基于PLC的自动售货机设计(22页).doc
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1、-基于PLC的自动售货机设计-第 18 页基于PLC的自动售货机设计摘要在科技日新月异的现在社会,自动售货机的应用已经越来越广泛,随着自动售货机的广泛应用,对于它的性能要求越来越高,因此如何设计更为简易便捷的自动售货机显得尤为重要。本论文以西门子S7-300系列PLC来实现自动售货机的功能控制。本课题设计的售货机能实现投币、购物、退币等功能,且可以进行远程监控。论文首先根据需求对系统做出总体设计;然后对各主要硬件进行了选型且对I/O进行分配;接着根据系统的硬件连接情况编写相应程序实现要求功能;最后编写组态王程序实现系统的远程监控。关键词:自动售货机 PLC 组态王PLC-based vendi
2、ng machine designAbstractIn the ever-changing technology and now social, vending machines applications has become increasingly widespread, with extensive use of vending machines, for its performance requirements are high, so how much more simple design is especially convenient vending machines impor
3、tant. In this thesis, Siemens S7-300 series PLC to achieve functional control of the vending machine. Design of this project can be realized coin vending machines, shopping, coin and other functions, and can be remotely monitored. Firstly, according to the needs of the system to make the overall des
4、ign; then all the major hardware and a selection of I / O assignment; then write the corresponding program to achieve functional requirements based on the systems hardware connections; finally written procedures for system configuration king remote monitoring.Key words:Vending machine;PLC;KingView目录
5、1绪论11.1课题的研究背景和意义11.2自动售货机国内外研究现状11.3课题研究的安排32自动售货机的整体设计42.1控制系统总框图42.2自动售货机的组成及工作原理42.2.1自动售货机的组成42.2.2自动售货机的工作原理62.3本章小结63系统的硬件设计73.1系统硬件结构框图73.2 传感器选型73.3电动机的选型83.4 显示屏选型83.5 PLC的选型93.5.1 PLC的定义93.5.2 PLC控制系统中的I/O点数计算与分配103.5.3 PLC的选择依据123.6本章总结134系统的软件设计144.1 软件系统结构框图144.2 系统流程图144.3投币环节设计154.4选
6、择环节设计164.5比较环节184.6退出环节设计194.7 本章总结205自动售货机的实现215.1组态王通讯215.1.1 外部设备定义215.1.2变量动画的连接225.2主界面的设计245.3 实物的实现255.4本章总结276 总结与展望286.1 总结286.2 展望28参考文献29附录30致谢421绪论1.1课题的研究背景和意义自动售货机是一种全新的零售模式。它的起源是在二十世纪七十年代的日本和欧美地区。自动售货机被称为二十四小时营业的微型超市。在日本有四分之三的瓶装饮料是通过自动售货机出售的,类似像全球著名的饮料公司可口可乐公司也有五十万台自动售货机。自动售货机从1999年进入
7、国内市场,如今,在公园、学校、商场、地铁等人流量较多的地方几乎都可以见到自动售货机的身影。自动售货机的出现是必然趋势,随着日新月异消费模式和销售环境,必然出现新的销售渠道,特别是人流量较大的超市等地方,由于场地限制和便利性要求等因素,自动售货机作为一种必要的销售模式而出现在众人的视线中。在现今人力资源不足的时代,自动售货机可以很好的填补人力资源不足的空缺,全天候的自动售货机可以更便捷、占地少、成本低的优势。从自动售货机上市以来的实践告诉我们,自动售货机将会很好的契合中国国内的市场需求,必将为国内的饮料等零售商品带来新的商品价值。自动售货机的出现必然将中国的现在文明推入一个更高的水平,因此我认为
8、自动售货机的设计是非常重要的,特别是如何设计更便捷、很实用的自动售货机。一般的自动售货机都是采用单片机作为控制系统核心,通过单片机作为控制系统将会在输入和输出接口上花费大量的时间,并且该系统的抗干扰能力相对较差。可编程控制器是一种由计算机、自动控制和通讯3种技术综合而来的的新兴工业控制系统技术。可编程控制系统已经在工业控制领域得到了很大程度上的普及,它相比于其他技术拥有更高的可靠性、简单实用且方便等特点。PLC采用可以编制程序的存储器,其中可以分为系统程序与用户程序两种存储器,可以用来执行多种多样的指令,例如逻辑顺序与算术运算、计时、计数等不同种类的指令,它能够通过数字和模拟式来实现输入、输出
9、,控制各种各样的工程器械和运作过程。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、功能强大、易学易用、体积小、价格便宜等丰富且实用的特点。这些特点与自动售货的现在与未来发展需求向吻合。1.2自动售货机国内外研究现状自动售货机在1960年就已经出现在世界上了。当时美国的人们在地铁上就可以在自动售货机上购买口香糖了。这便是最早的自动售货机。自动售货机作为一种新型的销售模式。自动售货机自20世纪80年代以来在美国、日本等发达国家发展迅速,很快的得到普及。自动售货机具有科学技术含量高,集光学、机械、电气、安全防伪识别、数字密码、智能软件配套的特点;自动售货机能够24小时全天候的服务,方便快捷,不需要专人盯守售货,
10、可以节省人力资源、节省成本;并且自动售货机的售货范围广泛,它会出现在各种人流量多的地方,人们通过它可以买到食品、香烟、饮料等快捷物品,并且它还可以当成一种新颖的广告模式,各类广告媒体可以在自动售货机上粘贴各种各样的广告。目前,自动售货机已经在越来越多的国家得到了发展。据不完全统计在现今日本、美国、欧洲分别每23、40、60人就可以拥有一台自动售货机。在日本的饮料销售市场中有百分之七十的易拉罐式饮料是通过自动售货机售出的,也就是说相当于每个人一年在自动售货机上就要投入几百美元;根据调查所得,每台自动售货机每年可以售出上万罐不同种类的饮料。据调查美国可口可乐公司在世界各地拥有几十万套自动售货机;据
11、不完全统计,目前为止全世界有1800万台左右的自动售货机已经投入使用,自动售货机的整个行业年销售额已经达到并赶超2500亿美元,由此可以看出自动售货业已成为零售行业中销售额增长最快的行业之一。我国的自动售货机有百分之七十五都是采用继电器控制的,这类自动售货机的可靠性比较差,程序的设计也相对复杂。从制定方案到控制程序的设计再到具体实施的设计,其工作量繁重,总体设计周期过长。采用PLC来控制自动售货机可以很大程度的缩短总体设计的周期。设计者可以方便的利用编程器上的屏幕显示来设定或修改相应的环节,使控制系统准确无误地反馈到生产要求上。当有新产品出现时,设计人员可以依据新产品的特性对应的在自动售货机上
12、做出相应的修改,修改的内容将会存储到控制系统中,这样操作人员可以方便的做出相应的措施。因此用PLC来控制自动售货机会比用继电器优化很多,这样提高的自动售货机的质量,简便了开发人员与操作人员,同样也方便了顾客的使用,因此开发PLC对自动售货机进行控制是非常具有实际意义。21世纪的今天,经济随着科技的革新而飞速发展,市场经济的竞争也越来越多,自动售货机的出现很好的符合了这一点。如果自动售货机采用电力机械的方式来控制的,其产生的利润将会大大降低,也会浪费许多不必要的资源;如果使用液压系统来作为自动售货机的控制系统,因为这一技术的硬件软件的要求比较高,并且反应速度比较缓慢,当用于自动售货机时,将会大大
13、降低自动售货机的便利性并且会提高自动售货机的成本。当然还有使用单片机来作为自动售货机的控制核心的,但使用该方法的话会在输入输出接口上花费大量的人力物力,并且该系统的抗干扰性也相对较差。而PLC是一种通过计算机技术、自动控制技术和通讯技术结合而来的一种新兴工业控制技术,它不但可以实现上述几种技术可以实现的功能,而且还具有较高的可靠性、编程简易、维护方便等特点。此技术已经在工业控制领域得到了很广的运用。自动售货机作为商品零售的独立设备,那就必须要求它有较高的可靠性,性能稳定并且工作效率高。因此选用PLC作为自动售货机的控制核心可以提高自动售货机的可靠性和稳定性。如今,中国已经入经济高速发展的时代,
14、在中国自动售货机的普及与发展是一种必然趋势。据可靠报道表明,自动售货机起初是在沿海经济发达的地区出现,并且迅速发展,现在各大中小城市已经基本配备了相应数量的自动售货机。自动售货机最初是在中国的各大机场,火车站等人流量大的地方,现在它已经在各类社区、各类学校得到了普及,可以说自动售货机的市场潜力无限。1.3课题研究的安排课题所研究的内容主要是利用可编程将控制器(PLC)改造自动售货机控制系统。因老式的自动售货机控制系统的可靠性不佳,所以对自动售货机的控制系统进行改造,以达到节约资金的目的。因此,对于自动售货机控制系统技术的研究,提高国产自动售货机的技术水平和质量,具有很重要的意义。针对老式自动售
15、货机采用继电器逻辑控制方式存在的功能少、故障率高、可靠性差和工作寿命短等缺陷,提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器(PLC)来控制自动售货机。论文主要内容如下:第一章 主要介绍了设计的选题背景及意义、自动售货机的国内外发展现状、PLC在自动售货机的应用及前景、课题研究的内容。第二章 阐述了自动售货机控制系统的组成及工作原理,确定系统的总体结构。第三章 完成I/O点分配、PLC选型,完成硬件的选择。第四章 在分析自动售货机的软件设计方法基础上,设计出相应的控制流程图,根据模块化的编程思想,分模块对自动售货机控制程序进行设计。第五章 介绍自动售货机系统的软件设计,用组态软件进行组态仿真
16、。2自动售货机的整体设计自动售货机可以出售多种不同商品,其售价是预先贮存在控制系统内。可以识别一元和五角硬币,通过按键选择所需要的商品种类,所选商品会在电机作用下从出货口排出,当有余额时可以选择按退币按钮进行退币。自动售货机的控制系统会对识币、退币、无货检测以及选购信号进行巡回检测。2.1控制系统总框图自动售货机的运行模式一般都是先硬币投入,之后通过传感器检测来区分币种,投入钱币后比较价格,大于商品价格时对应商品显示灯亮起并且可以按下所需商品按钮,电动机会工作将所选商品从出货口排出。由此可以画出自动售货机总框图,如图2.1:图2.1 控制系统总框图投入一元或者五角硬币后,通过传感器识别区分出币
17、种,通过主控单元来接收人民币识别系统信息,判断是否可以购买商品,通过顾客按键选择商品并确认后通过电动机运作来送出商品。当主控单元识别货币后与贮存在寄存器里的商品价格比较,当投入钱币大于商品价格时,对应的商品指示灯亮。2.2自动售货机的组成及工作原理自动售货机售货时,货币传感器对投入的钱币进行识别,如果有假钞则会退回;顾客选择商品后电机就会工作将所选择的商品送出,并且在LED显示屏显示余额。2.2.1自动售货机的组成自动售货机由箱体、样品展示窗、商品贮存机构、商品驱动机构、钱币识别系统、微电脑控制系统、整机电源和照明系统、制冷制热系统八个部分组成。如图2.2所示图2.2 自动售货机整体框架1.箱
18、体箱体是自动售货机的一个整体框架。2.样品展示窗样品展示窗用来展示和明码标价各商品的一个透明橱窗。3.商品贮存机构商品贮存机构用于存储所需要销售的商品,在贮存机构内部设有保温装置来商品冷藏保鲜贮备。4.商品驱动机构商品驱动机构用于送出商品,使存储在自动售货机里的商品落到取货口中,便于顾客取走所选购的商品。5.钱币识别系统钱币识别系统由货币识别器、钱币自动分类贮存机构和退币机构三个部分组成。钱币识别器是一个可独立被采用的机构,它可以识别钱币真假,并且可以将分类贮存好的的不同种货币从出币口送出,实现了退币找零的功能,这一技术是自动售货机的关键技术6.PLC控制系统PLC控制系统是一种电控系统,它控
19、制着自动售货机在销售过程中识币,自动累计、外部金额显示、自动送出商品和发出退币找零等的各种功能。7.整机电源和照明系统整机电源拥有稳压、变压分配、防干扰和防漏电等保护功能,照明系统负责样品展示窗的照明。8.制冷和制热系统制冷和制热系统可以实现商品的冷热调节,在自动售货机的保温贮存室内,还可以实现商品恒温保存。2.2.2自动售货机的工作原理当顾客通过自动售货机卖商品时,首先通过投币口将钱币投币,系统检测投入钱币的数目并保存到寄存器中,然后选择所需要商品的按键。投入的钱币通过价格比较器与系统内部已存储好的商品价格进行比较,如果投入钱币小于存储好的商品价格,那么顾客需要再投入一些钱币,系统会把这次投
20、入的钱币与之前投入的的进行累加,继续比较,直到投入的钱币大于给定的商品价格,这时候顾客就能选购商品了。当顾客按下某个商品的选择按钮时,商品就会从出货口送出,这时候把投入钱币减去选购商品价格,算出剩余钱数,并发出找钱信号,把剩余钱从出币口送出。自动售货还把每次卖出商品的价格通过累计器进行累加,通过在寄存器上储存累加后在屏幕上显示总价钱,方便顾客查询。2.3本章小结本章节中重点介绍了自动售货机控制系统方案的设计。首先在第一节我们介绍了本次设计中所需要实现的控制要求,对我们的设计有了明确的指导方向。第二节中我们介绍了控制系统的框图,从中我们可以了解自动售货机的是如何利用PLC实现控制系统的设计的。最
21、后介绍的是自动售货机的组成及其工作原理,让我们对自动售货机有了更进一步的了解3系统的硬件设计自动售货机的硬件设计需要涉及到5种不同的部分,分别是传感器,按钮,PLC,电机,显示屏,缺一不可。本章将针对这5种不同的部分来进行详细的介绍和选择合适本次设计的硬件型号。3.1系统硬件结构框图根据自动售货机实际工作要求需要按键来实现选择商品,通过传感器识别货币面值和真伪,通过电机来推出商品并且需要显示屏来显示相关信息,由此可以将自动售货机的硬件系统画成如下框图,如图3.1所示:图3.1系统硬件结构框图3.2 传感器选型在自动售货机中传感器是必不可少的一部分,它的好坏可以影响到自动售货机性能的优良,因此对
22、于选择合适的传感器是非常重要的。本次设计我选用的是石珍ZDF-1551-1传感器,它的具体参数如下表3.2所示;表3.2 传感器参数表品牌型号类型额定电压工作温度石珍ZDF-1551-1直通式AC220V常温本设计的自动售货机的钱币识别是通过选用电磁传感器来实现。国家发布的一元和五角硬币都是经过特殊制造工艺知道的的金属合金,当这些硬币通过投币入口经过传感器时,就会进入一个由电感和电容组成的特定高频振荡线路所产生的磁场,不同硬币的材质和大小会对电感量的大小产生一些影响,电感量大小的变化能够引起振荡频率的改变,然后通过窄带选频电路将频率信号转换成电压信号并且输出来完成对不同种类硬币的识别。同时每张
23、5元、10元真钞一些地方是用磁性油墨特殊印刷的,因此可以用磁头对这两类纸币的进行磁性检测,通过这一种方法就可以达到记录钱币的投入和辨别钱币的真伪的功能。电磁传感器如图3-3:图3-3传感器3.3电动机的选型自动售货机上有几个不同功能的电动机,在饮料的输出部分电动机的作用是带动弹簧旋转一圈将储存在自动售货机中的饮料转出,每一种饮料的送出必须要有一个与之对应的电动机来给它驱动,因此,选择合适的电动机变得尤为重要。在自动售货机上使用的电动机的功率一般都不大,类似饮料的自动售货机一般都是使用额定电压为12到24V,额定功率为3W的电动机。因为所售商品是饮料,所以要使用直流减速电机,该电机增大了扭矩,就
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