基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文

1、 . . . 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)The Design of Vending Machines Control SystemBased on PLC 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書課題名稱基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課題性質(zhì) 工程設(shè)計(jì)類 班 級(jí) 電氣自動(dòng)化092班 一選題意義與背景自動(dòng)售貨機(jī)是可完成無人自動(dòng)售貨，集光、機(jī)、電一體化的商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。自動(dòng)售貨機(jī)不受任何場(chǎng)地限制，方便快捷，可以每天24h售貨，因此深受上班族的歡迎。隨著科技發(fā)展和市場(chǎng)繁榮，很多城市的公共場(chǎng)所里面都放置有自動(dòng)售貨機(jī)，出售的商品五花八門，從飲料、零食、香煙、糖果，到牙刷、方

2、便面、自動(dòng)照相機(jī)。近年來，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。在人口集中的學(xué)校、車站、醫(yī)院等地方，瓶裝的飲料造成大量資金與產(chǎn)品的浪費(fèi)，本課題就研究用PLC實(shí)現(xiàn)散裝飲料的自動(dòng)銷售，要求給出自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。二畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要容：合理選擇PLC類型，設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)。具體要求如下：1、畫出售貨機(jī)控制流程圖；2、合理分配PLC的I/O接口；3、畫出相應(yīng)的售貨機(jī)連接線路圖； 4、編寫控制程序并進(jìn)行仿真調(diào)試。l 售貨機(jī)可投入不同幣

3、種。l 投入總幣數(shù)進(jìn)行等級(jí)劃分，并通過不同的按鈕指示燈指示。l 當(dāng)貨物排出后延時(shí)指示燈滅。l 錢幣多通過找?guī)畔到y(tǒng)找?guī)?。l 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)有指示。三計(jì)劃進(jìn)度：日 期畢業(yè)設(shè)計(jì)各階段的任務(wù)2011年10月17日10月23日下達(dá)任務(wù)書，動(dòng)員，學(xué)生準(zhǔn)備2011年10月24日10月30日學(xué)生查閱資料，確定方案2011年10月31日11月20日學(xué)生設(shè)計(jì)，老師指導(dǎo)2011年11月21日11月24日調(diào)試，整理畢業(yè)論文2011年11月25日論文答辯四畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)束應(yīng)提交的材料：1、畢業(yè)論文。2、仿真運(yùn)行系統(tǒng)程序。指導(dǎo)教師 教研室主任 年 月 日年 月 日論文真實(shí)性承諾與指導(dǎo)教師聲明學(xué)生論文真實(shí)性承諾本人重聲

4、明：所提交的作品是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，容真實(shí)可靠，不存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為。除文中已經(jīng)注明引用的容外，本論文不含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。如被發(fā)現(xiàn)論文中存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為，本人愿承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任和一切后果。畢業(yè)生簽名：日 期：指導(dǎo)教師關(guān)于學(xué)生論文真實(shí)性審核的聲明本人重聲明：已經(jīng)對(duì)學(xué)生論文所涉與的容進(jìn)行嚴(yán)格審核，確定其容均由學(xué)生在本人指導(dǎo)下取得，對(duì)他人論文與成果的引用已經(jīng)明確注明，不存在抄襲等學(xué)術(shù)不端行為。指導(dǎo)教師簽名： 日 期：29 / 36摘 要自動(dòng)售貨機(jī)是可

5、完成無人自動(dòng)售貨的商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，它不受任何場(chǎng)地限制，方便快捷，可以每天24h售貨，在我國(guó)也越來越普與。傳統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)采用單片機(jī)作為控制核心，但這樣在輸入輸出接口上消耗很大。PLC不但可以實(shí)現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)、能耗低、調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。本售貨機(jī)系統(tǒng)主要是針對(duì)純凈水、汽水和咖啡的自動(dòng)銷售。論文以三菱PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)要介紹PLC各硬件選型，軟件的設(shè)計(jì)，并具體的進(jìn)行了PLC梯形圖的編寫和系統(tǒng)的調(diào)試，仿真證明該系統(tǒng)切實(shí)可行。關(guān)鍵詞:自動(dòng)售貨機(jī)；PLC；調(diào)試AbstractVending machine is a self-service device th

6、at can automatically sell goods to customers. It is not restricted to specific sites, which is convenient and sells 24 hours a day. Vending machines also become increasingly popular in China. The traditional vending machines use Single Chip Microcomputer as the core of control, which costs greatly o

7、n its input/output interface. PLC not only fulfill a similar controlling function, but also has other advantages such as high reliability, easiness to program, strong function, low energy consumption, convenience to debug and so on. The vending machine system is mainly vending for pure water,soft dr

8、inks and coffee .On the basis of Mitsubishi PLC, this paper gives a brief introduction to the various hardware selection, software design, ladder program Writting and debugging, the simulation proved that the system is feasible.Key words:Vending Machine；PLC；Debugging目 錄摘要IAbstractII第一章緒論11.1 自動(dòng)售貨機(jī)的理

9、論背景與實(shí)際意義11.2 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的基本思路1第二章 PLC的概述22.1 PLC的定義與硬件組成22.2 PLC的循環(huán)掃描工作32.3 PLC的工作原理與特點(diǎn)32.4 PLC與其它工業(yè)控制裝置的比較52.5 PLC的應(yīng)用場(chǎng)合與選擇5第三章自動(dòng)售貨機(jī)的硬件73.1 硬幣識(shí)別器73.2 開關(guān)電源83.3 電磁閥83.4 液位開關(guān)9第四章自動(dòng)售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì)114.1 控制要求114.2 方案設(shè)計(jì)114.3 控制流程圖124.4 I/O口分配134.5 控制接線圖134.6 程序設(shè)計(jì)14第五章梯形圖程序調(diào)試20結(jié)語21參考文獻(xiàn)22附錄23致29第一章 緒論1.1 自動(dòng)售貨機(jī)的理論背景與實(shí)際意

10、義自動(dòng)售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時(shí)營(yíng)業(yè)的微型超市。在日本，70的罐裝飲料是通過自動(dòng)售貨機(jī)售出的；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺(tái)飲料自動(dòng)售貨機(jī)。在中國(guó),自動(dòng)售貨機(jī)1999年開始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。如今，在機(jī)場(chǎng)、地鐵、商場(chǎng)、公園等客流量較大的場(chǎng)所，已不難發(fā)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的身影1。從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來看，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)以與消費(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)地的局限性以與購(gòu)物

11、的便利性等這些因素的制約，無人自動(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)逐漸被越來越多的消費(fèi)者所接受。但由于售貨機(jī)分布零散、圍廣闊的特點(diǎn)，自動(dòng)售貨機(jī)在為消費(fèi)者帶來方便的同時(shí)，也為經(jīng)營(yíng)者在監(jiān)控、管理、維護(hù)等方面帶來很大的不便。目前售貨機(jī)運(yùn)行的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，又無法與時(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2。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可以使自動(dòng)售貨機(jī)的經(jīng)營(yíng)者根據(jù)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)

12、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)的運(yùn)營(yíng)人員，從而可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決問題。1.2 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的基本思路本次設(shè)計(jì)的題目是基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是應(yīng)用三菱FX-2N型PLC的梯形圖來設(shè)計(jì)控制程序，并簡(jiǎn)單介紹相關(guān)的知識(shí)，如：PLC的定義、PLC的工作原理、PLC的硬件組成等。根據(jù)設(shè)計(jì)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明該設(shè)計(jì)的控制原理過程。本次設(shè)計(jì)的重要部分是第四章的設(shè)計(jì)部分

13、，即自動(dòng)售貨機(jī)梯形圖的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)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，這樣才能真正理解自動(dòng)售貨機(jī)的系統(tǒng)控制原理。第二章 PLC的概述2.1 PLC的定義與硬件組成美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器與其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)

14、展其功能的原則而設(shè)計(jì)3。定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用圍。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，它也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等幾部分組成4。其中，CPU是

15、PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖2.1所示。圖2.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖2.2 PLC的循環(huán)掃描工作對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回到第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期5。PLC的掃描全過程如圖2.2所示。（1）輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。（2）程序執(zhí)行

16、階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。（3）輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。圖2.2 PLC的掃描全過程2.3 PLC的工作原理與特點(diǎn)PLC的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的，可以簡(jiǎn)單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC通電后，首先對(duì)硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)如圖2.3所示。但是PLC也有它自己的特點(diǎn)，PLC

17、在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機(jī)，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理與應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的6。讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信要求自診斷檢查改寫輸出RUN狀態(tài)讀取輸入處理通信要求自診斷檢查改寫輸出STOP狀態(tài)圖2.3 各階段處理任務(wù)PLC專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，以用戶需要為主，又采用了先進(jìn)的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，所以具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)7。（1）可靠性高PLC由于選用了大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件和軟件的設(shè)計(jì)制造過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，所以具有很高的可靠性。PLC控制系統(tǒng)平均無故障時(shí)間可達(dá)2萬小

18、時(shí)以上。高可靠性是PLC成為通用自動(dòng)控制設(shè)備的首選條件之一。（2）編程簡(jiǎn)單、使用方便PLC的編程采用類似繼電控制系統(tǒng)電器原理的梯形圖，用串聯(lián)、并聯(lián)、定時(shí)、計(jì)數(shù)等人們所熟悉的概念，使計(jì)算機(jī)語言大眾化，只要是比較熟練的電工和熟悉工業(yè)知識(shí)的人在幾天就能學(xué)會(huì)，這是PLC得到推廣的重要原因之一。（3） 通用性好，具有在線修改能力PLC的硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以靈活的組合以適應(yīng)不同的控制對(duì)象、控制規(guī)模和控制功能的要求，為組成各種系統(tǒng)帶來極大的方便。同一臺(tái)PLC裝置用于不同受控對(duì)象時(shí),只是輸入輸出組件、功能模塊和應(yīng)用軟件不同。同時(shí)，PLC控制系統(tǒng)中的控制電路是由軟件編程完成的，只要對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行修改就可以滿

19、足不同的控制要求，因此PLC具有在線修改能力，功能易于擴(kuò)展，給生產(chǎn)帶來了“柔性”，具有工業(yè)通用性。（4） 設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)試制周期短，維護(hù)容易目前PLC產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，正朝著通用化方向發(fā)展，設(shè)計(jì)人員只需要根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，選用相應(yīng)的模塊進(jìn)行組件設(shè)計(jì)。同時(shí)，用軟件編程代替了機(jī)電控制的硬連線，大大的減輕了繁重的安裝和接線工作，這不僅提高了可靠性，還極大的縮短了施工周期。PLC還具有故障檢測(cè)與顯示的功能，使故障處理時(shí)間可縮短為10分鐘，對(duì)維護(hù)人員的技術(shù)水平要求也不太高。（5）體積小由于采用了微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，使PLC達(dá)到了小型和超小型化，很容易裝入機(jī)械設(shè)備部，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。由于上述

20、特點(diǎn)，PLC作為通用自動(dòng)化控制設(shè)備，可用于單一機(jī)電設(shè)備的控制也可用于工藝過程的控制，而且控制精度相當(dāng)高，操作簡(jiǎn)便，又具有很大的靈活性和擴(kuò)展性，使得PLC的應(yīng)用越來越廣泛。2.4 PLC與其它工業(yè)控制裝置的比較(1) PLC與集散控制系統(tǒng)PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期的功能是以數(shù)字量的順序控制為主。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，PLC在邏輯運(yùn)算、璧還調(diào)節(jié)的功能，運(yùn)算速度提高，輸入輸出規(guī)模擴(kuò)大，并開始與小型計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成以PLC為重要部件的初級(jí)分散控制系統(tǒng)8。集散控制系統(tǒng)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期的功能以回路調(diào)節(jié)為主。隨著微處理器和單片機(jī)的出現(xiàn)，他把順序控制

21、技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、過程控制的模擬量?jī)x表和過程監(jiān)控裝置等有機(jī)的結(jié)合在一起，形成了新一代的集散型控制系統(tǒng)?？梢?，不論是PLC還是集散系統(tǒng)，在發(fā)展過程中，始終是互相滲透，互相補(bǔ)充。新一代的PLC增強(qiáng)了模擬量控制功能，可配備各種智能模塊，具有了PID調(diào)節(jié)功能和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、組成分級(jí)控制的功能。集散系統(tǒng)既有單回路控制功能，也有多回路控制功能，同時(shí)也有順序控制功能。因此，當(dāng)今的PLC與集散控制系統(tǒng)的發(fā)展越來越接近，很多生產(chǎn)過程的控制既可用PLC實(shí)現(xiàn)，也可用集散系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。(2) PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是指能夠提供各種數(shù)據(jù)采集和控制功能，能夠和工業(yè)對(duì)象的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接接口，能夠在惡劣的工

22、業(yè)環(huán)境可靠運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。工業(yè)控制機(jī)是由通用微機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展而來，硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，模型復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。但是，使用工業(yè)控制機(jī)的人員的技術(shù)水平要求較高，一般具有一定的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。工業(yè)控制機(jī)在整機(jī)結(jié)構(gòu)上尚不能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，因而，不如PLC那樣容易推廣。PLC是專為工廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)上采用整體密封或插件組合型，并采用了一系列抗干擾措施，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用有很高的可靠性；PLC是由電氣控制廠家研制出來的，采用梯形圖語言編程，使熟悉電器控制的人員易學(xué)易懂，易于推廣。但是，由于PL

23、C的運(yùn)行方式不同于工業(yè)微機(jī)，微機(jī)的很多軟件還不能直接應(yīng)用，且PLC的標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，各廠家的產(chǎn)品不通用，因此在開發(fā)上不如工業(yè)控制機(jī)那樣有基礎(chǔ)。2.5 PLC的應(yīng)用場(chǎng)合與選擇隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強(qiáng)。目前在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中PLC已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用面幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)，諸如鋼鐵、冶金、采礦、水泥、石油、化工、輕工、電力、機(jī)械制造、汽車等等各行各業(yè)、特別是在輕工業(yè)中，因生產(chǎn)門類多，加工方式多變，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，所以PLC廣泛應(yīng)用在組合機(jī)床自動(dòng)線、專用機(jī)床、塑料機(jī)械、包裝機(jī)械、電梯等電器設(shè)備中。PLC已經(jīng)躍居現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大產(chǎn)柱（PLC、

24、ROBOT、CAD/CAM）的主導(dǎo)地位9。目前的PLC品牌很多，比較有名的有美國(guó)AB，ABB，松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士，施耐德，信捷等。而不同的PLC其產(chǎn)品價(jià)格差價(jià)也是很大，在質(zhì)量和I/O點(diǎn)數(shù)幾乎一樣的情況下可以相差較多10。三菱FX2N系列是作為一種小型機(jī)，其功能較為完善，性能價(jià)格比高，較為適合自動(dòng)售貨機(jī)。另外在本設(shè)計(jì)中PLC需要接11個(gè)輸入點(diǎn)和12個(gè)輸出點(diǎn)，以與為了以后的擴(kuò)展需要，由以上三點(diǎn)因素，選擇了三菱PLC，F(xiàn)X2N-48MR型。三菱PLC，F(xiàn)X2N-48MR是具有高級(jí)處理功能的型號(hào)，其輸入和輸出點(diǎn)數(shù)之和為48點(diǎn)，還可以擴(kuò)展到256點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高。其外觀如圖2.4

25、所示。圖2.4 三菱PLC FX2N-48MR三菱PLC FX2N-48MR性能規(guī)格：（1）運(yùn)轉(zhuǎn)控制方式：通過儲(chǔ)存的程序周期運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）運(yùn)轉(zhuǎn)處理時(shí)間：基本指令：0.8µs/指令，應(yīng)用指令：1.52至幾百µs/指令。（3）編程語言：邏輯梯形圖和指令清單。（4）程式容量：8000步置。（5）指令數(shù)目：基本順序指令 27，步進(jìn)梯形指令 2，應(yīng)用指令 128。（6）I/O配置：最大硬件I/O配置點(diǎn)256。（7）輔助繼電器（M線圈）：一般：500點(diǎn)，鎖定：2572點(diǎn)，特殊：256點(diǎn)。（8）狀態(tài)繼電器（S線圈）：一般：490點(diǎn)，鎖定：400點(diǎn)，初始：10點(diǎn)，信號(hào)報(bào)警器：100點(diǎn)。（9）

26、定時(shí)器（T）：100毫秒，圍0至3276.7秒（200點(diǎn)）；10毫秒，圍0至327.67秒（46點(diǎn)）；1毫秒保持型，圍0至32.767秒（4點(diǎn)）。（10）計(jì)數(shù)器（C）:一般16位，圍0至32767數(shù)（200點(diǎn)），鎖定16位，圍100點(diǎn)，一般32位，圍15點(diǎn),鎖定32位，圍15點(diǎn)。第三章自動(dòng)售貨機(jī)的硬件3.1 硬幣識(shí)別器一、硬幣識(shí)別器的原理硬幣識(shí)別器主要識(shí)別現(xiàn)在國(guó)家發(fā)行的一元、五角、一角的硬幣。我國(guó)目前發(fā)行的一元，五角和一角硬幣的金屬原材料是為制造硬幣而專門使用的特殊合金，因此在它通過投幣入口進(jìn)入由電感和電容組成的特定傳感器，金屬材質(zhì)和體積的差異對(duì)電容量和電感量的影響大小也出現(xiàn)微弱差異。電容量、

27、電感量的變化引起電壓的變化，再通過檢測(cè)電路將信號(hào)放大，與設(shè)定值進(jìn)行比較，確定某種硬幣種類并對(duì)PLC的輸入單元發(fā)出信號(hào)，PLC根據(jù)接收到的信號(hào),對(duì)硬幣值進(jìn)行累加計(jì)數(shù)。二、硬幣識(shí)別器的特點(diǎn) 根據(jù)對(duì)硬幣識(shí)別器的了解與選擇，確定使用側(cè)投類CPU硬幣識(shí)別器（多幣值），其外觀結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1 側(cè)投類CPU硬幣識(shí)別器該硬幣識(shí)別器的特點(diǎn)：（1）根據(jù)硬幣的材質(zhì)、直徑來識(shí)別真假幣，準(zhǔn)確度高。（2）可隨意設(shè)定所需幣種，無須夾取樣幣來做比較，CPU自動(dòng)記憶所設(shè)定的樣幣。（3）最多可設(shè)定3種不同規(guī)格的硬幣（即可同時(shí)識(shí)別3種不同的硬幣）?？稍O(shè)定一個(gè)硬幣輸出1-99個(gè)脈沖信號(hào)，或幾個(gè)（1-9個(gè)）硬幣輸出一個(gè)脈沖

28、信號(hào)。（4）防釣魚效果好?？蛇B接計(jì)數(shù)器，方便計(jì)數(shù)。（5）可根據(jù)需要，增加累計(jì)輸出功能、時(shí)間控制與禁止接收硬幣等功能。三、側(cè)投類CPU硬幣識(shí)別器性能適用硬幣:直徑18mm-32mm；厚度1.2mm-3.2mm。適用于人民幣、各種外幣等 。工作電壓:AC 220V，功耗：靜能0.5mW ；動(dòng)能0.5W 。工作溫度:-20+50。3.2 開關(guān)電源在自動(dòng)售貨機(jī)中指示燈、警鈴、等電源為DC 24V，因此需要配備直流24V開關(guān)電源。本文選擇了WP10-S-24，其外觀如圖3.2所示。圖3.2 WP10-S-24外觀圖本開關(guān)電源的性能規(guī)格（1）交流電壓輸入圍：170264VAC。（2）直流調(diào)整圍：額定輸出電

29、壓± 10 。（3）輸出過載保護(hù)：110 150 。（4）工作溫度：-10+50。3.3 電磁閥電磁閥的工作原理電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動(dòng)。用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓缸控制，所以就會(huì)用到它的工作原理，里面有密閉的腔，在不同的位置開有通孔，每個(gè)孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來檔住或漏出不同的排油孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動(dòng)油剛的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制

30、了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。追朔的發(fā)展史，到目前為止，國(guó)外的從原理上分為三大類(即：直動(dòng)式、分布直動(dòng)式、先導(dǎo)式)，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個(gè)分支小類(直動(dòng)膜片結(jié)構(gòu)、分步重片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)膜式結(jié)構(gòu)、直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、分步直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu))。一、直動(dòng)式：原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，關(guān)閉。特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但通徑一般不超過25mm。二、分布直動(dòng)式：原理：它是一種直動(dòng)式和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒有壓差時(shí)，通電后，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開。當(dāng)入口與出口達(dá)到

31、啟動(dòng)壓差時(shí)，通電后，電磁力先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使關(guān)閉。特點(diǎn)：在零壓差或真空、高壓時(shí)亦能可動(dòng)作，但功率較大，要求必須水平安裝。三、先導(dǎo)式：原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，打開；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉。特點(diǎn)：流體壓力圍上限較高，可任意安裝但必須滿足流體壓差條件 。本文采用的是直動(dòng)式電磁閥，如圖3.3所示。圖3.3 直動(dòng)式電磁

32、閥3.4 液位開關(guān)液位開關(guān)，也稱水位開關(guān)，液位傳感器，顧名思義，就是用來控制液位的開關(guān)。從形式上主要分為接觸式和非接觸式。常用的非接觸式開關(guān)有電容式液位開關(guān),接觸式的浮球式液位開關(guān)應(yīng)用最廣泛。電極式液位開關(guān)，電子式液位開關(guān)，電容式液位開關(guān)也可以采用接觸式方法實(shí)現(xiàn)。一、電容式液位開關(guān)電容式液位開關(guān)是采用偵測(cè)液位變化時(shí)所引起的微小電容量（通常為PF)差值變化，并由專用的ADA電容檢測(cè)芯片進(jìn)行信號(hào)處理（可以輸出多種信號(hào)通訊協(xié)議，如：IO,BCD, PWM,UART,IIC），從而檢測(cè)出水位，并輸出信號(hào)到輸出端。電容式液位檢測(cè)的最大優(yōu)勢(shì)在于可以隔著任何介質(zhì)檢測(cè)到容器的水位或液體的變化，大大擴(kuò)展了實(shí)際應(yīng)

33、用，同時(shí)有效避免了傳統(tǒng)液位檢測(cè)方式的穩(wěn)定性、可靠性差的弊端。在某些特殊領(lǐng)域不能檢測(cè)的問題，使用置MCU雙核處理的ADA電容檢測(cè)芯片的電容式液位開關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)很多特殊控制功能，甚至實(shí)現(xiàn)更多的集成化、智能化水位檢測(cè)功能，諸如太陽能熱水器、咖啡壺等應(yīng)用中掉電后的水位變化也能可靠檢測(cè)當(dāng)前水位，電容式液位檢測(cè)是目前液位開關(guān)中最有優(yōu)勢(shì)的檢測(cè)方法。二、電纜浮球液位開關(guān)浮球液位開關(guān)是利用微動(dòng)開關(guān)做接點(diǎn)輸出。當(dāng)水平面以上揚(yáng)線角度超過28°時(shí)，浮球液位開關(guān)部的鋼珠會(huì)滾動(dòng)壓到微動(dòng)開關(guān)或脫離微動(dòng)開關(guān)，使液位開關(guān)ON或OFF的接點(diǎn)信號(hào)輸出。也有另一類浮球液位開關(guān)，利用水銀開關(guān)做接點(diǎn)輸出，當(dāng)液位上升接觸浮球時(shí)

34、，浮球以重錘為中心隨水位上升角度變化。當(dāng)水面以上揚(yáng)線角度超過10°時(shí)，液位開關(guān)便會(huì)有ON或OFF的接點(diǎn)信號(hào)輸出。三、電子式液位開關(guān)電子式液位開關(guān)通過置電子探頭對(duì)水位進(jìn)行檢測(cè)，再由芯片對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理，當(dāng)判斷到有水時(shí)，芯片輸出高電平24V或5V等(PNP型或NPN型均可），當(dāng)判斷到無水時(shí)，芯片輸出0V。高低電平的信號(hào)通過PLC或其它控制電路來讀取，并驅(qū)動(dòng)水泵等用電器工作。 圖3.4 電子式液位開關(guān)電子式液位開關(guān)可以橫向或豎向安裝。 當(dāng)橫向安裝時(shí)，水位到達(dá)藍(lán)線就動(dòng)作，且精度較高。產(chǎn)品豎向安裝時(shí)，水位到達(dá)紅線就動(dòng)作，有一定的防波浪功能。電子式液位開關(guān)一般采用環(huán)氧樹脂封灌，密封防水，可

35、長(zhǎng)期浸在液體中，外部無機(jī)械活動(dòng)部件，壽命長(zhǎng)。圖3.4的BZ2401為普通型電子式液位開關(guān)，適用常溫水體環(huán)境。本設(shè)計(jì)中就是采用的此液位開關(guān)。第四章 自動(dòng)售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì)4.1 控制要求（1）自動(dòng)售貨機(jī)可投入5角、1元的硬幣。 （2）所售飲料標(biāo)價(jià)：純凈水1元,汽水2.5元，咖啡3元。（3）當(dāng)投入的硬幣總值超過所購(gòu)飲料的標(biāo)價(jià)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的可購(gòu)買飲料的指燈亮，作可購(gòu)買提示。（4）當(dāng)物品對(duì)應(yīng)的指示燈亮?xí)r，按下相應(yīng)的按鍵，相應(yīng)的物品排出，5s后自動(dòng)停止,同時(shí)指示燈閃爍。（5）購(gòu)買飲料后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算剩余幣值，并根據(jù)剩余幣值提示可購(gòu)買的飲料（指示燈亮）。（6）當(dāng)顧客成功購(gòu)買完一件物品后30秒無操作，自動(dòng)售貨機(jī)

36、會(huì)自動(dòng)將余款退還顧客。（7）如果顧客投入硬幣后又不想買物品，按下退款按鍵，自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)自動(dòng)將余款退還顧客。（8）如果顧客投入硬幣總值超過所選物品的價(jià)值時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)自動(dòng)將余款退還顧客。（9）當(dāng)物品不足時(shí)，對(duì)應(yīng)的物品指示燈亮紅燈，顧客按下相應(yīng)的按鍵無反應(yīng)（不出物品，不減余額）。4.2 方案設(shè)計(jì)（1）通過分析，取最有把握的思路，故采取一般梯形圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。（2）注意點(diǎn)，程序運(yùn)行開始階段要有上電復(fù)位，讓機(jī)子清零。（3）本自動(dòng)售貨機(jī)可使用5角、1元硬幣，計(jì)幣時(shí)用ADD指令進(jìn)行累加從而得到一個(gè)投幣總額；比較幣值時(shí)使用CMP指令來判斷是否符合純凈水排出或汽水排出或咖啡排出的條件；余額計(jì)算時(shí)用SUB指令

37、從投幣總額中扣除顧客所消費(fèi)的幣值總額；退幣計(jì)算時(shí)用到觸點(diǎn)型比較指令。（4）PLC選用繼電器輸出型。（5）要現(xiàn)顧客的循環(huán)購(gòu)買，故需實(shí)現(xiàn)控制程序的跳轉(zhuǎn)。（6）退幣結(jié)束時(shí)，使用ZRST指令進(jìn)行購(gòu)買完成的復(fù)位，以準(zhǔn)備下一個(gè)顧客購(gòu)買飲料，防止出現(xiàn)錯(cuò)誤。4.3 控制流程圖自動(dòng)售貨機(jī)PLC的控制流程圖，如圖4.1所示。開始比 較幣價(jià)投幣計(jì)數(shù)是否退幣純凈水選擇咖啡選擇減去咖啡用幣退幣計(jì)數(shù)錢幣倒入退幣箱結(jié)束減去純凈水用幣汽水選擇減去汽水用幣錢幣不足NY圖4.1 控制流程圖4.4 I/O口分配列出I/O口分配表，如表4.1所示。表4.1 I/O口分配表輸入輸出輸入點(diǎn)功能輸出點(diǎn)功能X0五角投幣器Y0純凈水電磁閥X1

38、一元投幣器Y1汽水電磁閥X2純凈水按鈕Y2咖啡電磁閥X3汽水按鈕Y3純凈水指示燈X4咖啡按鈕Y4汽水指示燈X5找錢按鈕Y5咖啡指示燈X6急停按鈕Y6余錢指示燈X7啟動(dòng)按鈕Y10無純凈水報(bào)警燈X10純凈水液位開關(guān)Y11無汽水報(bào)警燈X11汽水液位開關(guān)Y12無咖啡報(bào)警燈X12咖啡液位開關(guān)Y13一元退幣馬達(dá)Y14五角退幣馬達(dá)4.5 控制接線圖本系統(tǒng)是一個(gè)小型集中控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關(guān)信號(hào)的數(shù)量、用戶程序的長(zhǎng)短與相關(guān)的功能。根據(jù)控制要求，I/O點(diǎn)數(shù)在24個(gè)左右，選擇性能價(jià)格比較高的三菱FX2N-48MR，其中其輸入點(diǎn)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)為24點(diǎn)，該P(yáng)LC為繼電器輸出型。本設(shè)計(jì)中

39、，退幣按鈕、各種飲料按鈕和飲料出口（驅(qū)動(dòng)電磁閥）等均為開關(guān)量。根據(jù)上述要求，繪制出PLC控制電路接線圖，如圖4.2所示。圖4.2 控制接線圖4.6 程序設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)為畢業(yè)設(shè)計(jì), 因此要求上要有現(xiàn)實(shí)中的自動(dòng)售貨機(jī)的多種功能。根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的流程可以知道自動(dòng)售貨機(jī)的主要系統(tǒng)包括：計(jì)幣部分、比較部分、選擇和飲料供應(yīng)部分、余額計(jì)算部分、退幣部分、報(bào)警部分。一、計(jì)幣部分當(dāng)有顧客購(gòu)買飲料時(shí)，投入硬幣時(shí)由硬幣識(shí)別器識(shí)別硬幣, 如果是真幣則系統(tǒng)將硬幣自動(dòng)傳送到相應(yīng)的硬幣貯存部分,然后在PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，如果是假幣則系統(tǒng)自動(dòng)退出硬幣,梯形圖如圖4.3所示。圖4.3 計(jì)幣部分二、比較部分投幣完成后，系

40、統(tǒng)會(huì)將D0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1元投幣<2.5元，則純凈水選擇指示燈長(zhǎng)亮，此時(shí)可以選擇純凈水或退幣；若2.5元投幣<3元，則純凈水和汽水指示燈長(zhǎng)亮，此時(shí)可以選擇純凈水、汽水或退幣；投幣3元,則純凈水、汽水和咖啡指示燈長(zhǎng)亮,此時(shí)可以選擇純凈水、汽水、咖啡或退幣。梯形圖如圖4.4所示:圖4.4 比較部分三、選擇和飲料供應(yīng)部分比較完成后，按下指示燈長(zhǎng)亮的選擇按鈕，相應(yīng)的電磁閥起動(dòng)，并且相應(yīng)的選擇指示燈由長(zhǎng)亮轉(zhuǎn)為以1s為周期的閃爍直至飲料供應(yīng)完畢后閃爍停止。當(dāng)飲料輸出達(dá)到5s時(shí)，電磁閥關(guān)斷。梯形圖如圖4.5所示：圖4.5 選擇和飲料供應(yīng)部分四、余額計(jì)算部分飲料輸出的

41、同時(shí)減去相應(yīng)的購(gòu)買幣數(shù)。梯形圖如圖4.6所示：圖4.6 余額計(jì)算部分五、退幣部分顧客可在購(gòu)?fù)觑嬃虾?，由退幣指示燈Y6可知是否可以退幣。指示燈亮，則可以退幣，當(dāng)按下退幣控制按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D1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D12中，依次類推選擇退幣的同時(shí)起動(dòng)2個(gè)退幣電動(dòng)機(jī)。2個(gè)感應(yīng)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)感應(yīng)器記幣的個(gè)數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時(shí)，退幣電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC編程梯形圖如圖4.7所示：圖4.7 退幣部分六、報(bào)警部分PLC在報(bào)警系統(tǒng)中，只起到開關(guān)連接的作用，當(dāng)售貨機(jī)里面沒有飲料時(shí)，對(duì)應(yīng)的指示

42、燈就會(huì)亮紅燈，作報(bào)警提示。具體梯形圖如圖4.8所示：圖4.8 報(bào)警部分第五章 梯形圖程序調(diào)試由于實(shí)驗(yàn)室沒有相應(yīng)的實(shí)物控制模型(自動(dòng)售貨機(jī))，因此，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時(shí)，所有的輸入信號(hào)均用開關(guān)按鈕來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調(diào)試時(shí)，首先按控制系統(tǒng)PLC接線圖完成硬件接線，并仔細(xì)檢查接線是否有誤，特別要注意接線時(shí)不能出現(xiàn)短路、斷路與反接等情況，否則會(huì)造成硬件損壞與人身意外。開始程序調(diào)試：首先將PLC控制程序?qū)懭氲絇LC機(jī)器中，再選擇監(jiān)控狀態(tài)，使PLC處于“RUN”狀態(tài)，然后逐一按投幣感應(yīng)器（即硬幣識(shí)別機(jī)相對(duì)應(yīng)的輸入開關(guān)），觀察有沒有進(jìn)行累加幣值；或按選擇按鈕，觀察輸出指示燈是否按預(yù)計(jì)效果閃滅（即顯示飲料選擇提示、飲料送出、送出時(shí)間和退幣提示），并通過監(jiān)控狀態(tài)觀察程序的運(yùn)行過程與輸入輸出信號(hào)、部描述實(shí)際出現(xiàn)的問題與解決方案。對(duì)報(bào)警部分進(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。要對(duì)照設(shè)計(jì)控制要求，逐一檢驗(yàn)設(shè)計(jì)功能是否能有效的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)程序進(jìn)行改進(jìn)和完善。調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)了很多在設(shè)計(jì)之初沒有考慮到的問題，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和不斷的改進(jìn)，問題逐個(gè)被解決?？偠灾?，對(duì)程序必