参考论文

安徽矿业职业技术学院

毕业课题（设计）

（20 14 届）

题 目 基于PLC的自动售货机设计

指导教师 谢广坤

院 系 安徽矿业职业技术学院

班 级 电气自动化1101班

学 号

姓 名

二〇 一四 年 六 月 一 日

安徽矿业职业技术学院

毕业课题（设计）任务书

（20 14届）

题 目 基于PLC的自动售货机设计

指导教师 谢广坤

院 系 安徽矿业职业技术学院

专 业 电气自动化技术

班 级 电气自动化1101班

学 号

姓 名

20 14 年 3 月 3 日至20 14 年 6 月 1 日共 13 周

论文（设计）方向：

一、主要参考资料：

[1] 张进秋,陈永力,张中民.可编程控制器原理及应用实例[M].北京:机械工业

出版社.2004.1

[2] 邓星钟.机电传动控制（第三版）[M].武汉:华中科技大学出版社.2001

[3] 贺贾德胜.PLC应用开发实用子程序（第一版）[M].人民邮电出版社.2006.

二、课题的内容和任务要求：

内容：该设计主要包括硬件设计和软件设计。

要求：1、画出售货机设计流程图；

2、合理分配PLC的I/O接口；

3、画出相应的售货机连接线路图；

三、毕业论文（设计）进度安排：

起 讫 日 期 工 作 内 容 备 注

3月3日～3月17学生选题，填写设计任务书，上交开题报告

日

3月18日～4月14上交毕业论文初稿（电子档）

日

4月15日～5月5指导中期修改

日

5月6日～5月19学生提交毕业论文，指导教师审核是否能参加答辩

日

5月20日～5月31整理毕业论文，按照归档要求进行论文装订，准备答辩

日

6月1日～6月7日 毕业答辩

学生（签名）：

年 月 日

指导教师（签名）：

年 月 日

系毕业设计（论文）工作指导小组意见：

组长（签名）

年 月 日

系毕业论文工作领导小组审核意见：

主管领导（签名）

年 月 日

注：1.指导教师填写，任务下达人为指导教师，指导教师和接受任务的学生均应签字。

2.此任务书最迟必须在学生毕业设计（论文）开始前下达给学生。

安徽矿业职业技术学院

毕业课题（设计）

开 题 报 告

（20 14 届）

题 目 基于PLC的自动售货机设计

指导教师 谢广坤

院 系 安徽矿业职业技术学院

班 级 电气自动化1101班

学 号

姓 名

二〇 一四 年 三 月 十 日

一、选题的意义

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。

自动售货机可以充分补充人力资源不足，适应消费环境和消费模式的变化，24小时无

人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性

能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。进入21世纪时，自动售货机也将进

一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。而且由于人们生活水平的提高，社会对扩

大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注，自动售货机不仅保障了惬意的工休时

间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段之一，特别是在24小时无休工作状态中

的办公场所。

利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行，

且控制结构简单功能完善、通用性强、体积小，维护操作方便而且易于实现网络化。

二、研究的主要内容，拟解决的主要问题（阐述的主要观点）

该设计主要包括硬件设计和软件设计。

其中硬件设计包括：

1、控制要求分析 2、PLC的选择 3、I/O点的统计 4、数码管显示设计 5、钱币识别

设计

软件设计包括：

1、I/O口的分配 2、自动售货机控制流程图设计 3、程序梯形图设计 4、程序调试

预期能利用编程软件调试和仿真成功，确保方便可靠实现自动售货机的各种功能。

三、研究（工作）步骤、方法及措施（思路）

研究步骤：

1、 了解基于PLC自动售货机设计的基本原理2、复习可编程控制器的器材3、查找关于自

动售货机控制系统设计的中外文献4、完成基于PLC自动售货机的课程设计

研究方法：

1、运用仿真软件对模糊控制程序进行仿真；2、利用专用软件对硬件电路仿真

研究思路：利用PLC实现对工作程序的控制

四、毕业论文（设计）提纲

合理选择PLC类型设计自动控制售货机系统。具体要求如下：

1、画出售货机设计流程图；2、合理分配PLC的I/O接口；

3、画出相应的售货机连接线路图；4、编写程序进行仿真调试。

五、主要参考文献

[1] 张进秋,陈永力,张中民.可编程控制器原理及应用实例[M].北京:机械工业出版社.2004.1

[2] 邓星钟.机电传动控制（第三版）[M].武汉:华中科技大学出版社.2001

[3] 贺贾德胜.PLC应用开发实用子程序（第一版）[M].人民邮电出版社.2006.

指导教师意见：

签名：

年 月 日

系毕业设计（论文）工作指导小组意见：

签名：

年 月 日

系毕业设计（论文）工作领导小组意见：

签名：

年 月 日

摘 要

随着当前城市规模的增大，很多公共场合都放置有自动售货机，极大的满足了人们的即

时性需求，为人们进行简单物品的采购提供了一种便利。传统的自动售货机多采用单片机控

制方案，系统硬件设计复杂，抗干扰能力相对较差，很难保证系统的可靠性和稳定性，维护

维修困难。

本文设计一套基于PLC的自动售货机控制系统，阐述了自动售货机的发展背景与前景，

详细分析其功能和特点，提出了总体设计方案；选用型号为L293D的步进驱动电机，设计了

平面式贮币、电磁阀退币的货币处理装置，双螺旋式的送出机构，为降低成本和开发周期，

创造性的选用了集成键盘、显示、设置功能的控制面板；以三菱FX2N-48MR型PLC为主控制

器，基于FXGP/WIN-C编程软件，采用顺序控制的程序设计思路，设计了系统控制程序，包

括投币程序、比较选择购买程序和退币程序。

该设计提高了自动售货机的可靠性和执行效率，且系统维护容易，维修简单，有一定的

市场推广价值。

关键词：自动售货机 ；PLC ；硬件设计 ；程序设计 ；梯形图

目 录

1 前言 ........................................................... 1

1.1自动售货机简介 ................................................ 1

1.1.1 自动售货机概述 ............................................. 1

1.1.2 自动售货机功能分析 ......................................... 3

1.1.3 自动售货机的前景分析 ....................................... 3

1.2 PLC在自动售货机中的应用 ...................................... 4

2 自动售货机总体方案设计 ......................................... 5

2.1 自动售货机系统需求 ........................................... 5

2.2 系统硬件结构框图 ............................................. 6

2.3 总体方案设计 ................................................. 7

3 自动售货机硬件机构设计 ......................................... 8

3.1 自动售货机的结构组成 ......................................... 8

3.2 硬件选择 ..................................................... 9

3.2.1 电机的选择 ................................................. 9

3.2.2 货币处理装置 ............................................... 9

3.2.3 送出机构 ................................................... 9

3.2.4 按钮装置 .................................................. 10

3.2.5 显示装置 .................................................. 10

4 自动售货机控制系统设计 ........................................ 12

4.1 基于PLC的自动售货机控制系统 ................................ 12

4.1.1自动售货机硬件系统的组成部分及工作流程 ..................... 12

4.1.2自动售货过程的控制子系统简述 ............................... 12

4.1.3 基于PLC的自动售货机控制 .................................. 13

4.2 PLC控制系统设计编程要求及基本原则 ........................... 14

4.3 自动售货机PLC控制方案设计 .................................. 15

4.4 PLC选型 ..................................................... 16

4.4.1 PLC概述 ................................................... 16

4.4.2 I/O点估算 ................................................. 19

4.4.3 PLC选型 ................................................... 19

4.5程序设计 ..................................................... 21

4.5.1 I/O地址设计 ............................................... 21

4.5.2 流程设计 .................................................. 21

4.5.3 PLC与现场器件的连接 ....................................... 23

4.5.4 投币程序设计 .............................................. 24

4.5.5 比较、选择、购买程序设计 .................................. 26

4.5.6 退币程序设计 .............................................. 28

4.5.7 主程序设计 ................................................ 30

4.5.8 梯形图程序调试 ............................................ 30

5 总结 .......................................................... 32

参考文献 ........................................................ 33

附 录 .......................................................... 34

致 谢 .......................................................... 37

安徽矿业职业技术学院2014毕业设计（论文）

1 前言

1.1自动售货机简介

1.1.1 自动售货机概述

自动售货机是可完成无人售货、光机电一体化的商业自动化设备。自动售货机不受任何

场地限制，方便快捷，可以每天24小时售货，因此深受上班族的欢迎。很多城市的公共场所

都放置有自动售货机，出售的商品五花八门，从饮料、零食、香烟、糖果，到牙刷、方便面、

自动照相机等。近年来，我国的自动售货机行业突飞猛进，在汽车总站、商厦、医院、小区、

学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹。这种方便快捷的购物方式越来越受到人们的青睐，

同时也是现代化城市配套设施的需求。常见的自动售货机如图1-1所示。

图1-1 自动售货机

自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧，当时在美国的地铁系统中，人们

可以用1美分在自动售货机上买到一块口香糖。上个世纪60年代以来，随着电子计算机的应用

和发展，以信息革命为中心的第四次产业革命引发了零售业巨大的变革，表现之一就是发达

国家商品流通领域内自动售货机的出现与迅速发展。随着人们生活方式向快节奏、高效率变

化，时间的价值显著提高，消费者在购物时更加注重便利性、即时性。随着自动售货机数量

的增加、商品包装的定量化和标准化、出售商品的多样化，自动售货的便利性日益显现。同

时，被称为“永不下班的超级营业”的自动售货机在满足人们的即时性需求方面是其它零售

方式不可替代的。据美国2002年4月5日出版的《幸福》杂志介绍美国2001年自动售货业利润

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安徽矿业职业技术学院2014毕业设计（论文）

增长率为21.4％，在发展最快的行业中居第四位；在1996-2001年年度中，自动售货业以78.4％

的年平均利润增长率雄居发展速度最快的行业榜首。如此多的优点使得自动售货机在世界范

围内得到广泛的应用。现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实

行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而

确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的

开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高

峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货

机相比，它能够节约10％－15％的电力。进入21世纪后，自动售货机也将进一步向节省资源

和能源以及高功能化的方向发展。

照目前来看，我国自动售货机数量偏少且品种单一，主要以瓶饮料售货机为主，技术质

量还未完全过关，生产和运营成本较高，收益也不高。导致此现状的主要原因是中国有关的

自动售货机企业未能有效解决成本、质量、运营等诸多问题。但随着中国经济的快速发展和

社会的巨大进步，自动售货机的实际需求已越来越大，中国经济的快速发展使得消费者日趋

富裕，中国的零售市场以7%的年递增率快速增长，成长速度快于其它任何新兴市场，但和我

国周边国家相较，他们还是领先于我们的。

日本：各种自动售货机保有量超过 600万台，平均23人一台，世界普及率第一， 1990

年通过自动售货机实现的销售额已达到5兆日元（约3000亿人民币）。

韩国：自动售货机的使用历史要远远短于其它发达国家，仅有25年，但据2001 年的统

计，总保有量已超过80万台。在2001 年韩国生产的自动售货机中OCS占 32.7% ，排第一

位，咖啡自动售货机占18.1% ，排第三位，仅次于18.6%的充电自动售货机，瓶罐饮料自动

售货机和复合型自动售货机（同机销售瓶罐饮料和热咖啡）都仅占8.6% ，并列第四位。

这些数据正好说明，我国的自动售货机需要进步，传统的自动售货机控制系统采用单片

机作为控制核心，这样不仅会在输人输出接口上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较

差。可编程序控制器(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

到广泛地应用。由于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。自动售货机有自己专用的通讯协议，欧美系列为“MDB”，

日韩系列为“VCCS”，而不是什么232、485、CAN之类的通讯协议。主控制板、纸币识别

器、硬币管理器（识别接收和找零）之间均遵循此协议，同系列（欧美系列或日韩系列）的

通用性强，不但通讯协议一样，连安装尺寸、接插头也一样。也就是说，可以做机身、出货

等部件，采购A牌的控制板、B牌的纸币器、C牌的硬币器（当然可以用同一个厂家的），这

样都完全可以正常工作，条件具备时可逐步开发控制板、纸币器、硬币器。目前中国的售货

机绝大部分都是欧美系列、采用MDB通讯协议的控制系统。

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安徽矿业职业技术学院2014毕业设计（论文）

1.1.2 自动售货机功能分析

在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能

及在进行某种操作后所具有的状态。

售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种

商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有8种商品，其中01

号商品（代表第一种商品）价格为2.50元，02商品为3.50元，其余类推。现投入1个1元硬币，

当投入的货币超过01商品的价格时，01商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商

品同此。当按下选择01商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去01商

品的价格同时启动相应的电机，提取01号商品到出货口。此时售货机继续等待外部命令，如

继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相

应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、

减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能，还要有货币识别系统和货币的传动

来实现完整的售货、退币功能。自动售货机的工作流程图如图1-2所示。

初始状态

投入硬币

投币状态

按下选择按钮

购买状态

按下

退币

按钮

是否有剩余

YN

退币状态

图1-2 自动售货机工作流程图

1.1.3 自动售货机的前景分析

自动售货机是现代社会中的一种商务工具，2004年以后，中国的自动售货机产业实现了

快速增长，奥运会和世博会为自动售货机市场带来了巨大商机，2008年后进入了发展期，自

动售货即将在中国零售业掀起继百货商店、超市之后的第三次零售业革命。

现在，中国自动售货机市场已经进入了发展期。另外，各个大型城市的改造使得很多小

店小铺消失，同时随着金融支付手段的增多，IC卡、手机移动支付等技术使自动售货机提供

便利服务成为可能，这些自动售卖平台的创新模式无疑为国内的自动售货业迅速成长创造了

条件。

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《2009年中国自动售货机产品专项调研及未来五年投资分析预测报告》是结合自动售货

机产品历年供需关系变化规律，对自动售货机产品内的企业群体进行了深入的调查与研究，

采用定量及定性的科学研究方法撰写而成的。对我国自动售货机产品的市场环境、生产经营、

产品市场、品牌竞争、产品进出口、行业投资环境以及可持续发展等问题进行了详实系统地

分析和预测，并在此基础上，对行业发展趋势做出了定性与定量相结合的分析预测，为企业

制定发展战略、进行投资决策和企业经营管理提供了权威、充分、可靠的决策依据。报告数

据主要采用国家统计数据、海关总署问卷调查数据、商务部采集数据等数据库，其中宏观经

济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业

数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，进出口数据主要来自海关及

商务部，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。

1.2 PLC在自动售货机中的应用

传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心，这样不仅会在输入输出接口上做

大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较差。PLC（可编程序控制器）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地应用。 由于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。PLC的工作原理与计算机的工作原理

基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务，

但是PLC也有它自己的特点，PLC在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它

采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。目

前，可编程控制器在国内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。

自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐，其最基本的功能是对

投入的货币进行运算，并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品，并做出相应的

反映。因此，售货机应能够辨识机内包含的商品、能够对所投入的币值进行累计、并提供所

要购买的商品。当按下选择商品的按钮时，自动售货机根据投入的币值，启动电机，提取商

品到出货口，顾客取出商品，完成此次交易。它还具有识币系统、货物和货币的传送系统来

实现完整的售货功能。这些都是通过PLC控制系统来实现的。

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2 自动售货机总体方案设计

2.1 自动售货机系统需求

根据任务书要求，绘出自动售货机结构示意图如图2-1所示。

123

LCD显示

屏

46

5

5角投币口1元投币口5元投币口

投币指示灯报警灯

7

8

9

25

饮料出口

确定取消

图2-1 自动售货机结构示意图

其中，1——西瓜汁（1元）；2——橙汁（1元）；3——葡萄汁（1元）；4——绿茶（2元）；

5——红茶（2元）；6——奶茶（2元）；7——咖啡（3元）；8——可乐（3元）；9——牛奶（3

元）。用数字键代替商品按键，就能在某种商品缺货的时候能及时地补上其他的商品种类，并

且不会使顾客混淆，使人机界面更加友好。

其控制要求如下：

(1) 货物种类共9种，这9种物品分别对应着9个不同的按键选择，其中1元、2元、3元价格

不等的物品各3种；货币识别装置能够识别0.5元、1元、5元的货币。

(2) 在规定的30秒时间内可多次投入货币，能够实现货币累加功能，超过30秒投币无效。

(3) 如果累计投入的货币数目超过所购买物品的总价，机器能够实现找钱功能；如果投入

的货币没有达到所选择物品的价格，投入的钱将全部退还；在投入一次累加货币后选择物品

时，如果投入的累加货币数目大大超过所选择物品的预设单个价格时，能够实现选择同一件

物品购买多个。

(4) 设计13个按键选择，其中9个是货物选择，2个多选键，还有一个确定键和一个取消键，

如果没有按流程进行按键，自动售货机将启动报警系统，等待再次正确的按键选择。

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(5) 应有购买货物的总花钱数和找零的货币数的显示。

2.2 系统硬件结构框图

根据上述要求，制定合理方案：首先，应该做上位机与下位机的任务分工，上位机主要

用来完成仿真界面的制作过程，而下位机则主要用来完成PLC程序的编写；其次，要分别对上

位机和下位机进行资料的查找与收集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售

货机的外观，必要时可以借助一些宣传图片来设计自动售货机的外型；在进行PLC程序的编写

时需要先分配PLC的I/O点，确定上、下位机的接口；然后，分别对上、下位机分别进行设计

工作；最后，进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作，经调试后完成整个系统的

设计。另外，上位机与下位机的设计工作是密切配合的，它们无论在通信中使用的变量，还

是在仿真中控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象，利用PLC来控制这

个仿真的自动售货机，仿真的自动售货机接受PLC的控制指令并完成相应的动作；另一方面，

仿真界面中的仿真自动售货机的运行，都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。这是整

个仿真系统内部各大部件之间的内在关系。本设计主要是对自动售货机中的下位机，也就是

主要是对PLC在其中的程序进行设计。

由此绘出系统组成框图如2-2所示。

商品选择开关

各种指示灯

钱币识别传感器

显示机构

PLC

（主控制器）

退币电动机

补料机构出货电磁阀

图2-2 系统结构框图

PLC控制系统：接受人民币识别系统信息，确认已接受的人民币是否可购买消费者所指定

的商品，确认后按要求售出商品。

钱币识别传感器：主要包括纸币识别器、硬币识别器、硬币找零系统等，它主要实现识

别真假纸币(一般为拾元、伍元)和硬币(壹元、伍角)、拒收假币和残币、正确找零的功能。

补料及出货系统：货柜由多层货架组成，当购物者指定所需商品后，由控制系统启动出

货系统出货；当某种货物被取出后，补料机构自动补料（在这里补料机构采用简单的倾斜式

机构，即当某种货物被售出后，补料机构里面的货物直接向前滑至首位进行补位）。

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显示机构：显示购买的瓶数、投入的钱数以及剩余的钱数。

2.3 总体方案设计

由于设计中的货物品种不多，因此要求上没有现实中的自动售货机功能强大。本自动售

货机的自动控制系统主要包括：计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统和退币系统。

(1) 计币系统：当有顾客买饮料时，投入的钱币经过识别机构，记录5角、1元或5元钱的

个数，通过个数与币值相乘或者相加，并将总钱币数据存放在D9（数据寄存器）中。

(2) 比较系统：投入钱币完毕后，系统会把D9内的钱币数据和可以购买饮料的价格进行比

较，当投入的钱币总值超过1元小于2元时，西瓜汁、橙汁、葡萄汁的指示灯亮；当投入的钱

币总值超过2元小于3元时，西瓜汁、橙汁、葡萄汁、绿茶、红茶、奶茶的指示灯亮；当投入

的钱币总值超过3元时，9种饮料的指示灯都亮，并且多选键“2”也亮；当投入的钱币总值超

过5元时，所有的指示灯都亮，此时可以选择饮料或选择退币。

(3) 选择系统：比较电路完成后选择电路指示灯亮，当按下西瓜汁或绿茶选择按钮时，相

应的指示灯转为1 秒为周期的闪烁。当相应的饮料供应完毕后，闪烁同时停止。此时可以按

继续购买按钮，继续购买饮料，实现循环购买。

(4) 饮料供应系统：当按下选择按钮时，相应的电机Y3—Y7启动。在饮料输出的同时，减

去相应的购买钱币数，当饮料输出达到10秒时，电机停机。

(5) 退币系统：当顾客购完饮料后，多余的钱币只要按下退币按钮，系统就会把数据寄存

器D9中的钱币退回。

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3 自动售货机硬件机构设计

3.1 自动售货机的结构组成

金额显示屏

选择商品按键

商品展示窗

投币口

退币口

取货口

图3-1 自动售货机结构

1、箱体外观

正面上部为商品展示窗和价格标签，中部设投币入口、退币钮和金额显示窗，在价格标

签附近设有选择商品的按键，正面下部为退币口和顾客取货口；面向顾客的机构正面，是完

成商品价格介绍、接受投币、显示金额、推出商品和退币整个售出过程的表体部分。

2、商品样品展示窗

商品样品展示窗由透明有机板窗、样品展示架、商品价格标签、选购按钮和照明灯组成，

设在前门体内部的可开启样品门，用来更换商品样品和价格标签；展示窗相当于商店橱窗或

者柜台，以清晰明亮的商品展示和明码标价来招揽顾客。

3、商品驱动机构

商品的包装多种多样，主要有箱、盒、罐、袋等，它们的提取机构也各种各样.商品在送

出时可以采用“螺旋移动”等动作移到取货口。

4、商品贮存部分

由于商品的驱动机构是双螺旋体出货机构，由此决定了该自动售货机的商品贮存方式，

商品主要是摆放在双螺旋体中，通过双螺旋体的旋转把商品推到出货口。

5、钱币识别系统

钱币识别系统由钱币识别器、识别后的钱币自动分类贮存机构和退币机构3部分组成。

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6、PLC控制系统

PLC控制系统是自动售货机在自动销售过程中，收到识币信号后，自动进行累计、外部

金额显示、顾客按键后自动推出商品和发出退币找零等信号的电控系统。同时，该系统还具

备预设价格、售出累计、驱动检测和故障自检等功能，是“售货机器人”的“大脑”。

3.2 硬件选择

3.2.1 电机的选择

自动售货机吐出饮料的过程实际为电机动作推饮料下来。由于电机都是电感性负载，在

停转的时候会有反向电流，所以需要用PC847光电隔离器把控制和驱动信号隔离开来，然后用

L293D步进驱动电机，电机驱动需24 V电压，控制信号经过L293D后变为24 V左右的电源信号

才可驱动电机。

电机有三根线：电源、地线和反馈信号(电机转一圈送出一个低电平)。在机械制作中使

电机转一圈刚好推出一瓶饮料，电机转一圈同时产生一反馈信号，此信号使电机停止转动，

另外一种情况是红外检测到有货物落下则电机停止转动。

3.2.2 货币处理装置

货币处理装置包括：检测货币投入状态的投入状态检测装置；检测有无货币退还操作的

退还操作检测装置；在投入状态及投入货币退还操作的有无达到规定的基准状态时，将说得

到的基准状态信号利用所外部；连接装置向投入外部装置输出的状态输出装置。

目前投入试用的“货币识别机”设置有感应线圈，通过对货币的材料、大小尺寸等各个

要素进行感应并探明真伪。不同的材质具有不同的磁场变化，可以通过电子技术进行分析、

探查和识别，更高级的检测还可以运用频谱分析。

货币识别器种类繁多,但贮币退币机构基本上分为两类：一类是平面式贮币，电磁阀退币；

另一类是圆筒式贮币，步进电机退币。

根据设计中对自动售货机的要求，选择平面式贮币，电磁阀退币。当货币投入后经过识

别识出电信号后，伪币和异物被排出，真币按面值由几组分布电磁阀分配到不同贮币腔体内

备用；当收到退币找零电信号后，通过退币电磁阀或退币电机拉杆，将贮币腔内下部货币依

电信号程序推出，完成自动售货机的退币找零功能。

3.2.3 送出机构

目前，应用于自动售货机上的商品送出机构种类较多，下面是一些较典型的送出机构。

1、旋转式送出机构

此送出机构把饮料放在螺旋导轨上，并在货道底部开设出口槽，由电机带动螺旋导轨转

动，当饮料转到开口槽时便出槽下货。这种送出机构应用最为广泛，它要求电机的转矩较大，

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造价成本较高。

2、转盘式送出机构

上面是一个很大的喇叭状罐体存储容器，下面是一个周边有若干个圆槽的转盘，通过转

盘的转动使罐体落入转盘周边的槽内而被售出。这种送出机构也需要较大的转矩来带动和占

用较大的空间，而且会发生卡死现象。

3、滚筒送出机构

该送出机构由一个阶梯梁和滚筒构成，滚筒内可以装若干瓶饮料，通过步进电机来带动

滚筒的转动，利用梁的各阶梯段与滚筒之间不同的开口距离控制商品掉落的顺。这种机构要

求电机有较高的转动精度。

4、弹簧推动式送出机构

这种机构是由螺旋式弹簧和连在弹簧一端的电机构成的，电机转动一圈就带动弹簧转动

一圈，同时推出一瓶饮料。

根据设计中对自动售货机的要求，选择双螺旋式送出机构。

3.2.4 按钮装置

自动售货机的按钮装置，其特征在于备有操作按钮和基板，操作按钮设置在面板上，基

板设置在操作按钮侧的相反侧，具有显示部分和检测机构，显示部分显示与操作按钮对应的

信息，检测机构用于检测操作按钮的操作，显示部分设在基板上的与操作按钮不相向的位置。

3.2.5 显示装置

液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器,广泛应用于各种电子产品，具有体积小、重

量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（LCD）的原理与阴极射线管显示器（CRT）

大不相同，LCD是基于液晶电光效应的显示器件，包括段显示方式的字符段显示器件，矩阵显

示方式的字符、图形、图像显示器件，矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶

显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线

容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。

由于本课题主要是进行自动售货机的PLC控制部分的设计，因此在按钮设计和显示装置设

计方面与PLC的选型配套，选择由日本三菱生产的FX-2N相关的面板，如下图3-2所示。

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图3-2 自动售货机面板

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4 自动售货机控制系统设计

4.1 基于PLC的自动售货机控制系统

4.1.1自动售货机硬件系统的组成部分及工作流程

1、组成部分

主控制板销售模块

自

动

售

货

机

硬

件

系

统

温控模板人机模块

货币识别模块通讯模块

图4-1 自动售货机硬件系统组成部分

其中，温控模块包括温度采集和加热制冷控制；销售模块完成一个整体的销售动作，一

般都是电机驱动特定的机构实现；人机模块包括键盘和显示，有的机器还加上了显示屏，可

以投放广告；目前仅部分高端机器有通讯模块的功能，一般都是采用GPRS模块，可以完成销

售统计、原料补给、广告管理以及一些会员服务。

2、工作流程

首先开机后要自检各个部件的状态是否正常，若不正常要显示错误信息，方便运营人员

及时修复；若自检通过，检查商品信息，若缺少货物，停止销售该类商品；然后等待，等待

消费者投钱和选择商品，若有人选择商品，等钱币投入后就开始执行销售模块，将产品送出，

并找零钱。这是最基本的功能描述，在实际的设计中，有很多的因素需要考虑，一定要保证

机器工作的可靠性和稳定性。

4.1.2自动售货过程的控制子系统简述

控制子系统由以下四个部分组成:

1、售货价格系统

自动售货机售出的同类商品可分若干品种，其售前设定价格须预先贮存在控制系统内。

售货机的价格设置系统由按键和存储器组成，通过按键选择被设价商品的种类及价格，并将

价格写入存储器，该存储器本身具有掉电保护功能，属于软件设置方式。此外，在简易型售

货机中，由于出售商品种类少，价格变化小，使用币种单一，也可用硬件来设置价格，采用

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2、累计、可售指示和退币系统

控制系统的核心CPU对识币、退币、无货检测及购货信号进行巡回检查，当有识币信号后，

将金额数值送入金额累计存储器中进行累计，并通过串行扩展口进行显示，同时将金额累计

存储器中的数值与预设价格存储器中的数值进行比较，如金额累计数值等于或大于预设价格

数值，则通过串行接口使可售指示灯亮，提示购货。此时可按下购货按钮，由CPU检测到购货

信号后，如金额累计存储器中数值与预设价格相等，则通过并行扩展接口驱动电磁阀或微电

机驱动出商品，并将金额累计存储器清零，完成一次售货过程；如累计金额大于预设价格时，

驱动商品后，相减差额由信号驱动退币，实现售货和退币找零功能。

3、检测系统

在自动售货机商品贮存道下方安有接触行程开关，当贮存道内有商品时，压下行程开关，

售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向CPU发出无货信号，经检测通过串

行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身外部 “售完”指示灯亮，此种商品自动停

售，即使投币累计金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无启动信号，金额累计存

储器也不清零。

4、累计及自测功能系统

自动售货机CPU在每次售出商品后，向售出累计存储器中累计售出数据，通过售货机内部

的按键可在金额显示窗中读到累计结果。此外，在按下自测功能键后，出现自测功能信号，

由外部按键操作，可检测各商品贮存道的驱动商品功能。

4.1.3 基于PLC的自动售货机控制

当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。一方面要选择多

大容量的PLC ,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。

对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量

I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常

关键，如果它们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则最后选用的PLC

的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组

输出只能有一种电源的种类和等级，所以一旦它们是交流220V的负载使用，则直流24V的负载

只能使用其他的输出端了，这样有可能造成输出点浪费，增加成本，所以要尽可能选择相同

等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用最多，

但对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。

对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：

（1）功能方面 所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用

的PLC是否有能力控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信

要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。

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这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。

（2）价格方面 不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数

相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因

数。

PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。

4.2 PLC控制系统设计编程要求及基本原则

1、PLC控制系统设计编程要求

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因

此，在设计PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则。

（1）最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要

前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进

行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注

意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同

解决设计中的重点问题和疑难问题。

（2）保证PLC 控制系统安全可靠

保证PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就

要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可

靠。例如：应该保证PLC 控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能

正常工作。

（3）力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但

新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求

的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。

这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成

本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

（4）适应发展的需要

由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控

制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，

要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

2、PLC控制系统设计的基本原则

（1）所编的程序要合乎所使用的PLC的有关的规定

主要是对指令要准确地理解，正确地使用。各种PLC指令多有类似之处，但还有些差异。

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对于有PLC使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程设计时，一定要对新型号PLC

的指令重新理解一遍，否则容易出错。

（2）要使所编的程序尽可能简洁

简短的程序可以节省内存，简化调试，而且还可节省执行指令的时间，提高对输入的响

应速度。要使所编的程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧指令，还要能优化结构。

要实现某种功能，一般而言，在达到目的的相同时，用功能强的指令比用功能单一的指令，

程序步数可能会少些。

（3）要使所编的程序尽可能清晰

这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂程序。要想使程序清晰，

就要注意程序的层次，讲究模块化、标准化。特别是在编制复杂的程序时，更要注意程序的

层次，可积累自己的与吸收别人的经验，整理出一些标准的具有典型功能的程序，并尽可能

使程序单元化，像计算机中的常用的一些子程序一样，移来移去都能用，这样，设计起来简

单，别人也易了解。

（4）要使所编的程序合乎PLC的性能指标及工作要求

所编程序的指令条数一定少于所选用的PLC内存的容量，即程序在PLC中能放得下，所用

的输入、输出点数要在所选用PLC的I/O点数范围之内，PLC的扫描时间要少于所选用PLC的程

序运行监测时间。PLC的扫描时间不仅包括运行用户程序所需的时间，而且还包括运行系统程

序，如I/O处理、自监测所需的时间。

（5）所编程序能够循环运行

PLC的工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。它的运行从初始化后的状态开始，

待控制对象完成了工作循环（完整程序执行一次），则又返回初始化状态继续运行。因为只

有这样才能使控制对象在新的工作周期中也得到相同的控制。

4.3 自动售货机PLC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、任务书要求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

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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。

4.4 PLC选型

4.4.1 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，即：

1） 编程简单方便，可在现场修改程序；

2） 硬件维护方便，最好是插件式结构；

3） 可靠性要高于继电器控制装置；

4） 体积小于继电器控制装置；

5） 可将数据直接送入管理计算机；

6） 成本上可与继电器柜竞争；

7） 输入可以是交流115V；

8） 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀；

9） 扩展时，原有系统只需做很小的改动；

10） 用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。

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，

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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。

3、PLC的特点

（1）抗干扰能力强、可靠性好

PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，

主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电

路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面。

1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器

来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑

制外部干扰源对于PLC的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。

2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了多

种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。

3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另

外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。

4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障

或程序循环执行时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，

以保证CPU可靠运行。

5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护

和恢复措施。

6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。

7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。

8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性，而采用

循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。

（2）控制系统结构简单、通用性强

PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。

（3）编程方便、易于使用

PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC

程序的编制采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这

种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和

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工艺的知识的人员都可在短时间内学会。

（4）功能完善

PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的

输入/输出。在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、

中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和扩充

I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模

拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能。

（5）设计、施工、调试的周期短

用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出

继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于

其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大

量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进

行。

（6）体积小，维护操作方便

PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变

化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。

（7）易于实现网络化

PLC可连成功能很强的网络系统。

（8）可实现三电一体化

PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以

方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。

4、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

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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。

（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。

4.4.2 I/O点估算

本系统是一个小型集中控制系统，PLC选型主要取决于控制系统输入、输出开关信号的数

量、用户程序的长短及相关的功能。根据控制要求，I/O点数在40个左右，其中其输入点为20

点、输出点为20点，该PLC为继电器输出型。

了解各个控制对象的驱动要求，分析对象的控制要求，确定所控制参数的精度及类型，

如：对开关量、模拟量的控制等，完成PLC硬件结构配置。本设计中，退币按钮、各种饮料按

钮、开始购买按钮、继续按钮和饮料出口（驱动电磁阀）等均为开关量。根据上述要求，因

条件所限输出均用指示灯代替，由此绘制出PLC控制电路接线图，编制I/O接口功能表。

4.4.3 PLC选型

1、三菱FX-2N系列PLC简介

三菱PLC相较于西门子价格便宜，性价比较高，适于机电设备的自动化控制。而三菱FX

系列是中小型机，FX-2N系列又是三菱FX家族中最先进的PLC系列，适用于本设计中的控制

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要求，其基本单位有16/32/48/64/80/128点，六个基本FX-2N单元中的每一个单元都可以通

过I/O扩展单元扩充为256 I/O点，其基本单元如表4-1所示：

表4-1 三菱FX-2N系列PLC

型号

继电器输入 可挖硅输出 晶体管输出

FX2N—16MR-0

01

FX2N—32MR-0

01

FX2N—48MR-0

01

FX2N—64MR-0

01

FX2N—80MR-0

01

FX2N—128MR-

001

FX2N—16MS FX2N—16MT 8 8 24—32

输入点数 输出点数 扩展模块点数

FX2N—32MS FX2N—32MT 16 16 24—32

FX2N—48MS FX2N—48MT 24 24 48—64

FX2N—64MS FX2N—64MT 32 32 48—64

FX2N—80MS FX2N—80MT 40 40 48—64

FX2N—128MT 64 64 48—64

2、PLC选型

自动售货机PLC控制系统是比较简单的顺序控制，则需选择具有逻辑运算、定时器、计

数器等基本功能的小型PLC，再根据估算出其输入输出点数，可选择日本三菱FM-2N系列的

FM2N-48MR型的PLC，如图4-2所示。

图4-2 FX2N-48MR型PLC

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4.5程序设计

4.5.1 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。

表4－2 I/O信号地址分配表

输入信号 输出信号

名称 代号 输入点编号 名称 代号 输出点编号

5角投币光电开关 ST1 X000 5角退币光电开关 YA1 Y000

1元投币光电开关 ST2 X001 1元退币光电开关 YA2 Y001

5元投币光电开关 ST3 X002 报警灯 HL1 Y002

西瓜汁按钮 SB1 X003 西瓜汁指示灯 HL2 Y003

橙汁按钮 SB2 X004 橙汁指示灯 HL3 Y004

葡萄汁按钮 SB3 X005 葡萄汁指示灯 HL4 Y005

绿茶按钮 SB4 X006 绿茶指示灯 HL5 Y006

红茶按钮 SB5 X007 红茶指示灯 HL6 Y007

奶茶按钮 SB6 X008 奶茶指示灯 HL7 Y008

咖啡按钮 SB7 X009 咖啡指示灯 HL8 Y009

可乐按钮 SB8 X010 可乐指示灯 HL9 Y010

牛奶按钮 SB9 X011 牛奶指示灯 HL10 Y011

确定按钮 SB10 X012 投币指示灯 HL11 Y012

取消按钮 SB11 X013 推出饮料电磁阀 YV Y013

多选按钮“2” SB12 X014

多选按钮“5” SB13 X015

4.5.2 流程设计

PLC控制的自动售货机的程序流程图如图4-3所示。

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开始

系统初始化

N

系统自

检？

Y

顾客按下所选择的商品按钮

有货吗？

N

报警

Y

投入钱币

辨别真伪

N

报警并退出伪币

Y

钱币累加并显示

N

满足商品价

格？

Y

是否有

余额？

N

送出商品

Y

找零、退币、送出商品

图4-3 自动售货机程序流程图

根据上图，绘出自动售货机的控制状态流程图如图4-4所示。

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X000

初始

投币计数

1

总金额计算

确认可买饮料

X004 X007

选择可乐 选择咖啡

输出可乐 输出咖啡

计算金额 计算金额

2 4

余额为0

余额不为0 余额不为0

余额为0

3 5

余额为0 余额为0

启动退款计数 启动退款计数

图4-4 自动售货机控制状态流程图

4.5.3 PLC与现场器件的连接

PLC与现场器件的连接图如图4-5所示。

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ST1

ST2

ST3

SB1

SB2

SB3

SB4

SB5

SB6

COM1

X000Y002

X001Y003

X002Y004

X003Y005

X004Y006

X005Y007

X006Y008

X007Y009

X008Y010

X009Y011

X010Y012

X011

Y013

X012

COM2

X013

Y000

X014

X015Y001

COM

YA2

DC

24V

YA1

FU

YV

HL3

HL4

HL5

HL6

HL7

HL8

HL9

HL10

HL11

HL1

HL2

SB7

SB8

SB9

SB10

SB11

SB12

SB13

图4-5 PLC与现场器件的连接图

4.5.4 投币程序设计

在投币的过程中，每投入一次钱币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币制。

在下图4-6中，主要是数据传输程序和数据累加程序。接通电源后，M8013、M0闭合一个

扫描周期，5角、1元、5元的信息被传送至D0、D1、D2中。光电开关ST1、ST2、ST3分别检

测5角、1元、5元钱币的投入数，并将检测结果累加至D5中，程序产生一个周期为400ms的比

较脉冲，比较D5中硬币的累加值。

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X011

S0

STLZRST D1 D10

SET S0

ZRST T0 T6

ZRST C0 C3

SET S20

X001

M0

X002

M1

X003

M2

S20

T0

M3

PLS M0STL

INC D1

PLS M1

INC D2

PLS M2

INC D3

T0 K30

PLS M3

MUL D2 K2 D4

PLS M4

M4

MUL D3 K10 D6

PLS M5

M5

MUL D4 D6 D8

PLS M50

M50

ADD D8 D6 D9

SET S21

S21

STLPLS M6

M6

M8

M9

M7

M7X004

S21

M10

M12

M13

M11

M11X005

S21

M14

M16

M17

M15

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相应的指令为：

STL S20 LD X003 AND M3 MPS

LD X001 PLS M2 MUL D2 K2 D4 AND M5

PLS M0 LD M2 MPP ADD D4 D6 D8

LD M0 INC D3 PLS M4 MPP

INC D1 LD S20 MPS PLS M50

LD X002 OUT T0 K60 AND M4 MPS

PLS M1 LD T0 MUL D3 K10 D6 AND M50

LD M1 PLS M3 MPP ADD D8 D1 D9

INC D2 MPS PLS M5 MPP

SET S21

4.5.5 比较、选择、购买程序设计

价格的比较要贯穿购买过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信

号，提示可以购买，这里只要选择指示灯来代表此信号；当投入的币值可以购买某种商品时，

按下相应的“选择”按钮即可在出货框中出现该种商品，同时液晶显示屏中显示出已经消费

掉的金额，余额也将扣除已消费的币值，接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续购买。

出现在出货口的商品在没有取走前，一直保持显示状态，用鼠标点击该商品代表已经取走，

出货口中的商品隐藏。

在下图4-7中，当D5中的累加值2元元时，M11接通，Y007接通，可乐指示灯亮且相

应的常开触点闭合；当D5>3元时，M12接通，Y010、Y011接通闭合，橙汁指示灯、红茶指示灯

亮，相应的常开触点闭合。当按下可乐按钮时，X007常开触点闭合，M20、Y007、T2接通，推

出饮料电磁阀YV通电，推出可乐，同时T2、T3产生占空比为50%、周期为400ms的闪烁程序，

即Y000接通200ms、断开200ms，可乐指示灯闪烁。由于X004闭合，T6接通，经过8s后YV失电，

停止动作，同时D5中的数据减去可乐费用3元，剩余值存于D5中，作为需找钱的数值。

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S22

STL

T1

Y003

T1

PLS M22

M22

SUB D9 K5 D9

T1 K100

S23

STLT2 K100

T2

Y004

T2

PLS M28

M28

西瓜汁

指示灯

剩余钱数

SUB D9 K6 D9

剩余钱数

PLS M23

M23

CMP D9 K0 M24

M25

S0

M24

RST Y007

M29

CMP D9 K0 M30

M31

S0

M30

RST Y010

SET Y000

SET S31

S31M8013

Y007STL

X00X01

00

S30

PLS M27

M27

DIV D9 K2 D9

X01X00

00

M48

X010X000

PLS M48

MUL D9 K2 D11

PLS M49

M49

MUL D9 K2 D13

ADD D13 D10 D9

S21

M33

DIV D9 K2 D9

STLY010

X000X010

SET S34

S31

PLS M33

SET S34

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相应的指令为：

STL S21 PLS M10 LD M14 CMP K20D9 M19

PLS M6 LD M10 CMP K11 D9 M15 LD M20

LD M6 CMP K6 D9 M11 LD M16 OR M21

CMP K5 D9 M7 LD M12 OR M17 OUT Y012

LD M8 OR M13 OUT Y011 LD M19

OR M9 OUT Y010 LD M15 RST Y000

OUT Y007 LD M11 RST Y000 LDI M19

LD M7 RST Y000 LDI M15 AND X007

RST Y000 LDI M11 AND X006 SET S25

LDI M7 AND X005 SET S24

AND X004 SET S23 LD S21

SET S22 LD S21 PLS M18

LD S21 PLS M14 LD M18

4.5.6 退币程序设计

在退币过程中，最主要的是完成退币的运算过程，根据结果输出相应的钱币，退币结束

时还要使用到的某些寄存器重新赋零。

在下图4-8中，T6动作，使得Y004接通，找钱执行机构动作，YA为找钱光电计数开关，找

出5角的钱币经过C1技术，其数字为D5中的剩余值。当C1计数至D5中的值时，C1动作，使得M33

动作，Y004断开，找钱完毕。D5、C1复位，为下一次自动销售饮料做好了准备。当投币数大

于3元时，其控制过程与按可乐按钮时的控制过程类似，不再赘述。

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S24

STLT3 K100

T3

Y005

T3

PLS M34

M34

SUB D9 K11 D9

PLS M35

M35

CMP D9 K0 M36

M37

S0

M36

RST Y011

SET Y000

SET S32

T5

S32M8013

STLY011

X00X01

00

S32

PLS M39

M39

DIV D9 K2 D9

X01X00

00

M50

MUL D9 K2 D15

ADD D15 D10 D9

S21

S35

S25

STLT4 K100

T4

Y006

T4

PLS M40

M40

SUB D9 K20 D9

PLS M41

M41

CMP D9 K0 M42

M43

S0

M42

RST Y012

C1C2T6

SET S0

C2

C1T6

S34

C3 D9

T6 K20

C2 D12

C1 D11

PLS M50

S35

PLS M46

SET S34

S35C1

STLY002

C2

Y001

SET S35

S21

S34

STLT5 K20

ADD D17 D10 D9

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相应的指令为：

STL S34 OUT Y001 ADD D10 K1 D12 LDI C1

OUT T5 K20 LD S35 LD S35 ORI C2

LD T5 PLS M46 OUT C1 D11 AND T6

SET S35 LD S35 OUT C2 D12 OUT S34

STL S35 PLS M47 OUT T6 K20 LD C1

LDI C1 LD M46 OUT C3 D9 AND C2

OUT Y002 ADD D9 K1 D11 ANI C3 AND T6

LDI C2 LD M47 OUT Y000 SET S0

4.5.7 主程序设计

根据上述各过程的程序设计，可以把一次交易过程分为几个程序块：投币过程、选择商

品及购买过程、退币过程。

根据各过程的程序设计编写指令程序表如表4-3所示。完整的程序设计见附录。

表4-3 PLC指令语句表

步序指 令步序指 令步序

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

21

32

33

34

35

36

37

38

39

STL S2040CMP K5 D9 M780LD M19

LD X00141LD M881RST Y000

PLS M042OR M982LDI M19

LD M043OUT Y00783AND X007

INC D144LD M784SET S25

LD X00245RST Y00085STL S34

PLS M146LDI M786OUT T5 K20

LD M147AND X00487LD T5

INC D248SET S2288SET S35

LD X00349LD S2189STL S35

PLS M2 50PLS M1090LDI C1

LD M2 51LD M10 91OUT Y002

INC D352CMP K6 D9 M1192LDI C2

LD S20 53LD M1293OUT Y001

OUT T0 K6054OR M1394LD S35

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有的输入信号（包括硬币、纸币识别）均用开关信号来代替，所有的输出均用指示灯来表示。

调试时，首先按控制系统PLC接线图完成硬件接线，并仔细检查接线是否有误，特别要注意

接线时不能出现短路、断路及反接等情况，否则会造成硬件损坏及人身意外。

开始程序调试：首先将PLC控制程序写入到PLC机器中，再选择监控状态，使PLC处于

“RUN”状态，然后逐一按下开始购买按钮、投币按钮（硬币识别机构），选择按钮，或继续购

买按钮，观察输出指示灯是否按预计效果闪灭，并通过监控状态观察程序的运行过程及输入

输出信号、内部描述实际出现的问题及解决方案。对照设计控制要求，逐一检验设计功能是

否能有效的实现，并对程序进行改进和完善。

例如，调试过程中，某些寄存器中的值出现异常，经仔细观察程序执行后，确认是因为

没有注意PLC的乘法和除法运算的结果需占用两个寄存器；调试过程中，如果顾客需进行再