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自动售货机论文
摘要
本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。
具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。
程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。
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。
关键词：
PLC自动售货机
绪论
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；而相对的超市、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。
从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。
从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，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。
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10－15％的电力。
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。
因经济复苏缓慢，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。
特别是在24小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机，解决了不间断提供咖啡饮品服务的问题，这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。
1999年的全美自动售货机协会和全美咖啡服务协会的合并使人们更直观地看到了这种融合现象。
第一章自动售货机介绍
1.1自动售货机的结构
自动售货机作为社会上完成商品交易和公益服务的独立设施,要求它的结构必须严谨齐备。
而为实现各种不同需要,在外型尺寸和外观造型上必须适应现代商品社会的整体和谐。
就自动售货机整体外型而言,可分成大型柜式、中型箱式、小型壁挂式和微型座式机四种。
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。
自动售货机箱体,必须坚固防盗、高雅美观、防雨通风等。
面向顾客的机具正面,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。
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,设在前门体里部的可开启样品门,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。
商品贮存部分设有保温内箱和保温门,内部有可垂直排放各种同类产品的格架,根据机种设计尺寸的不同,贮存商品种类和数量也不同。
商品垂直方式贮存,便于利用商品自重将其方便推出设有保温装置则可实现商品冷藏保鲜贮备。
商品驱动机构根据售出商品包装类型的不同,采用机电结构的驱动技术可分成三种第一种为圆柱型商品如易拉罐、酒瓶等的电磁阀带动翻板的驱动方式第二种为六方体型商品如香烟、纸盒包装品等的微电机带动连杆平推的驱动方式第三种为对薄形片状商品如磁卡、票券等的微电机带动捻拉机构的驱动方式。
上述三种驱动方式都以平稳的推出动作,使贮存排放的商品落到取货口中,便于顾客方便地取走所购商品。
电子识币系统由电子识币器、识币后的钞币自动分类贮存机构和退币机构三部分组成。
它做为一个可独立被采用的机构,可以识别钞币真伪,并将分类贮存的不同种货币推出,实现退币找零的功能,是自动售货机的关键技术。
微电脑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”。
整机电源和照明系统具备稳压、变压分配、防干扰防漏电等保护功能和样品展示窗的照明。
制冶、制热系统根据商品保存的需要制冷或制热,在保温贮存室内,实现商品恒温贮存。
如图1所示
图1自动售货机的结构
1.2自动售货机功能分析
这部分阐述了自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规程，并介绍了自动售货机运行系统种所包括的人工操作步骤。
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。
在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。
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中商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2.60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，其他商品同比。
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。
此时售货机继续进行等待外部命令，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2。
图2动售货机工作流程图
第二章FX系列PLC介绍
2.1FX系列PLC硬件配置及性能指标
FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。
其中FX2是1991年推出的产品，FX0_是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。
它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。
_FX系列PLC型号的含义如下：
___FX□_─_□_□_□_─_□
____________________
_系列名称_______________________
_输入输出总点数___________________特殊品种
_单元类型______________________输出方式
其中系列名称：
如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC等
单元类型：
M_──基本单元
E_──输入输出混合扩展单元
_Ex_──扩展输入模块
_EY_──扩展输出模块
输出方式：
R_──继电器输出relay
S_──晶闸管输出
_T_──晶体管输出transistor
特殊品种：
D_──DC电源，DC输出
A1_──AC电源，AC（AC100~120V）输入或AC输出模块
H_──大电流输出扩展模块
V_──立式端子排的扩展模块
C_──接插口输入输出方式
F_──输入滤波时间常数为1ms的扩展模块
如果特殊品种一项无符号，为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。
例如FX2N－48MT－D表示FX2N系列，48个I/O点基本单位，晶体管输出，使用直流电源，24V直流输出型。
2.2FX系列PLC硬件配置
FX系列PLC的硬件包括基本单元、扩展单元、扩展模块、模拟量输入输出模块、各种特殊功能模块及外部设备等。
基本单元是构成PLC系统的核心部件，内有CPU、存储器、I/O模块、通信接口和扩展接口等。
由于FX系列PLC有众多的子系列，现以FX0S，FX0N，FX2N三个子系列为例加以介绍。
如图2.
图2PLC的基本单元
（1）FX0S系列的基本单元
FX0S系列的功能简单，价格便宜，适用于小型开关量控制系统，它只有基本单元，没有扩展单元。
其基本单元如表2所示。
型号
输入
点数
输出
点数
AC电源100～240v
DC电源24v
继电器输出
晶体管输出
继电器输出
继电器输出
FX0s-10MR-001
FX0s-10MT
FX0s-10MR-D
FX0s-10MT-D
6
4
FX0s-14MR-001
FX0s-14MT
FX0s-14MR-D
FX0s-14MT-D
8
6
FX0s-20MR-001
FX0s-20MT
FX0s-20MR-D
FX0s-20MT-D
12
8
FX0s-30MR-001
FX0s-30MT
FX0s-30MR-D
FX0s-30MT-D
16
14
FX0s-14MR-D12
8
6
FX0s-30MR-D12
16
14
表2FX0S系列的基本单元
FX0S容量为800步，有20条基本指令，两条步进指令，35种50条功能指令。
FX0S编程元件包括500多点辅助继电器，64点状态寄存器，56点定时器和一个模拟定时器，有16个16位的计数器及4点1相7KHZ或1点2相32位高速加/减计数器，61点16位数据寄存器，还有64点转移用跳步指针及4点中断指针。
（2）FX0N系列的基本单元
FX0N的基本单元共有12种，最大的I/O点数为60，它可带3种扩展单元，7种扩展模块，可组成24～128个I/O点的系统。
其基本单元如表2-1所示。
型号
输入
点数
输出
点数
扩展模块可用点数
AC电源100～240V
DC电源24V
继电器输出
晶体管输出
继电器输出
继电器输出
FX0n-24MR-001
FX0n-24MT
FX0n-24MR-D
FX0n-24MT-D
14
10
32
FX0n-40MR-001
FX0n-40MT
FX0n-40MR-D
FX0n-40MT-D
24
16
32
FX0n-60MR-001
FX0n-600MT
FX0n-60MR-D
FX0n-60MT-D
36
24
32
表2-1FX0N系列的基本单元
FX0N的EEPROM用户存储器容量为2000步。
基本指令有20条，步进指令2条，应用指令36种51条。
FX0N有500多点的辅助继电器，128点状态寄存器，95个定时器和45个计数器（其中高速计数器13个）还有大量的数据寄存器，76点指针用于跳转，中断和嵌套。
FX0N有较强的通信功能，可与内置RS－232C通信接口的设备通信，如使用FX0N－485APP模块，可与计算机实现1：
N（最多8台）的通信。
FX0N还备有8位模拟量输入输出模块（2路输入，1路输出）用以实现模拟量的控制。
由于FX0N体积小，功能强，使用灵活，特别适用于由于安装尺寸的限制而难以采用其他PLC的机械设备上。
（3）FX2N系列的基本单元
FX2N系列是FX家族中最先进的PLC系列。
FX2N基本单位有16/32/48/65/80/128点，六个基本FX2N单元中的每一个单元都可以通过I/O扩展单元扩充为256I/O点，其基本单元如表2-2所示。
表2-2FX2N系列的基本单元
型号
输入
点数
输出
点数
扩展模块可用点数
继电器输出
可控硅输出
晶体管输出
FX2n-16MR-001
FX2n-16MS
FX2n-16MT
8
8
24～32
FX2n-32MR-001
FX2n-32MS
FX2n-32MT
16
16
24～32
FX2n-48MR-001
FX2n-48MS
FX2n-48MT
24
24
48～64
FX2n-64MR-001
FX2n-64MS
FX2n-64MT
32
32
48～64
FX2n-80MR-001
FX2n-80MS
FX2n-80MT
40
40
48～64
FX2n-128MR-001
FX2n-128MT
64
64
48～64
FX2N具有丰富的元件资源，有3072点辅助继电器。
提供了多种特殊功能模块，可实现过程控制位置控制。
有多种RS—232C/RS—422/RS—485串行通信模块或功能扩展板支持网络通信。
FX2N具有较强的数学指令
2.3PLC的基本结构
目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。
主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。
其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。
如图2-3所示，PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。
由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。
图2-3
2.4PLC的选型原则
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，如果他们之中既有交流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电数。
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。
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。
第三章自动售货机控制工艺分析
3.1自动售货机的控制技术分析
1．自动售货机有3个投币孔，分别为1元、5元和10元。
2．售货共有3种饮料供选择，分别为汽水，绿茶和咖啡。
3．如投币总额超过销售价格，将可由退币钮找回余额。
4．投币值等于或大于12元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水。
5．投币值等于或大于15元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶。
6．投币值等于或大于20元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示3种均可选择。
7．按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，10秒后自动停止，表示饮料已经掉出。
8．动作停止后按退币钮SB8，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元，如果小于10元则直接退1元的。
从以上分析可知，该自动售货机在使用PLC进行控制时需投入点8个，投出点8个。
3.2PLC的选型
3.3PLC的I/O分配及外部接线图
表1plcio
作用
输入设备
地址分配
输出设备
汽水按钮
SB1
X0
汽水排出电磁阀
Y0
花茶按钮
SB2
X1
花茶排出电磁阀
Y1
咖啡按钮
SB3
X2
咖啡排出电磁阀
Y2
一元投入按钮
SB4
X3
退币电磁阀（一元）
Y3
五元投入按钮
SB5
X4
退币电磁阀（十元）
Y7
十元投入按钮
SB6
X5
汽水指示灯
HL1Y4
复位按钮
SB7
X6
花茶指示灯
HL2Y5
退币按钮
SB8
X7
咖啡指示灯
HL3Y6
PLC外部接线图
图3-1plc外部接线图
3.3PLC选择
PLC选型选择FX2N-32MRPLC一台
第四章自动售货机PLC控制系统设计
4.1控制程序流程图设计
图4控制程序流程图
4.2控制程序设计思路
设计一台完整的销售汽水和咖啡的自动售货机，具有硬币识别、币值累加，自动售货、自动找钱功能，此售货机可接受的硬币为1元、5元和10元。
橙汁的售价为12元，红茶的售价为15元，咖啡的售价为20元。
自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按钮输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。
用自动控制系统替代现有的人工销售方式，节省人力，减少销售开支，扩大销售覆盖面，当投入的硬币总值超过12元时，汽水指示灯亮。
当投入的硬币总值超过1元时，汽水和花茶的指示灯都亮。
当投入的硬币总值超过15元时，汽水、花茶和咖啡的指示灯都亮。
当汽水指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水从售货口自动售出，汽水指示灯闪烁（闪烁频率为1sON,1sOFF）,10秒后自动停止。
当花茶指示灯亮时，按咖啡按钮，则花茶从售货口自动售出，花茶指示灯闪烁（闪烁频率为1sON,1sOFF）,10秒后自动停止。
当咖啡指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡从售货口自动售出，咖啡指示灯闪烁（闪烁频率为1sON,1sOFF）,10秒后自动停止。
当按下汽水按钮、花茶按钮或咖啡按钮后，如果投入的硬币总值超过所需的钱数时，找钱指示灯亮，自动售货机自动退出多余的钱，10秒后自动停止。
动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元，如果小于10元则直接退1元的。
4.3程序设计
可以把一次交易过程分为几个程序块：
运行初期清零过程；投币过程；价格比较与选择商品过程；退币过程。
1）运行初期清零过程
，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远加下去。
投入1元要从上的梯形图，D0是存放余额的数据寄存器，首先要对其进行清零。
不仅需要在完成一次交易后自动清零，而且也能让卖主自己手动清零。
所以用X6和M8002同时可以控制清零指令。
2）投币过程
在投币的过程中，每投下一枚硬币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币制。
先建立变量表，在编写程序。
当按下投入1元时，相当于M1接通投入显示、余额显示都相应增加相同数值，加法是由16位加法指令add来实现的。
投入5元、10元，原理同上。
钱投进去以后，具体梯形图如下：
3）价格比较和选择过程
价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，提示可以购买。
这里用指示灯来代表此信号。
在梯形图中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M6,在程序执行过程中，M4始终保持闭合，CMP是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格，M6是大于价格，M5是等于标志。
再用定时器和M8013控制Y4，实现按下选择按钮并且余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。
一旦选择了相应的饮料，闪烁时间到，就驱动相应的饮料的电磁阀，电磁阀自己控制饮料流出时间。
具体梯形图如下：
4）退币过程
因为选择商品和退币是相互制约的，顾将这两个放在一起进行讨论。
顾客一旦选择了商品，就要用余额减去商品相应的价格，得出最新的余额，而且选择按钮必须是点动的，一次只有一次脉冲，保证SUB指令不会一直减下去。
而且不同商品的选择按钮是相互制约着减法指令的。
减法运算后的结果任放在D0中，所以就满足了余额显示的要求。
退币的过程我们用到了除法运算，除法指令DIV将余额D0除以10，得到的商放在D1中，余数放在D2中。
然后将D1和D2分别赋值给计时器T3和T4，再用一个周期为0.1秒的时钟脉冲控制退币个数。
具体梯形图如下：
4.4创新设计内容
当顾客交易完毕，点击退币按钮时，自动售货机将剩余的钱币从钱币输出口输出，或许由于顾客大意忘记从输出口取出钱币，这样将给顾客带来不必要的损失，针对此种情况，我们可以设计一个自动报警系统，就是当钱从自动售货机中输出超过6秒红外线扫描发现没有取出时，这时将启动报警，及时提醒顾客，增强了售货机的安全性。
结论与体会
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10－15%的电力。
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。
通过这次课程设计，我体会到了很多，也让我懂得了不少知识，让我知道在学习方面还是有欠缺的，这次课程设计包括许多方面的知识，主要是可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心的工业控制装置。
它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高的可靠性，灵活通用，易于编程，使用方便等特点，因此在近年来在工业控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。
参考文献
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