基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

PAGE畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目：基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)機(jī)電一體化班級(jí)姓名_指導(dǎo)教目錄第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研………1第二部分設(shè)計(jì)說(shuō)明………………3第三部分設(shè)計(jì)成果………………10第四部分結(jié)束語(yǔ)…………………19第五部分致謝……………………20

第六部分參考文獻(xiàn)………………21

第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研

1.1自動(dòng)售貨機(jī)概述

自動(dòng)售貨機(jī)是完成無(wú)人售貨、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24小時(shí)售貨，因此深受上班族的歡迎。很多城市的公共場(chǎng)所都放置有自動(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、方便面、自動(dòng)照相機(jī)等。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，商夏、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。常見(jiàn)的自動(dòng)售貨機(jī)如圖1-1所示。

圖1-1自動(dòng)售貨機(jī)

1.2自動(dòng)售貨機(jī)功能分析售貨機(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)完整的售退幣功能。自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程圖如圖1-2。

圖1-2自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖1.3自動(dòng)售貨機(jī)的前景分析

現(xiàn)在，中國(guó)自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入了發(fā)展期。另外，各個(gè)大型城市的改造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)支付等貨機(jī)產(chǎn)品專項(xiàng)調(diào)研及未來(lái)五年投資分析預(yù)測(cè)報(bào)告》是結(jié)合自動(dòng)售技術(shù)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。

1.4設(shè)計(jì)任務(wù)控制要求如下：(1)貨物種類共9種，這9種物品分別對(duì)應(yīng)著9個(gè)不同的按鍵選擇，其中1元、2元、3元價(jià)格不等的物品各3種；貨幣識(shí)別裝置能夠識(shí)別0.5元、1元、5元的貨幣。(2)在規(guī)定的30秒時(shí)間內(nèi)可多次投入貨幣，能夠?qū)崿F(xiàn)貨幣累加功能，超過(guò)30秒投幣無(wú)效。

(3)如果累計(jì)投入的貨幣數(shù)目超過(guò)所購(gòu)買物品的總價(jià)，機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)找錢功能；如果投入的貨幣沒(méi)有達(dá)到所選擇物品的價(jià)格，投入的錢將全部退還；在投入一次累加貨幣后選擇物品時(shí)，如果投入的累加貨幣數(shù)目大大超過(guò)所選擇物品的預(yù)設(shè)單個(gè)價(jià)格時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)選擇同一件物品購(gòu)買多個(gè)。(4)設(shè)計(jì)13個(gè)按鍵選擇，其中9個(gè)是貨物選擇，2個(gè)多選鍵，還有一個(gè)確定鍵和一個(gè)取消鍵，如果沒(méi)有按流程進(jìn)行按鍵，自動(dòng)售貨機(jī)將啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，等待再次正確的按鍵選擇。(5)應(yīng)有購(gòu)買貨物的總花錢數(shù)和找零的貨幣數(shù)的顯示。

第二部分設(shè)計(jì)說(shuō)明

根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，繪出自動(dòng)售貨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。圖2-1自動(dòng)售貨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖其中，1——西瓜汁（1元）；2——橙汁（1元）；3——葡萄汁（1元）；4——綠茶（2元）；5——紅茶（2元）；6——奶茶（2元）；7——咖啡（3元）；8——可樂(lè)（3元）；9——牛奶（3元）。用數(shù)字鍵代替商品按鍵，就能在某種商品缺貨的時(shí)候能及時(shí)地補(bǔ)上其他的商品種類，并且不會(huì)使顧客混淆，使人機(jī)界面更加友好。根據(jù)上述要求，制定合理方案：首先，應(yīng)該做上位機(jī)與下位機(jī)的任務(wù)分工，上位機(jī)主要用來(lái)完成仿真界面的制作過(guò)程，而下位機(jī)則主要用來(lái)完成PLC程序的編寫；其次，要分別對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行資料的查找與收集。例如在進(jìn)行仿真界面的設(shè)計(jì)時(shí)可以去觀看一下真正售貨機(jī)的外觀，必要時(shí)可以借助一些宣傳圖片來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的外型；在進(jìn)行PLC程序的編寫時(shí)需要先分配PLC的I/O點(diǎn)，確定上、下位機(jī)的接口；然后，分別對(duì)上、下位機(jī)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)工作；最后，進(jìn)行上位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果與下位機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。另外，上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作是密切配合的，它們無(wú)論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對(duì)象都應(yīng)該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對(duì)象，利用PLC來(lái)控制這個(gè)仿真的自動(dòng)售貨機(jī)，仿真的自動(dòng)售貨機(jī)接受PLC的控制指令并完成相應(yīng)的動(dòng)作；另一方面，仿真界面中的仿真自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語(yǔ)言來(lái)完成的。這是整個(gè)仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關(guān)系。本設(shè)計(jì)主要是對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)中的下位機(jī)，也就是主要是對(duì)PLC在其中的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。由此繪出系統(tǒng)組成框圖如2-2所示。

圖2-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

PLC控制系統(tǒng)：接受人民幣識(shí)別系統(tǒng)信息，確認(rèn)已接受的人民幣是否可購(gòu)買消費(fèi)者所指定的商品，確認(rèn)后按要求售出商品。錢幣識(shí)別傳感器：主要包括紙幣識(shí)別器、硬幣識(shí)別器、硬幣找零系統(tǒng)等，它主要實(shí)現(xiàn)識(shí)別真假紙幣(一般為拾元、伍元)和硬幣(壹元、伍角)、拒收假幣和殘幣、正確找零的功能。補(bǔ)料及出貨系統(tǒng)：貨柜由多層貨架組成，當(dāng)購(gòu)物者指定所需商品后，由控制系統(tǒng)啟動(dòng)出貨系統(tǒng)出貨；當(dāng)某種貨物被取出后，補(bǔ)料機(jī)構(gòu)自動(dòng)補(bǔ)料（在這里補(bǔ)料機(jī)構(gòu)采用簡(jiǎn)單的傾斜式機(jī)構(gòu)，即當(dāng)某種貨物被售出后，補(bǔ)料機(jī)構(gòu)里面的貨物直接向前滑至首位進(jìn)行補(bǔ)位）。顯示機(jī)構(gòu)：顯示購(gòu)買的瓶數(shù)、投入的錢數(shù)以及剩余的錢數(shù)。

2.2總體方案設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)中的貨物品種不多，因此要求上沒(méi)有現(xiàn)實(shí)中的自動(dòng)售貨機(jī)功能強(qiáng)大。本自動(dòng)售貨機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括：計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。

(1)計(jì)幣系統(tǒng)：當(dāng)有顧客買飲料時(shí)，投入的錢幣經(jīng)過(guò)識(shí)別機(jī)構(gòu)，記錄5角、1元或5元錢的個(gè)數(shù)，通過(guò)個(gè)數(shù)與幣值相乘或者相加，并將總錢幣數(shù)據(jù)存放在D9（數(shù)據(jù)寄存器）中。

(2)比較系統(tǒng)：投入錢幣完畢后，系統(tǒng)會(huì)把D9內(nèi)的錢幣數(shù)據(jù)和可以購(gòu)買飲料的價(jià)格進(jìn)行比較，當(dāng)投入的錢幣總值超過(guò)1元小于2元時(shí)，西瓜汁、橙汁、葡萄汁的指示燈亮；當(dāng)投入的錢幣總值超過(guò)2元小于3元時(shí)，西瓜汁、橙汁、葡萄汁、綠茶、紅茶、奶茶的指示燈亮；當(dāng)投入的錢幣總值超過(guò)3元時(shí)，9種飲料的指示燈都亮，并且多選鍵“2”也亮；當(dāng)投入的錢幣總值超過(guò)5元時(shí)，所有的指示燈都亮，此時(shí)可以選擇飲料或選擇退幣。

(3)選擇系統(tǒng)：比較電路完成后選擇電路指示燈亮，當(dāng)按下西瓜汁或綠茶選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的指示燈轉(zhuǎn)為1秒為周期的閃爍。當(dāng)相應(yīng)的飲料供應(yīng)完畢后，閃爍同時(shí)停止。此時(shí)可以按繼續(xù)購(gòu)買按鈕，繼續(xù)購(gòu)買飲料，實(shí)現(xiàn)循環(huán)購(gòu)買。

(4)飲料供應(yīng)系統(tǒng)：當(dāng)按下選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的電機(jī)Y3—2.3自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖2-3自動(dòng)售貨機(jī)硬件系統(tǒng)組成部分其中，溫控模塊包括溫度采集和加熱制冷控制；銷售模塊完成一個(gè)整體的銷售動(dòng)作，一般都是電機(jī)驅(qū)動(dòng)特定的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；人機(jī)模塊包括鍵盤和顯示，有的機(jī)器還加上了顯示屏，可以投放廣告；目前僅部分高端機(jī)器有通訊模塊的功能，一般都是采用GPRS模塊，可以完成銷售統(tǒng)計(jì)、原料補(bǔ)給、廣告管理以及一些會(huì)員服務(wù)。(1)、工作流程首先開(kāi)機(jī)后要自檢各個(gè)部件的狀態(tài)是否正常，若不正常要顯示錯(cuò)誤信息，方便運(yùn)營(yíng)人員及時(shí)修復(fù)；若自檢通過(guò)，檢查商品信息，若缺少貨物，停止銷售該類商品；然后等待，等待消費(fèi)者投錢和選擇商品，若有人選擇商品，等錢幣投入后就開(kāi)始執(zhí)行銷售模塊，將產(chǎn)品送出，并找零錢。這是最基本的功能描述，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，有很多的因素需要考慮，一定要保證機(jī)器工作的可靠性和穩(wěn)定性。

（2）功能方面所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對(duì)PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。（3）價(jià)格方面不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。|

第三部分設(shè)計(jì)成果3.1PLC選型自動(dòng)售貨機(jī)PLC控制系統(tǒng)是比較簡(jiǎn)單的順序控制，則需選擇具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等基本功能的小型PLC，再根據(jù)估算出其輸入輸出點(diǎn)數(shù)，可選擇日本三菱FM-2N系列的FM2N-48MR型的PLC，如圖3-1所示。

圖3-1三菱FM-2N系列PLC

3.2程序設(shè)計(jì)一般講，配置好的PLC其輸入點(diǎn)數(shù)與控制對(duì)象的輸入信號(hào)數(shù)總是相應(yīng)的，輸出點(diǎn)數(shù)與輸出的控制回路數(shù)也是相應(yīng)的（如果有模擬量，則模擬量的路數(shù)與實(shí)際的也要相當(dāng)），故I/O的分配實(shí)際上是把PLC的入、出點(diǎn)號(hào)分給實(shí)際的I/O電路，編程時(shí)按點(diǎn)號(hào)建立邏輯或控制關(guān)系，接線時(shí)按點(diǎn)號(hào)“對(duì)號(hào)入坐”進(jìn)行接線。表3－1I/O信號(hào)地址分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)編號(hào)5角投幣光電開(kāi)關(guān)ST1X0005角退幣光電開(kāi)關(guān)YA1Y0001元投幣光電開(kāi)關(guān)ST2X0011元退幣光電開(kāi)關(guān)YA2Y0015元投幣光電開(kāi)關(guān)ST3X002報(bào)警燈HL1Y002西瓜汁按鈕SB1X003西瓜汁指示燈HL2Y003橙汁按鈕SB2X004橙汁指示燈HL3Y004葡萄汁按鈕SB3X005葡萄汁指示燈HL4Y005綠茶按鈕SB4X006綠茶指示燈HL5Y006紅茶按鈕SB5X007紅茶指示燈HL6Y007奶茶按鈕SB6X008奶茶指示燈HL7Y008咖啡按鈕SB7X009咖啡指示燈HL8Y009可樂(lè)按鈕SB8X010可樂(lè)指示燈HL9Y010牛奶按鈕SB9X011牛奶指示燈HL10Y011確定按鈕SB10X012投幣指示燈HL11Y012取消按鈕SB11X013推出飲料電磁閥YVY013多選按鈕“2”SB12X014多選按鈕“5”SB13X0153.3流程設(shè)計(jì)PLC控制的自動(dòng)售貨機(jī)的程序流程圖如圖3-2所示

圖3-2自動(dòng)售貨機(jī)流程X007X004X000余額為0X007X004X000余額為0余額為0余額為0余額為0初始1總金額計(jì)算投幣計(jì)數(shù)確認(rèn)可買飲料24選擇可樂(lè)選擇咖啡余額不為0計(jì)算金額3余額不為0計(jì)算金額5啟動(dòng)退款計(jì)數(shù)輸出可樂(lè)輸出咖啡啟動(dòng)退款計(jì)數(shù)3.4PLC與現(xiàn)場(chǎng)器件的連接見(jiàn)圖3-4。3.5比較、選擇、購(gòu)買程序設(shè)計(jì)價(jià)格的比較要貫穿購(gòu)買過(guò)程的始終，只要余額大于某種商品價(jià)格時(shí)，就需要輸出一個(gè)信號(hào)，提示可以購(gòu)買，這里只要選擇指示燈來(lái)代表此信號(hào)；當(dāng)投入的幣值可以購(gòu)買某種商品時(shí)，按下相應(yīng)的“選擇”按鈕即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時(shí)液晶顯示屏中顯示出已經(jīng)消費(fèi)掉的金額，余額也將扣除已消費(fèi)的幣值，接著余額繼續(xù)與價(jià)格相比較，判斷是否能繼續(xù)購(gòu)買。出現(xiàn)在出貨口的商品在沒(méi)有取走前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該商品代表已經(jīng)取走，出貨口中的商品隱藏。在圖3-5中，當(dāng)D5中的累加值2元<D5<3元時(shí)，M11接通，Y007接通，可樂(lè)指示燈亮且相應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；當(dāng)D5>3元時(shí)，M12接通，Y010、Y011接通閉合，橙汁指示燈、紅茶指示燈亮，相應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。當(dāng)按下可樂(lè)按鈕時(shí)，X007常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，M20、Y007、T2接通，推出飲料電磁閥YV通電，推出可樂(lè)，同時(shí)T2、T3產(chǎn)生占空比為50%、周期為400ms的閃爍程序，即Y000接通200ms、斷開(kāi)200ms，可樂(lè)指示燈閃爍。由于X004閉合，T6接通，經(jīng)過(guò)8s后YV失電，停止動(dòng)作，同時(shí)D5中的數(shù)據(jù)減去可樂(lè)費(fèi)用3元，剩余值存于D5中，作為需找錢的數(shù)值。

圖3-4PLC與現(xiàn)場(chǎng)器件的連接圖

圖3-5比較、選擇、購(gòu)買程序設(shè)計(jì)

相應(yīng)的指令為：STLS21PLSM6LDM6CMPK5D9M7LDM8ORM9OUTY007LDM7RSTY000LDIM7ANDX004SETS22LDS21PLSM10LDM10CMPK6D9M11LDM12ORM13OUTY010LDM11RSTY000LDIM11ANDX005SETS23LDS21PLSM14LDM14CMPK11D9M15LDM16ORM17OUTY011LDM15RSTY000LDIM15ANDX006SETS24LDS21PLSM18LDM18CMPK20D9M19LDM20ORM21OUTY012LDM19RSTY000LDIM19ANDX007SETS25

3.6退幣程序設(shè)計(jì)

在退幣過(guò)程中，最主要的是完成退幣的運(yùn)算過(guò)程，根據(jù)結(jié)果輸出相應(yīng)的錢幣，退幣結(jié)束時(shí)還要使用到的某些寄存器重新賦零。下圖3-6中，T6動(dòng)作，使得Y004接通，找錢執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，YA為找錢光電計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)，找出5角的錢幣經(jīng)過(guò)C1技術(shù)，其數(shù)字為D5中的剩余值。當(dāng)C1計(jì)數(shù)至D5中的值時(shí)，C1動(dòng)作，使得M33動(dòng)作，Y004斷開(kāi)，找錢完畢。D5、C1復(fù)位，為下一次自動(dòng)銷售飲料做好了準(zhǔn)備。當(dāng)投幣數(shù)大于3元時(shí)，其控制過(guò)程與按可樂(lè)按鈕時(shí)的控制過(guò)程類似，不再贅述。

圖3-6退幣程序設(shè)計(jì)

3.7主程序設(shè)計(jì)根據(jù)上述各過(guò)程的程序設(shè)計(jì)，可以把一次交易過(guò)程分為幾個(gè)程序塊：投幣過(guò)程、選擇商品及購(gòu)買過(guò)程、退幣過(guò)程。

3.8梯形圖程序調(diào)試

由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)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)（包括硬幣、紙幣識(shí)別）均用開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)代替，所有的輸出均用指示燈來(lái)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、斷路及反接等情況，否則會(huì)造成硬件損壞及人身意外。第四部分結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的學(xué)習(xí)、研究以及老師的指導(dǎo)，終于按時(shí)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主