才显示正确的数值。所以建议在编程中多采用比较指令，当数据寄存器的内容发生变化时，数码显示器只刷新与原来显示不同的值的位。（使PLC内部继电器减少不必要的动作，这样能延长PLC的使用寿命。）
（4）在进行程序调试过程中，在按按键输入信号的时候，有时数码管会显示错乱，在排查程序的同时，应注意对硬件设施进行检查，排除如导线接触不良等故障。
1.2功能分析
设计一台用于销售饮料和啤酒的自动售货机，具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱、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。库存量为一定值，当库存量为0 时。所对应的显示灯闪烁，驱动按钮失效。
1.3设计要求
（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。
图3-3 按键接线
3.3 CD4511译码器
CD4511主要端子介绍如下：
①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。
②熄灭控制端BI，当BI＝“0”时，译码器输出全为“0”，即数码管熄灭。
③输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。
（2）、将编辑好的程序传入PLC运行，使用编辑器联机调试操作，检查各点工作状态，并配合观察PLC各点输入/输出指示LED或输入/输出设备工作是否符合程序功能要求。
5.3总体调试
将设计好的实验电路板与PLC连接起来，利用好程序监控功能，实时监控程序运行情况。采用分模块环节的调试方法，来调试系统程序。调试步骤和结果如下：
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。
4.2.2投币输入环节
图 4-1 投币输入程序段
该段程序采用脉冲触发按钮作为投币动作，执行投币检测及币种判断功能的。如X000来一个触发脉冲就在寄存五毛数值的数据寄存器里加币值，同X001触发脉冲执行跟X000同理，并通过数据传送，将投入的金额总数存在寄存器D202中。
4.2.3投币金额显示环节
图 4-3投币金额显示程序段
当输入的BCD码大于1001时，七段显示输出全为“0”，数码管熄灭。CD4511 管脚逻辑图和真值表分别如图 3-4 和图 3-5所示。
图 3-4 CD4511管脚逻辑图
图 3-5 CD4511 真值表
3.4 I/O端子分配
I/0端子是plc的输入和输出端口，是plc的重要组成部分，输入端是接受外部信号的端口，输出端是plc向外部负载发送信号的端口
若有剩余金额，找钱灯亮。在购买商品后还剩余额，或在投入硬币后又不想购买商品，按复位按钮，售货机自动退出应找回的硬币。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。
结论及存在的问题
本次自动售货机PLC控制系统设计按照课程设计的基本设计方法，设计出符合按课程设计任务书要求的自动售货机系统。但在设计中由于思路不够清晰，从而导致编程过程中错漏百出，耽误了设计进度。建议在开始程序设计时正确分析课程设计任务和要求，在理清设计思路，设计出正确流程图的基础上，再进行程序设计，这样会达到事半功倍的效果。
图 2-1 自动售货机的面板布置图
3、自动售货机硬件电路设计
3.1硬件显示模块
用4个八段数码管来显示货币值，数码管的连接采用共阴极的形式.数码管内部结构及连线分别如图 3-1 和图3-2 所示。
图 3-1 数码管内部结构 图3-2数码管的接线
3.2按键操控模块
按键与PLC 端子连线如图 3-3 所示
三、具体要求
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。
4.2.5找钱退币环节
图 4-9 找钱退币环节流程段
该程序段，购买商品后金额有剩余时或投币后不想购买，找钱指示灯均亮，按下复位按钮后，自动售货机自动退出相应的硬币。例如金额为4.5元时，退币过程中，退币驱动器动作，找一元钱指示灯先闪烁4次，找5角钱指示灯闪烁5次，腿币驱动器释放，显示器显示金额为零。
(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
2、自动售货机系统方案设计确定
该环节是首先将显示金额单位为元数码管解锁，通过BCD转码环节将对应金额值存入K1M14中，再将K1M14中的数据（即金额单位元的数值） 转移到K1Y000，即对应输出到各数码管，然后再将该数码管锁定显示。完成投币后显示金额的功能。
4.2.4商品选择环节
图 4-4购买啤酒程序段
该商品选择环节以购买啤酒为例说明，如上图程序段，在啤酒有货的情况下，按下啤酒按钮，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。
此自动售货系统设计还存在很多不足之处：
（1）本设计中的用于显示的数码管只有四个，即能显示出来的投币的金额是在00.00～99.00之间。注意的是数码管对应金额的十位个位角的显示位置应符合现实场景，不可以出现颠倒等情况。
（2）当按下一个按钮后，PLC的继电器不停地闪动好几次，这样会影响到PLC的使用寿命，建议在编写程序过程中多采用比较指令，当检测到比较的结果发生变化时才，改变继电器的通断，减少继电器的闪动次数，这样不但可以延长继电器的寿命，还可以减少不必要的影响。
3.5主电路接线图
主电路主要由CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成，接线图如 图 3-7所示
图 3-7 主电路接线图
4、自动售货机软件设计
4.1程序流程图
图 4-1 程序流程图
4.2程序主要功能环节解释说明
4.2.1初始化环节
图 4-2 初始化程序段
该程序段采用区间复位的方式，将继电器M0~M25进行复位处理。并且将K15的值转移到K1Y004，使得Y004~Y007处于高电平，锁定数码管。
(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。
2.1 PLC控制系统设计的原则
（1）最大限度的满足被控制对象的控制要求
（2）在满足控制要求前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。
（3）保证控制系统的安全可靠。考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。
2.2设计方案的确定
根据售货机自动控制系统的任务分析可以知道自动售货机的主要系统包括：硬件显示模块、按键操控模块、计币模块、比较比较、选择模块、饮料供应模块、退币模块和报警模块。根据课程设计任务书要求，选用共阴极的八段、CD4511译码器、LED二极管等元件设计出显示电路硬件部分。软件方面采用PLC编程软件运用加法、减法、传送、比较、移位、子程序和BCD等应用指令与基本指令组合起来编程。工作方式：手动;输入设备：按钮、开关;输出设备：指示灯、数码管 PLC选型：三菱公司FX-2n—16MR并通过相应的数码管和LED管的动作变化体现出来。最后把电路板与PLC连接起来，输入已编好的程序进行调试，以便达到此次课程设计的目的和要求。自动售货机整体设计面板如图 2-1所示.
5、系统调试
5.1、硬件调试
（1）、断电时检查电源是否接好，地线是否接好，各输实验板线路有没短路、开路现象。
（3）、接通5V直流电源，按动相应的功能按钮，确认各个数码管能否按照要求显示；
5.2软件调试
（1）、按要求输入梯形图，检查后编译通过，在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区。
7. 指示灯闪烁的频率为1Hz
在上述具体的要求下，完成硬件电路的制作和接线，PLC控制程序的设计及联机调试，直至满足要求。