基于PLC自动售货机的实践教学法探讨:PLC自动售货机

时间：2019-01-10 03:29:13　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：本文针对PLC教学需要，通过对自动售货机总体设计要求分析，详细介绍了自动售货机硬件和软件的设计，编写了系统程序总框图和梯形图，并对每个模块用到的指令及注意事项进行分析介绍，经实际教学应用，积累了宝贵的经验，在教学方面具有较好的实用价值。
　　关键词： PLC 自动售货机程序设计实践教学
　　
　　一、引言
　　PLC是一门实践性很强的专业课程。而专业课程的内容应该来源于生活的、具体工作实际的、理论与实践一体化的综合性学习任务。基于上述要求，PLC的实践教学环节就不应停留在简单的验证性实验上，还应对学生提出更高的要求，发挥学生的独立思维、创新设计能力。
　　自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器。目前国内自动售货机市场已逐步从沿海经济发达地区和各大中城市向内陆和次发达地区延伸，市场潜力无限。由于PLC具有可靠性高、适应范围广、抗干扰能力强，编程方便等特点，根据自动售货机的设计要求，可使用PLC来作为其控制装置。自动售货机的系统设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计系统包括机型的选择和I/O点数的配置等。软件设计系统主要包括计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统、退币系统和复位系统等。自动售货机系统是一个综合性较强的设计，通过设计此系统可提高学生的综合能力。
　　二、基于PLC的自动售货机系统设计
　　1.要求
　　（1）实验目的
　　学习用可编程控制器控制一个模拟的自动售货机系统，同时学会用PLC解决实际生活问题。要求熟练掌握各种基本指令，各种编程思想，熟悉一些常用的特殊指令，如本次实验用到的M8013，加法指令，比较指令，减法指令等。
　　（2）实验内容
　　自动售货机可以投入1元，5元，10元硬币，当投入的硬币总值等于或者超过12元时，汽水按钮指示灯L1亮；当投入的硬币总值等于或超过15元时，汽水指示灯L1、咖啡指示灯L0都亮。当汽水按钮指示灯L1亮时，按下汽水按钮，则汽水排出5秒后自动停止；汽水排出时，相应指示灯L1闪烁。当咖啡按钮指示灯L0亮时，动作同上。若投入的硬币总值超过按钮所需钱数（汽水12元，咖啡15元）找钱指示灯L7亮。
　　2.硬件设计
　　（1）机型选择
　　本系统是一个小型集中控制系统。PLC的选型主要取决于系统的输入输出信号的数量，以及用户程序长短和相关的功能。根据系统的控制要求，I/O点数在20个左右，但考虑到以后系统的扩展，选择了三菱公司的FX1N-40MR可编程控制器机型，其中输入24点，输出16点。
　　（2）I/O点数配置
　　在选择好PLC的机型后，就可以进行该控制系统的硬件接口设计了。根据控制系统的要求，以及编程简单、检查方便及接线容易等因素，给出的I/O地址分配表如下：
　　I/O（输入输出）地址分配表
　　3.软件设计
　　在软件设计前先把流程图画出，这样编程思路清晰，且分块设计，易于编程及调试。
　　（1）系统程序流程图
　　根据要求绘出大致的流程图如下：
　　（2）模块化设计
　　由于本设计主要用于课堂教学的使用，因此和现实中的自动售货机还有一定的差距。根据上述流程图，采用模块化设计，大致可分为以下几个模块：计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统、退币系统和复位系统等。
　　①计币系统：当顾客投币买饮料时，投入的钱币经过传感器，记录1元、5元和10元的个数并进行累加，并把最终的结果放在某个数据寄存器中（本例采用D0）。在此模块设计中，主要涉及的指令有加法指令，在应用时要提醒学生注意脉冲指令及连续指令的用法区别。PLC编程梯形图如下（图3）：
　　②比较系统：当投币结束后，系统就把数据寄存器D0中的钱币总值同各种饮料的价格进行比较，如果钱币总值大于等于12元且又小于15元，则汽水指示灯亮；若钱币总值大于等于15元，此时汽水指示灯和咖啡指示灯全亮。此模块设计主要涉及的是比较指令，而比较指令包括了CMP和ZCP两条。两条指令在此均可应用，只不过用的时候注意区间段点的不同。下列梯形图中采用的是CMP指令。（图4）
　　③选择系统：比较完价格之后，此时可以选择买哪种饮料，若按下汽水选择按钮，在出汽水的同时相应的指示灯闪烁（此处可用特殊辅助继电器M8013来实现）。当饮料供应完毕，闪烁灯也停止。设计此模块时应提醒学生注意几个特殊辅助继电器的来历、用法，以及互锁的使用。PLC编程梯形图如下（图5、图6）。
　　在设计闪烁部分时，比较方便的就是应用特殊辅助继电器M8013，可以产生一秒的时间脉冲。
　　④饮料供应系统：当按下饮料选择按钮时，相应的电机Y0或Y1启动，在饮料输出5秒后电机停止。此处的设计注意自锁的使用以及如何使电机停止，本例采用定时器停止饮料供应，而对于指示灯的熄灭则采用了辅助继电器M5来实现。编程梯形图如下（图7、图8、图9）。
　　⑤退币系统：当顾客购完饮料后，将投币的总值与购买饮料的价格比较，如顾客购买的是汽水，则将投币的总值先减去12元，所剩余的钱币值存在数据寄存器D1中，再将D1中的值与0进行比较，若大于0，说明需要退币，此时系统找钱指示灯会亮，并且找钱5秒完毕之后指示灯熄灭，否则指示灯不亮，即不需要找钱。设计此模块应用到的指令为减法指令和比较指令。应提醒学生注意脉冲指令的使用及指令的复位。具体PLC编程梯形图如下（图10、图11）。
　　⑥复位系统：若系统有故障时可以按下复位按钮X5对数据寄存器D0和D1进行清零，除此之外在初始状态和找钱结束之后D0和D1的值也应该清零。编程梯形图如下（图12）。
　　⑦改进与扩展：在设计自动售货机系统时，还可以根据实际情况对此系统进行改进和扩展，增加学生的独立编程能力及创新能力。如本系统设计要求为售卖两种饮料，在此基础上可增加销售多种饮料的情况，还可以增加联机联网报警系统及识别假币系统，等等。
　　三、程序调试运行及教学
　　经过仿真调试及在实验平台上运行，系统运行稳定，达到了实验及教学要求。通过对09电信1班，09电信2班及10高压班的教学训练，学生对PLC的编程及自动售货机的控制有较深的了解。
　　四、结语
　　此次设计的自动售货机系统硬件电路简洁，软件设计简单，系统运行稳定可靠，维修方便而且功能扩展容易，基本上反映了自动售货机的结构和使用功能，效果直观、可操作性好，在教学上给学生提供了良好的学习平台，具有实用和推广价值。
　　
　　参考文献：
　　［1］王也仿.可编程控制器应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2001.
　　［2］林若波，廖兴展，方宋杰.基于PLC控制的自动售货机系统设计［J］.齐齐哈尔大学学报，2011，（1）：19-23.
　　［3］赵红梅,张军.自动售货机PLC控制系统的设计［J］.科技资讯，2009（3）：37-39.
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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