典型機(jī)電一體化產(chǎn)品PLC控制自動(dòng)售貨機(jī)

1、典型機(jī)電一體化產(chǎn)品題 目：plc控制自動(dòng)售貨機(jī)姓 名： 喜 子 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011年 5 月 3 日目錄1. 引言21.1 自動(dòng)售貨機(jī)介紹21.2 自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展31.3 自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能32. plc控制系統(tǒng)42.1 plc控制系統(tǒng)編程42.1.1 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求42.1.2 保證plc控制系統(tǒng)安全可靠42.1.3 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便42.1.4 適應(yīng)發(fā)展的需要42.2 電機(jī)選擇及介紹52.2.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理63. 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制73.1 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制任務(wù)73.2 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制方案分析83.3

2、 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制電路設(shè)計(jì)93.4 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制控制程序114. 自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展與展望125. 結(jié)束語(yǔ)136. 參考資料141. 引言1.1 自動(dòng)售貨機(jī)介紹隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，自動(dòng)化商業(yè)機(jī)械也有了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，自動(dòng)售貨機(jī)作為自動(dòng)化商業(yè)機(jī)械的代表被廣泛用于公共場(chǎng)所，人們通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)可以買到自己想要的物品，自動(dòng)售貨機(jī)實(shí)現(xiàn)了商品需求化，性能多樣化的發(fā)展，給人們的生活帶來(lái)了極大的方便。傳統(tǒng)的固定地點(diǎn)人員售貨方式暴露出許多弊端：人力資源需求大；受所需服務(wù)地點(diǎn)，地理?xiàng)l件的限制；而且在服務(wù)時(shí)間上不能最大限度的服務(wù)于消費(fèi)者。自動(dòng)售貨機(jī)的出現(xiàn)解決了這些難題。品種繁多，對(duì)生活的覆蓋面廣，自動(dòng)售貨，效

3、率高，可 24 小時(shí)不間斷運(yùn)營(yíng)；選址容易，且方便改換場(chǎng)地；適合全職經(jīng)營(yíng)，也可兼職（副業(yè)）經(jīng)營(yíng)；作為廣告載體，可賺高額外塊。投資風(fēng)險(xiǎn)低，收益高。工作人員唯一所需要做的就是添加商品取走貨幣。如此多的優(yōu)點(diǎn)使得自動(dòng)售貨機(jī)在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。同現(xiàn)在通用的自動(dòng)售貨機(jī)，它增加了一些找零，顯示余額，報(bào)警等功能，使之功能更為強(qiáng)大，本文著重介紹的是plc控制步進(jìn)電機(jī)。近年來(lái),我國(guó)的自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)突飛猛進(jìn):在汽車總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學(xué)校等地區(qū)紛紛涌現(xiàn)出自動(dòng)售貨機(jī)的蹤跡。 這種方便快捷的購(gòu)物方式越來(lái)越受到人們的青睞,同時(shí)也是現(xiàn)代化城市配套設(shè)施的需求 傳統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心,這樣不僅

4、會(huì)在輸入輸出接口上做大量的工作,而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差?？删幊踢壿嬁刂破鳎╬rogrammable logical controller），簡(jiǎn)稱plc?？删幊绦蚩刂破魇蔷C合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制裝置,它具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。 因?yàn)樽詣?dòng)售貨機(jī)作為社會(huì)上完成商品零售和綜合服務(wù)的獨(dú)立設(shè)施,要求它的結(jié)構(gòu)必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。plc是以cpu為核心, 綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置, 是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱(plc、機(jī)器人和cad/cam) 之一。自動(dòng)售貨機(jī)的新奇、文

5、明、高檔、靈活方便等深受廣大市民青睞。自動(dòng)售貨機(jī)最基本的功能是對(duì)投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算,并根據(jù)所投入的貨幣數(shù)值判斷是否能夠購(gòu)買某種商品, 并做出相應(yīng)的反映。因此, 售貨機(jī)應(yīng)能夠辨識(shí)機(jī)內(nèi)包含的商品, 能夠?qū)λ度氲膸胖颠M(jìn)行累計(jì), 并提供所要購(gòu)買的商品。當(dāng)按下選擇商品的按鈕時(shí),自動(dòng) 售貨機(jī)根據(jù)投入的幣值, 起動(dòng)電機(jī), 提取商品到出貨口, 顧客取出商品, 完成此次交易。它還具有識(shí)幣系統(tǒng)、貨物和貨幣的傳送系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的售貨功能。1.2 自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展自動(dòng)售貨機(jī)是現(xiàn)代社會(huì)中的一種商務(wù)工具，2004年以后，中國(guó)的自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)將實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)為自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)帶來(lái)了巨大商機(jī)，2008年后已進(jìn)入

6、發(fā)展期。自動(dòng)售貨即將在中國(guó)零售業(yè)掀起繼百貨商店、超市之后的第三次零售業(yè)革命。 中國(guó)自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)將到2012年后進(jìn)入成熟期。另外，北京的城市改造將使得很多小店小鋪消失，同時(shí)隨著金融支付手段的增多，ic卡、手機(jī)移動(dòng)支付等技術(shù)才可以使自動(dòng)售貨機(jī)提供便利服務(wù)成為可能，這些自動(dòng)售賣平臺(tái)的創(chuàng)新模式，無(wú)疑為國(guó)內(nèi)的自動(dòng)售貨業(yè)迅速成長(zhǎng)創(chuàng)造了條件。1.3 自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能在進(jìn)行上、下位機(jī)程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動(dòng)售貨機(jī)本身所具備的功能及在進(jìn)行某種操作后所具有的狀態(tài)。在實(shí)際生活中，我們見到的售貨機(jī)可以銷售一些簡(jiǎn)單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機(jī)的基本功能就是對(duì)投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)

7、算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購(gòu)買某種商品，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明，例如：售貨機(jī)中有8中商品，其中01號(hào)商品（代表第一種商品）價(jià)格為2.60元，02商品為3.50元，其余類推?，F(xiàn)投入1個(gè)1元硬幣，當(dāng)投入的貨幣超過(guò)01商品的價(jià)格時(shí)，01商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購(gòu)買，其他商品同比。當(dāng)按下選擇01商品的價(jià)格時(shí)，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取01號(hào)商品到出貨口。此時(shí)售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時(shí)不再購(gòu)買而按下退幣按鈕，售貨機(jī)則要進(jìn)行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來(lái)，售

8、貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的除法運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。2. plc控制系統(tǒng)2.1 plc控制系統(tǒng)編程 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)plc 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：2.1.1 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求 充分發(fā)揮plc 的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)plc控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，充分收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，同時(shí)收集相關(guān)國(guó)內(nèi)、國(guó)外相關(guān)的資料。同時(shí)還要注

9、意和現(xiàn)場(chǎng)的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員等緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。2.1.2 保證plc控制系統(tǒng)安全可靠保證plc 控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程等方面要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證plc 控制程序不僅能在正常條件下運(yùn)行，而且要在非正常情況下，也能正常工作。2.1.3 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制

10、要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。2.1.4 適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇plc、輸入/輸出模塊、i/o 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。2.2 電機(jī)選擇及介紹 采用直流電動(dòng)機(jī)控制。直流電動(dòng)機(jī)精度較低，不易實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。用單片機(jī)和a/d轉(zhuǎn)換構(gòu)成系統(tǒng)，控制普通電動(dòng)機(jī)的步數(shù)和旋轉(zhuǎn)方向，可以考慮達(dá)

11、林頓管組成的h型pwm電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減小因慣性、速度和步距角過(guò)大而引起的調(diào)整誤差。其控制信號(hào)為模擬信號(hào)，需要將單片機(jī)輸出的序列脈沖轉(zhuǎn)換，延長(zhǎng)了控制時(shí)間，將難以控制其精確位置，系統(tǒng)穩(wěn)定性也比較差。但使用方便，價(jià)格便宜。 但是由單片機(jī)直接控制，步進(jìn)電機(jī)可以直接接受的數(shù)字信號(hào)不需要數(shù)/模轉(zhuǎn)換，具有快速起停功能，延時(shí)短、定位準(zhǔn)確、精度高和可操作性強(qiáng)。與驅(qū)動(dòng)控制器匹配使用時(shí)控制起來(lái)方便，在銷售移動(dòng)距離較小的商品的時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生誤差。 步進(jìn)電機(jī)又叫脈沖電機(jī)，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的機(jī)電數(shù)模（d/a）轉(zhuǎn)換器。在開環(huán)數(shù)字程序控制系統(tǒng)中，輸

12、出控制部分常用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元器件。步進(jìn)電機(jī)的控制電路接受計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的指令脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。很明顯脈沖的總數(shù)決定了移動(dòng)量，指令的頻率決定了移動(dòng)的速度。因此，指令脈沖可否被可靠的執(zhí)行，基本上取決于步進(jìn)電機(jī)的性能。2.2.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理圖1三相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在一般的步進(jìn)電機(jī)工作中，其電源都是單極性的直流電源。要使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，就必須對(duì)步進(jìn)電機(jī)的定子的各項(xiàng)繞組以適當(dāng)?shù)臅r(shí)序進(jìn)行通電。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)過(guò)程表示為，其定子的每相都有一對(duì)磁極，每個(gè)磁極都只有一個(gè)齒，即磁極本身，故三相步進(jìn)電機(jī)有三對(duì)磁極一共是6個(gè)齒；其轉(zhuǎn)子有4個(gè)齒，分別稱為0.1.2.3齒

13、直流電源u通過(guò)開關(guān)a，b，c，分別對(duì)步進(jìn)電機(jī)的a，b，c，相繞組通電。初始狀態(tài)時(shí)，開關(guān)a接通，則a相磁極和轉(zhuǎn)子的0，2 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)轉(zhuǎn)子的1，3號(hào)齒和b，c相磁極形成錯(cuò)齒狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)a斷開，b接通，由于b相繞組和轉(zhuǎn)子的1，3號(hào)齒之間的磁力線作用，使得轉(zhuǎn)子的1，3號(hào)齒和b相磁極對(duì)齊，則轉(zhuǎn)子的0，2號(hào)齒就和a，c， 相繞組形成錯(cuò)齒狀態(tài)。此后，開關(guān)的b斷開，c接通，由于c相繞組和轉(zhuǎn)子的0，2之間的磁力線的作用，使得轉(zhuǎn)子0，2號(hào)齒和c相磁極相對(duì)齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子的1，3 號(hào)齒和a，b相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開關(guān)c斷開，a接通后，由于a相繞組磁極和轉(zhuǎn)子1，3號(hào)之間的磁力線的專用使轉(zhuǎn)子1，3號(hào)齒和a相繞組磁極對(duì)

14、齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子的0，2號(hào)齒和b，c 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。很明顯，這時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距角。如果對(duì)一相繞組的操作稱為一拍，那么對(duì)a，b，c三相繞組的輪流通電需要三拍。對(duì)a，b，c，三相輪流通電一次成為一個(gè)周期。從上面分析看出，該三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距需要三拍操作。由于按abca相輪流通電，則磁場(chǎng)沿a，b，c方向轉(zhuǎn)動(dòng)了360度空間角，而這時(shí)轉(zhuǎn)子沿abc方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。在圖一中，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為4，故齒距角為90度，轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距就是轉(zhuǎn)動(dòng)了90度3. 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制3.1 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制任務(wù)1) 自動(dòng)售貨機(jī)有3個(gè)投幣孔，分別為1元、5元、10元的紙幣識(shí)別裝置2) 售貨機(jī)共有3種

15、飲料供選擇，分別為汽水、花茶和咖啡3) 如投幣總額超過(guò)銷售價(jià)格，將可由退幣按鈕找回余額4) 投幣值等于或大于2元時(shí)，汽水指示燈亮，表示只可選擇汽水5) 投幣值等于或大于4元時(shí)，汽水和花茶指示燈亮，表示可選擇汽水或花茶6) 投幣值等于或大于6元時(shí)，汽水、花茶和咖啡指示燈亮，表示3種均可選擇7) 投幣總額或當(dāng)前值顯示在7段數(shù)碼管上8) 按下要飲用的飲料按鈕，則相對(duì)應(yīng)的指示燈開始閃爍，4s后自動(dòng)停止，表示飲料已經(jīng)掉出9) 動(dòng)作停止后按退幣按鈕，可以退回余額，退回余額如果大于5元，則先退5元再退1元的，如果小于5元直接退1元的3.2 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制方案分析 圖1. i/o接線圖 圖2. 自動(dòng)售貨

16、機(jī)plc控制流程圖 3.3 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制電路設(shè)計(jì) 輸入（i）x01元投幣關(guān)電開關(guān)輸出（o）y0-y77段數(shù)碼管x15元投幣關(guān)電開關(guān)y10汽水指示燈x210元投幣關(guān)電開關(guān)y11花茶指示燈x3汽水按鈕y12咖啡指示燈x4花茶按鈕y30汽水電磁閥x5咖啡按鈕y31花茶電磁閥x6退幣按鈕y32咖啡電磁閥y16退幣機(jī)構(gòu) 圖4 i/0分配表 10 rmb 顯示屏 5 rmb 1 rmb 汽水 花茶 咖啡 汽水指示燈及按鈕 花茶指示燈及按鈕 咖啡指示燈及按鈕 電磁閥 退幣按鈕 杯子 出口 圖5. 飲料自動(dòng)售貨機(jī)工作框圖3.4 自動(dòng)售貨機(jī)plc控制控制程序 4. 自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展與展望 據(jù)說(shuō)世界上最早

17、的自動(dòng)售貨機(jī)出現(xiàn)在公元前3世紀(jì)，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機(jī)。17世紀(jì)，英國(guó)的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動(dòng)售貨機(jī)。在自動(dòng)售貨機(jī)歷史的長(zhǎng)河中，日本開發(fā)出實(shí)用型的自動(dòng)售貨機(jī)，那是在進(jìn)入本世紀(jì)后的事。日本第一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)是1904年問(wèn)世的“郵票明信片自動(dòng)出售機(jī)”，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機(jī)器。自動(dòng)售貨機(jī)的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50年代，“噴水型果汁自動(dòng)售貨機(jī)”大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來(lái)，由于美國(guó)的飲料大公司進(jìn)入日本市場(chǎng)，1962年，出現(xiàn)了以自動(dòng)售貨機(jī)為主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)在，自

18、動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過(guò)電話線路將自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的庫(kù)存信息及時(shí)地傳送各營(yíng)業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ)充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動(dòng)售貨機(jī)的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動(dòng)售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費(fèi)高峰時(shí)，這種機(jī)型的自動(dòng)售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動(dòng)售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約1015的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。5. 結(jié)束語(yǔ) 我所做的“自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)”這個(gè)分析是一個(gè)綜合的工作。它涉及到電路的設(shè)計(jì)、單片機(jī)的編程，電路焊接等工作還有些相關(guān)軟件的使用。由于本人的能力有限，在分析的過(guò)程中，遇到的問(wèn)題和困難很多，但在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，我成功地完成了系統(tǒng)的分析工作。在此，我向他們致以誠(chéng)摯的感謝!首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師。老師雖然公務(wù)繁忙，還在上課，但幾乎每次見到我，都要關(guān)注詢問(wèn)我的作業(yè)進(jìn)展情況，對(duì)于我在作業(yè)中遇到的一些問(wèn)題，都給予我耐心的指導(dǎo)和解釋，提出了大量寶貴的意見，并介紹了許多期刊書目資料供我參考。在此，我向老師致以我最誠(chéng)摯的謝意！ 特別要感謝張老師給了我很大的幫助，我經(jīng)常向他請(qǐng)教一些單片機(jī)方面的問(wèn)題，還有詢問(wèn)芯片方面的問(wèn)題每次張老師都不厭其煩地給我講解；