售货机中有4种商品，雪碧2.5元，冰红茶3元，奶茶4元，红牛6元。现投入钱币，当投入的货币超过雪碧的价格时，雪碧指示灯亮，提示可以购买，当投入的货币超过冰红茶的价格时，冰红茶指示灯亮，当投入的货币超过奶茶的价格时，奶茶指示灯亮，当投入的货币超过红牛的价格时，红牛指示灯亮提示可以购买。当按下雪碧按钮时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去雪碧的价格同时启动相应的电机，提取雪碧到出货口。买冰红茶、奶茶和红牛操作同理。操作完成后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，自动售货机进行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。
可通过操作属性把把自动售货机分为六个过程： (1) 顾客投币 (2) 判断真假币 (3) 钱币识别并进行累加 (4) 根据钱币的数量使相应指示灯变亮 (5) 顾客按下相应的按钮 (6) 自动售货机出货并找零
可把自动售货机工作过程分为4个状态： (1) 初始状态 (2) 投币状态 (3) 购买状态 (4) 退币状态
初始状态，自动售货机内部各元件都处于复位状态，内部电机停止运转，等待投币操作。
投币状态。按下投币按钮，显示投币框，按下所投币显示屏显示投入、消费、余额数值，当所投币超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。
购买状态。按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。取走商品后出货框消失。
退币按钮。按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。按下确认钮，则恢复初始状态。
到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。
1.4 自动售货机工作原理
本文设计的是售可乐、绿茶和奶茶三种饮料的自动饮料机，它的售货过程原理是： (1) 从投币口送入货币，然后经过传感器采集数据、识别器判别人民币的真假和面值。
(2) 识别器把信息数据传给通信模块。
(3) 通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个通道有货，哪个通道已售完，并等待顾客按键选择商品。
(4) 顾客选择商品后，根据售出的商品包装类型的不同，采用不同的驱动技术把商品送出。
(5) 显示余额，如果金额足够多，顾客可以选择退币或继续买商品；如果款额不足，售货机经过延时予以退币。 退币时是采取由大额面值到小额面值输出钱币的顺序。
(6) 系统复零，完成售货。
1.5 自动售货机设计思路
本次设计的题目是自动售货机，主要是应用三菱FX-2N型PLC的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：PLC的编程语言、自动售货机的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据PLC的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。
本次设计的重要部分是自动售货机梯形图的设计。首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，并反复调试做到程序无误。具体的设计控制要求流程、软硬件组成图、梯形图将会在后面进行详细介绍。
第二章 PLC自动售货机的硬件设计
2.1 设计目的
通过对自动售货机PLC控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法。
2.2 自动售货机的设计要求
自动售货机是机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按钮输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出，自动售货机的实际要求如下：
(1) 自动售货机可投入五角、一元和五元的钱币。
(2) 所售饮料的价格为：雪碧——2.5元，冰红茶——3元，奶茶——4元，红牛——6元。
(3) 当投入的钱币总值超过所购饮料的标价时，所有可购买饮料的指示灯均亮，作为购买提示（当投入的钱币总值超过2.5元，雪碧指示灯亮；当投入的钱币总值超过3元时冰红茶和雪碧指示灯亮；当投入的钱币总值超过4元时奶茶、冰红茶雪碧的指示灯亮；当投入的钱币总值超过6元时红牛、奶茶、冰红茶、雪碧的指示灯都会亮）。
(4) 当雪碧指示灯亮时，按选择雪碧按钮，则排出雪碧，7s后自动停止。 (5) 当冰红茶指示灯亮时，按选择冰红茶按钮，则排出冰红茶，7s后自动停止。 (6) 当奶茶指示灯亮时，按选择奶茶按钮，则排出奶茶，7s后自动停止。 (7) 当红牛指示灯亮时，按选择红牛按钮，则排出红牛，7s后自动停止。 (8) 系统根据顾客投入的钱币，判断钱币是否足够，若足够则根据顾客的要求自动售货，投币不足则给出提示。
(9) 购买饮料后，系统自动计算剩余钱币，若投入的钱币总值超过所需的钱数且不再买，动作停止后按退币按钮，可以退回余额，退回余额如果大于5角，则先退1元，
再比较余额如果小于1元，再退5角。
2.3自动售货机的外观设计
自动售货机的外观主要分为以下几个部分。饮料展示区，价格表，指示灯，按钮，投币口，饮料出口，钱币出口。饮料展示区主要展示四种商品，即雪碧，冰红茶，奶茶，红牛供顾客选择。价格表列出各种饮料的价格。指示灯的亮灭显示可购买的饮料。按钮按下选择饮料。有两个投币口，可投五角，一元和五元。找钱出口可找出五角和一元。其外如图2-1所示：
图2-1 饮料自动售货机的外观
2.4 I/O分配表和PLC的选型
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）。
PLC物理结构的选择
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，雪碧、冰红茶茶、奶茶、红牛选择按钮，退币按钮；外部输出端有雪碧、冰红茶、奶茶、红牛指示灯，退币指示灯，雪碧、冰红茶、奶茶、红牛输出端口，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10点，输出点数为13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2-2 PLC I/O分配表如图所示
名称 地址 输入信号 假币传感器SQ0 5角传感器SQ1 1元传感器SQ2 5元传感器SQ3 10元传感器SQ4 X0 X1 X2 X3 X4 检测钱币的真伪 检测投入5角硬币的数量 检测投入1元的硬币的数量 检测投入5元钱币的数量 检测投入10元钱币的数量 说明