PAGE畢業(yè)設計報告書題目：基于PLC的自動售貨機設計專業(yè)機電一體化班級姓名_指導教目錄第一部分設計任務與調(diào)研………1第二部分設計說明………………3第三部分設計成果………………10第四部分結(jié)束語…………………19第五部分致謝……………………20

第六部分參考文獻………………21

第一部分設計任務與調(diào)研

1.1自動售貨機概述

自動售貨機是完成無人售貨、光機電一體化的商業(yè)自動化設備。自動售貨機不受任何場地限制，方便快捷，可以每天24小時售貨，因此深受上班族的歡迎。很多城市的公共場所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、自動照相機等。近年來，我國的自動售貨機行業(yè)突飛猛進，在汽車總站，商夏、醫(yī)院、小區(qū)、學校等地區(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)代化城市配套設施的需求。常見的自動售貨機如圖1-1所示。

圖1-1自動售貨機

1.2自動售貨機功能分析售貨機則要進行退幣操作，退回相應的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的除法運算，這是它的內(nèi)部功能，還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售退幣功能。自動售貨機的工作流程圖如圖1-2。

圖1-2自動售貨機工作流程圖1.3自動售貨機的前景分析

現(xiàn)在，中國自動售貨機市場已經(jīng)進入了發(fā)展期。另外，各個大型城市的改造使得很多小店小鋪消失，同時隨著金融支付手段的增多，IC卡、手機移動支付等貨機產(chǎn)品專項調(diào)研及未來五年投資分析預測報告》是結(jié)合自動售技術使自動售貨機提供便利服務成為可能，這些自動售賣平臺的創(chuàng)新模式無疑為國內(nèi)的自動售貨業(yè)迅速成長創(chuàng)造了條件。

1.4設計任務控制要求如下：(1)貨物種類共9種，這9種物品分別對應著9個不同的按鍵選擇，其中1元、2元、3元價格不等的物品各3種；貨幣識別裝置能夠識別0.5元、1元、5元的貨幣。(2)在規(guī)定的30秒時間內(nèi)可多次投入貨幣，能夠?qū)崿F(xiàn)貨幣累加功能，超過30秒投幣無效。

(3)如果累計投入的貨幣數(shù)目超過所購買物品的總價，機器能夠?qū)崿F(xiàn)找錢功能；如果投入的貨幣沒有達到所選擇物品的價格，投入的錢將全部退還；在投入一次累加貨幣后選擇物品時，如果投入的累加貨幣數(shù)目大大超過所選擇物品的預設單個價格時，能夠?qū)崿F(xiàn)選擇同一件物品購買多個。(4)設計13個按鍵選擇，其中9個是貨物選擇，2個多選鍵，還有一個確定鍵和一個取消鍵，如果沒有按流程進行按鍵，自動售貨機將啟動報警系統(tǒng)，等待再次正確的按鍵選擇。(5)應有購買貨物的總花錢數(shù)和找零的貨幣數(shù)的顯示。

第二部分設計說明

根據(jù)任務書要求，繪出自動售貨機結(jié)構示意圖如圖2-1所示。圖2-1自動售貨機結(jié)構示意圖其中，1——西瓜汁（1元）；2——橙汁（1元）；3——葡萄汁（1元）；4——綠茶（2元）；5——紅茶（2元）；6——奶茶（2元）；7——咖啡（3元）；8——可樂（3元）；9——牛奶（3元）。用數(shù)字鍵代替商品按鍵，就能在某種商品缺貨的時候能及時地補上其他的商品種類，并且不會使顧客混淆，使人機界面更加友好。根據(jù)上述要求，制定合理方案：首先，應該做上位機與下位機的任務分工，上位機主要用來完成仿真界面的制作過程，而下位機則主要用來完成PLC程序的編寫；其次，要分別對上位機和下位機進行資料的查找與收集。例如在進行仿真界面的設計時可以去觀看一下真正售貨機的外觀，必要時可以借助一些宣傳圖片來設計自動售貨機的外型；在進行PLC程序的編寫時需要先分配PLC的I/O點，確定上、下位機的接口；然后，分別對上、下位機分別進行設計工作；最后，進行上位機設計結(jié)果與下位機設計結(jié)果的配合工作，經(jīng)調(diào)試后完成整個系統(tǒng)的設計。另外，上位機與下位機的設計工作是密切配合的，它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應該是一致的?？傮w上講，仿真界面是被控對象，利用PLC來控制這個仿真的自動售貨機，仿真的自動售貨機接受PLC的控制指令并完成相應的動作；另一方面，仿真界面中的仿真自動售貨機的運行，都是由組態(tài)界面所提供的命令語言來完成的。這是整個仿真系統(tǒng)內(nèi)部各大部件之間的內(nèi)在關系。本設計主要是對自動售貨機中的下位機，也就是主要是對PLC在其中的程序進行設計。由此繪出系統(tǒng)組成框圖如2-2所示。

圖2-2系統(tǒng)結(jié)構框圖

PLC控制系統(tǒng)：接受人民幣識別系統(tǒng)信息，確認已接受的人民幣是否可購買消費者所指定的商品，確認后按要求售出商品。錢幣識別傳感器：主要包括紙幣識別器、硬幣識別器、硬幣找零系統(tǒng)等，它主要實現(xiàn)識別真假紙幣(一般為拾元、伍元)和硬幣(壹元、伍角)、拒收假幣和殘幣、正確找零的功能。補料及出貨系統(tǒng)：貨柜由多層貨架組成，當購物者指定所需商品后，由控制系統(tǒng)啟動出貨系統(tǒng)出貨；當某種貨物被取出后，補料機構自動補料（在這里補料機構采用簡單的傾斜式機構，即當某種貨物被售出后，補料機構里面的貨物直接向前滑至首位進行補位）。顯示機構：顯示購買的瓶數(shù)、投入的錢數(shù)以及剩余的錢數(shù)。

2.2總體方案設計由于設計中的貨物品種不多，因此要求上沒有現(xiàn)實中的自動售貨機功能強大。本自動售貨機的自動控制系統(tǒng)主要包括：計幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。

(1)計幣系統(tǒng)：當有顧客買飲料時，投入的錢幣經(jīng)過識別機構，記錄5角、1元或5元錢的個數(shù)，通過個數(shù)與幣值相乘或者相加，并將總錢幣數(shù)據(jù)存放在D9（數(shù)據(jù)寄存器）中。

(2)比較系統(tǒng)：投入錢幣完畢后，系統(tǒng)會把D9內(nèi)的錢幣數(shù)據(jù)和可以購買飲料的價格進行比較，當投入的錢幣總值超過1元小于2元時，西瓜汁、橙汁、葡萄汁的指示燈亮；當投入的錢幣總值超過2元小于3元時，西瓜汁、橙汁、葡萄汁、綠茶、紅茶、奶茶的指示燈亮；當投入的錢幣總值超過3元時，9種飲料的指示燈都亮，并且多選鍵“2”也亮；當投入的錢幣總值超過5元時，所有的指示燈都亮，此時可以選擇飲料或選擇退幣。

(3)選擇系統(tǒng)：比較電路完成后選擇電路指示燈亮，當按下西瓜汁或綠茶選擇按鈕時，相應的指示燈轉(zhuǎn)為1秒為周期的閃爍。當相應的飲料供應完畢后，閃爍同時停止。此時可以按繼續(xù)購買按鈕，繼續(xù)購買飲料，實現(xiàn)循環(huán)購買。

(4)飲料供應系統(tǒng)：當按下選擇按鈕時，相應的電機Y3—2.3自動售貨機控制系統(tǒng)設計圖2-3自動售貨機硬件系統(tǒng)組成部分其中，溫控模塊包括溫度采集和加熱制冷控制；銷售模塊完成一個整體的銷售動作，一般都是電機驅(qū)動特定的機構實現(xiàn)；人機模塊包括鍵盤和顯示，有的機器還加上了顯示屏，可以投放廣告；目前僅部分高端機器有通訊模塊的功能，一般都是采用GPRS模塊，可以完成銷售統(tǒng)計、原料補給、廣告管理以及一些會員服務。(1)、工作流程首先開機后要自檢各個部件的狀態(tài)是否正常，若不正常要顯示錯誤信息，方便運營人員及時修復；若自檢通過，檢查商品信息，若缺少貨物，停止銷售該類商品；然后等待，等待消費者投錢和選擇商品，若有人選擇商品，等錢幣投入后就開始執(zhí)行銷售模塊，將產(chǎn)品送出，并找零錢。這是最基本的功能描述，在實際的設計中，有很多的因素需要考慮，一定要保證機器工作的可靠性和穩(wěn)定性。

（2）功能方面所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。（3）價格方面不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當、I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。|

第三部分設計成果3.1PLC選型自動售貨機PLC控制系統(tǒng)是比較簡單的順序控制，則需選擇具有邏輯運算、定時器、計數(shù)器等基本功能的小型PLC，再根據(jù)估算出其輸入輸出點數(shù)，可選擇日本三菱FM-2N系列的FM2N-48MR型的PLC，如圖3-1所示。

圖3-1三菱FM-2N系列PLC

3.2程序設計一般講，配置好的PLC其輸入點數(shù)與控制對象的輸入信號數(shù)總是相應的，輸出點數(shù)與輸出的控制回路數(shù)也是相應的（如果有模擬量，則模擬量的路數(shù)與實際的也要相當），故I/O的分配實際上是把PLC的入、出點號分給實際的I/O電路，編程時按點號建立邏輯或控制關系，接線時按點號“對號入坐”進行接線。表3－1I/O信號地址分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號5角投幣光電開關ST1X0005角退幣光電開關YA1Y0001元投幣光電開關ST2X0011元退幣光電開關YA2Y0015元投幣光電開關ST3X002報警燈HL1Y002西瓜汁按鈕SB1X003西瓜汁指示燈HL2Y003橙汁按鈕SB2X004橙汁指示燈HL3Y004葡萄汁按鈕SB3X005葡萄汁指示燈HL4Y005綠茶按鈕SB4X006綠茶指示燈HL5Y006紅茶按鈕SB5X007紅茶指示燈HL6Y007奶茶按鈕SB6X008奶茶指示燈HL7Y008咖啡按鈕SB7X009咖啡指示燈HL8Y009可樂按鈕SB8X010可樂指示燈HL9Y010牛奶按鈕SB9X011牛奶指示燈HL10Y011確定按鈕SB10X012投幣指示燈HL11Y012取消按鈕SB11X013推出飲料電磁閥YVY013多選按鈕“2”SB12X014多選按鈕“5”SB13X0153.3流程設計PLC控制的自動售貨機的程序流程圖如圖3-2所示

圖3-2自動售貨機流程X007X004X000余額為0X007X004X000余額為0余額為0余額為0余額為0初始1總金額計算投幣計數(shù)確認可買飲料24選擇可樂選擇咖啡余額不為0計算金額3余額不為0計算金額5啟動退款計數(shù)輸出可樂輸出咖啡啟動退款計數(shù)3.4PLC與現(xiàn)場器件的連接見圖3-4。3.5比較、選擇、購買程序設計價格的比較要貫穿購買過程的始終，只要余額大于某種商品價格時，就需要輸出一個信號，提示可以購買，這里只要選擇指示燈來代表此信號；當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應的“選擇”按鈕即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時液晶顯示屏中顯示出已經(jīng)消費掉的金額，余額也將扣除已消費的幣值，接著余額繼續(xù)與價格相比較，判斷是否能繼續(xù)購買。出現(xiàn)在出貨口的商品在沒有取走前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標點擊該商品代表已經(jīng)取走，出貨口中的商品隱藏。在圖3-5中，當D5中的累加值2元<D5<3元時，M11接通，Y007接通，可樂指示燈亮且相應的常開觸點閉合；當D5>3元時，M12接通，Y010、Y011接通閉合，橙汁指示燈、紅茶指示燈亮，相應的常開觸點閉合。當按下可樂按鈕時，X007常開觸點閉合，M20、Y007、T2接通，推出飲料電磁閥YV通電，推出可樂，同時T2、T3產(chǎn)生占空比為50%、周期為400ms的閃爍程序，即Y000接通200ms、斷開200ms，可樂指示燈閃爍。由于X004閉合，T6接通，經(jīng)過8s后YV失電，停止動作，同時D5中的數(shù)據(jù)減去可樂費用3元，剩余值存于D5中，作為需找錢的數(shù)值。

圖3-4PLC與現(xiàn)場器件的連接圖

圖3-5比較、選擇、購買程序設計

相應的指令為：STLS21PLSM6LDM6CMPK5D9M7LDM8ORM9OUTY007LDM7RSTY000LDIM7ANDX004SETS22LDS21PLSM10LDM10CMPK6D9M11LDM12ORM13OUTY010LDM11RSTY000LDIM11ANDX005SETS23LDS21PLSM14LDM14CMPK11D9M15LDM16ORM17OUTY011LDM15RSTY000LDIM15ANDX006SETS24LDS21PLSM18LDM18CMPK20D9M19LDM20ORM21OUTY012LDM19RSTY000LDIM19ANDX007SETS25

3.6退幣程序設計

在退幣過程中，最主要的是完成退幣的運算過程，根據(jù)結(jié)果輸出相應的錢幣，退幣結(jié)束時還要使用到的某些寄存器重新賦零。下圖3-6中，T6動作，使得Y004接通，找錢執(zhí)行機構動作，YA為找錢光電計數(shù)開關，找出5角的錢幣經(jīng)過C1技術，其數(shù)字為D5中的剩余值。當C1計數(shù)至D5中的值時，C1動作，使得M33動作，Y004斷開，找錢完畢。D5、C1復位，為下一次自動銷售飲料做好了準備。當投幣數(shù)大于3元時，其控制過程與按可樂按鈕時的控制過程類似，不再贅述。

圖3-6退幣程序設計

3.7主程序設計根據(jù)上述各過程的程序設計，可以把一次交易過程分為幾個程序塊：投幣過程、選擇商品及購買過程、退幣過程。

3.8梯形圖程序調(diào)試

由于實驗室沒有相應的實物控制模型(自動售貨機)，因此，在調(diào)試系統(tǒng)控制程序時，所有的輸入信號（包括硬幣、紙幣識別）均用開關信號來代替，所有的輸出均用指示燈來表示。調(diào)試時，首先按控制系統(tǒng)PLC接線圖完成硬件接線，并仔細檢查接線是否有誤，特別要注意接線時不能出現(xiàn)短路、斷路及反接等情況，否則會造成硬件損壞及人身意外。第四部分結(jié)束語經(jīng)過幾個月的學習、研究以及老師的指導，終于按時完成了畢業(yè)設計。設計主