基于PLC控制的自動售貨機系統(tǒng)設(shè)計

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摘 要 自動售貨機作為一種先進的零售業(yè)受到喜歡追逐時尚的年輕人的歡迎。自動售貨機是一種高智能化的產(chǎn)品，因其沒有語言障礙，操作簡便，可以充分補充人力資源的不足，適應(yīng)消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時自動售貨系統(tǒng)在運營時需要更少的資本、占用更小的面積，擁有吸引人們購買好奇心的自身性能，以及解決人工費用上升的問題等優(yōu)點。 2004年以后，中國的自動售貨機產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)快速增長，奧運會和世博會為自動售貨機市場帶來了巨大商機，2008年后將進入發(fā)展期，自動售貨即將在中國零售業(yè)掀起繼百貨商店、超市之后的第三次零售業(yè)革命。 本文應(yīng)用PLC 來進行設(shè)計，介紹了自動售貨機的基本原理，對其控制要求進行了分析，根據(jù)PLC的相關(guān)知識設(shè)計出外部接線圖，畫出順序功能圖，最后設(shè)計了梯形圖。 程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行。 關(guān)鍵詞： 自動售貨機 可編程序控制器 梯形圖 目 錄 前 言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（1） 一．可編程序控制器的介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（2） （一） 可編程序控制器的定義和原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（2） （二）可編程序控制器的產(chǎn)生和現(xiàn)狀．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(2) （三） 可編程序控制器的特點和應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（3） （四） 可編程序控制器的分類及發(fā)展趨勢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（4） 1.可編程序控制器的分類．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（4） 2．PLC的發(fā)展趨勢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（5） 二．自動售貨機的概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（6） 三．系統(tǒng)設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7） （一）機型選擇和I/O地址分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7） （二）硬件的設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7） 1.電源部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7） 2. PLC接口部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8） （三） 軟件的設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9） 1.系統(tǒng)涉及PLC指令簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9） 2.售貨機軟件說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（12） 3.售貨機軟件梯形圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（15） 結(jié)束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（18） 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（19） 參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（20） 前 言 自動售貨機是可完成無人自動售貨,集光、機、電一體化的商業(yè)自動化設(shè)備。 自動售貨機不受任何場地限制,方便快捷,可以每天24h售貨,因此深受上班族的歡迎,很多城市的公共場所里面都放置有自動售貨機,出售的商品五花八門,從飲料、零食、香煙、糖果,到牙刷、方便面、自動照相機。 近年來,我國的自動售貨機行業(yè)突飛猛進:在汽車總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學(xué)校等地區(qū)紛紛涌現(xiàn)出自動售貨機的蹤跡。 這種方便快捷的購物方式越來越受到人們的青睞,同時也是現(xiàn)代化城市配套設(shè)施的需求 傳統(tǒng)的自動售貨機控制系統(tǒng)采用單片機作為控制核心,這樣不僅會在輸入輸出接口上做大量的工作,而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logical Controller），簡稱PLC?？删幊绦蚩刂破魇蔷C合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置,它具有可靠性高、編程簡單、維護方便等優(yōu)點,已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。 因為自動售貨機作為社會上完成商品零售和綜合服務(wù)的獨立設(shè)施,要求它的結(jié)構(gòu)必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。PLC是以CPU為核心, 綜合了計算機技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置, 是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱( P L C 、機器人和C A D / C A M ) 之一。P L C有它自己的特點, P L C 在確定了工作任務(wù), 裝入了專用程序后成為一種專用機, 它采用循環(huán)掃描工作方式, 系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。目前，可編程控制器在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保等各行各業(yè)。 自動售貨機的新奇、文明、高檔、靈活方便等深受廣大市民青睞。自動售貨機最基本的功能是對投入的貨幣進行運算,并根據(jù)所投入的貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品, 并做出相應(yīng)的反映。因此, 售貨機應(yīng)能夠辨識機內(nèi)包含的商品, 能夠?qū)λ度氲膸胖颠M行累計, 并提供所要購買的商品。當按下選擇商品的按鈕時,自動 售貨機根據(jù)投入的幣值, 起動電機, 提取商品到出貨口, 顧客取出商品, 完成此次交易。它還具有識幣系統(tǒng)、貨物和貨幣的傳送系統(tǒng)來實現(xiàn)完整的售貨功能。 一.可編程序控制器的介紹 (一) 可編程序控制器的定義和原理 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計 PLC的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖1）。但是PLC也有它自己的特點，PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。 讀取輸入 執(zhí)行用戶程序 處理通信要求 自診斷檢查 改寫輸出 RUN狀體 讀取輸入 處理通信要求 自診斷檢查 改寫輸出 STOP狀體 圖1 各階段處理任務(wù) （二）可編程控制器的產(chǎn)生和現(xiàn)狀 傳統(tǒng)的生產(chǎn)機械自動控制系統(tǒng)是繼電器和接觸器組成的控制系統(tǒng)，簡稱為繼電控制系統(tǒng)。繼電控制系統(tǒng)是用導(dǎo)線把一個個繼電器、接觸器、開關(guān)及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來構(gòu)成的控制系統(tǒng)。這種連線方式又稱為布線邏輯，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、容易操作和對維護技術(shù)要求不高的優(yōu)點，特別適用于工作模式固定、控制要求比較簡單的場合，所以至今還在使用，目前在我國應(yīng)用也比較廣泛。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日趨縮短，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，生產(chǎn)機械、加工規(guī)范和生產(chǎn)加工線也必須隨之而改變，控制系統(tǒng)經(jīng)常需要作新的配置。但繼電控制系統(tǒng)的布線連接不易更新、功能不易擴展已成為生產(chǎn)發(fā)展的障礙，當控制對象比較多、要求比較復(fù)雜時，由于系統(tǒng)的器件多、體積龐大、可靠性差而不能滿足生產(chǎn)的要求。因此，迫切需要新型先進的自動控制裝置。20世紀60年代出現(xiàn)了半導(dǎo)體邏輯元件裝置，利用半導(dǎo)體二極管、三極管和中小規(guī)模集成電路構(gòu)成的邏輯式順序控制器，具有體積小、無觸點、可靠性較高、動作順序變更比較方便等優(yōu)點，但是控制規(guī)模較小，編制程序不夠靈活。當時，還曾有過用小型計算機來實現(xiàn)工業(yè)控制裝置。但由于當時計算機對使用環(huán)境要求較高，現(xiàn)場的輸入輸出信號與計算機不匹配，計算機程序的編制復(fù)雜，一般工程技術(shù)人員不容易運用自如，加上造價高，所以沒有得到廣泛應(yīng)用。 1969年新一代工業(yè)控制設(shè)備可編程序邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller）應(yīng)運而生。 第一臺PLC是美國數(shù)字設(shè)備公司研制生產(chǎn)的，并成功地應(yīng)用到美國通用汽車公司（GM）的生產(chǎn)線上。它既具有繼電控制系統(tǒng)的外部特性，又有計算機的可編程性、通用性和靈活性，并開創(chuàng)了自動控制設(shè)備的新局面。由于當時技術(shù)所限，使用的器件集成度不高、器件數(shù)量多、體積大，只用來取代繼電系統(tǒng)，在功能上僅限于執(zhí)行繼電控制邏輯、定時和計數(shù)等。 20世紀70年代中期，隨著大規(guī)模集成電路和微型計算機技術(shù)的發(fā)展，美國、日本、德國等把微處理器引入PLC，使可編程序邏輯控制器具有更多的計算機功能，不僅用軟件編程取代了硬連線邏輯，還增加了數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信功能，并且做到了小型化。在編程方面采用了面向生產(chǎn)、面向用戶的語言，打破了以往必須具有計算機專業(yè)知識的人員使用計算機編程的限制，使廣大工程技術(shù)人員以及具有電工知識的人員樂于接受和應(yīng)用，所以得到了迅速而廣泛的推廣。20世紀80年代國外工業(yè)界把引進了微處理器的可編程序邏輯控制器正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），簡稱為PC。在我國一部分技術(shù)人員為了與個人計算機（Personal Computer簡稱PC）區(qū)別開來，仍把可編程序控制器簡稱為PLC。 1985年1月國際電工委員會對可編程序控制器給出如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充的原則設(shè)計?！? 可編程序控制器的發(fā)展相當迅速，在發(fā)達國家的應(yīng)用幾乎覆蓋所有工業(yè)企業(yè)行業(yè)，PLC的銷售額年增長率在20％以上，PLC品種已多達數(shù)百種，世界上幾十家著名的電氣工廠都在生產(chǎn)PLC裝置。目前，美國處于領(lǐng)先地位，著名的生產(chǎn)廠家有德州公司、通用電氣公司、歌德公司、數(shù)字設(shè)備公司等。日本自1971年引進PLC技術(shù)后，發(fā)展也非?？?，三菱公司、日立公司和立石公司是最大的三家。德國的西門子公司，荷蘭的飛利浦公司，瑞典的通用公司及英國、法國等都生產(chǎn)自己的PLC。 近年來，美國、日本、德國等國的PLC大量進入我國市場。我國也引進多條PLC生產(chǎn)線，在逐步消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上仿制和自行研制PLC，影響較大的是上海香島機電制造公司。PLC在我國大多數(shù)工業(yè)部門得到應(yīng)用，已經(jīng)取得顯著的經(jīng)濟效益并正在迅速推廣。 (三) 可編程序控制器的特點和應(yīng)用 可編程序控制器專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，以用戶需要為主， 又采用了先進的微型計算機技術(shù)，所以具有以下幾個顯著特點： 1.可靠性高 PLC由于選用了大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件和軟件的設(shè)計制造過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，所以具有很高的可靠性。PLC控制系統(tǒng)平均無故障工作時間可達2萬小時以上，美國GE公司帶冗余系統(tǒng)的PLC無故障工作時間高達4～5萬小時，高可靠性是PLC成為通用自動控制設(shè)備的首選條件之一。 2.編程簡單、使用方便 PLC的編程采用類似繼電控制系統(tǒng)電氣原理的梯形圖，用串聯(lián)、并聯(lián)、定時、計數(shù)等人們所熟悉的概念，使計算機語言大眾化，只要是比較熟練的電工和熟悉工藝知識的人員在幾天內(nèi)就能學(xué)會，這是PLC得到推廣的重要原因之一。 3.通用性好、具有在線修改能力 PLC的硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以靈活地組態(tài)以適應(yīng)不同的控制對象、控制規(guī)模和控制功能的要求，給組成各種系統(tǒng)帶來極大的方便，同一臺PLC裝置用于不同的受控對象時，只是輸入輸出組件、功能模塊和應(yīng)用軟件不同。同時，PLC控制系統(tǒng)中的控制電路是由軟件編程完成的，只要對應(yīng)用程序進行修改就可以滿足不同的控制要求，因此PLC具有在線修改能力，功能易于擴展，給生產(chǎn)帶來了“柔性”，具有廣泛的工業(yè)通用性。 4.縮短設(shè)計、施工、投產(chǎn)試制周期，維護容易 目前PLC產(chǎn)品已實現(xiàn)了系列化、標準化，正朝著通用化方向發(fā)展，設(shè)計人員只需要根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，選用相應(yīng)的模塊進行組件設(shè)計。同時，用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大地減輕了繁重的安裝和接線工作，這不僅提高了可靠性，還極大地縮短了施工周期，PLC還具有故障檢測及顯示的功能，使故障處理時間可縮短為10分鐘，對維護人員的技術(shù)水平要求也不太高。 5.體積小 由于采用了微型計算機技術(shù)，使PLC達到了小型和超小型化，很容易裝入機械設(shè)備內(nèi)部，便于實現(xiàn)機電一體化。 由于上述特點，PLC作為通用自動控制設(shè)備，可用于單一機電設(shè)備的控制，也可用于工藝過程的控制，而且控制精度相當高，操作簡便，又具有很大的靈活性和可擴展性，使得PLC廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、化工、交通、電子、電力、紡織，印刷及食品等幾乎所有工業(yè)行業(yè)。 PLC的應(yīng)用可以歸納為以下幾方面： ①開關(guān)邏輯控制，這是PLC最初也是最基本的應(yīng)用范圍?？梢杂肞LC取代繼電控制用于機床電氣、自動生產(chǎn)線、高爐上料系統(tǒng)、電梯及自動生產(chǎn)線等。 ②閉環(huán)控制 PLC可用于閉環(huán)的位置控制和速度控制，如軋鋼機、自動焊機等。大型PLC都配有PD調(diào)節(jié)功能，能完成諸如鍋爐、冷凍、反應(yīng)堆、水處理及釀酒等閉環(huán)的過程控制。 ③機械加工的數(shù)字控制。 ④機器人。 目前，機器人在工廠自動化網(wǎng)絡(luò)中和生產(chǎn)線上得到越來越多的普遍使用。 ⑤組成多級分布式控制系統(tǒng) 。 目前，PLC控制技術(shù)已在世界范圍內(nèi)廣為流行，國際市場競爭相當激烈，產(chǎn)品更新也很快，用PLC設(shè)計自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流。 (四) 可編程序控制器的分類及發(fā)展趨勢 1．可編程序控制器的分類 PLC的分類方法很多，大多是根據(jù)外部特性來分類的。以下三種分類方法用得較為普遍。 1.按照點數(shù)、功能不同分類 根據(jù)輸入輸出點數(shù)、存貯器容量和功能分為小型、中型和大型三類。 小型PLC又稱為低檔PLC。它的輸入輸出點數(shù)一般從20點到128點，用戶程序存貯器容量小于2K字節(jié)，具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位等功能，可以用來進行條件控制、定時計數(shù)控制，通常用來代替繼電器、接觸器控制，在單機或小規(guī)模生產(chǎn)過程中使用。由于體積小、價格低廉，一般用在替代30個及30個以上的繼電器就比較合算，在國外就是10個左右的繼電器控制系統(tǒng)也用小型PLC替代。由于用途廣泛，小型PLC產(chǎn)品是PLC中量大而面廣的產(chǎn)品。例如立石公司的C-20及C系列P型PLC，三菱公司的F、F1、F2系列，德州儀器公司的T1-100，通用電氣公司的GE-1，上海香島機電制造公司的ACMY-S256和ACMY-S80系列。 中型PLC的I/O點數(shù)一般在128～512點之間，用戶存貯器容量為2K～8K字節(jié)，兼有開關(guān)量和模擬量的控制功能。它除了具備小型PLC的功能外，還具有數(shù)字計算、過程參數(shù)調(diào)節(jié)[如比例、積分、微分（P、I、D）調(diào)節(jié)]、模擬定標、查表等功能，同時輔助繼電器數(shù)量增多，定時計數(shù)范圍擴大，適用于較為復(fù)雜的開關(guān)量控制如大型注塑機控制、配料及稱重等小型連續(xù)生產(chǎn)過程控制等場合。例如立石公司的C500、C200H，三菱公司的MELSEC-A1、A2、A3，哥德公司的484型PLC。 大型PLC又稱為高檔PLC，I/O點數(shù)超過512點，最多可達8192點，進行擴展后還能增加，用戶存貯容量在8K字節(jié)以上，具有邏輯運算、數(shù)字運算、模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通訊、監(jiān)視、記錄、打印、中斷控制、智能控制及遠程控制等功能，用于大規(guī)模過程控制（如鋼鐵廠、電站）、分布式控制系統(tǒng)和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。例如立石公司的C1000、C2000，哥德公司的584型等。 2. 按照結(jié)構(gòu)形狀分類 根據(jù)PLC各組件的組合結(jié)構(gòu)，可將PLC分為整體式和機架模塊式兩種。整體式PLC是將中央處理機、輸入輸出部件和電源部件集中于一體，裝在一個金屬或塑料外殼之中。輸入輸出接線端子及電源進線分別在機箱的兩側(cè)，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入輸出狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)的PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價格低和易于裝入工業(yè)設(shè)備內(nèi)部的優(yōu)點，適用于單機控制，小型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。這種機架模塊式的PLC，各功能模塊獨立存在，如主機模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等，各模塊做成插件式，在機架底板上有多個插座，使用時將選用的模塊插入底板就構(gòu)成PLC，這種PLC的配置靈活，裝配和維修都很方便，也便于功能擴展，大中型PLC通常采用這種結(jié)構(gòu)。 3. 按照使用情況分類 從應(yīng)用情況又可將PLC分為通用型和專用型兩類。通用型PLC可供各工業(yè)控制系統(tǒng)選用，通過不同的配置和應(yīng)用軟件的編制可滿足不同的需要，是用作標準工業(yè)控制裝置的PLC，如前面所舉的各種型號。 專用型PLC是為某類控制系統(tǒng)專門設(shè)計的PLC，如數(shù)控機床專用型PLC就有美國AB公司的8200CNC、8400CNC，德國西門子公司的專用型PLC等。 2. PLC的發(fā)展趨勢 目前PLC的發(fā)展大致有以下幾方面趨勢： (1).向小型化、專用化方向發(fā)展。當前開發(fā)出許多簡易、經(jīng)濟、超小型PLC,以適應(yīng)單機控制和機電一體化，真正成為繼電器的替代品。 (2).向大型化、復(fù)雜化、高功能化、分散型、多層分布式工廠自動化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。PLC的輸入輸出容量已超過32k，掃描速度小于1ms／千步，新增容錯功能可適應(yīng)高可靠控制場合。 (3).編程語言和編程工具朝著標準化和高級化方向發(fā)展。 PLC是近十幾年發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制器，但已步入成熟階段。這種工業(yè)專用微機系統(tǒng)是高精技術(shù)普及化的典范，使計算機進入工業(yè)各行業(yè)，使機械設(shè)備和生產(chǎn)線控制更新?lián)Q代。 PLC將成為工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)控制設(shè)備。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，作為自動化的三大支柱（PLC技術(shù)、機器人、計算機輔助設(shè)計和分析）之一的PLC技術(shù)將躍居主導(dǎo)地位。 二．自動售貨機的概述 自動售貨機最早出現(xiàn)在二十世紀五、六十年代的西歐，當時在美國的地鐵系統(tǒng)中，人們可以用1美分在自動售貨機上買到一塊口香糖。作為一種全新的零售方式，八十年代以來，自動售貨機在美、日等發(fā)達國家得到了迅速地普及和發(fā)展。人們通過自動售貨機可以買到食品、香煙、飲料、報紙、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。目前在我國東部地區(qū)和中西部部分市場上已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用，其商業(yè)前景十分可觀。 隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展、行業(yè)運作的變革和入世的到來，自動售貨機在中國的普及和應(yīng)用是必然趨勢?？v觀近年來國內(nèi)自動售貨機市場，從92年開始從日、韓等國引進舊機器擺放國內(nèi)市場以來，到自行研制和生產(chǎn)國產(chǎn)化自動售貨機，各廠家、商家蹣跚起步、艱難守業(yè)，已為國內(nèi)零售業(yè)撐起一片蔚藍的晴空。據(jù)來自國內(nèi)自動售貨機市場行情分析報告表明：目前國內(nèi)自動售貨機市場走勢已逐漸明晰，自動售貨機逐步從沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)和各大中城市向內(nèi)陸和次發(fā)達地區(qū)延伸，逐步從高級賓館、地鐵、機場等豪華高檔場所向高中檔社區(qū)普及，大有星火燎原之勢。 自動售貨機的普及在某種程度上能反映一個國家的科技發(fā)展水平，是一個國家文明程度的象征。實踐和直覺告訴我們，自助服務(wù)在中國的橫空出世，必將為國內(nèi)的電信、公用事業(yè)、食品、香煙、飲料等諸多行業(yè)發(fā)展帶來新的契機，中國的現(xiàn)代文明又將自助服務(wù)設(shè)備的應(yīng)用和普及開啟一個新的里程碑！ 在實際生活中，我們見到的售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)投入的貨幣額來判斷可以購買的商品。在本系統(tǒng)中設(shè)計可接受三種面值的貨幣，1元，5元，10元由于系統(tǒng)沒有采用貨幣識別系統(tǒng)，故用銨鍵X0，X1，X2分別代表1元，5元，10元的貨幣，也就是每按鍵一次代表相應(yīng)面值的貨幣投入一張，本系統(tǒng)一次最多接受的貨幣金額只可在100元以內(nèi)，否則喇叭報警，并自動退回用戶所投貨幣。在系統(tǒng)中共有3種商品可以選擇，即牛奶，果汁，雪碧，其出售價格分別為20元，10元，15元。數(shù)碼管用于顯示當前用戶還可消費的金額。LED燈用于指示哪些商品可供選擇及被選擇后商品的送出。 用戶消費余額按退幣鍵即可退回。退幣會有相應(yīng)的LED閃爍指示。 投入響應(yīng)金額的貨幣后，如果投入貨幣金額大于某項商品單價則該商品對應(yīng)的LED指示燈會點亮，此時可按下相應(yīng)的銨鍵表示已選擇該商品，相應(yīng)的指示燈此時會閃爍3次已示該商品已經(jīng)售出。同時數(shù)碼管顯示的金額會減去已經(jīng)消費商品的價格，按退幣鍵即可退回余額。本系統(tǒng)不計缺貨等因素。 三．系統(tǒng)的設(shè)計 （一）機型選擇和I/O地址分配 PLC是一種用作數(shù)字控制的專用電子計算機。它根據(jù)用戶給的指令，通過輸入接口現(xiàn)場采樣信息執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算，在通過輸出接口去控制各種執(zhí)行機構(gòu)動作。它和單片機一樣，主要有CPU、存儲器、I/O接口模板三部分。它是整體模塊形式，因此由它作為售貨機控制系統(tǒng)，在硬件設(shè)計上就相對簡單點。通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的分析，可知售貨機的I/O點不多，選擇三菱FX-2N系列可以完全滿足其要求，如表1-1。 表1-1 I/O地址分配表 X000 1元幣按鍵 Y0～Y3 A1、B1、C1、D1 X001 5元幣按鍵 Y4～Y7 A0、B0、C0、D0 X002 10元幣按鍵 Y10 牛奶輸出 X0010 牛奶選擇按鍵 Y11 果汁輸出 X0011 果汁選擇按鍵 Y12 雪碧輸出 X0012 雪碧選擇按鍵 Y13 大于99元報警 X006 啟動按鍵 Y14 退幣指示 X007 退幣按鍵 （二）硬件的設(shè)計 1.電源部分 由于本系統(tǒng)在顯示部分是用數(shù)碼管，LED等實現(xiàn)的，所以PLC需使用外接5V電源，這里采用7805來實現(xiàn)直流5V。此不做詳述。其電路圖如下所示。 圖1-2 +5V電源電路圖 2. PLC接口部分 本系統(tǒng)采用三菱FX2N系列的PLC，且PLC與控制和顯示部分的接線如下圖所示： 圖1-3 PLC電路圖 1)控制部分 控制部分由八個按鍵組成，分別有一個引腳接PLC的X0，X1，X2；X6，X7；X10，X11，X12。另外一只引腳短接后接PLC輸入的COM端。 其中，X0，X1，X2是投幣按鈕，分別代表1元，5元，10元，即每按鍵一次代表已投入相應(yīng)的金額投入，如若要投入6元，則按鍵X 0 六次，或者先按鍵X 0一次，再按鍵X1一次即可。X6為啟動按按鍵，上電后，只有先按X6鍵后，按其它鍵才有效。X7為退幣按鍵，用戶在操作過程中，如果想中斷操作或者操作完畢后想退出操作按此鍵即可退回消費余額，如果投幣金額大于99元程序則會自動調(diào)用此按鍵功能，退回用戶所投入金額。X10，X11，X12為選擇按鈕，分別可以選中牛奶，果汁和雪碧。這里須注意的是用戶所投入的金額不小于該貨物的單價時，按鍵才有效，此時相應(yīng)的指示燈點亮。 2)顯示部分 (1)數(shù)碼管 數(shù)碼管用于顯示用戶當前可以消費的金額，如果顯示56，表示用戶有56元可以消費。這里用CD4511譯碼后接七段譯碼顯示器。 CD4511是一種BCD碼七段譯碼驅(qū)動器，有A，B，C，D四個BCD碼輸入端，a,b,c,d,e,f,g四個譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。LT 為測試輸入端，為0時譯碼輸出全為“1”。BI為消引輸入端，為0時，譯碼輸出為“0”。LE為所定端，LE=“1”時，譯碼器處于鎖定保持狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE=0時的數(shù)值，LE=0時為正常譯碼。具體參見下表真值表。 圖1-4 （2）發(fā)光二極管和喇叭 本系統(tǒng)中共用到四個發(fā)光二極管，分別接到PLC的Y10，Y11，Y12，Y14端，其中接到Y(jié)10，Y11，Y12的三個LED燈點亮?xí)r分別表示牛奶，果汁和雪碧用戶可以選擇，這三個燈以1s的周期閃爍時則表示相應(yīng)的商品已經(jīng)送到取貨筐。接Y14的LED為用戶在按退幣鍵X7后以0.1s的周期閃爍，表示退幣正在進行中，當用戶投幣金額大于99元自動退幣時，該LED也會閃爍。 喇叭用于用戶投幣大于99元時報警用，報警時間為4s,報警結(jié)束后，系統(tǒng)自動退幣。 （三）軟件的設(shè)計 1.系統(tǒng)涉及PLC指令簡介 1) 功能指令的應(yīng)用 ⑴比較指令 CMP 比較指令在PLC控制系統(tǒng)中是一條十分重要的功能指令，它將[S1]、[S2]中的數(shù)據(jù)進行比較，比較結(jié)果送到目的操作數(shù)[D]中，如下圖所示，當X0為OFF時，不執(zhí)行CMP指令，M0，M1，M2保持不變；當X0為ON時，執(zhí)行CMP指令，[S1]、[S2]中的數(shù)據(jù)進行比較，即C20計數(shù)器值與K100（數(shù)值K100）比較。如果C20當前值小于100，則M0=1；如果C20當前值大于100，則M2=1；如果C20當前值等于100，則M1=1。 圖1-5 CMP指令使用說明 ⑵計數(shù)指令 計數(shù)器使用兩條指令完成計數(shù)任務(wù)，其指令編程格式如圖1-7所示。 圖1-6 計數(shù)指令C的使用說明 ⑶運算指令 1)加法運算 圖1-7 加法運算使用說明 加法運算指令是把指定的源元件中的二進制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標元件中，如圖1-8所示。 當X0為1時，（D10）+（D12）=（D14），運算是代數(shù)運算。 2)減法運算 圖1-8 減法運算使用說明 減法運算指令是把指定的源元件中的二進制數(shù)相減，結(jié)果送到指定的目標元件中，如圖1-8所示。 當X0為1時，（D10）-（D12）=（D14），運算為代數(shù)運算。 ⑷BCD指令 圖1-9 BCD碼變換指令使用說明 BCD碼變換指令是將源操作數(shù)中的二進制數(shù)變換成BCD碼送至目標操作數(shù)中，如上圖所示。當X0為ON時，將D12中的二進制數(shù)變換成BCD碼送到輸出口Y7~Y0中。之后的BCD碼可送到LED七段顯示器顯示D12中的值。 2.常規(guī)定時器 T0 ~ T245 T0 ~ T199為100MS定時器，共有200點，定時范圍為0.1 ~3276.7 S。其中T192 ~ T199為子程序中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ玫亩〞r器；T200 ~ T245為10 MS定時器，共有46點，定時范圍為0.01 ~ 327.67 S。圖 1-11為定時器的工作原理圖。當X1接通時，定時器T210的當前值計數(shù)器對10MS的時鐘脈沖進行累積計數(shù)。當該值與設(shè)定值K213相等時，定時器的輸出觸點就接通，即輸出觸點是其線圈被驅(qū)動后213 *0.01S=2.13S時動作。如果X1的常開觸點斷開后，定時器T210被復(fù)位，它的常開觸點就斷開，常閉觸點接通，當前計數(shù)值為零。 圖1-10 常規(guī)定時器工作原理說明 3.輔助繼電器（M） PLC內(nèi)部有很多輔助繼電器（M），輔助繼電器與PLC外部無任何直接聯(lián)系，它的線圈只能由PLC內(nèi)部程序控制，它的常開和常閉兩種觸點只能在PLC內(nèi)部編程時使用，并且可以無限次使用，但是，它不可以直接驅(qū)動負載，外部負載只能由輸出繼電器驅(qū)動。 （1）通用輔助繼電器 FX2n的通用輔助繼電器的元件編號為M0~M499，共有500點。如果PLC運行電源突然中斷，輸出繼電器和M0~M499將全部變?yōu)镺FF，若電源再次接通，除了因外部輸入信號變?yōu)镺N以外，其余仍然保持為OFF狀態(tài)。 （2）特殊輔助繼電器 FX2n的特殊輔助繼電器的元件編號為M8000~M8255，表示PLC的某些狀態(tài)，本系統(tǒng)中主要用到下面幾個特殊輔助繼電器 M8002：初始化脈沖。 M8012：100ms時鐘脈沖。 M8013：1000ms時鐘脈沖。 2. 售貨機軟件說明 1)按鍵投幣部分 按鍵X0，X1，X2為投幣鍵，每按鍵一次，即X0，X1或X2接通一次，往寄存器D10中累加按鍵代表的相應(yīng)金額，但是在報警和退幣的時候不可投幣，此時M206和M208會分別斷開，此時按投幣鍵無效，只有在退幣過程結(jié)束4s后，再按投幣鍵方才有效。M204在系統(tǒng)上電按下啟動鍵X6后接通后，M205接通時方可開始下一次操作 2)價格比較部分 寄存在D10中的貨幣金額和商品的單價相比較，如第一句中如果（D10）>20，則M6=1；（D10）=20，則M7=1；（D10）<20，則M8=1。 最后一句用于判斷用戶投幣金額是否大于99，只有當（D10）<100時，即M9=1時方可調(diào)用下列程序，否則系統(tǒng)自動調(diào)用退幣程序。 當用戶投幣金額不大于99時，并且大于相應(yīng)商品的單價時，對應(yīng)的指示燈會點亮，當某種商品被選擇后，對應(yīng)的指示燈會以1s為周期閃爍。在退幣時LED燈不在點亮，即M300的常閉觸點斷開。 3)選擇商品和送出部分 選擇商品部分由三段程序構(gòu)成，分別用來處理牛奶，果汁和雪碧的選擇，下面以選擇牛奶為例進行詳細說明。 牛奶的單價為20元，當牛奶指示燈點亮，即Y10接通時，每按鍵一次牛奶選擇按鈕X10 ，系統(tǒng)將把用戶的可消費余額減去20元，如按鍵前數(shù)碼管顯示50元，按鍵后則顯示30元。這里須注意的是按鍵X10時，不可同時按X11，X12，否則，按鍵無效。同樣在商品送出時按選擇商品鍵也是無效的，這里由M30的常閉來實現(xiàn)。 商品的送出由代表該商品的指示燈閃爍4次來表示。當選擇該商品后在實現(xiàn)上述處理的同時，將M30置“1”，它的常閉觸點可以屏蔽用戶再次選擇該商品，它的一對常開觸點用于產(chǎn)生四個周期為4s的方波，每個方波的占空比為50%。其波形如下所示。 當C0在四次計數(shù)完畢后，釋放M30，并將C0復(fù)位清零。 4) 退幣找零部分 退幣鍵為X7，當接通X7后，退幣指示燈Y14開始以0.1s為周期不斷閃爍，以表示系統(tǒng)退幣正在進行中。閃爍時間由T14設(shè)置，這里設(shè)置T14=400，即4000.1s=40s。 M207的常開在用戶投幣金額大于99元系統(tǒng)自動調(diào)用退幣時接通。 退幣時，系統(tǒng)根據(jù)擁護所剩余額進行比較，當余額大于或者等于10元時，先退幣面值為10元的貨幣，然后，再將小于10元的用戶余額退回給用戶。 在按退幣鍵X7后，為保證系統(tǒng)的可靠性，用戶在4s內(nèi)不可在投幣，即T26的常閉觸點接通M208，而前面已經(jīng)說明M208的常閉觸點可以實現(xiàn)阻止用戶投幣的作用。 3.售貨機軟件梯形圖 1)梯形圖 結(jié)束語 畢業(yè)設(shè)計是大專學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的給自動售貨機設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。 雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。我都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟的角度對設(shè)計有了新的認識也對自己提出了新的要求。 自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應(yīng)消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。所以說，自動售貨機是今后小商品和飲料銷售方式的一個很好的發(fā)展趨勢。它的出現(xiàn)將極大的方便人們購買所需要的小商品。 致 謝 在這里首先我要感謝我的指導(dǎo)老師景魏老師。即使他平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每一個階段，依然給予了我悉心的指導(dǎo)。從查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期的檢查，后期的詳細設(shè)計，裝配草圖等等。我的設(shè)計有錯誤，老師仍然細心地糾正。景老師水平專業(yè)，治學(xué)嚴謹，積極科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 然后要感謝無錫技師學(xué)院的所有領(lǐng)導(dǎo)和老師為我提供了良好的研究條件，謹向各位表示誠摯和謝忱。 論文從醞釀，到初具雛形，至暇壁微疵，最后完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！ 謝謝你們！ 參考文獻 1、郁漢琪主編，《電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)》.南京：東南大學(xué)出版社，2003.6 2、謝克明，夏路易主編.《可編程序控制器院里與程序設(shè)計》.北京：電子工業(yè)出版，2008.8 3、張凱主編.《可編程序控制器教程》.南京：東南大學(xué)出版社，2005 4、張萬忠，孫晉編著.《可編程序控制器入門與應(yīng)用實例（三菱系列）》.北京：中國電力出版社2005 5、鐘福金，吳曉梅編著.《可編程序控制器》.南京：東南大學(xué)出版社，2003 6、鐘肇新，彭侃編譯，《可編程序控制器原理及應(yīng)用》.廣州：華南理工大學(xué)出版社，1991.07 7、史國生，《電器控制與可編程序控制器技術(shù)》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.4 8、張萬忠，孫晉編著.《可編程序控制器入門與應(yīng)用實例》.北京：中國電力出版社，2005.07 9、楊長能，林小峰主編，《可編程序控制器例題習(xí)題及實驗指導(dǎo)》.重慶：重慶大學(xué)主辦社.1997.07 10、常斗南主編，《可編程序控制器》、應(yīng)用、實驗.北京：機械出版社.2002.02 第 20 頁 共 24 頁