基于PLC的自动售货机控制系统的设计毕业设计Word文档格式.docx
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自动售货机在功能上首先要能实现货币的累加计算,从投币口送入货币,货币经过货币识别器进行相关信息的采集,然后相应的信息被传给PLC,PLC根据所接收到的货币信息进行判断是否可以购买商品,然后根据结果做出应有的反应。
当消费者按下选择商品的按钮之后,顾客从商品提取口取出商品,售货机内部重新进行货币的金额计算,重复售货机的金额比较功能,对相关的指示灯进行调整,重新进行购买提示,如需再次进行购买饮料根据提示选择可购买的商品即可;
如果不需要继续购买的时候消费者需要按下退币按钮给PLC传递退币信号进行退币,退币完成相关寄存器进行清零此次交易完成。
自动售货机售货完整操作主要有五大系统组成,分别为投币系统、比较系统、饮料选择和供应系统、退币系统,工作流程如下图1-1所示。
图1-1自动售货机工作流程图
1.2本次所设计的主要内容
本次自动售货机设计主要实现以下功能：
（1）该自动售货机主要销售矿泉水、可乐、雪碧、冰红茶、果粒橙、纯牛奶、罐装咖啡七种饮料,饮料价格分别为1元、2.5元、2.5元、2.5元、3.5元、3.5元、10元。
（2）在自动售货过程中,售货机具有货币识别功能,可投入五角、1元硬币和1元、5元、10元纸币,投币过程控制时间为30秒。
（3）当投入的货币总值大于饮料的售价时,相应的饮料的指示灯开始亮,做可购买提示。
（如:
当投入货币大于1元是矿泉水指示灯亮,当投入大于等于10元时所有饮料指示灯全亮。
）当总投入货币小于1元时,货币不足指示灯亮。
（4）根据可购买指示灯来选择需要购买的饮料,按下选择购买的饮料按钮,出货口的指示灯亮做取物提示,且所选择的饮料送出电磁阀打开,送出饮料,时间为8秒,之后出货结束,电磁阀关闭,出货指示灯熄灭。
在此期间饮料指示灯闪亮。
（5）当投入的货币金额超过所消费的金额时,剩余的货币会再次进行币值比较,功能重复,如果需要再次购买按之前购买方式即可;
若是不购买按下退币按钮,退币指示灯亮,并执行退币程序,在10秒内退出多余币,自动售货机自动清零。
（6）购买结束后,自动售货机自动统计销售金额、销售量。
本章小结:
本章主要根据了解现有的自动售货机的功能,对此次自动售货机的功能设计进行确定,具体硬件设计及软件设计将会在以下章节中进行说明。
第2章自动售货机硬件设计
要了解自动化售货机的硬件组成则需要先对所设计的自动售货机的控制系统进行详细的了解根据控制系统进行各方面的硬件设计或者相关硬件的选型。
2.1自动售货机控制子系统设计
自动售货机相关控制系统主要有三部分组成：
（1）售货前期准备:
商品价格及储存系统
自动售货机可售卖多种商品,每种商品的价格会有不同,因此需要在售货前设定所售商品种类和价格,并将其贮存到控制系统内,另外还需将每次贮存的商品数量进行贮存,方便货物数量查询及货物的补给。
此部分可设计在售货机箱体内部,由售货机持有人进行每次设置。
这部分可由按键和存储器构成,使用按键输入相关需要保存的数据信息,而存储器则用来保存数据,存储器选择具有断电保持功能的型号。
（2）售货期间：
货币检测累计、可售指示及退币系统
该部分为此次售货机设计的重要部分,货币检测是来识别货币币值及真假,并将其累加与之前设置的商品价格进行比较,给予消费者相关的售货提示方便其自主消费,当消费完成后进行货币清算及退币,退回多余货币。
此部分设计详见本章其他小节。
在售货期间还要有检测系统,检测货物是否售出完毕,并给予消费者售货售完的提示,要实现此部分功能可以在自动售货机商品贮存道下方安装接触行程开关,贮存道有商品时,行程开关被压下,售货机正常工作,当此类商品售出完毕,相应的行程开关被释放并发出信号,CPU接收到无货信号后向相应指示灯发出信号,提示“售空”,商品指示灯停止响应可售信号。
（3）售货结束:
累计及自测功能
在顾客进行相关的商品选择并结束操作后,自动售货机内部的数据寄存器会对所卖出的商品进行销售额及销售量的统计,并于售货前期已保存的相关数据进行比较或者进行运算来完成历史的销售额及历史销量,可与电脑或者其他设备联机方便工作人员对相关数据的统计。
2.2自动售货机硬件组成
自动售货机主要由PLC控制器、内部显示装置、商品选择按钮、指示灯、电动机、货物送出电磁阀、货币识别器等组成,结构框图如下图2-1。
图2-1自动售货机硬件组成
2.3PLC介绍及选择
2.3.1PLC产生及发展
可编程控制器最早产生于美国的汽车制造行业,因当时竞争激烈,且在进行汽车制造时为生产适应市场的新型汽车,相应的生产线都要不时变化,这样就造成了相当庞大的浪费,因此为了适应汽车产业的相关发展,同时减少设计继电器控制系统所需要的成本和时间,美国通用公司提出了新型工业控制装置的10项技术指标要求：
（1）编程要简单,可即时进行修改。
（2）硬件维护方便,采用插件式结构。
（3）靠性要高于继电器控制装置。
（4）体积要比继电器控制装置小。
（5）实现数据与计算机的即时通信。
（6）尽可能的减少成本。
（7）输入可以是交流115V。
（8）输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀。
（9）扩展时原有系统的改动要小。
（10）用户程序储蓄器容量至少可以扩展到4KB。
1969年美国数字设备公司以这些指标为依据,研制出了第一台可编程控制器并将其投入到通用汽车的生产线过程控制中,最终证明效果非常好，从此开创了可编程控制器的新纪元,并在以后得到快速发展及广大应用。
2.3.2PLC硬件组成
PLC的硬件组成有中央处理器（CPU）、存储器（RAM、EPROM等）、输入/输出I/O模块、外设I/O接口、I/O通道接口、编程器及电源部分等,如下图2-2所示。
其中,CPU是PLC的核心,输入/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路,通信接口用于链接编程器、上位计算机等外部设备。
图2-2PLC硬件组成
2.3.3PLC的工作原理
PLC的工作程序都比较复杂,但是都采用不断循环的顺序扫描的工作方式,即PLC工作时对用户程序反复循环扫描,逐条地解释用户程序,并加以处理。
每个扫描周期大致可分为三个阶段:
输入采样、执行程序、输出刷新。
扫描周期即为扫描动作执行一周的时间,如下图2-3所示。
图2-3PLC程序扫描示意图
2.3.4PLC的功能
（1）条件控制功能
（2）定时/记数控制功能
（3）数据处理功能
（4）步进控制功能
（5）A/D与D/A转换功能
（6）运动控制功能
（7）过程控制功能
（8）扩展功能
（9）远程I/O功能
（10）通信联网功能
（11）监控功能
2.3.5PLC的选择
现已决定用PLC来作为中心控制,现在就要选择PLC的容量、品牌及外设,PLC的容量就是具体分析现在所要设计的自动售货机上所有需要的I/O点。
关于PLC的品牌选择,主要参考自己所设计的售货机的功能,对PLC有无特殊要求,如计算速度、用户程序容量等;
还需要根据实际情况考虑价格问题,因为不同的品牌价格差别较大。
根据设计要求共有13个输入点,分别为:
5个货币输入点、7个饮料选择按钮、1个退币按钮;
输出点共有18个,分别为:
7个饮料指示灯、7个饮料输出电磁阀、2个退币口、1个退币指示灯、1个取物指示灯。
选择PLC时除了需要满足控制要求,还需要考虑留有适当的裕量以备补充扩展使用。
通常裕量的选择是有存储器裕量和I/O点数裕量,存储器裕量为10%至25%,I/O点数裕量为10%至15%。
现在可供选择的PLC有三菱、西门子、欧姆龙、施耐德等多种品牌,但是根据现有实际情况及学校可供模拟实验台的情况,我选择了三菱FX-2N系列的PLC来完成此次设计,之前已经计算过I/O口数量所以本次设计选择PLC的型号为FX-2N-48MR,具体的I/O分配如下表:
表2-1I/O接口分配表
输入
输出
设备
0.5元硬币
SB1
X001
矿泉水指示灯
HL6
Y006
1元硬币
SB2
X002
可乐指示灯
HL7
Y007
1元纸币
SB3
X003
雪碧指示灯
HL10
Y010
5元纸币
SB4
X004
冰红茶指示灯
HL11
Y011
10元纸币
SB5
X005
果粒橙指示灯
HL12
Y012
矿泉水按钮
SB6
X006
纯牛奶指示灯
HL13
Y013
可乐按钮
SB7
X007
咖啡指示灯
HL14
Y014
雪碧按钮
SB10
X010
矿泉水出货阀
YV6
Y016
冰红茶按钮
SB11
X011
可乐出货阀
YV7
Y017
果粒橙按钮
SB12
X012
雪碧出货阀
YV10
Y020
纯牛奶按钮
SB13
X013
冰红茶出货阀
YV11
Y021
咖啡按钮
SB14
X014
果粒橙出货阀
YV12
Y022
退币按钮
SB15
X015
纯牛奶出货阀
YV13
Y023
咖啡出货阀
YV14
Y024
0.5元退币口
YV1
Y001
1元退币口
YV2
Y002
退币指示灯
HL3
Y003
货币不足指示灯
HL4
Y004
取物口指示灯
HL5
Y005
我们已经根据需要确定了PLC的型号,并完成了对各个接口的分配,接下来需要设计PLC与外部设备的连接,具体接线图如下:
图2-4PLC的I/O接口接线图
2.4货币识别器选型
自动售货机的投币只有硬币和纸币两种,因此需要选择两种货币识别器分别进行硬币识别和纸币识别,因为现在市场上已有货币识别器的相对我的本次设计来说已经足够使用且更加合适,因此我此次选用了现成的货币识别器。
2.4.1硬币识别
硬币识别主要分为投币、进币和退币三个阶段,其主要识别原理是当真假币通过两种传感器时电容和电感的改变量不同,通过改变量可以辨别硬币的真假。
现在市场上已经出现多种硬币识别器可供我们选择,但是根据多种比较及各方面考虑,我选择了复合式硬币识别器这种价格便宜、功能稳定可靠的识别器来完成硬币识别工作。
复合式硬币识别器主要是由感应线圈、平板电容传感器,通过对货币的材料、大小厚薄等各个要素进行检测,来辨别硬币的真伪和币值大小,当然其中还要单片机、交流电桥、A/D转换器等协助工作,共同完成信号的采集、转换及最后的识别和任务的分配完成。
当硬币识别完成后,已经通过识别的硬币根据币值的不同将会被单片机控制系统来利用电磁阀分配到不同的硬币储存装置中留作备用,当顾客在完成购买操作且钱币有剩余的时候按下退币按钮,硬币识别器收到退币信号将会控制电磁阀将之前储存的硬币根据退币信号来退还多余的钱币,此时硬币识别器就完成了自主退币找零的功能。
硬币识别器通过设备之间的通信将相应的信号送达到PLC。
在本次设计中所选用的硬币识别器经过多方面考虑,最终选择储存硬币数为500枚的BD-8G型的复合式硬币识别器来完成一元、五角硬币的识别。
该硬币识别器相关信息如下表:
表2-2硬币识别器选型
硬币识别器
工作电压
工作电流
工作温度
BD-8G
DC+12V
2A
-20°
C～60°
C
2.4.2纸币识别
纸币识别跟硬币识别相似,但是只有投币和进币两个阶段,因为纸币易磨损且退币麻烦,所以在选择退币时只设计了硬币退币功能。
纸币识别器在硬件构成上与硬币识别器大部分相似,也需要传感器、A/D转换器、外部存储等部分,同时也是单片机控制系统,但是纸币识别器需要紫外、红外、磁性穿透装置来通过对投入纸币进行各种取样,并将投入纸币的各部分信号参数与已经设置存储的真的纸币信号参数样本进行比较来判断投入纸币的真假。
当然我国人民币的制作也是相当复杂,无论是纸张还是印刷材料都与假钞有很大区别,关于纸币识别器的工作原理在这里也不多加赘述。
另外纸币识别器与PLC之间也是通过通信连接。
纸币识别器的类型也多样,根据价格等多方面因素,我此次选择的是型号为TCN-7-3B,纸币储存容量为400张的纸币识别器来识别1元、5元、10元纸币。
该型号纸币识别器的相关信息见下表:
表2-3纸币识别器选型
纸币识别器
TCN-7-3B
0°
C～55°
2.5送出机构
从市场来看目前自动售货机上应用的送出机构种类繁多,较为典型的有旋转送出机构、转盘式送出机构、滚筒式送出机构、弹簧推送式机构。
因为旋转式送出机构虽说应用广泛但是相应的成本较高,转盘式送出机构需要较大的转矩来带动和占用较大的空间容易发生卡死现象,滚筒式送出机构对电机的转动精度要求较高,所以比较而言我选择了弹簧推送式送出机构。
2.6电机选择
自动售货机上需要多个电机来驱动,因此需要选择合适的电机。
对自动售货机来说,电动机的功率参数要求不大,但是要使用直流减速电机,因为使用直流减速电机可以增大扭矩保证饮料的输出。
虽然说现在一般使用的是交流电动机,但是在自动售货机上使用直流电机比较好,因为其自动售货时间很短,电动机的启动和制动时间都比较短,因此直流电机比较容易满足这些要求。
选择的电动机相关参数见下表:
表2-4电动机选型
减速电机
额定电压
额定功率
转速
减速比
XINX-37JS
3W
16R.P.M
1：
10
2.7按钮与指示灯选择
在自动售货机上按钮是为了方便消费者选择自己所需商品而设置,按钮一般都嵌装在操作基板上的,按钮按防护方式也分为多种类型,因为无人自动售货机一般无人看管,只是定期维护,因此在选择具有保护作用的按钮来进行操作。
指示灯的种类多样,自动售货机上的指示灯是给予消费者提示信息的,因此从经济适用性方面考虑的话,寻常LED指示灯就可以满足要求,当指示灯没有接收到相关信号是显示绿色或者不显示,当接收到显示信号的时候就显示出红色,提醒消费者可以购买,或者进行其他操作。
2.8显示装置
在自动售货机内部需要设置显示装置用于输入商品价格、数量、销售量、销售金额等,现在市场上多用的是液晶（LCD）显示装置,因为液晶显示装置经济方便,显示效果好,所以此次设计中内部的显示装置我也选用液晶类型的。
在本章中主要是对硬件结构进行设计,并且选择合适的型号，有些硬件已经进行清楚的介绍及选型,但是有些没有进行过多描述,在这方面有欠缺。
第3章自动售货机软件设计
3.1自动售货机控制流程图
根据自动售货机所需要实现的功能,自动售货机控制系统需要完成币值累加,币值比较,货物选择及退币过程,则具体的流程图如下：
图3-1自动售货机控制流程图
3.2自动售货机程序设计
所谓自动售货机的软件设计实质上就是运用PLC规定的编程语言,将控制对象的控制条件将控制对象的控制跳进啊与动作要求转化成PLC可识别的指令的过程,三菱系列PLC可使用的编程语言有指令表、梯形图和SFC编程3类,此次设计中我选用梯形图来编程。
3.2.1程序中所需要用到的部分主要指令
1、比较指令
指令格式：
（D）CMP（P）
（S1.）
（S2.）
（D.）
比较指令CMP是将两个源操作数（S1.）和（S2.）进行比较,比较的结果送到目的操作数中（D.）去。
例如图3-2所示的梯形图,当X001接通时执CMP指令通电执行,D10中的数据和K23（数值23）比较,比较结果存放于M3开始的连续3个元件中。
当D10>
23时,M3=1;
当D10=23时,M4=1;
当D10<
23,M5=1。
图3-2CMP指令使用说明
2、加法运算
指令格式:
（D）ADD（P）
加法操作指令是将源操作数（S1.）、（S2.）相加,结果送到目标操作数（D.）中去。
如图3-3所示梯形图,当X001接通时,（D1）+（D2）=（D3）,运算是代数运算。
图3-3加法运算使用说明
3、减法运算
（D）SUB（P）
减法指令SUB将源操作数（S1.）减去源操作数（S2.）,结果送到指定的目标操作数（D.）中去。
如图3-4所示梯形图,当X001接通时,（D12）+（D13）=（D10）,运算为代数运算。
图3-4减法运算使用说明
4、除法运算
（D）DIV（P）
除法指令DIV将源操作数（S1.）除以源操作数（S2.）,结果送到指定的目标操作数中,其中商送到（D.）中,余数送到（D.）的下一个元件中。
如图3-5所示的梯形图,当X001为1时,K123除以K30,即123÷
30,商为4存到D0中,余数为3存到D1中。
图3-5除法运算说明
5、循环指令
图3-6单层循环指令说明
它由FOR和NEXT两条指令组成,配对使用。
FOR为循环开始,而NEXT为循环结束,其功能是,使这两条指令中间的指令,按指定的次数循环执行,重复多少次在FOR指令中说明。
该指令可
升级会员 