参考论文-基于PLC的自动售货机设计22688.pdf

安徽矿业职业技术学院 毕业课题（设计）（20 14 届）题 目 基于 PLC 的自动售货机设计 指导教师 谢广坤 院 系 安徽矿业职业技术学院 班 级 电气自动化 1101 班 学 号 姓 名 二 一四 年 六 月 一 日 安徽矿业职业技术学院 毕业课题（设计）任务书（20 14 届）题 目 基于 PLC 的自动售货机设计 指导教师 谢广坤 院 系 安徽矿业职业技术学院 专 业 电气自动化技术 班 级 电气自动化 1101 班 学 号 姓 名 20 14 年 3 月 3 日至 20 14 年 6 月 1 日共 13 周 论文（设计）方向：一、主要参考资料：1 张进秋,陈永力,张中民.可编程控制器原理及应用实例M.北京:机械工业出版社.2004.1 2 邓星钟.机电传动控制（第三版）M.武汉:华中科技大学出版社.2001 3 贺贾德胜.PLC应用开发实用子程序（第一版）M.人民邮电出版社.2006.二、课题的内容和任务要求：内容：该设计主要包括硬件设计和软件设计。要求：1、画出售货机设计流程图；2、合理分配PLC 的 I/O 接口；3、画出相应的售货机连接线路图；三、毕业论文（设计）进度安排：起 讫 日 期 工 作 内 容 备 注 3 月 3 日3 月 17日 学生选题，填写设计任务书，上交开题报告 3 月 18 日4 月 14日 上交毕业论文初稿（电子档）4 月 15 日5 月 5日 指导中期修改 5 月 6 日5 月 19日 学生提交毕业论文，指导教师审核是否能参加答辩 5 月 20 日5 月 31日 整理毕业论文，按照归档要求进行论文装订，准备答辩 6 月 1 日6 月 7 日 毕业答辩 学生（签名）：年 月 日 指导教师（签名）：年 月 日 系毕业设计（论文）工作指导小组意见：组长（签名）年 月 日 系毕业论文工作领导小组审核意见：主管领导（签名）年 月 日 注：1.指导教师填写，任务下达人为指导教师，指导教师和接受任务的学生均应签字。2.此任务书最迟必须在学生毕业设计（论文）开始前下达给学生。安徽矿业职业技术学院 毕业课题（设计）开 题 报 告 （20 14 届）题 目 基于 PLC 的自动售货机设计 指导教师 谢广坤 院 系 安徽矿业职业技术学院 班 级 电气自动化 1101 班 学 号 姓 名 二 一四 年 三 月 十 日 一、选题的意义 从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。自动售货机可以充分补充人力资源不足，适应消费环境和消费模式的变化，24 小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。进入 21 世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。而且由于人们生活水平的提高，社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注，自动售货机不仅保障了惬意的工休时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段之一，特别是在 24 小时无休工作状态中的办公场所。利用 PLC 控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行，且控制结构简单功能完善、通用性强、体积小，维护操作方便而且易于实现网络化。二、研究的主要内容，拟解决的主要问题（阐述的主要观点）该设计主要包括硬件设计和软件设计。其中硬件设计包括：1、控制要求分析 2、PLC 的选择 3、I/O 点的统计 4、数码管显示设计 5、钱币识别设计 软件设计包括：1、I/O 口的分配 2、自动售货机控制流程图设计 3、程序梯形图设计 4、程序调试 预期能利用编程软件调试和仿真成功，确保方便可靠实现自动售货机的各种功能。三、研究（工作）步骤、方法及措施（思路）研究步骤：1、了解基于 PLC 自动售货机设计的基本原理 2、复习可编程控制器的器材 3、查找关于自动售货机控制系统设计的中外文献 4、完成基于 PLC 自动售货机的课程设计 研究方法：1、运用仿真软件对模糊控制程序进行仿真；2、利用专用软件对硬件电路仿真 研究思路：利用 PLC 实现对工作程序的控制 四、毕业论文（设计）提纲 合理选择 PLC 类型设计自动控制售货机系统。具体要求如下：1、画出售货机设计流程图；2、合理分配 PLC 的 I/O 接口；3、画出相应的售货机连接线路图；4、编写程序进行仿真调试。五、主要参考文献 1 张进秋,陈永力,张中民.可编程控制器原理及应用实例M.北京:机械工业出版社.2004.1 2 邓星钟.机电传动控制（第三版）M.武汉:华中科技大学出版社.2001 3 贺贾德胜.PLC 应用开发实用子程序（第一版）M.人民邮电出版社.2006.指导教师意见：签名：年 月 日 系毕业设计（论文）工作指导小组意见：签名：年 月 日 系毕业设计（论文）工作领导小组意见：签名：年 月 日 摘 要 随着当前城市规模的增大，很多公共场合都放置有自动售货机，极大的满足了人们的即时性需求，为人们进行简单物品的采购提供了一种便利。传统的自动售货机多采用单片机控制方案，系统硬件设计复杂，抗干扰能力相对较差，很难保证系统的可靠性和稳定性，维护维修困难。本文设计一套基于 PLC 的自动售货机控制系统，阐述了自动售货机的发展背景与前景，详细分析其功能和特点，提出了总体设计方案；选用型号为 L293D 的步进驱动电机，设计了平面式贮币、电磁阀退币的货币处理装置，双螺旋式的送出机构，为降低成本和开发周期，创造性的选用了集成键盘、显示、设置功能的控制面板；以三菱 FX2N-48MR 型 PLC 为主控制器，基于 FXGP/WIN-C 编程软件，采用顺序控制的程序设计思路，设计了系统控制程序，包括投币程序、比较选择购买程序和退币程序。该设计提高了自动售货机的可靠性和执行效率，且系统维护容易，维修简单，有一定的市场推广价值。关键词：自动售货机；PLC；硬件设计；程序设计；梯形图 目 录 1 前言.1 1.1自动售货机简介.1 1.1.1 自动售货机概述.1 1.1.2 自动售货机功能分析.3 1.1.3 自动售货机的前景分析.3 1.2 PLC在自动售货机中的应用.4 2 自动售货机总体方案设计.5 2.1 自动售货机系统需求.5 2.2 系统硬件结构框图.6 2.3 总体方案设计.7 3 自动售货机硬件机构设计.8 3.1 自动售货机的结构组成.8 3.2 硬件选择.9 3.2.1 电机的选择.9 3.2.2 货币处理装置.9 3.2.3 送出机构.9 3.2.4 按钮装置.10 3.2.5 显示装置.10 4 自动售货机控制系统设计.12 4.1 基于PLC的自动售货机控制系统.12 4.1.1自动售货机硬件系统的组成部分及工作流程.12 4.1.2自动售货过程的控制子系统简述.12 4.1.3 基于PLC的自动售货机控制.13 4.2 PLC控制系统设计编程要求及基本原则.14 4.3 自动售货机PLC控制方案设计.15 4.4 PLC选型.16 4.4.1 PLC概述.16 4.4.2 I/O点估算.19 4.4.3 PLC选型.19 4.5程序设计.21 4.5.1 I/O地址设计.21 4.5.2 流程设计.21 4.5.3 PLC与现场器件的连接.23 4.5.4 投币程序设计.24 4.5.5 比较、选择、购买程序设计.26 4.5.6 退币程序设计.28 4.5.7 主程序设计.30 4.5.8 梯形图程序调试.30 5 总结.32 参考文献.33 附 录.34 致 谢.37 安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-1-1 前言 1.1 自动售货机简介 1.1.1 自动售货机概述 自动售货机是可完成无人售货、光机电一体化的商业自动化设备。自动售货机不受任何场地限制，方便快捷，可以每天 24 小时售货，因此深受上班族的欢迎。很多城市的公共场所都放置有自动售货机，出售的商品五花八门，从饮料、零食、香烟、糖果，到牙刷、方便面、自动照相机等。近年来，我国的自动售货机行业突飞猛进，在汽车总站、商厦、医院、小区、学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹。这种方便快捷的购物方式越来越受到人们的青睐，同时也是现代化城市配套设施的需求。常见的自动售货机如图 1-1 所示。图 1-1 自动售货机 自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧，当时在美国的地铁系统中，人们可以用1美分在自动售货机上买到一块口香糖。上个世纪60年代以来，随着电子计算机的应用和发展，以信息革命为中心的第四次产业革命引发了零售业巨大的变革，表现之一就是发达国家商品流通领域内自动售货机的出现与迅速发展。随着人们生活方式向快节奏、高效率变化，时间的价值显著提高，消费者在购物时更加注重便利性、即时性。随着自动售货机数量的增加、商品包装的定量化和标准化、出售商品的多样化，自动售货的便利性日益显现。同时，被称为“永不下班的超级营业”的自动售货机在满足人们的即时性需求方面是其它零售方式不可替代的。据美国2002年4月5日出版的幸福杂志介绍美国2001年自动售货业利润安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-2-增长率为21.4，在发展最快的行业中居第四位；在1996-2001年年度中，自动售货业以78.4的年平均利润增长率雄居发展速度最快的行业榜首。如此多的优点使得自动售货机在世界范围内得到广泛的应用。现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约1015的电力。进入21世纪后，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。照目前来看，我国自动售货机数量偏少且品种单一，主要以瓶饮料售货机为主，技术质量还未完全过关，生产和运营成本较高，收益也不高。导致此现状的主要原因是中国有关的自动售货机企业未能有效解决成本、质量、运营等诸多问题。但随着中国经济的快速发展和社会的巨大进步，自动售货机的实际需求已越来越大，中国经济的快速发展使得消费者日趋富裕，中国的零售市场以 7%的年递增率快速增长，成长速度快于其它任何新兴市场，但和我国周边国家相较，他们还是领先于我们的。日本：各种自动售货机保有量超过 600 万台，平均 23 人一台，世界普及率第一，1990年通过自动售货机实现的销售额已达到 5 兆日元（约 3000 亿人民币）。韩国：自动售货机的使用历史要远远短于其它发达国家，仅有 25 年，但据 2001 年的统计，总保有量已超过 80 万台。在 2001 年韩国生产的自动售货机中 OCS 占 32.7%，排第一位，咖啡自动售货机占 18.1%，排第三位，仅次于 18.6%的充电自动售货机，瓶罐饮料自动售货机和复合型自动售货机（同机销售瓶罐饮料和热咖啡）都仅占 8.6%，并列第四位。这些数据正好说明，我国的自动售货机需要进步，传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心，这样不仅会在输人输出接口上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较差。可编程序控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛地应用。由于自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。自动售货机有自己专用的通讯协议，欧美系列为“MDB”，日韩系列为“VCCS”，而不是什么232、485、CAN之类的通讯协议。主控制板、纸币识别器、硬币管理器（识别接收和找零）之间均遵循此协议，同系列（欧美系列或日韩系列）的通用性强，不但通讯协议一样，连安装尺寸、接插头也一样。也就是说，可以做机身、出货等部件，采购A牌的控制板、B牌的纸币器、C牌的硬币器（当然可以用同一个厂家的），这样都完全可以正常工作，条件具备时可逐步开发控制板、纸币器、硬币器。目前中国的售货机绝大部分都是欧美系列、采用MDB通讯协议的控制系统。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-3-1.1.2 自动售货机功能分析 在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有8种商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2.50元，02商品为3.50元，其余类推。现投入1个1元硬币，当投入的货币超过01商品的价格时，01商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同此。当按下选择01商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机，提取01号商品到出货口。此时售货机继续等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时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，售货机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。自动售货机的工作流程图如图1-2所示。初始状态投币状态购买状态退币状态按下退币按钮投入硬币按下选择按钮是否有剩余NY 图1-2 自动售货机工作流程图 1.1.3 自动售货机的前景分析 自动售货机是现代社会中的一种商务工具，2004 年以后，中国的自动售货机产业实现了快速增长，奥运会和世博会为自动售货机市场带来了巨大商机，2008 年后进入了发展期，自动售货即将在中国零售业掀起继百货商店、超市之后的第三次零售业革命。现在，中国自动售货机市场已经进入了发展期。另外，各个大型城市的改造使得很多小店小铺消失，同时随着金融支付手段的增多，IC 卡、手机移动支付等技术使自动售货机提供便利服务成为可能，这些自动售卖平台的创新模式无疑为国内的自动售货业迅速成长创造了条件。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-4-2009 年中国自动售货机产品专项调研及未来五年投资分析预测报告是结合自动售货机产品历年供需关系变化规律，对自动售货机产品内的企业群体进行了深入的调查与研究，采用定量及定性的科学研究方法撰写而成的。对我国自动售货机产品的市场环境、生产经营、产品市场、品牌竞争、产品进出口、行业投资环境以及可持续发展等问题进行了详实系统地分析和预测，并在此基础上，对行业发展趋势做出了定性与定量相结合的分析预测，为企业制定发展战略、进行投资决策和企业经营管理提供了权威、充分、可靠的决策依据。报告数据主要采用国家统计数据、海关总署问卷调查数据、商务部采集数据等数据库，其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，进出口数据主要来自海关及商务部，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。1.2 PLC 在自动售货机中的应用 传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心，这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比较差。PLC（可编程序控制器）是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛地应用。由于自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。PLC是以CPU为核心，综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，是现代工业控制的三大支柱(PLC、机器人和CAD/CAM)之一。PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务，但是PLC也有它自己的特点，PLC在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。目前，可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保等各行各业。自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐，其最基本的功能是对投入的货币进行运算，并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品，并做出相应的反映。因此，售货机应能够辨识机内包含的商品、能够对所投入的币值进行累计、并提供所要购买的商品。当按下选择商品的按钮时，自动售货机根据投入的币值，启动电机，提取商品到出货口，顾客取出商品，完成此次交易。它还具有识币系统、货物和货币的传送系统来实现完整的售货功能。这些都是通过PLC控制系统来实现的。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-5-2 自动售货机总体方案设计 2.1 自动售货机系统需求 根据任务书要求，绘出自动售货机结构示意图如图2-1所示。123456789LCD显示屏投币指示灯报警灯25确定取消5角投币口 1元投币口 5元投币口饮料出口 图2-1 自动售货机结构示意图 其中，1西瓜汁（1元）；2橙汁（1元）；3葡萄汁（1元）；4绿茶（2元）；5红茶（2元）；6奶茶（2元）；7咖啡（3元）；8可乐（3元）；9牛奶（3元）。用数字键代替商品按键，就能在某种商品缺货的时候能及时地补上其他的商品种类，并且不会使顾客混淆，使人机界面更加友好。其控制要求如下：(1)货物种类共9种，这9种物品分别对应着 9个不同的按键选择，其中1元、2元、3元价格不等的物品各3种；货币识别装置能够识别0.5元、1元、5元的货币。(2)在规定的30秒时间内可多次投入货币，能够实现货币累加功能，超过 30秒投币无效。(3)如果累计投入的货币数目超过所购买物品的总价，机器能够实现找钱功能；如果投入的货币没有达到所选择物品的价格，投入的钱将全部退还；在投入一次累加货币后选择物品时，如果投入的累加货币数目大大超过所选择物品的预设单个价格时，能够实现选择同一件物品购买多个。(4)设计13个按键选择，其中9个是货物选择，2个多选键，还有一个确定键和一个取消键，如果没有按流程进行按键，自动售货机将启动报警系统，等待再次正确的按键选择。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-6-(5)应有购买货物的总花钱数和找零的货币数的显示。2.2 系统硬件结构框图 根据上述要求，制定合理方案：首先，应该做上位机与下位机的任务分工，上位机主要用来完成仿真界面的制作过程，而下位机则主要用来完成PLC程序的编写；其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观，必要时可以借助一些宣传图片来设计自动售货机的外型；在进行PLC程序的编写时需要先分配PLC的I/O点，确定上、下位机的接口；然后，分别对上、下位机分别进行设计工作；最后，进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作，经调试后完成整个系统的设计。另外，上位机与下位机的设计工作是密切配合的，它们无论在通信中使用的变量，还是在仿真中控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象，利用PLC来控制这个仿真的自动售货机，仿真的自动售货机接受PLC的控制指令并完成相应的动作；另一方面，仿真界面中的仿真自动售货机的运行，都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。这是整个仿真系统内部各大部件之间的内在关系。本设计主要是对自动售货机中的下位机，也就是主要是对PLC在其中的程序进行设计。由此绘出系统组成框图如2-2所示。PLC（主控制器）各种指示灯退币电动机出货电磁阀商品选择开关钱币识别传感器显示机构补料机构 图2-2 系统结构框图 PLC控制系统：接受人民币识别系统信息，确认已接受的人民币是否可购买消费者所指定的商品，确认后按要求售出商品。钱币识别传感器：主要包括纸币识别器、硬币识别器、硬币找零系统等，它主要实现识别真假纸币(一般为拾元、伍元)和硬币(壹元、伍角)、拒收假币和残币、正确找零的功能。补料及出货系统：货柜由多层货架组成，当购物者指定所需商品后，由控制系统启动出货系统出货；当某种货物被取出后，补料机构自动补料（在这里补料机构采用简单的倾斜式机构，即当某种货物被售出后，补料机构里面的货物直接向前滑至首位进行补位）。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-7-显示机构：显示购买的瓶数、投入的钱数以及剩余的钱数。2.3 总体方案设计 由于设计中的货物品种不多，因此要求上没有现实中的自动售货机功能强大。本自动售货机的自动控制系统主要包括：计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统和退币系统。(1)计币系统：当有顾客买饮料时，投入的钱币经过识别机构，记录5角、1元或5元钱的个数，通过个数与币值相乘或者相加，并将总钱币数据存放在 D9（数据寄存器）中。(2)比较系统：投入钱币完毕后，系统会把D9内的钱币数据和可以购买饮料的价格进行比较，当投入的钱币总值超过1元小于2元时，西瓜汁、橙汁、葡萄汁的指示灯亮；当投入的钱币总值超过2元小于3元时，西瓜汁、橙汁、葡萄汁、绿茶、红茶、奶茶的指示灯亮；当投入的钱币总值超过3元时，9种饮料的指示灯都亮，并且多选键“2”也亮；当投入的钱币总值超过5元时，所有的指示灯都亮，此时可以选择饮料或选择退币。(3)选择系统：比较电路完成后选择电路指示灯亮，当按下西瓜汁或绿茶选择按钮时，相应的指示灯转为1 秒为周期的闪烁。当相应的饮料供应完毕后，闪烁同时停止。此时可以按继续购买按钮，继续购买饮料，实现循环购买。(4)饮料供应系统：当按下选择按钮时，相应的电机Y3Y7启动。在饮料输出的同时，减去相应的购买钱币数，当饮料输出达到 10秒时，电机停机。(5)退币系统：当顾客购完饮料后，多余的钱币只要按下退币按钮，系统就会把数据寄存器D9中的钱币退回。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-8-3 自动售货机硬件机构设计 3.1 自动售货机的结构组成 金额显示屏选择商品按键投币口退币口取货口商品展示窗 图3-1 自动售货机结构 1、箱体外观 正面上部为商品展示窗和价格标签，中部设投币入口、退币钮和金额显示窗，在价格标签附近设有选择商品的按键，正面下部为退币口和顾客取货口；面向顾客的机构正面，是完成商品价格介绍、接受投币、显示金额、推出商品和退币整个售出过程的表体部分。2、商品样品展示窗 商品样品展示窗由透明有机板窗、样品展示架、商品价格标签、选购按钮和照明灯组成，设在前门体内部的可开启样品门，用来更换商品样品和价格标签；展示窗相当于商店橱窗或者柜台，以清晰明亮的商品展示和明码标价来招揽顾客。3、商品驱动机构 商品的包装多种多样，主要有箱、盒、罐、袋等，它们的提取机构也各种各样.商品在送出时可以采用“螺旋移动”等动作移到取货口。4、商品贮存部分 由于商品的驱动机构是双螺旋体出货机构，由此决定了该自动售货机的商品贮存方式，商品主要是摆放在双螺旋体中，通过双螺旋体的旋转把商品推到出货口。5、钱币识别系统 钱币识别系统由钱币识别器、识别后的钱币自动分类贮存机构和退币机构3部分组成。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-9-6、PLC控制系统 PLC控制系统是自动售货机在自动销售过程中，收到识币信号后，自动进行累计、外部金额显示、顾客按键后自动推出商品和发出退币找零等信号的电控系统。同时，该系统还具备预设价格、售出累计、驱动检测和故障自检等功能，是“售货机器人”的“大脑”。3.2 硬件选择 3.2.1 电机的选择 自动售货机吐出饮料的过程实际为电机动作推饮料下来。由于电机都是电感性负载，在停转的时候会有反向电流，所以需要用PC847光电隔离器把控制和驱动信号隔离开来，然后用L293D步进驱动电机，电机驱动需24 V电压，控制信号经过L293D后变为24 V左右的电源信号才可驱动电机。电机有三根线：电源、地线和反馈信号(电机转一圈送出一个低电平)。在机械制作中使电机转一圈刚好推出一瓶饮料，电机转一圈同时产生一反馈信号，此信号使电机停止转动，另外一种情况是红外检测到有货物落下则电机停止转动。3.2.2 货币处理装置 货币处理装置包括：检测货币投入状态的投入状态检测装置；检测有无货币退还操作的退还操作检测装置；在投入状态及投入货币退还操作的有无达到规定的基准状态时，将说得到的基准状态信号利用所外部；连接装置向投入外部装置输出的状态输出装置。目前投入试用的“货币识别机”设置有感应线圈，通过对货币的材料、大小尺寸等各个要素进行感应并探明真伪。不同的材质具有不同的磁场变化，可以通过电子技术进行分析、探查和识别，更高级的检测还可以运用频谱分析。货币识别器种类繁多,但贮币退币机构基本上分为两类：一类是平面式贮币，电磁阀退币；另一类是圆筒式贮币，步进电机退币。根据设计中对自动售货机的要求，选择平面式贮币，电磁阀退币。当货币投入后经过识别识出电信号后，伪币和异物被排出，真币按面值由几组分布电磁阀分配到不同贮币腔体内备用；当收到退币找零电信号后，通过退币电磁阀或退币电机拉杆，将贮币腔内下部货币依电信号程序推出，完成自动售货机的退币找零功能。3.2.3 送出机构 目前，应用于自动售货机上的商品送出机构种类较多，下面是一些较典型的送出机构。1、旋转式送出机构 此送出机构把饮料放在螺旋导轨上，并在货道底部开设出口槽，由电机带动螺旋导轨转动，当饮料转到开口槽时便出槽下货。这种送出机构应用最为广泛，它要求电机的转矩较大，安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-10-造价成本较高。2、转盘式送出机构 上面是一个很大的喇叭状罐体存储容器，下面是一个周边有若干个圆槽的转盘，通过转盘的转动使罐体落入转盘周边的槽内而被售出。这种送出机构也需要较大的转矩来带动和占用较大的空间，而且会发生卡死现象。3、滚筒送出机构 该送出机构由一个阶梯梁和滚筒构成，滚筒内可以装若干瓶饮料，通过步进电机来带动滚筒的转动，利用梁的各阶梯段与滚筒之间不同的开口距离控制商品掉落的顺。这种机构要求电机有较高的转动精度。4、弹簧推动式送出机构 这种机构是由螺旋式弹簧和连在弹簧一端的电机构成的，电机转动一圈就带动弹簧转动一圈，同时推出一瓶饮料。根据设计中对自动售货机的要求，选择双螺旋式送出机构。3.2.4 按钮装置 自动售货机的按钮装置，其特征在于备有操作按钮和基板，操作按钮设置在面板上，基板设置在操作按钮侧的相反侧，具有显示部分和检测机构，显示部分显示与操作按钮对应的信息，检测机构用于检测操作按钮的操作，显示部分设在基板上的与操作按钮不相向的位置。3.2.5 显示装置 液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器,广泛应用于各种电子产品，具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（LCD）的原理与阴极射线管显示器（CRT）大不相同，LCD是基于液晶电光效应的显示器件，包括段显示方式的字符段显示器件，矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件，矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。由于本课题主要是进行自动售货机的PLC控制部分的设计，因此在按钮设计和显示装置设计方面与PLC的选型配套，选择由日本三菱生产的FX-2N相关的面板，如下图3-2所示。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-11-图 3-2 自动售货机面板 安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-12-4 自动售货机控制系统设计 4.1 基于 PLC 的自动售货机控制系统 4.1.1 自动售货机硬件系统的组成部分及工作流程 1、组成部分 销售模块人机模块通讯模块温控模板货币识别模块自动售货机硬件系统主控制板 图 4-1 自动售货机硬件系统组成部分 其中，温控模块包括温度采集和加热制冷控制；销售模块完成一个整体的销售动作，一般都是电机驱动特定的机构实现；人机模块包括键盘和显示，有的机器还加上了显示屏，可以投放广告；目前仅部分高端机器有通讯模块的功能，一般都是采用GPRS模块，可以完成销售统计、原料补给、广告管理以及一些会员服务。2、工作流程 首先开机后要自检各个部件的状态是否正常，若不正常要显示错误信息，方便运营人员及时修复；若自检通过，检查商品信息，若缺少货物，停止销售该类商品；然后等待，等待消费者投钱和选择商品，若有人选择商品，等钱币投入后就开始执行销售模块，将产品送出，并找零钱。这是最基本的功能描述，在实际的设计中，有很多的因素需要考虑，一定要保证机器工作的可靠性和稳定性。4.1.2 自动售货过程的控制子系统简述 控制子系统由以下四个部分组成:1、售货价格系统 自动售货机售出的同类商品可分若干品种，其售前设定价格须预先贮存在控制系统内。售货机的价格设置系统由按键和存储器组成，通过按键选择被设价商品的种类及价格，并将价格写入存储器，该存储器本身具有掉电保护功能，属于软件设置方式。此外，在简易型售货机中，由于出售商品种类少，价格变化小，使用币种单一，也可用硬件来设置价格，采用拨码开关对应方式，结构简单、操作方便。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-13-2、累计、可售指示和退币系统 控制系统的核心CPU对识币、退币、无货检测及购货信号进行巡回检查，当有识币信号后，将金额数值送入金额累计存储器中进行累计，并通过串行扩展口进行显示，同时将金额累计存储器中的数值与预设价格存储器中的数值进行比较，如金额累计数值等于或大于预设价格数值，则通过串行接口使可售指示灯亮，提示购货。此时可按下购货按钮，由CPU检测到购货信号后，如金额累计存储器中数值与预设价格相等，则通过并行扩展接口驱动电磁阀或微电机驱动出商品，并将金额累计存储器清零，完成一次售货过程；如累计金额大于预设价格时，驱动商品后，相减差额由信号驱动退币，实现售货和退币找零功能。3、检测系统 在自动售货机商品贮存道下方安有接触行程开关，当贮存道内有商品时，压下行程开关，售货机正常工作；当商品出售完毕时，行程开关被释放，向CPU发出无货信号，经检测通过串行扩展接口向相应的售完指示灯发出信号，使机身外部“售完”指示灯亮，此种商品自动停售，即使投币累计金额达到该道商品预设价格数值，可售按钮仍然无启动信号，金额累计存储器也不清零。4、累计及自测功能系统 自动售货机CPU在每次售出商品后，向售出累计存储器中累计售出数据，通过售货机内部的按键可在金额显示窗中读到累计结果。此外，在按下自测功能键后，出现自测功能信号，由外部按键操作，可检测各商品贮存道的驱动商品功能。4.1.3 基于 PLC 的自动售货机控制 当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。一方面要选择多大容量的PLC,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级，所以一旦它们是交流220V的负载使用，则直流24V的负载只能使用其他的输出端了，这样有可能造成输出点浪费，增加成本，所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：（1）功能方面 所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-14-这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。（2）价格方面 不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。4.2 PLC 控制系统设计编程要求及基本原则 1、PLC 控制系统设计编程要求 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则。（1）最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。（2）保证PLC 控制系统安全可靠 保证PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC 控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。（3）力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。（4）适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2、PLC 控制系统设计的基本原则（1）所编的程序要合乎所使用的PLC的有关的规定 主要是对指令要准确地理解，正确地使用。各种PLC指令多有类似之处，但还有些差异。安徽矿业职业技术学院 2014 毕业设计（论文）-15-对于有PLC使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程设计时，一定要对新型号PLC的指令重新理解一遍，否则容易出错。（2）要使所编的程序尽可能简洁 简短的程序可以节省内存，简化调试，而且还可节省执行指令的时间，提高对输入的响应速度。要使所编的程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧指令，还要能优化结构。要实现某种功能，一般而言，在达到目的的相同时，用功能强的指令比用功能单一的指令，程序步数可能会少些。（3）要使所编的程序尽可能清晰 这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂程序。要想使程序清晰，就要注意程序的层次，讲究模块化、标准化。特别是在编制复杂的程序时，更要注意程序的层次，可积累自己的与吸收别人的经验，整理出一些标准的具有典型功能的程序，并尽可能使程序单元化，像计算机中的常用的一些子程序一样，移来移去都能用，这样，设计起来简单，别人也易了解。（4）要使所编的程序合乎PLC的性能指标及工作要求 所编程序的指令条数一定少于所选用的PLC内存的容量，即程序在PLC中能放得下，所用的输入、输出点数要在