摘 要： 本文針對(duì)PLC教學(xué)需要，通過(guò)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)總體設(shè)計(jì)要求分析，詳細(xì)介紹了自動(dòng)售貨機(jī)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，編寫(xiě)了系統(tǒng)程序總框圖和梯形圖，并對(duì)每個(gè)模塊用到的指令及注意事項(xiàng)進(jìn)行分析介紹，經(jīng)實(shí)際教學(xué)應(yīng)用，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)方面具有較好的實(shí)用價(jià)值。
　　關(guān)鍵詞： PLC 自動(dòng)售貨機(jī) 程序設(shè)計(jì) 實(shí)踐教學(xué)
　　
　　一、引言
　　PLC是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程。而專(zhuān)業(yè)課程的內(nèi)容應(yīng)該來(lái)源于生活的、具體工作實(shí)際的、理論與實(shí)踐一體化的綜合性學(xué)習(xí)任務(wù)?；谏鲜鲆螅琍LC的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)就不應(yīng)停留在簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)上，還應(yīng)對(duì)學(xué)生提出更高的要求，發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)立思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。
　　自動(dòng)售貨機(jī)是能根據(jù)投入的錢(qián)幣自動(dòng)付貨的機(jī)器。目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)已逐步從沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和各大中城市向內(nèi)陸和次發(fā)達(dá)地區(qū)延伸，市場(chǎng)潛力無(wú)限。由于PLC具有可靠性高、適應(yīng)范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)，編程方便等特點(diǎn)，根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)要求，可使用PLC來(lái)作為其控制裝置。自動(dòng)售貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括機(jī)型的選擇和I/O點(diǎn)數(shù)的配置等。軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)、退幣系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng)等。自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)此系統(tǒng)可提高學(xué)生的綜合能力。
　　二、基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　1.要求
　?。?）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>　　學(xué)習(xí)用可編程控制器控制一個(gè)模擬的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)學(xué)會(huì)用PLC解決實(shí)際生活問(wèn)題。要求熟練掌握各種基本指令，各種編程思想，熟悉一些常用的特殊指令，如本次實(shí)驗(yàn)用到的M8013，加法指令，比較指令，減法指令等。
　　（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
　　自動(dòng)售貨機(jī)可以投入1元，5元，10元硬幣，當(dāng)投入的硬幣總值等于或者超過(guò)12元時(shí)，汽水按鈕指示燈L1亮；當(dāng)投入的硬幣總值等于或超過(guò)15元時(shí)，汽水指示燈L1、咖啡指示燈L0都亮。當(dāng)汽水按鈕指示燈L1亮?xí)r，按下汽水按鈕，則汽水排出5秒后自動(dòng)停止；汽水排出時(shí)，相應(yīng)指示燈L1閃爍。當(dāng)咖啡按鈕指示燈L0亮?xí)r，動(dòng)作同上。若投入的硬幣總值超過(guò)按鈕所需錢(qián)數(shù)（汽水12元，咖啡15元）找錢(qián)指示燈L7亮。
　　2.硬件設(shè)計(jì)
　?。?）機(jī)型選擇
　　本系統(tǒng)是一個(gè)小型集中控制系統(tǒng)。PLC的選型主要取決于系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的數(shù)量，以及用戶(hù)程序長(zhǎng)短和相關(guān)的功能。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，I/O點(diǎn)數(shù)在20個(gè)左右，但考慮到以后系統(tǒng)的擴(kuò)展，選擇了三菱公司的FX1N-40MR可編程控制器機(jī)型，其中輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn)。
　?。?）I/O點(diǎn)數(shù)配置
　　在選擇好PLC的機(jī)型后，就可以進(jìn)行該控制系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計(jì)了。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，以及編程簡(jiǎn)單、檢查方便及接線容易等因素，給出的I/O地址分配表如下：
　　I/O（輸入輸出）地址分配表
　　3.軟件設(shè)計(jì)
　　在軟件設(shè)計(jì)前先把流程圖畫(huà)出，這樣編程思路清晰，且分塊設(shè)計(jì)，易于編程及調(diào)試。
　?。?）系統(tǒng)程序流程圖
　　根據(jù)要求繪出大致的流程圖如下：
　　（2）模塊化設(shè)計(jì)
　　由于本設(shè)計(jì)主要用于課堂教學(xué)的使用，因此和現(xiàn)實(shí)中的自動(dòng)售貨機(jī)還有一定的差距。根據(jù)上述流程圖，采用模塊化設(shè)計(jì)，大致可分為以下幾個(gè)模塊：計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)、退幣系統(tǒng)和復(fù)位系統(tǒng)等。
　?、儆?jì)幣系統(tǒng)：當(dāng)顧客投幣買(mǎi)飲料時(shí)，投入的錢(qián)幣經(jīng)過(guò)傳感器，記錄1元、5元和10元的個(gè)數(shù)并進(jìn)行累加，并把最終的結(jié)果放在某個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中（本例采用D0）。在此模塊設(shè)計(jì)中，主要涉及的指令有加法指令，在應(yīng)用時(shí)要提醒學(xué)生注意脈沖指令及連續(xù)指令的用法區(qū)別。PLC編程梯形圖如下（圖3）：
　?、诒容^系統(tǒng)：當(dāng)投幣結(jié)束后，系統(tǒng)就把數(shù)據(jù)寄存器D0中的錢(qián)幣總值同各種飲料的價(jià)格進(jìn)行比較，如果錢(qián)幣總值大于等于12元且又小于15元，則汽水指示燈亮；若錢(qián)幣總值大于等于15元，此時(shí)汽水指示燈和咖啡指示燈全亮。此模塊設(shè)計(jì)主要涉及的是比較指令，而比較指令包括了CMP和ZCP兩條。兩條指令在此均可應(yīng)用，只不過(guò)用的時(shí)候注意區(qū)間段點(diǎn)的不同。下列梯形圖中采用的是CMP指令。（圖4）
　?、圻x擇系統(tǒng)：比較完價(jià)格之后，此時(shí)可以選擇買(mǎi)哪種飲料，若按下汽水選擇按鈕，在出汽水的同時(shí)相應(yīng)的指示燈閃爍（此處可用特殊輔助繼電器M8013來(lái)實(shí)現(xiàn)）。當(dāng)飲料供應(yīng)完畢，閃爍燈也停止。設(shè)計(jì)此模塊時(shí)應(yīng)提醒學(xué)生注意幾個(gè)特殊輔助繼電器的來(lái)歷、用法，以及互鎖的使用。PLC編程梯形圖如下（圖5、圖6）。
　　在設(shè)計(jì)閃爍部分時(shí)，比較方便的就是應(yīng)用特殊輔助繼電器M8013，可以產(chǎn)生一秒的時(shí)間脈沖。
　?、茱嬃瞎?yīng)系統(tǒng)：當(dāng)按下飲料選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的電機(jī)Y0或Y1啟動(dòng)，在飲料輸出5秒后電機(jī)停止。此處的設(shè)計(jì)注意自鎖的使用以及如何使電機(jī)停止，本例采用定時(shí)器停止飲料供應(yīng)，而對(duì)于指示燈的熄滅則采用了輔助繼電器M5來(lái)實(shí)現(xiàn)。編程梯形圖如下（圖7、圖8、圖9）。
　?、萃藥畔到y(tǒng)：當(dāng)顧客購(gòu)?fù)觑嬃虾螅瑢⑼稁诺目傊蹬c購(gòu)買(mǎi)飲料的價(jià)格比較，如顧客購(gòu)買(mǎi)的是汽水，則將投幣的總值先減去12元，所剩余的錢(qián)幣值存在數(shù)據(jù)寄存器D1中，再將D1中的值與0進(jìn)行比較，若大于0，說(shuō)明需要退幣，此時(shí)系統(tǒng)找錢(qián)指示燈會(huì)亮，并且找錢(qián)5秒完畢之后指示燈熄滅，否則指示燈不亮，即不需要找錢(qián)。設(shè)計(jì)此模塊應(yīng)用到的指令為減法指令和比較指令。應(yīng)提醒學(xué)生注意脈沖指令的使用及指令的復(fù)位。具體PLC編程梯形圖如下（圖10、圖11）。
　?、迯?fù)位系統(tǒng)：若系統(tǒng)有故障時(shí)可以按下復(fù)位按鈕X5對(duì)數(shù)據(jù)寄存器D0和D1進(jìn)行清零，除此之外在初始狀態(tài)和找錢(qián)結(jié)束之后D0和D1的值也應(yīng)該清零。編程梯形圖如下（圖12）。
　　⑦改進(jìn)與擴(kuò)展：在設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)時(shí)，還可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和擴(kuò)展，增加學(xué)生的獨(dú)立編程能力及創(chuàng)新能力。如本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為售賣(mài)兩種飲料，在此基礎(chǔ)上可增加銷(xiāo)售多種飲料的情況，還可以增加聯(lián)機(jī)聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)及識(shí)別假幣系統(tǒng)，等等。
　　三、程序調(diào)試運(yùn)行及教學(xué)
　　經(jīng)過(guò)仿真調(diào)試及在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)及教學(xué)要求。通過(guò)對(duì)09電信1班，09電信2班及10高壓班的教學(xué)訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)PLC的編程及自動(dòng)售貨機(jī)的控制有較深的了解。
　　四、結(jié)語(yǔ)
　　此次設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)潔，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維修方便而且功能擴(kuò)展容易，基本上反映了自動(dòng)售貨機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用功能，效果直觀、可操作性好，在教學(xué)上給學(xué)生提供了良好的學(xué)習(xí)平臺(tái)，具有實(shí)用和推廣價(jià)值。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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