基于PLC的自动售货机的设计.docx
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基于PLC的自动售货机的设计
基于PLC的自动售货机的设计
摘要
本论文设计的是三菱FX1N-24MR型PLC构成的自动售货机。
这篇论文叙述了关于自动售货机的起源和在现在到未来的发展情况与前景，重点讲述了自动售货机是怎么工作的、工作原理是什么。
并通过自动售货机设计方案的比较和选择确定了本论文使用的自动售货机系统，然后通过一次交易，把交易过程拆分为程序块，按照顺序给每一个程序块进行编程，详细的介绍了自动售货机中可编程逻辑控制器部件的作用。
设计这个控制系统是通过使用接口电路、可编程逻辑控制器和显示模组来控制自动售货机，完成设计任务的。
还详细地阐述了PLC的基本构成、特征以及工作原理，对基于三菱FX1N-32MR型PLC组成的自动售货机系统整体设计过程进行了较为细致的阐述。
通过接线图、梯形图、硬件软件调试、仿真调试等一系列过程，完成了自动售货机的控制要求。
关键词：
PLC；自动售货机；梯形图
BasedonPLCautomaticvendingmachinesystemdesign
Abstract
Inthispaper，thedesignofautomaticvendingmachineisbasedontheMitsubishiPLCFX1N-24MR.Inthispaper,thehistoryofvendingmachinesanditinthedomesticandforeignresearchstatus,andthesystemdescribedtheworkprincipleandworkflowofautomaticvendingmachine,andthroughthecomparisonandchoiceofthevendingmachinedesign,thepaperdeterminestheuseofthispapervendingmachinesystem.andthenthroughatransaction,thetransactionprocessissplitintoaaprogramblock,followedbytheprogramblockprogramming,detaileddemonstrationuesesofthePLCinthevendingmachine.ThecontrolsystemdesignistomakefulluseofthePLC,interfacecircuitchipanddisplaymodule,toachievethecontrolofthevendingmachine,toachievethepurposeofthedesign.Thebasicstructure,featuresandworkingprincipleofPLCaredescribedindetail,andthewholedesignprocessoftheautomaticvendingmachinesystembasedonMitsubishiPLCFX1N-24MRisdescribedindetail.Throughthewiringdiagram,ladderdiagram,simulationdebugging,hardwareandsoftwaredebuggingandaseriesofprocess,completedtheautomaticvendingmachinecontrolrequirements.
Keywords：
PLC；vendingmachine；Trapezoidalchart
第1章绪论…………………………………………………………………………………4
1.1引言………………………………………………………………………………42
1.2论文设计背景及意义…………………………………………………………………5
1.3国内外研究现状…………………………………………………………………5
1.4主要研究内容……………………………………………………………7
第2章 系统设计方案的论证……………………………………………………………………4
2.1自动售货机的原理及工作流程……………………………………………………4
2.2自动售货机设计方案的比较和选择………………………………………………5
2.2.1自动售货机的设计方案………………………………………………………6
2.2.1自动售货机方案的比较和确定……………………………………………………6
第3章系统的硬件设计…………………………………………………………………………6
3.1系统设计的PLC简介………………………………………………………………6
3.1.1PLC的介绍………………………………………………………………………6
3.1.2PLC的选择…………………………………………………………7
3.2系统硬件的选择………………………………………………………………9
3.3PLC输入输出接口电路……………………………………………………………9
第4章系统的软件设计………………………………………………………………9
4.1系统的软件简介……………………………………………………9
4.2自动售货机系统的主程序流程图………………………………………………11
4.3自动售货机系统的子程序流程图………………………………………………12
4.4系统的程序设计…………………………………………………12
第5章系统的仿真调试…………………………………………………………………………23
5.1系统硬件调试…………………………………………………………23
5.2系统软件调试…………………………………………………………………27
5.2.1组态王软件的仿真…………………………………………………………23
5.2.2仿真调试的结果……………………………………………………………27
结论…………………………………………………………………………………………28
致谢…………………………………………………………………………………………30
参考文献……………………………………………………………………………………29
附录…………………………………………………………………………………………31
第1章绪论
1.1引言
回顾自动售货机的发展历程，因为工业结构从劳动密集型变成技术密集型，所以产生了自动售货机。
随着生产和消费都变得大规模化，消费的方法和营销的背景发生改变，这时候就要求新型的销售途径，顺应而生的商铺、购物超市和超级市场等途径又增加了人工成本；还有购物时是否方便和场所的约束性等原因的制衡，所以能够有效解决上述问题的自动售货机就产生了。
自动售货机是一种常用的商业工具，通过放入不同数量的货币来销售货物的机器，它的优点是能够节约人工成本，随时随地的就能够进行交易活动，方便快捷，被人们称赞为不休息的微型商超。
自动售货机是通过利用光学、机械学和电子学来进行人机交互，自动进行商业行为的机器。
和以前的自动售货机不同的是，新型的自动售货机的控制系统放弃使用单片机当做操控中枢，而是利用可编程逻辑控制器，这样不光能够减少在输入输出接口上花费的时间，还能够提高操作系统的抗干扰能力。
可编程逻辑控制器是一种实现了电子技术、自动控制技术和信息工程技术，PLC因为它较高的可靠性、简单的编程、便利的使用和维护从而在工业控制领域里获得了普遍的使用。
综上所述，使用可编程逻辑控制器技术的自动售货机，正在慢慢代替以前老式的自动售货机，正是因为具有结构牢固、产品工作稳定等优点，以完成生活中商业服务等为定位的新型自动售货机在市场上占据广阔的发展空间。
1.2论文设计背景及意义
人类社会不断的在进步，自动售货机也在人类生活中变得不可代替，它不光是一种自动售货的商业机械，还能够降低商业活动中人力资源的占用率，降低人工成本。
在小面积和低成本的销售背景下，这种全天候的销售机器还能够利用人们内心中的好奇来进行商业活动，遵循消费背景和方式的变化规律。
因为人类的生活水平不断的提高，人们把目光注意到了工作场地的甜点饮品这一方面。
自动售货机能够全天候不间断的工作，让员工闲暇的休息时间变得更加的舒服，在花费最小的条件下，更有效的提高了员工的工作能力。
目前，自动售货机不光通过联机的办法，把售货机的状况及时的利用网络传送到终端，保证售货机能够顺利并及时补充商品，这表明了自动售货机行业开始进行信息化，让销售过程变得更加的适宜。
因为地球的温室效应，所以需要节约资源，尤其在夏天，电力资源经常不足，所以在断电后也可以保证较低温度的节能型自动售货机正在占据更大的市场，研究表明，节能型自动售货机比普通售货机节约1成的电。
综上所述，自动售货机正在变得更加的节能，更加的多样化。
1.3国内外研究现状
二十世纪五六十年代，自动售货机在英国等西欧国家开始流行。
在英国，自动售货机首先应用在食品行业，经过近十年的发展，自动售货机在食品行业的应用已经很普及，又进经过了近二十年，自动售货机已经渗透到了英国的各行各业，整个英国的自动售货机的数量也变得极为庞大，这些售货机也带来了大量的财富。
又经过三十年的时光，自动售货机走向了更多的发达地区。
自动售货机通过人和机器的交互，进行商品的交易行为，改变了商超、便利店、超级市场等商品销售场所的格局，自动售货机也顺势变得多种多样
目前，自动售货机作为一种集光、机、电于一身并且可以实现无人自动交易的商业自动机器，在我国也开始快速发展。
在我国各种超市、商店、街道等人员密集的场所都能找到自动售货机的存在。
自动售货机的方便、快捷、新奇、文明、占地小等无不成为众多市民的追捧的原因，甚至出现排队购买的现象。
有研究表明，自动售货机在Japan、America、Europe等发达地区的普及度很高，人均台数很低，而我国经济还有待发展，人均台数差距很大，尽管如此，自动售货机在我国产生的GDP也高达数百亿。
综上所述，我国的自动售货机产业，具有很大的发展前景和市场。
1.4主要研究内容
本文共分5章，系统的介绍了自动售货机系统从设计方案，操作逻辑到系统硬件，系统软件等各个环节的设计及系统调试的方法和原则。
本文首先说明了一下自动售货机的发展空间，其次在第二章分析了一下系统构造，然后第三章论述如何设计该系统的硬件，第四章分析并研究了自动售货机系统的软件设计，最后讲解了如何对设计好的程序进行测试修改。
第二章系统设计方案论证
本章内容主要是根据需要自动售货机要具有什么样的功能，通过对比不同种类自动售货机控制程序，研究出符合要求的系统程序。
2.1自动售货机的原理及工作流程
自动售货机的利用机械学、电子学等专业知识，实现机电一体化的一种自动装置。
自动售货机在收到货币以后，通过触摸面板的控制把信号输入到控制器内，然后控制器启动机械装置进行一系列运动，将货物输出。
也就是顾客只需要进行投币、选货、退币等简单的操作选择，就能够方便快捷的购买到自己想要的商品。
其基本操作流程为：
1消费者在入钞口放入钞票，然后启动钞票鉴别装置鉴别钞票；
2操作中枢把开启消费者投入的钞票能够购买货物的选择指示灯，让消费者能够容易选择能购买的货物；
3消费者选择想要购买商品的按键，将信息输入到操作中枢，然后操作中枢控制机械装置，把消费者购买的货物送出至出口；
4如果还有足够的余额，则可继续购买。
消费者取出货物后，操作中枢发出信号，将余额退还，或者由消费者操作退币按钮来完成；
5消费者取出余额后完成交易活动。
通过上述表达做出售货机的工作示意图
2.2自动售货机设计方案的比较和选择
自动售货机的设计方案多种多样，不仅可以利用Relay、Microcomputer、PLC等硬件装置控制，还能够使用EDA.Ram等程序来控制，接下来我们分别对比一下这几个设计方案，并选择出来最适合的那个方案。
2.2.1自动售货机的设计方案
方案一：
以Microcomputer为操作中枢
因为Microcomputer的操作中枢是在芯片的层面进行研究设计的，所以设计方案的时候，我们首先解决硬件系统，通过硬件电路图做出线路板，将准备好的零件安装到线路板上，然后调节测试，最后解决防干扰的问题，并仔细检测。
利用专属的启动开关，加上编写的控制程序来连接调试。
方案二：
以继电器为控制核心的自动售货机系统
利用逻辑思维来把需要的relay、timer、contact和接口用硬接线的办法来组成以relay为重点的控制系统。
控制相关生产机械工作。
如果想要用contact来控制多个装置同时使用，那就可以采用这个方案，具体的设置图如下:
通过观察上图，我们能够看到这个系统的三个电路相互独立工作，启动开关sf1以后，kf（intermediaterelay）开始工作，然后contact的两个接口同时开启并开始工作，因此使用以继电器为控制核心的方法。
方案三：
以EDA为控制核心的自动售货机系统
它的控制思想是以EDA为核心，然后通过对一段一段的模块进行语言设计，从而实现相应的功能并作出模块仿真波形。
将模块记录转化为相应的数值送入到下一个模块。
最后按照规定的方法连接各个模块，这样就可以达到设计目的，得到以EDA为核心的自动售货机系统
方案四：
以PLC为控制核心的自动售货机系统
通过在一块可以编程的存储器内部，利用逻辑运算、算数运算等方法控制数字电路和模拟电路的输入输出，进而达到控制生产流程的目的。
作为一种用于工业的控制型计算机，所以PLC的基本规律和计算机的大致相同，都是用软件程序来控制系统，从而达到操作者的要求，这个办法的线路的连接图如下图所示
通过上图我们能够看到，计算机中央处理器不是同时解决每项问题的，而是相同时间内只完成一个任务，按照顺序来解决每一个硬件的处理问题，这个方案使用内部存储器的逻辑关系。
2.2.2自动售货机方案的比较
方案一，运用到自动售货机上的话，那么就需要让单片机系统增加许多电路来达到最终目的，这样一来也会让系统的电路变得冗杂，稳定性也会大大降低。
还需要让专业人士为系统专门设计开发程序，人工成本很高，单片机的各种硬件的成本也很高，损毁以后也不方便维修，整体的性价比远远不如方案四。
方案二，优点是能够有效的防止整个系统变混乱，但是缺点也很明显，就是过多的使用机械开关，导致整个电路过于杂乱，大大减少了使用寿命，稳定性不高。
方案三，成本较高，价格也叫昂贵，同时，EDA嵌入电路比较困难，它不能由电路与系统工程师嵌入传感电路、模拟电路或功率输出电路。
方案四，因为采用机电一体化技术，电路中的半导体就能够代替机械开关，降低了成本，还让系统电路变得简单小巧，大大提高了稳定性。
如果系统出现问题，可编程逻辑控制器还能够进行自我检查、自我修复、实时监测程序，并回馈到操作者面前，提高了调节测试和维修护理的方便性。
与方案一相比，方案四不光能够降低硬件方面的花费，还大大减小了系统的开发过程，因为开发者不需要过多的在意系统电路怎么构成，只需要专心开发软件即可。
因为采用积木式结构，所以系统电路的大小可以根据需要改变不同的大小，完美的达到了工业上关于控制问题的要求。
而相对于EDA来讲，PLC的成本相对很低。
综上所述，横向对比四个方案，采用PLC为控制核心的系统有着更稳定、更普遍、更方便的特点，整个系统电路的大小、功率损耗、维修保护也比其他三个方案好很多，所以自动售货机的控制系统将采用方案四。
第三章系统的硬件设计
本系统采用的PLC为三菱FXIN-32MR型，硬件是控制系统的载体，硬件设计是整个设计的基础环节。
本论文硬件电路包括：
退币电路；出货控制电路；钱币识别电路；商品选择电路；显示电路；PLC输入输出接口电路；
3.1系统设计的PLC简介
3.1.1PLC的介绍
可编程逻辑控制器是PLC的全称，PLC不仅仅是一种存储器并且还可以编程，通常它以内部程序储存可进行为基础，在存储的同时它还能够按照某些指令执行与之相对应的动作，当处在特定的软件系统的情况下，就拿工业控制设计这个环节来说，在处理这个系统时PLC技术的效能就可以发挥的非常极致。
目前，在科学技术不断的发展过程中，该设备的功能已经超过了逻辑控制的范围。
因此，将其简称为PC,但是为了能够实现个人与计算机之间的区分，将其称为PLC。
PLC出生于1966年，美日德三国的PLC质量高、功能强。
PLC的实质是计算机，通常在工业控制领域中应用广泛，在结构上与硬件配置方面与计算机相仿，构造的基本内容为：
电源器；存存器；输入电路；通行模块接口；输出接口电路等。
当PLC进行工作后，他的工作过程可以分为3个阶段：
分别为输入采样、用户执行程序、输出刷新这三个阶段，完成以上3个阶段叫做1个扫描周期。
在工作系统中，PLC的CPU会按照相应的扫描速度上述的3个阶段进行重复运行。
3.1.2PLC的选择
在对PLC选择的过程中，需要遵循其能够满足实际的需求，采样方面、性价比高、可靠的机型。
在工艺过程相对稳定、维修相对较小的环境，可以选择整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。
在以模块量控制较少，开关量控制较多的工程中，无需考虑控制速度，可以使用A/D进行相互间的转换，使其具备数据相互的传输功能就行。
假如在控制过程中，控制的要求高，并且复杂，那么，可以按照控制的规模与复杂程度，进行相应的机型选择。
为了能够将控制的功能进行有效控制，在进行I/O点数控制的过程中，应该将10%-20%的备用量进行增加，若对其的控制方法与编程的水平使用不同的方式控制，那么，对于同一个控制对象，它的I/O点数是存在差异。
PLC使用的存存器主要是由PAM、E-PROM、PROM三种，其中，存储的容量与机器的大小有着重要关系，它会随着机器的大小变化而变化，对小型机型有中型机器而言，他们的容纳率分别为6KB,64KB，而大型的机能够将上兆的字节容纳。
因此，在对机型的选择阶段，可以按照实际的程序与储存情况进行适当的选择，假如有特别的需求，可以对粗存器进行扩展。
综上所述，我们可以选择FX1N-32MR型PLC。
3.2系统硬件的选择
在将货币投进售货机的过程中，货币会受到硬币识别器与纸币识别器的鉴别，假如投币的是真币，系统会将信号输入PLC终端，此时，只需要按下按钮，信号就会随着PLC进行终端通电，从而触发开关取得饮料。
同时，系统的数码管也会通过显示数据的方式将数据信息提供给客户。
在完成购买后，假如顾客忘记退币，系统会自动检测发出报警声提示客户。
因此，可以画出系统硬件的组成电路图。
1.钱币识别器
对于硬币识别器的材料测试而言，通常采用的是电磁的测试方式进行，在测试过程中使用比较广泛的是六组测试。
工作状态下，线圈及其外围电路会以一个特殊的频率振荡（多个线圈的话频率各不相同），当硬币以垂直或平行于线圈平面的方式穿过时（不同产品方式不同），会引起振荡频率的变化。
材质不同所引起的频率变化幅度和方向（增加、减少）也不同，对某种硬币的变化特征进行记录后，就成为使用中识别该种硬币的依据。
纸币识别器，主要将正常的钞票，在各个传感器中接受到的数据信息进行综合取样、鉴别，同时存储，用于检测依据。
在纸币识别的过程中，将各个接口的数据并和并且对信号进行判断、比较，若该过程中存在差异，就会触动警报，并且对应的提示显示。
3.电磁阀的选择
就国外的电磁阀而言，其主要是分成三种类型，第一种是直动式；第二种是分布直动式；第三种是先导式。
但是，在阀辨结构的材料与原理上区分，其又能够区分成六个结构，即：
先导、分步、直动、先导式膜片、分步膜片、直动膜片结构。
直动势电磁阀是本文的探究对象。
直动式电磁阀原理：
在通电时，电磁线圈就会生产相应的电磁力，将关闭件提起，进而打开阀门；当断电时，电磁力就会消失，就会将阀门关闭。
特点：
能够在零压、负压、真空环境下工作，但是，其通径会受到限制，一般不会超过25mm。
3.3PLC输入输出接口电路
1.I/O分配表
在将PLC的机型进行确定后，即可进行硬件接口的设计工作，在综合编程简单、接线容易与检查方便因素后，对控制系统进行的优化，
如表1所示：
输入：
X000
投币0.5元
X004
选择牛奶
X001
选择纸巾
X005
退币按钮
X002
选择矿泉水
X006
投币1元
X003
选择可乐
X007
投币5元
输出：
Y000
纸巾灯
Y004
排出纸巾电磁阀
Y001
矿泉水灯
Y005
排出矿泉水电磁阀
Y002
可乐灯
Y006
排出可乐电磁阀
Y003
牛奶灯
Y007
排出牛奶电磁阀
Y010
退币电机
2.PLC接线图
为了进行硬件调试和测试自动售货机控制系统，我们需要连接PLC外部电路及扩展模块，具体连接图如下图所示：
第四章系统的软件设计
4.1系统的软件简介
本系统设计采用的软件有两个：
1.GX编程软件；2.组态王编程软件
1.GX编程软件
该软件是三菱PLC的编程软件中的一款软件，通常在FX、AnA、AnS等软件上适用。
对于语言程序以及指令表等功能的设计能够基于一定的支持。
其能够使用各种方式与CPU进行连接，是具备超多调试功能的。
实践中，能简单的对其他的站点进行连接。
就Q系列而言，软件的共通话GXXDeveloper能将其实现，能够将其转换成GPPQ,GPPA格式的文档。
另外，在进行FX系列选取的条件下，还能实现FXGP（WIN）格式的文档的转换。
通过采取Windows的优越性，实现飞跃性的功能上升，使其能够方便粘贴、利用。
程序具有标准化。
我们可以在三菱官网下载，然后进行安装，首先安装环境，然后安装编程软件，按照提示依次进行安装，直至安装完毕。
2.组态王编程软件
时下，该系统属于一种新型的工业自动化系统，它能够将工业计算软件与硬件合成，并且能够将传统的封闭系统取代。
它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，
用户能够在企业的网络层中，将各种实施信息获取。
在软件开发工业的监控工程中，采用组态王软件，能够有效的将用户的生产控制能力提升，能提升工程的生产品质与生产力、生产效率，能控制成本开支。
运用过程中，比较适合在单一设备的生产运营管理与故障诊断中。
其组成的结构主要有3种，第一运行系统；第二工程浏览器；第三工程管理器。
工程管理器：
工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、 添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。
工程浏览器：
属于一种工程开发设计工具，其主要的使用目的在于能将监控的画面与设备动画、命令语言进行设定的一种动态工具。
运行系统：
就工程运行界面，其主要是通过采集设备获得数据，并且能够按照工程浏览器的设计要求进行显示，从而能够实现人与控制设备的相互操作。
动态王软件，属于一种开放性的工业同用软件，其能够支持常见的PLC、变频器、智能仪表数据的集合，是能够通过常规的通讯接口实现数据通讯。
通过调用*.dll 动态库，能够将动态软件与IO设备的通讯，针对不同的设备与协议，应该使用不同类型的动态库。
对于复杂的动态代码与设备通讯的协议，工作
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