基于PLC自动售货机控制系统设计Word格式文档下载.docx

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slevelofscientificandtechnologicaldevelopmenttoacertainextent,isasymbolofthedegreeofcivilizationofacountry.Practiceandintuitiontellsus,wasbornatavendingmachineinChina,willbringnewopportunitiesforthedevelopmentofdomesticfood,cigarettes,drinksandmanyotherindustries,China'

smoderncivilizationwillbethevendingmachineapplicationandpopularizationofopeninganewmilepost!

Thisdesignisdividedintoupperandlowermachineseat,mainlyintroducedthedesignoftheflightcontrolsystem,thepositionisbasedonprogrammablecontroller,andthentoprocessatransaction,forexample,thetransactionprocessisdividedintofourstates,namely,theinitialstate,thestate,thepurchaseofstateandcoinstate.Thenblockprogramming.Specifytheprogrammablecontrollerinthevendingmachinefunction.InthePLCtrapezoidalchartcompilation,CX-programmerusestheprogrammingsoftwaretobewrittenas.Theprocedureinvolvedthevendingmachineworkmostoftheprocess.ToimprovethesystemstabilityusingthePLCcontrolvendingmachine,theguaranteevendingmachinesbeabletolong-termstableoperation.

Keywords:

vendingmachine,PLC,CX-programmer

前言

自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器。

自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。

1925年美国研制出售香烟的自动售货机，此后又出现了出售邮票、车票的各种现代自动售货机。

现代自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而异，主要有食品、饮料、香烟、邮票、车票、日用品等自动售货机。

一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。

钱币装置是售货机的核心，其主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。

如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。

指示装置用以指示顾客所选商品的品种。

贮藏售货装置保存商品，接收出售指示信号，把顾客选择的商品送至付货口。

一般售货机的钱币装置由投币口、选别装置、确认钱币真伪的检查装置、计算金额的计算装置和找钱装置组成。

70年代以来，出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统，如无人自选商场、车站的自动售票和检票系统、银行的现金自动支付机等。

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，所以应该大力发展自动售货机开发和应用。

1自动售货机控制设计

1.1设计要求

自动售货机应具有如下功能：

1.以1元、5元、10元人民币投入，自动销售橙汁和咖啡。

2.当投入金额等于或超过2元时，橙汁指示灯亮；

当投入金额等于或超过3元时，橙汁和咖啡指示灯同时亮。

3.橙汁指示灯亮时，按橙汁按钮，则橙汁自动排出5S后自动停止，同时，橙汁指示灯闪烁5S后自动停止。

4.咖啡指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡自动排出5S后自动停止，同时，咖啡指示灯闪烁5S后自动停止。

5.当投入金额大于0元时候，退币指示灯亮。

按退币按钮，则售货机以一元的人民币自动退出剩余金额。

6.用组态王软件对自动售货机进行实时监控，并对售货过程仿真。

为了方便分析，我们以一次交易过程为例。

初始状态：

由电子标签显示各饮品价格，显示屏显示友好界面，此时不能购买任何饮品。

投币状态：

按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值，显示屏则显示投入总额及余额数值，当所投币值超过饮品价格时，相应饮品指示灯点亮，提示消费者可以购买饮品。

购买状态：

按下可以购买的饮品选择按钮，机器会将饮品排出在出货口中，同时显示屏中的示数根据消费情况相应变化。

取走饮品后则饮品消失。

退币状态：

按下退币按钮，则退出机器中的剩余货币。

取走货币后，则恢复初始状态。

1.2控制要求 

此设计的是售可乐和橙汁这两种饮料的自动售饮料机,它的总体售货过程是：

当顾客购买饮料时,投入的硬币（投入硬币的面值和剩余值由PLC驱动数码管显示）经过光传感器感应，然后由光传感器驱动硬币识别器识别硬币，如果是假币则被排出，如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮币腔,并经光传感器感应，由光传感器驱动PLC运行。

然后经顾客选择、PLC进行控制，使在PLC的输出口上有相应的信号输出。

自动售货机的外观和运行如图1.1和图1.2。

图1.1自动售货机的外观

图1.2运行图

1.3光传感器 

在本设计中，用到光传感器：

当硬币投入开始由光传感器感应，然后由光传感器驱动硬币识别器；

硬币经识别后进入贮存腔时，由光传感器感应，给PLC一个信号，进行硬币的相加运算；

当退币时，退出的硬币经光传感器感应，给PLC一个信号，进行退币的相减运算。

光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器件，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。

光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其它传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可，本设计是运用红外线传感器的原理对投币进行检测。

图1.3所示是红外线传感器的工作原理图。

它是由光源、接收器和PLC运行电路三部分组成。

光源使用普通的白炽灯泡，当点亮灯泡时，由于灯丝的温度很高，能产生较强的红外辐射，灯泡发出的可见光经滤光片滤掉，红外光便可向外发射。

在距光源发射点一定距离处，设置有红外接收器。

这样，在红外光源和接收器之间就形成一条用肉眼看不见的红外界线。

无硬币遮挡红外线时，红外线经凸透镜聚光后直接照射在光敏二极管VD1上，光敏二极管的电阻变小，从而使V1导通、V2处于截止状态，接在V2集电极的继电器K不工作，输出为低电平，因此，PLC得不到相应的信号。

当有硬币通过红外界线时，红外线被硬币遮挡，光敏二极管因无光照射其内阻增大，于是VT1截止，VT2变为导通，则输出为高电平，使PLC得到相应的信号。

图1.3光传感器

1.4数码管显示 

在本设计中，显示部分，以7段显示指令SEGD来实现，对于指令SEGD，将源操作数指定的元件的低4位中的十六进制数译码后送给7段显示器显示，译码的信号存于目标操作数指定的元件中，输出时要占用7个输出点。

原操作数可以选所有的数据类型，目标操作数位KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z，只有16位运算。

[S]指定的元件的低4位中的十六进制数经译码后驱动7段显示器，译码信号存于[D]指定的元件中，[D]的高8位不变。

图1.4中7段显示器的B0～B6分别对应于[D]中的最低位～第六位，某段应亮时[D]中对应的位为1，反之为0。

图1.4七段码显示

1.5货币的识别原理 

我国目前发行的1元、2元、5元、10元、20、50元和100元纸币，它们采用特殊的防伪手段水印。

以及1元、5角和1角硬币的金属原材料是为造币而专门使用的特殊合金，因此在它通过投币入口进入由电感和电容组成的特定高频振荡线路所产生的磁场时．金属材质和体积的差异对电感量的影响大小也出现微弱差异，电感量的变化引起振荡频率的变化；

再通过检测频率的变化，与设定值进行比较，确定某种硬币种类后，经窄带选频电路将频率信号变成电压信号输出，完成对金属硬币的识别. 

1.6货币的贮存和退币 

在本设计中，采用的是圆筒式贮币，步进电机退币，当纸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内备用。

当收到退币找零电信号后，通过退币电机，将贮币腔内下部纸币依电信号程序退出，完成自动售货机的退币找零功能。

2自动售货机的硬件

自动售货机是用户直接面对的终端界面，主要实现功能为：

1.货物存储和出货，自动售货机将销售商品存储其中。

2.无线数据交换。

自动售货机具有无线通信功能，可以和现有的GSM/CDMA网络进行对接，接受网络侧发起的各种无线通信连接，也可以主动向GSM/CDMA的网络发起连接。

通过无线数据交换可以实现售货机的无线远程控制，并可以实时获取售货机当前系统状态和销售情况，从而实现整个业务的交易流程可控。

自动售货机支持的无线通信方式包括：

SMS、USSD、GPRS和CDMA1X。

2.1PLC部分

欧姆龙集团公司生产的PLC,它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

欧姆龙CP1H是日本欧姆龙新推出的整体式小型机，是一款性价比高、功能完备的通用控制器。

其特点是结构紧凑，集成了开关量控制、模拟量控制、高速计数、4轴高速脉冲输出、串行通信等功能于一身，CP1H指令丰富，采用任务编程方式，并支持功能块编程方法使编程更加清楚、简便。

CP1H取消了手持编程器配置，没有通常的外设接口，取而代之的是USB端口。

还有串行通信功能端口2个，可自由选择RS-232C、和RS-485。

2.2LCD部分

LCD的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。

OCMJ中文模块系列液晶显示器内含GB231216×

16点阵国际一级简化汉字和ASCII8×

8（半高）及8×

16（全高）点阵英文字库，使系统不用扩展外部存储空间。

用户输入区位码或ASCII码即可实现本文显示。

本系列模块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令。

OCMJ中文模块的所有初始化设置工作在上电时自动完成，实现了“即插即用”。

同时保留了一条专用的复位线、可强制复位。

规划整齐的10个用户接口命令代码，非常容易记忆。

硬件接口采用REQ/BUSY握手协议，简单可靠，OCMJ5X10模块的背光源正极引脚所需较大电流才能保证LCD的亮度，所以加9012三极管放大，三极管基极电阻的选择上一定要考虑低温下三极管的特性，以保证可正常驱动LCD。

2.3GSM/GPRS模块

GSM/GPRS模块采用BENQ的M22模块，如图2所示，该模块采用的是标准的AT指令集，正常工作电压为3.3－4.3V，5V的VCC经过IN5401降压到4.3V左右为模块使用，如图2.1所示，由于GSM/GPRS模块有瞬间脉动电流，在电路设计过程中加了一个2200μF的电解电容可以满足模块的瞬间大电流需求。

图2.1GSM/GPRS模块框图

2.4电机的驱动部分和电机的5×

10控制阵列

自动售货机吐出饮料的过程为电机动作推饮料下来，由于电机都是感性的，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驱动电机。

电机驱动需24V电压，控制信号经过L293D后变为24V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）。

由于要控制50个电机，占用单片机16个I/O口，其中5个为行线低有效，10个为列线高有效，形成5×

10阵列，当行为低、列为高的一个交叉点的电机动作推货物出来，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。

3PLC的设计要求

3.1PLC的应用选择

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

PLC主要是由于它具有让通用计算机望尘莫及的特点：

1.抗干扰能力强

PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。

I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；

在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。

2.控制系统结构简单

PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。

3.易于使用

PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。

梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。

4.功能完善

PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。

在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。

由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。

5.设计周期短

PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。

6.维护操作方便

PLC体积小，质量轻，便于安装。

PLC的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。

7.易于实现网络化

PLC可连成功能很强的网络系统。

PLC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。

PLC硬件结构如图3.1所示，是用微处理器实现的许多电子式继电器、定时器和计数器的组合体。

1.中央处理器

CPU是由控制器和运算器组成的。

运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。

控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。

他的重要功能：

诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误；

采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中；

按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作；

将存于寄存器中的处理结果送至输出端；

应各种外部设备的工作请求。

图3.1PLC硬件结构图

2.存储器

PLC的存储器分为两大部分：

一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。

二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。

3.输入输出接口电路

PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。

输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。

4.电源

PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。

5.输入输出I/O扩展接口

若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相连接。

6.PLC的基本工作原理

PLC的等效电路分为三部分：

1.输入部分，这部分的作用是收集被控设备的信息或操作指令输入端子是PLC与外部开关、敏感元件等交换信号的端口。

2.内部控制电路。

这部分由用户根据实际的控制要求编写程序组成，其作用是按用户程序的控制要对输入信息进行运算处理，判断哪些信号需要输出，并将得到的结果输出给负载。

3.输出部分。

这部分的作用是驱动外部负载。

输出端子是PLC向外部负载输出信号的端子，PLC输出继电器触点与输出端子相连，通过输出端子驱动外部负载，如接触器驱动线圈、信号灯、电磁阀等。

可编程控制器的工作方式PLC采用的是串行循环扫描的工作方式，大致分为三个阶段：

1.输入采样阶段。

在第N个扫描周期，首先进行的是读入现场信号，PLC依次读入所有输入状态和数据并将它们存入寄存器内，输入采样结果后，如果输入状态和数据发生变化，PLC不再响应，输入寄存器中的数据和状态保持不变，要等到N+1个扫描周期才能读入。

2.用户程序执行阶段。

CPU将指令逐条调出并执行，其过程是从梯形图的第一个梯级开始自上而下依次扫描用户程序，在每一个梯级，又总是按先左后右、先上后下的顺序扫描。

3.输出刷新阶段。

CPU将输出映像寄存器的状态和数据传送到输出锁存器，在经过输出电路的隔离和功率放大，转换成合适的电压、电流或脉冲信号，驱动接触器、电磁铁、电磁阀等执行器，此时才是PLC的正真输出。

扫描周期：

扫描周期会因为中断处理、诊断和故障处理等事件儿延长，为了缩短时间，可以采用“将不执行的任务转为待机”或者“将不执行程序区域插入JMP-JME指令跳转”的处理方法。

3.2欧姆龙CP1H可编程控制器

经过从功能方面和价格方面两个方面的考虑，发现欧姆龙可变成序控制器产品CP1H比较适合自动售货机。

因为它是一种功能很强的小型机，在设计的过程中采用先进的方法及组件使其通常只有在大型PLC中才具有的功能，且具有其他控制器所不具备的功能。

虽然是小型机。

但是其功能较完善，性能价格比高，较适合自动售货机。

现在就对欧姆龙CP1H可编程控制器的特点和基本性能做一个简单介绍。

3.2.1CP1H的特点

CP1H型PLC属于小型PLC，使用USB端口与上位机通信，采用梯形图功能块的结构文本语言编程，多任务的编程模式，多协议宏服务端口，易于连网，拥有多路高速计数与多轴脉冲输出。

CP1H具有与CS/CJ系列PLC相似的先进控制功能如下：

1.处理速度快

CP1HPLC的CPU执行基本指令的时间一般为0.1us/条，执行MOV类高级指令的时间为0.3us/条，运行速度分别是小型机CP1H的6倍和26倍。

相应的系统管理、I/O刷新时间和外设服务所需时间大幅度减少。

2.程序容量与I/O容量大

CP1HPLC的程序存储容量20K字，数据存储器（DM）的存储最大容量32K字，这些为复杂程序和各接口单元、通信及数据处理提供了充足的内存。

3.整体式机构

CP1HPLC采用整体式结构，体积小巧且功能完备，大幅度提升了空间的利用率。

CP1HPLC采用CX-P6.1版本作为编程软件，配有FA综合工具包CX-ONE，可实现PLC与各种外部元器件的结合。

4.系统扩展性好

CP1HPLC最多