自动售货机关键技术的PLC设计文献综述.docx

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自动售货机关键技术的PLC设计文献综述

毕业设计开题报告

电气工程及其自动化

自动售货机关键技术的PLC设计

一、前言

1、自动售货机的历史

随着科技的发展和社会的进步,自动化商业机械有了越来越广泛的应用,自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所。

人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡甚至鲜花和小宠物等物品。

自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展,又由原来只能出售有限商品品种,转变为继百货公司、超级市场、便民店之后,以消费者与售货机“一对一”自动售货的无店铺销售业态。

自动售货机,给人们的生活带来了极大的方便。

自动售货机最早出现在20世纪60年代的欧美,当时在美国的地铁系统中,人们可以用1美分在自动售货机上买到一块口香糖。

作为一种全新的零售方式,1980年代以来,自动售货机在美、日等发达国家得到了迅速的普及和发展,被广泛地布放于车站、油站、码头、机场、宾馆、写字楼、娱乐场所及大街小巷和公路旁。

今天,自动售货机已经在65个国家和地区使用。

在日本,全国市场70%的罐装饮料是通过自动售货机售出的,每个人一年投入自动售货机用于购物的货币高达400多美元;美国可口可乐公司则拥有分布于世界各地的几十万台饮料自动售货机。

全世界约有1800万台自动售货机处于运营中,包括自动售货机制造与运营在内的整个行业年销售额超过2500亿美元,自动售货业已成为零售业态增长最快的行业之一。

2、PLC的概述

可编程控制器简称PLC，是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。

它的软件，硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。

硬件主要由中央处理器CPU、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成。

PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。

PLC是专门为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。

它的种类很多、模块丰富、指令功能强大、编程简单、使用方便，而且随着计算机技术的发展，其功能仍然在不断扩大和完善。

PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。

目前，PLC的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的CPU也不过80486，将来会全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。

3、课题研究的意义

自动售货机的普及在某种程度上反应一个国家的科技水平，是一个国家文明程度的象征。

实践和直觉告诉我们，自动售货机在中国的横空出世，必将为国内的食品、香烟、饮料等诸多行业带来新的契机，中国的现代文明又将以自动售货机的应用和普及开启一个新的里程碑！

二、主题部分

自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐。

自动售货机最基本的功能是对投入的货币进行运算,并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品,并做出相应的反映。

因此,售货机应能够辨识机内包含的商品,能够对所投入的币值进行累计,并提供所要购买的商品。

当按下选择商品的按钮时,售货机根据投入的币值,起动电机,提取商品到出货口,顾客取出商品,完成此次交易。

它还具有识币系统、货物和货币的传送系统来实现完整的售货功能。

1、为什么使用PLC控制

考虑到自动售货机的输入电压不稳定,作为CPU的MCS－51型单片机超压发热容易造成爆裂,而PLC不但可实现类似控制功能,还具有可靠性高、适应面广、抗干扰能力强、编程方便、电压使用范围宽及编程方便等特点,所以根据自动售货机的使用要求,本系统设计就是采用三菱PLC（FX-2n）作为自动售货机的控制装置。

2、自动售货机核心技术——PLC

作为自动售货机的核心技术，可编程控制器（PLC）将传统的继电器控制系统与计算机技术结合

在一起，具有高可靠性、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。

70年代以来，人们开发了采用微机控制的各种新型机器和利用信用卡取代钱币并与计算机连接的更先进的自动售货系统，如自选商场、自动售票和检票系统、现金自动提款机等。

3、PLC程序设计步骤

（1）根据设计要求,分析系统的控制;

（2）分配PLC的输入点和输出点;（3）画出硬件接线图;（4）设计梯形图程序;（5）写出指令程序表。

4、自动售货机PLC控制系统的设计

a.设计目的

（1）实现自动售货机的自动控制;

（2）制作、完善教学教具;（3）加强教师教学教研水平;（4）更好的为教学服务。

b.设计要求

（1）此售货机可投1角、5角或1元硬币。

（2）当投入的硬币总值超过2元时,汽水按钮指示灯亮;当投币的总值超过3元时,汽水及咖啡按钮指示灯亮。

（3）当汽水按钮指示灯亮时,按汽水按钮,则汽水排出,8S后,自动停止。

这段时间内汽水指示灯闪烁。

（4）当咖啡按钮指示灯亮时,按咖啡按钮,则咖啡排出,8S后,自动停止。

这段时间内咖啡指示灯闪烁。

（5）若投入硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水2元,咖啡3元）时,找钱指示灯亮,并退出多余的钱。

c.自动售货机的工作原理

由于本设计主要用于课堂教学的使用,因此要求上没有现实中的自动售货机功能强大,没有过多的商品选择和各种报警系统。

d.售货机的自动控制系统主要包括:

计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统和退币系统。

（1）计币系统:

当有顾客买饮料时,投入的钱币经过感应器,感应器记录1角、5角或1元钱的个数,通过个数与币值相乘或者相加,把最终叠加的钱币数据存放在D40中。

（2）比较系统:

投入钱币完毕后,系统会把D40内的钱币数据和可以购买饮料的价格进行区间比较,如果投入的钱币不足则Y2指示灯亮,要求继续投入钱币,或者退币。

当投入的钱币总值超过2元时,汽水指示灯Y0亮。

当投入的钱币总值超过3元时,汽水和咖啡指示灯都亮,此时可以选择饮料或选择退币。

（3）选择系统:

比较电路完成后选择电路指示灯亮,当按下汽水或咖啡选择按钮,相应的指示灯转为1秒为周期的闪烁。

当相应的饮料供应完毕后,闪烁同时停止。

（4）饮料供应系统:

当按下选择按钮时,相应的电机Y3或Y4启动。

在饮料输出的同时,减去相应的购买钱币数。

当饮料输出达到8秒时,电机停机。

（5）退币系统:

当顾客购完饮料后,多余的钱币只要按下退币按钮。

系统就会把数据寄存器D50中的钱币退回。

I/O分配见表1所示

硬件接线图见图1所示

程序设计流程图见图2所示

表1

图1

图2

5、最新自动售货机功能

现在，人们正在对自动售货机加以改进，已经开发出可以支持刷卡支付功能的自动售货机，并且有了可以使用公交卡的一卡通式新型机器。

一些新型自动售货机将不再使用现金付款，而用先进的IC卡和手机电子货币支付的方式，只要输入手机号或是IC卡号，就可以轻松地拿到自己所要的商品。

自动售货机已成为智能建筑的一个组成部分。

a.自动售货机的电源

自动售货机根据销售商品的不同、体积大小的不同、以及冷热饮的不同，耗电量是不同的。

比如：

一种可以提供热饮的售货机，要求功率为1650W；一

种体积为980mm×900mm×1830mm的可以放100瓶饮料的售货机，最大用电量为550W；一种1065mm×805mm×1830mm的可以放438罐饮料的售货机，耗电量约为800W；一种818mm×800mm×1860mm具备加热功能的售货机，需要功率为1400W；笔者认为在进行负荷计算时，可以按1000～1500W考虑。

可以参考设计规范中电冰箱的回路要求，设计预留自动售货机的电源。

一般电冰箱要求设专用单相三极插座，还应设置漏电保护装置，并且，电源插座的额定电流应大于已知使用设备额定电流的1.25倍。

一般专用电源插座都采用250V/16A，完全可以满足1500W的售货机用电要求。

如果是出售香烟等不需要制冷或加热的售货机，就不需要这么大容量，可以考虑500W以下，用250V/10A的普通插座供电就可以了。

无论是哪种情况，通常还是应该为自动售货机设计带漏电保护的专用回路，以保证使用上的人身安全，也便于管理。

b.自动售货机的安防及节能

（1）安防系统。

自动售货机由于是无人管理，因此会有被破坏的危险。

即使取消了售货机上的货币系统，售货机内摆放的诱人饮料或其他商品，还会诱发某些人对自动售货机的破坏与偷盗。

现在的自动售货机除了本体结构上有多重防盗功能外，还可以安装自动报警系统，如果察觉异常的举动，自动售货机会发出声音，并向控制中心发短信报警。

也可以在自动售货机上安装摄像头及各种功能的传感器等等。

（2）节能技术。

目前，出售清凉饮料成为自动售货机行业的主流。

节能型售货机需要通过温度传感器和控制程序控制冷却系统，使得售货机即使在夏季电力消费高峰时，也能适时关闭冷却器，而不影响保持低温的效果。

除了制冷系统的优化，改善机器的结构和设计、合理使用材料和先进的控制方式等都可以达到节能的目的。

三、总结部分

自动售货机的诞生，预示着第三次零售业革命的到来。

而中国是一个与时俱进的国家，毫无疑问，自动售货即将在中国零售业掀起继百货商店、超市之后的第三次零售业革命。

前人的经验，我们要加以借鉴，然而也要加以创新。

我们在用自动售货机消费的时候也常常遇到投入硬币后没反应的现象，这样消费者会对自动售货机产生不信任。

随着信息时代的到来，如果有这么一种新型的自动售货机，能支持多种交易支付模式，例如：

银行卡、储值卡、代金卡等，使交易过程更加安全和便利。

我们知道自动售货机是在无人监管的环境下营运的，这样就给犯罪分子有机可乘。

与自动售货机有关的犯罪尤其是抢劫每年都在增加，自动售货机大量出售烟酒，极大地侵害了青少年。

经营一台软饮料自动售货机一天所耗的电量据说远远高于一个家庭的用电量。

再者，用过的铅和钢制饮料听也引起了一系列环保问题。

为了减少抢劫，在自动售货机里安装摄像头是解决问题的最好方法。

为了节约能源，对自动售货机进行普遍的技术改进。

例如：

最新型的饮料售货机在底部对已售出的饮料加冷，而不需进行整机饮料冷藏，由于这些技术改进的结果，该收货行业在软饮料自动售货机的管理上已相继节约了20%的电能。

另外绝大多数自动售货机都有自动开关，在天黑时自动亮灯，而太阳出来后则自动关闭。

另一项有利于环保的有意义的自动售货机开发活动是研制一种“高峰暂停”的节能型自动售货机。

例如，在东京电力公司和其他电力公司指导下于1995年3月完成的“节能自动售货机”。

这种新型机的目的是在夏季中午12:

00下午3:

00用电高峰时减少其耗电量。

为了实现这一目的，这种新型售货机在早晨对所有饮料听冷冻而在用电高峰期停止冷冻。

这种使用高级隔热材料并经过其他工艺改进的新型“高峰暂停”售货机已投入使用，尽管目前数量很小，但他们必然成为21世纪的主流。

四、参考文献

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