基于plc控制的自動(dòng)售貨機(jī)

1、提供全套，各專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 題題 目：目： 基于基于 plc 控制的自動(dòng)售貨機(jī)控制的自動(dòng)售貨機(jī) 學(xué)學(xué) 生：生： 系系 別：別： 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 輔導(dǎo)教師：輔導(dǎo)教師： 時(shí)時(shí) 間：間： 目 錄 摘要.2 關(guān)鍵詞.2 ABSTRACT.2 KEY WORDS.2 前言.2 目 錄.I 1 緒論.5 1.1 自動(dòng)售貨機(jī)研究的目的和意義 .5 1.2 自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展前景.5 1.3 自動(dòng)售貨機(jī)工作原理.6 1.4 本次設(shè)計(jì)的主要目的及主要內(nèi)容.7 1.5 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)思路.7 2 PL

2、C 的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) .7 2.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu) .7 2.2 PLC 的特點(diǎn) .7 2.3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 .8 3 自動(dòng)售貨機(jī)的硬件設(shè)計(jì).8 3.1 控制要求 .8 3.2 光傳感器 .9 3.3 數(shù)碼管顯示 .10 3.4 金屬硬幣的識(shí)別原理 .10 3.5 硬幣的貯存和退幣 .10 4 自動(dòng)售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì).11 4.1 系統(tǒng)涉及 PLC 指令簡(jiǎn)介 .11 4.2 設(shè)計(jì)思路.12 4.3 I/O 口分配 .12 4.4 總體流程圖.14 4.5 控制接線圖.15 4.6 程序開(kāi)發(fā).15 4.6.1 計(jì)幣系統(tǒng).15 4.6.2 比較系統(tǒng).16 4.6.3 選擇和飲料供應(yīng)系統(tǒng).16

3、4.6.4 退幣系統(tǒng).17 4.6.5 錢顯示和制冷.17 5 調(diào)試.18 5.1 系統(tǒng)的連接 .18 5.2 PLC 程序調(diào)試 .18 6 結(jié)論.19 參考文獻(xiàn).19 致謝.20 附錄.20 摘要 本文介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，售貨機(jī)的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá) 國(guó)家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動(dòng)售貨機(jī)逐漸被越來(lái)越多的消費(fèi)者所接受。但由 于售貨機(jī)分布零散、范圍廣闊的特點(diǎn)。本文以一次交易過(guò)程為例，把交易過(guò)程分為幾個(gè)程序 塊，然后分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。具體說(shuō)明了可編程序控制器在自動(dòng)售貨機(jī)中的作用。程序 涉及到了自動(dòng)售貨機(jī)工作的絕大部分過(guò)程，繪制梯形圖對(duì)售貨過(guò)程進(jìn)行了分析。利用

4、PLC 控制的自動(dòng)售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 關(guān)鍵詞 自動(dòng)售貨機(jī)；可編程控制器；梯形圖 Abstract This article introduced vending machines basic principle as well as the work flow, Introduces the basic principle of vending machines and work flow, and then to a transaction process, for example, the process is divided into severa

5、l blocks, then respectively for program for programming block.then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, then carries on the programming separately to the block. Explained the programmable controllers in vending machine function specifically. Th

6、e procedure involved the vending machine work major part process. Enhanced systems stability using the PLC controls vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement. key words vending machine; Programmable controller; Trapezoidal chart 前言 自動(dòng)售貨機(jī)（Vending Ma

7、chine）起源于公元前 215 年的古埃及，當(dāng)時(shí)用于人們?cè)谏駨R 里用金幣購(gòu)買圣水。19 世紀(jì) 70 年代，自動(dòng)售貨機(jī)在美國(guó)、日本迅猛發(fā)展，如今已成為世界 上最大的現(xiàn)金交易市場(chǎng)。作為一種前衛(wèi)的零售方式，自動(dòng)售貨機(jī)已在 45 個(gè)國(guó)家廣泛普及。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本平均每 23 人就擁有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，美國(guó)平均每 40 人擁有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)， 美國(guó)自動(dòng)售貨機(jī)的零售營(yíng)業(yè)額高達(dá) 293 億美元，日本每個(gè)消費(fèi)者每年在自動(dòng)售貨機(jī)上的消費(fèi) 金額達(dá) 5.5 元。全世界每年通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)銷售商品的總額已達(dá) 2000 億美元。 近些年，隨著我國(guó)商品市場(chǎng)的不斷繁榮和城市現(xiàn)代化程度的不斷提高，自動(dòng)售貨機(jī)也已 悄然步入了我國(guó)的

8、大中城市。自動(dòng)售貨機(jī)在北京、上海、大連、沈陽(yáng)、西安開(kāi)始出現(xiàn)，成為 不少年輕人時(shí)髦的購(gòu)物選擇。在國(guó)家相關(guān)政府部門的大力支持下，中國(guó)的自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)以 超常規(guī)的速度迅猛發(fā)展，并帶動(dòng)了一批新的服務(wù)業(yè)、物流運(yùn)輸配送業(yè)的快速發(fā)展，豐富了中 國(guó)的商業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的自動(dòng)銷售和自助服務(wù)時(shí)代。 本文設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的目的在于，結(jié)合現(xiàn)實(shí)中的情況，在鞏固和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的前提下， 充分發(fā)揮自己的動(dòng)手和實(shí)際設(shè)計(jì)的能力，設(shè)計(jì)出一款簡(jiǎn)單實(shí)用的自動(dòng)售貨機(jī)。 1 緒論 1.1 自動(dòng)售貨機(jī)研究的目的和意義 自動(dòng)售貨機(jī)（Vending Machine）起源于公元前 215 年的古埃及，當(dāng)時(shí)用于人們?cè)谏駨R 里用金幣購(gòu)買圣水

9、，20 世紀(jì) 70 年代自日本和歐美發(fā)展起來(lái)。它又被稱為 24 小時(shí)營(yíng)業(yè)的微 型超市。在日本，70的罐裝飲料是通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)售出的；全球著名飲料商可口可樂(lè)公 司在全世界就布有 50 萬(wàn)臺(tái)飲料自動(dòng)售貨機(jī)。自動(dòng)售貨機(jī)是集聲、光、機(jī)電一體化的高新智 能化產(chǎn)品，在我國(guó)也開(kāi)始得到應(yīng)用。在中國(guó)人們可以看到現(xiàn)代化的自動(dòng)售貨機(jī)擺放在一些 大商場(chǎng)門口、繁華街道兩旁、公園入口處以及其它熱鬧的場(chǎng)所。 從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，它的出現(xiàn)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型 社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流 通渠道；而相對(duì)的超市、百貨購(gòu)物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)

10、用也不斷上升；再 加上場(chǎng)地的局限性以及購(gòu)物的便利性等這些因素的制約，無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的 機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。 從廣義來(lái)講自動(dòng)售貨機(jī)就是在投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機(jī)械， 從狹義來(lái)講就是自動(dòng)銷售商品的機(jī)械。從供給的條件看，自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資 源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24 小時(shí)無(wú)人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí) 需要的資本少、面積小，有吸引人們購(gòu)買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用上 升的問(wèn)題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。 自動(dòng)售貨機(jī)在中國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景,自動(dòng)售貨機(jī) 1999 年開(kāi)始進(jìn)人中國(guó)市場(chǎng)如今， 在機(jī)場(chǎng)、地鐵、商場(chǎng)、公園等客流較大的場(chǎng)所，已不難發(fā)現(xiàn)自動(dòng)

11、售貨機(jī)的身影。 從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，它的出現(xiàn)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型 社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流 通渠道；而相對(duì)的超市、百貨購(gòu)物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再 加上場(chǎng)地的局限性以及購(gòu)物的便利性等這些因素的制約，無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的 機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了 它的售貨領(lǐng)域非常廣泛，是發(fā)達(dá)國(guó)家商品零售的一種主要方式。近幾年，自動(dòng)售貨機(jī) 逐漸被越來(lái)越多的消費(fèi)者所接受。但由于售貨機(jī)分布零散、范圍廣闊的特點(diǎn)，自動(dòng)售貨機(jī) 在為消費(fèi)者帶來(lái)方便的同時(shí)，也為經(jīng)營(yíng)者在監(jiān)控、管理、維護(hù)等方面帶來(lái)很大的不便。目 前售貨機(jī)運(yùn)行的

12、各種情況都需要由人工判斷，包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機(jī)機(jī)械 故障等，經(jīng)營(yíng)者普遍采用人工定時(shí)巡回視察的管理辦法，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確獲 取自動(dòng)售貨機(jī)狀態(tài)報(bào)告，給經(jīng)營(yíng)者增加了管理成本和難度，也有可能給消費(fèi)者的正常消費(fèi) 造成不便。 自動(dòng)售貨機(jī)的經(jīng)營(yíng)者可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)的銷售狀況進(jìn)行商品銷售狀況分析，預(yù)測(cè)商品 的銷售走勢(shì)，確定合理的采購(gòu)和配送策略，以期獲得最高的投資回報(bào)率。同時(shí)售貨機(jī)的一 些故障信息和警報(bào)信息可以實(shí)時(shí)的傳送到相應(yīng)運(yùn)營(yíng)人員，從而可以在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解 決問(wèn)題。 1.2 自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展前景 現(xiàn)在,自動(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

13、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(kāi)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。在居季電力消費(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 10,15 度 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。同時(shí)因經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢,社會(huì)對(duì)擴(kuò)大就業(yè)與工作場(chǎng)所提供茶點(diǎn)飲料的福利事業(yè)更為關(guān)注。 自動(dòng)售貨機(jī)不僅保障了愜意的工休時(shí)間,也是最廉價(jià)、提高職工工作效率最有效的手段。特 別是在 24

14、 小時(shí)無(wú)休工作狀態(tài)中的辦公場(chǎng)所,使用獨(dú)具魅力的迷你型飲料沖飲機(jī),解決了不間 斷提供咖啡飲品服務(wù)的問(wèn)題,這種服務(wù)加速了自動(dòng)售貨機(jī)與咖啡飲品服務(wù)的融合。 從自動(dòng)售貨業(yè)的發(fā)展歷程看,其具有快速發(fā)展的潛力 1 、自動(dòng)售貨技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了 自動(dòng)售貨業(yè)的成長(zhǎng)。 自動(dòng)售貨機(jī)作為一種集聲、光、機(jī)電一體化的高新智能化產(chǎn)品,一般 由識(shí)別系統(tǒng)、找?guī)畔到y(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、制冷(恒溫) 系統(tǒng)組成。隨著防偽識(shí)別技術(shù)、數(shù)碼技術(shù)、 軟件技術(shù)和制冷技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行的可靠性大大提高,減少了貨物出售和貨幣識(shí)別 的誤差,有效地維護(hù)了運(yùn)營(yíng)商和消費(fèi)者雙方的權(quán)益。自動(dòng)售貨機(jī)從僅能識(shí)別硬幣到準(zhǔn)確的識(shí) 別紙幣,方便了消費(fèi)者的購(gòu)買行為,為自

15、動(dòng)售貨業(yè)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)保障。 2 、自動(dòng)售貨機(jī) 的分布密度高,滿足了消費(fèi)者的便利性和即時(shí)性需求。 隨著人們生活方式向快節(jié)奏、高效 率變化,時(shí)間的價(jià)值顯著提高,消費(fèi)者在購(gòu)物時(shí)更加注重便利性、即時(shí)性。隨著自動(dòng)售貨機(jī)數(shù) 量的增加,商品包裝的定量化和標(biāo)準(zhǔn)化,出售的商品多樣化,自動(dòng)售貨的便利性日益顯現(xiàn)。同 時(shí),被稱為“永不下班的超級(jí)營(yíng)業(yè)員”的自動(dòng)售貨機(jī)在滿足人們的即時(shí)性需求方面是其它零 售方式不可替代的。3 、滿足運(yùn)營(yíng)商獲取高收益的要求。零售業(yè)各業(yè)態(tài)日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng),使 得商家不斷尋求新的投資機(jī)會(huì),而自動(dòng)售貨業(yè)態(tài)恰好符合投資的風(fēng)險(xiǎn)收益原則。由于 自動(dòng)售貨機(jī)的銷售效率高(平均每臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)銷售額達(dá)到 1

16、萬(wàn)美元) ,運(yùn)營(yíng)商規(guī)模大(一般 擁有 10 多萬(wàn)臺(tái)甚至 100 多萬(wàn)臺(tái)) ,加上自動(dòng)售貨機(jī)本身具有的節(jié)約勞動(dòng)力與場(chǎng)地等優(yōu)勢(shì),從 而降低了經(jīng)營(yíng)成本,提高了投資收益。專家預(yù)測(cè),未來(lái)幾年中國(guó)市場(chǎng)上的自動(dòng)售貨機(jī)將每年增 加 510 萬(wàn)臺(tái)。中國(guó)沿海比較富裕的地區(qū),將大約有 3.5 億人口經(jīng)常使用自動(dòng)售貨機(jī)。目前 按人均臺(tái)數(shù)計(jì)算,自動(dòng)售貨機(jī)在日本達(dá)到每臺(tái) 25 人,在美國(guó)達(dá)到 50-60 人,在歐洲每臺(tái) 50-120 人,而中國(guó)的人均擁有量卻很低,若按每臺(tái) 500 人計(jì)算,中國(guó)城市人口 3.6 億,中國(guó)自動(dòng)售貨機(jī) 的潛在容量為 73 萬(wàn)臺(tái),以每天銷售 200 元計(jì),73 萬(wàn)臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)的全年銷售額可達(dá) 5

17、00 億。 因此加快發(fā)展中國(guó)自動(dòng)售貨業(yè),對(duì)提高投資效益具有重要的意義。 1.3 自動(dòng)售貨機(jī)工作原理 （1）從投幣口送入貨幣，然后經(jīng)過(guò)傳感器采集數(shù)據(jù)、識(shí)別器判別人民幣的真?zhèn)尾⑴?別面值。 （2）識(shí)別器把信息數(shù)據(jù)傳給通信模塊。 （3）通信模塊與售貨機(jī)的主控系統(tǒng)通信，主控系統(tǒng)顯示面值，啟動(dòng)售貨機(jī)的面板鍵， 顯示出哪個(gè)貨道有貨，哪個(gè)貨道已售完，并等待顧客按鍵選擇商品。 （4）顧客選擇商品后，根據(jù)售出的商品包裝類型的不同，采用不同的驅(qū)動(dòng)技術(shù)把商 品送出。此次設(shè)計(jì)的售貨機(jī)主要出售易拉罐裝飲料，是利用電磁閥帶動(dòng)翻版驅(qū)動(dòng)的。 （5）顯示余額，如果金額足夠多，顧客可以選擇找?guī)呕蚶^續(xù)買商品；如果款額不足， 售貨機(jī)

18、經(jīng)過(guò)延時(shí)予以退幣。 退幣分兩種情況：一種是由紙幣識(shí)別器完成退紙幣，另一種是 由硬幣的通信模塊完成退硬幣。 （6）系統(tǒng)復(fù)零，完成售貨。 1.4 本次設(shè)計(jì)的主要目的及主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的主要目的能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的 PLC 設(shè)計(jì)，進(jìn)一步增強(qiáng)和 完善學(xué)生自我的創(chuàng)新與動(dòng)手能力。主要內(nèi)容是首先整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，從硬件到軟 件的資料收集，對(duì)一些硬件以及自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)部接線電路都逐一進(jìn)行了研究學(xué)習(xí)。包括投 幣系統(tǒng)、驗(yàn)鈔系統(tǒng)、交易系統(tǒng)以及退幣系統(tǒng)的制作，在某些環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的保護(hù)設(shè)置，這 樣對(duì)機(jī)器本身和顧客都有了安全保障。其中錢幣裝置是售貨機(jī)的核心，其主要功能是確定 投入錢幣的真?zhèn)?，分類錢幣的

19、種類，計(jì)算金額，在程序設(shè)計(jì)里都有介紹。 1.5 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)思路 本次設(shè)計(jì)的題目是自動(dòng)售貨機(jī)，主要是應(yīng)用三菱 FX-2N 型 PLC 的梯形圖來(lái)設(shè)計(jì)控制 程序，并簡(jiǎn)單介紹相關(guān)的知識(shí)，如：PLC 的編程語(yǔ)言、自動(dòng)售貨機(jī)的硬件組成等。根據(jù)設(shè) 計(jì)內(nèi)容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù) PLC 的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)出它的外部接線 圖，結(jié)合梯形圖和外部接線圖分析說(shuō)明該設(shè)計(jì)的控制原理過(guò)程。 本次設(shè)計(jì)的重要部分是自動(dòng)售貨機(jī)梯形圖的設(shè)計(jì)。首先就得根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求 準(zhǔn)確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出它的梯形圖，并反復(fù)調(diào) 試做到程序無(wú)誤。 2 PLC 的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 2.1 PLC

20、的基本結(jié)構(gòu) PLC 主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成 2.2 PLC 的特點(diǎn) 傳統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)可靠性不高，編程、調(diào)試、檢測(cè)等操作不方便等問(wèn)題。而 PLC 可以 解決這些問(wèn)題，PLC 具有如下優(yōu)點(diǎn)：功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高；硬件配套齊全、用戶使用方 便、適應(yīng)性強(qiáng)；可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作 量少，維修方便；體積小、功耗低，對(duì)電源要求不高（一般的 PLC，如用直流 24V 電壓供 電，電壓波動(dòng)允許為 1614V，如用交流 220V 電壓供電，電壓波動(dòng)允許為 190-2600） 。由 于這些優(yōu)點(diǎn)使其已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。其內(nèi)部采用

21、可編程序的存貯器， 用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò) 數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 可見(jiàn)，PLC 在控制自動(dòng)售貨機(jī)上占有很大的優(yōu)勢(shì)，本設(shè)計(jì)采用 PLC 作為控制核心， 對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。目前，自動(dòng)售貨機(jī)的核 心是單片機(jī)，可是一但輸出電壓不穩(wěn)定，單片機(jī)就容易發(fā)熱造成爆裂，可靠性低等缺點(diǎn)， 而 PLC 不但可以實(shí)現(xiàn)類似的控制功能，還具有性能可靠、電壓使用范圍廣、靈活通用、易 于編程、使用方便等特點(diǎn)，并且提高了自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠保證自動(dòng)售貨機(jī)能 夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；因此近年來(lái)在工業(yè)

22、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普 遍應(yīng)用。所以，本文選擇 PLC 來(lái)控制自動(dòng)售貨機(jī)，我選擇的是三菱 FX-2N 的 PLC。 ，編程軟 件采用的是 SWOPC-FXGP/WIN-G。 2.3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，PLC 已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于所用的工業(yè)部門，隨著其性能價(jià)格比的不 斷提高，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。PLC 主要用于以下方面 （1）開(kāi)關(guān)量邏輯控制 （2）運(yùn)動(dòng)控制 （3）閉環(huán)過(guò)程控制 （4）數(shù)據(jù)處理 （5）通信聯(lián)機(jī) 3 自動(dòng)售貨機(jī)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 控制要求 本文設(shè)計(jì)的是售可樂(lè)和雪碧這兩種飲料的自動(dòng)售飲料機(jī),它的總體售貨過(guò)程是：當(dāng)顧客 購(gòu)買飲料時(shí),投入的硬幣(投入

23、硬幣的面值和剩余值由 PLC 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示)經(jīng)過(guò)光傳感器感 應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動(dòng)硬幣識(shí)別器識(shí)別硬幣，如果是假幣則被排出，如果是真幣則系統(tǒng) 將硬幣自動(dòng)傳送到相應(yīng)的硬幣貯幣腔,并經(jīng)光傳感器感應(yīng)，由光傳感器驅(qū)動(dòng) PLC 運(yùn)行。然 后經(jīng)顧客選擇、PLC 進(jìn)行控制，使在 PLC 的輸出口上有相應(yīng)的信號(hào)輸出。大體運(yùn)行如圖 3- 1 商品選擇開(kāi)關(guān) 硬幣感應(yīng)器 PLC 各種指示燈 退幣電機(jī) 出貨電磁閥 數(shù)量感應(yīng) 圖 3-1 大體運(yùn)行圖 箱體大體外觀如圖 3-2 可樂(lè)雪碧 電 磁 閥 飲料出口 取物區(qū) 投 幣 口 可樂(lè)指示燈 選擇可樂(lè)按 鈕 選擇雪碧 按鈕 退幣口 退幣按鈕 雪碧指 示燈 圖 3-2 箱體外

24、觀圖 3.2 光傳感器 在本設(shè)計(jì)中，用到光傳感器：當(dāng)硬幣投入開(kāi)始由光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動(dòng) 硬幣識(shí)別器；硬幣經(jīng)識(shí)別后進(jìn)入貯存腔時(shí)，由光傳感器感應(yīng)，給 PLC 一個(gè)信號(hào)，進(jìn)行硬幣 的相加運(yùn)算；當(dāng)退幣時(shí)，退出的硬幣經(jīng)光傳感器感應(yīng)，給 PLC 一個(gè)信號(hào)，進(jìn)行退幣的相減 運(yùn)算。 光傳感器是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器件，它的敏感波長(zhǎng)在可見(jiàn)光 波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以作 為探測(cè)元件組成其它傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè)，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的 變化即可，本設(shè)計(jì)是運(yùn)用紅外線傳感器的原理對(duì)投幣進(jìn)行檢測(cè)。 圖 3-3 所示是紅外線傳

25、感器的工作原理圖。它是由光源、接收器和 PLC 運(yùn)行電路三部 分組成。光源使用普通的白熾燈泡，當(dāng)點(diǎn)亮燈泡時(shí)，由于燈絲的溫度很高，能產(chǎn)生較強(qiáng)的 紅外輻射，燈泡發(fā)出的可見(jiàn)光經(jīng)濾光片濾掉，紅外光便可向外發(fā)射。在距光源發(fā)射點(diǎn)一定 距離處，設(shè)置有紅外接收器。這樣，在紅外光源和接收器之間就形成一條用肉眼看不見(jiàn)的 紅外界線。 無(wú)硬幣遮擋紅外線時(shí)，紅外線經(jīng)凸透鏡聚光后直接照射在光敏二極管 VD1 上，光敏 二極管的電阻變小，從而使 V1 導(dǎo)通、V2 處于截止?fàn)顟B(tài)，接在 V2 集電極的繼電器 K 不工 作，輸出為低電平，因此，PLC 得不到相應(yīng)的信號(hào)。當(dāng)有硬幣通過(guò)紅外界線時(shí)，紅外線被 硬幣遮擋，光敏二極管因無(wú)光

26、照射其內(nèi)阻增大，于是 VT1 截止，VT2 變?yōu)閷?dǎo)通，則輸出為 高電平，使 PLC 得到相應(yīng)的信號(hào)。 圖 3-3 光傳感器工作原理圖 3.3 數(shù)碼管顯示 在本設(shè)計(jì)中，顯示部分，以 7 段顯示指令 SEGD 來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于指令 SEGD，將源操作數(shù) 指定的元件的低 4 位中的十六進(jìn)制數(shù)譯碼后送給 7 段顯示器顯示，譯碼的信號(hào)存于目標(biāo)操 作數(shù)指定的元件中，輸出時(shí)要占用 7 個(gè)輸出點(diǎn)。原操作數(shù)可以選所有的數(shù)據(jù)類型，目標(biāo)操 作數(shù)位 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V 和 Z，只有 16 位運(yùn)算。 指定的元件的低 4 位中的十六進(jìn)制數(shù)經(jīng)譯碼后驅(qū)動(dòng) 7 段顯示器，譯碼信號(hào)存于D指定 的元件中，D的高 8

27、 位不變。右圖中 7 段顯示器的 B0B6 分別對(duì)應(yīng)于D中的最低位第 六位，某段應(yīng)亮?xí)rD中對(duì)應(yīng)的位為 1，反之為 0。 3.4 金屬硬幣的識(shí)別原理 我國(guó)目前發(fā)行的1元、5角和1角硬幣的金屬原材料是為造幣而專門使用的特殊合金， 因此在它通過(guò)投幣入口進(jìn)入由電感和電容組成的特定高頻振蕩線路所產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)金屬 材質(zhì)和體積的差異對(duì)電感量的影響大小也出現(xiàn)微弱差異，電感量的變化引起振蕩頻率的變 化；再通過(guò)檢測(cè)頻率的變化，與設(shè)定值進(jìn)行比較，確定某種硬幣種類后，經(jīng)窄帶選頻電路 將頻率信號(hào)變成電壓信號(hào)輸出，完成對(duì)金屬硬幣的識(shí)別. 3.5 硬幣的貯存和退幣 在本設(shè)計(jì)中，采用的是圓筒式貯幣，步進(jìn)電機(jī)退幣，當(dāng)硬幣投入后

28、經(jīng)過(guò)識(shí)別識(shí)出電信 號(hào)后，偽幣和異物被排出，真幣按面值由幾組分布電磁閥分配到不同貯幣腔內(nèi)備用。當(dāng)收 到退幣找零電信號(hào)后，通過(guò)退幣電機(jī)，將貯幣腔內(nèi)下部硬幣依電信號(hào)程序退出，完成自動(dòng) 售貨機(jī)的退幣找零功能。 4 自動(dòng)售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中,核心部分是軟件設(shè)計(jì),以下就針對(duì)這一方面做具體的研究: : 4.1 系統(tǒng)涉及 PLC 指令簡(jiǎn)介 (1)比較指令 CMP 比較指令在 PLC 控制系統(tǒng)中是一條十分重要的功能指令，它將S1、S2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比 較，比較結(jié)果送到目的操作數(shù)D中，如下圖所示，當(dāng) X0 為 OFF 時(shí)，不執(zhí)行 CMP 指令， M0，M1，M2 保持不變；當(dāng) X0 為 ON 時(shí)，執(zhí)行 CM

29、P 指令，S1、S2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即 C20 計(jì)數(shù)器值與 K100（數(shù)值 K100）比較。如果 C20 當(dāng)前值小于 100，則 M0=1；如果 C20 當(dāng) 前值大于 100，則 M2=1；如果 C20 當(dāng)前值等于 100，則 M1=1。 CMP 指令使用說(shuō)明 (2)計(jì)數(shù)指令 計(jì)數(shù)器使用兩條指令完成計(jì)數(shù)任務(wù)，其指令編程格式如圖所示 計(jì)數(shù)指令 C 的使用說(shuō)明 (3)運(yùn)算指令 1)加法運(yùn)算 加法運(yùn)算使用說(shuō)明 加法運(yùn)算指令是把指定的源元件中的二進(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中，如圖 2- 6 所示。 當(dāng) X0 為 1 時(shí)， （D10）+（D12）=（D14） ，運(yùn)算是代數(shù)運(yùn)算。 2)減法運(yùn)算

30、減法運(yùn)算使用說(shuō)明 減法運(yùn)算指令是把指定的源元件中的二進(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中，如圖所 示。 當(dāng) X0 為 1 時(shí)， （D10）+（D12）=（D14） ，運(yùn)算為代數(shù)運(yùn)算。 (4)BCD 指令 BCD 碼變換功能指令使用說(shuō)明 BCD 碼變換指令是將源操作數(shù)中的二進(jìn)制數(shù)變換成 BCD 碼送至目標(biāo)操作數(shù)中，如上圖所示。 當(dāng) X0 為 ON 時(shí)，將 D12 中的二進(jìn)制數(shù)變換成 BCD 碼送到輸出口 Y7Y0 中。之后的 BCD 碼可 送到 LED 七段顯示器顯示 D12 中的值。 4.2 設(shè)計(jì)思路 （1）自動(dòng)售飲料機(jī)可投入 5 角、1 元的硬幣。 （2）由 7 段數(shù)碼管顯示投幣總額或現(xiàn)在值

31、。 （3）當(dāng)投入的硬幣總值超過(guò) 2 元時(shí)，可樂(lè)指示燈亮，當(dāng)投入的硬幣總值超過(guò) 3 元時(shí)， 可樂(lè)和雪碧指示燈亮。 （4）當(dāng)可樂(lè)指示燈亮?xí)r，按選擇可樂(lè)按鈕，則排出可樂(lè)一瓶。 （5）當(dāng)雪碧按鈕指示燈亮?xí)r，按選擇雪碧按鈕，則排出雪碧一瓶。 （6）若當(dāng)前有錢則退錢指示燈亮,當(dāng)按退幣按鈕時(shí)，退出所顯示的錢。 4.3 I/O 口分配 如表 4-1： 輸入信號(hào)輸出信號(hào) 名稱輸入點(diǎn)編號(hào)名稱輸出點(diǎn)編號(hào) 1 元投幣感應(yīng)器X0顯示指示燈 Y0-Y7 Y20-Y27 5 角投幣感應(yīng)器X1可樂(lè)指示燈Y10 可樂(lè)選擇按鈕X2雪碧指示燈Y11 雪碧選擇按鈕X3可樂(lè)出電磁閥Y12 退幣控制按鈕X4雪碧出電磁閥Y13 1 元退幣

32、感應(yīng)器X51 元退幣電機(jī)控制Y14 5 角退幣感應(yīng)器X65 角退幣電機(jī)控制Y15 制冷感應(yīng)器X7退幣顯示燈Y16 制冷指示燈Y17 表4-1I/O分配圖 4.4 總體流程圖 投幣計(jì)數(shù) 比 較 幣 價(jià) 累加幣價(jià) 雪碧 選擇 可樂(lè)選擇 D530 D520 退幣 退幣計(jì)數(shù) 結(jié)束 減去相應(yīng)用幣 圖 4-2 4.5 控制接線圖 數(shù)碼十位顯示 數(shù)碼個(gè)位顯示 可樂(lè)指示燈 雪碧指示燈 可樂(lè)出電磁閥 雪碧出電磁閥 1元退幣電機(jī)控制 2角退幣電機(jī)控制 退幣指示燈 制冷指示燈 220V 1元投幣感應(yīng)器 5角投幣感應(yīng)器 可樂(lè)選擇按鈕 雪碧選擇按鈕 退幣控制按鈕 1元退幣感應(yīng)器 3角退幣感應(yīng)器 制冷感應(yīng)器 COM X0

33、 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 COM1 COM2 COM3 COM4 Y0Y7 Y20Y27 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 圖4-3 4.6 程序開(kāi)發(fā) 自動(dòng)售貨機(jī)程序的編寫主要涉及6大系統(tǒng):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)、錢顯示和制冷系統(tǒng)。 4.6.1 計(jì)幣系統(tǒng) 當(dāng)有顧客購(gòu)買飲料時(shí)，投入硬幣時(shí)經(jīng)過(guò)光傳感器感應(yīng)，然后由光傳感器驅(qū)動(dòng)硬幣識(shí)別 器識(shí)別硬幣,如果是假幣則系統(tǒng)自動(dòng)退出硬幣,如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動(dòng)傳送到相應(yīng)的硬 幣貯存腔,并經(jīng)光傳感器感應(yīng)，然后在PLC內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，否則認(rèn)為是假幣并退出系統(tǒng)， 梯形圖如圖4-2 圖

34、4-4 記幣系統(tǒng)梯形圖 4.6.2 比較系統(tǒng) 投幣完成后，系統(tǒng)會(huì)將D5內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購(gòu)買的飲料價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較：若2元 投幣3元，則可樂(lè)選擇指示燈長(zhǎng)亮，此時(shí)可以選擇可樂(lè)；若投幣3元,則可樂(lè)和雪碧指示 燈長(zhǎng)亮,此時(shí)可以選擇可樂(lè)和雪碧。梯形圖如圖4-3 圖4-5 比較系統(tǒng)梯形圖 4.6.3 選擇和飲料供應(yīng)系統(tǒng) 比較完成后，按下指示燈長(zhǎng)亮的選擇按鈕，相應(yīng)的電磁閥（Y12或Y13）起動(dòng)并且相 應(yīng)的指示燈亮，飲料輸出的同時(shí)減去相應(yīng)的購(gòu)買幣數(shù)。當(dāng)飲料輸出達(dá)到1s時(shí)，電磁閥關(guān)斷 同時(shí)指示燈滅。梯形圖如圖4-4 圖4-6 供應(yīng)系統(tǒng)梯形圖 4.6.4 退幣系統(tǒng) 顧客可在購(gòu)?fù)觑嬃虾?，由退幣指示燈可知是否可以退?/p>

35、，指示燈亮，則可以退幣，當(dāng) 按下退幣按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D5內(nèi)的幣數(shù)除以10，商的整數(shù)部分是需要退回1元的個(gè)數(shù)并 儲(chǔ)存在D10中；D11的數(shù)據(jù)除以5，商的整數(shù)部分是需要退回的5角錢的個(gè)數(shù)，并儲(chǔ)存在D20 中，同時(shí)起動(dòng)2個(gè)退幣電動(dòng)機(jī)。2個(gè)光感應(yīng)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，每各退一個(gè)幣D10減一或D20減一， 直到為零時(shí)，退幣電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，各個(gè)電機(jī)獨(dú)自工作。PLC編程梯形圖如圖4-5所示。 圖4-7 退幣系統(tǒng)梯形圖 4.6.5 錢顯示和制冷 顯示中由 D2 顯示十位、D3 顯示個(gè)位。在制冷中，由溫度傳感器控制，當(dāng)溫度超過(guò)某 一值時(shí)。開(kāi)關(guān) x7 閉合并制冷一段時(shí)間。具體梯形圖如圖 4-6 圖4-8 錢顯示和制冷梯形

36、圖 5 調(diào)試 5.1 系統(tǒng)的連接 電氣控制部分與 PLC 之間的連接：從主電路引出線，通過(guò)整流電路，將 220VAC 變 換成 24VDC 供給 PLC 作為工作電源；電氣控制部分的各個(gè)接觸器的控制信號(hào)，全部由 PLC 給出，連接時(shí)，將接觸器電磁機(jī)構(gòu)線圈與 PLC 相應(yīng)端子連接。 5.2 PLC 程序調(diào)試 PLC 的控制程序的編寫，是運(yùn)用專門的編程軟件 SWOPC-FXGP-WIN/G ，程序通過(guò)步 進(jìn)梯形圖方式（ladder）編寫，由于步進(jìn)梯形圖程序的直觀性，在設(shè)計(jì)中，用此編寫程序。 在 SWOPC-FXGP-WIN/G 軟件中，可以方便地對(duì) PLC 程序進(jìn)行剪切、復(fù)制、粘貼、插入等。 編寫

37、好的程序下載到 PLC，PLC 上電后掃描執(zhí)行程序。調(diào)試 PLC 程序時(shí)，可以通過(guò)模擬的 撥動(dòng)開(kāi)關(guān)、復(fù)位按鈕和指示燈來(lái)測(cè)試程序的正確性,由于本設(shè)計(jì)的 I/O 點(diǎn)數(shù)很多，不可能對(duì) 各個(gè) I/O 點(diǎn)都設(shè)置相應(yīng)的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，所以對(duì)實(shí)現(xiàn)類似功能的程序只需對(duì)一部分進(jìn)行調(diào)試: 首先，對(duì)一個(gè)典型的輸入硬幣進(jìn)行調(diào)試，給復(fù)位按鈕信號(hào)來(lái)表示硬幣的輸入及飲料的選擇， 用發(fā)光二極管來(lái)顯示飲料選擇提示、飲料送出、送出時(shí)間和退幣提示，然后，對(duì)制冷部分 進(jìn)行調(diào)試，只需給相應(yīng)的輸入端口信號(hào)，然后相應(yīng)的指示燈變亮即可。 6 結(jié)論 本論文在論述了自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展過(guò)程及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹了 PLC 的基 本組成、特點(diǎn)以及工

38、作原理，并以 PLC 電氣控制為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的功能進(jìn)行分 析，制定出具體的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)步驟。 文中分析了自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能、運(yùn)行環(huán)境以及工作過(guò)程，介紹了相關(guān)的硬件和軟 件知識(shí)， 重點(diǎn)放在 PLC 的編程指令在控制自動(dòng)售貨機(jī)復(fù)雜運(yùn)作中的實(shí)際運(yùn)用。在整體設(shè) 計(jì)過(guò)程中按照“提出問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題”的主導(dǎo)思想，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作做 出了細(xì)致的闡述。 通過(guò)論文設(shè)計(jì)，使我對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的知識(shí)有了更深層次的認(rèn)識(shí)，同時(shí),在論文設(shè)計(jì) 中通過(guò)查閱文獻(xiàn)，搜集資料，綜合分析等方面的訓(xùn)練，使我綜合運(yùn)用各方面知識(shí)，分析解 決實(shí)際問(wèn)題的能力也得到了很大的提高。 在具體的設(shè)計(jì)工作中，通過(guò)老師和同學(xué)的幫助和自己的不斷摸索，掌握了不少的工程 設(shè)計(jì)方法，