伴隨科技的不停發(fā)展，PLC在工程中的應用大家有目共睹，PLC在各個領域已占得一席之地，并將有更好的發(fā)展。我國人口數(shù)量龐大，自動售貨機在人們的生活中飾演越來越重要的角色，從長遠來看其具有廣闊的發(fā)展空間。本次設計的自動售貨機為飲料自動售貨機，販賣的商品性質(zhì)明確，適于放置在短時間人口流動比較大的地方，例如餐廳。首先通過與單片機和液壓等控制的對比，確定采用PLC來控制自動售貨機，然后分析自動售貨機的構造和工作原理，明白自動售貨機的販賣過程，以便為硬件的選擇做準備。通過自動售貨機的功能分析作出硬件框圖，根據(jù)硬件框圖選擇所需要的PLC、貨幣識別器、電動機和接觸器。根據(jù)I/O分派表對PLC選型，并畫出外部接線圖。根據(jù)控制系統(tǒng)流程圖編寫符合自動售貨機功能的程序。假如購物后有剩余金額，則可按退幣按鈕退幣。梯形圖的編寫通過GXDeveloper來完畢，完畢梯形圖后可以在三菱PLC仿真軟件GXSimulator6c進行調(diào)試和仿真。最終用MCGS作出組態(tài)效果。組態(tài)仿真圖中自動售貨機包括按鈕、指示燈、投幣口、取物口、退幣口等部分。關鍵詞：自動售貨機；PLC；梯形圖；MCGSABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofPLCinengineeringeverybodybeobvioustopeople,PLChasoccupiedaspaceforonepersonineveryfield,andwillhaveabetterdevelopment.Becauseofthelargenumberofpopulation,thevendingmachineisplayingamoreandmoreimportantroleinpeople'slife,inthelongrunithasbroadspacefordevelopment.Thedesignoftheautomaticvendingmachineforbeveragevendingmachine,thenatureofthegoodssoldintheclear,adaptedtobeplacedinashorttimepopulationflowofrelativelylargeareas,suchasrestaurant.First,bycomparingwiththesinglechipmicrocomputerandhydrauliccontrol,andadoptPLCtocontrolthevendingmachine,thenanalyzesthestructureandworkingprincipleofautomaticvendingmachinessellingprocess,understandthevendingmachine,topreparefortheselectionofhardware.Throughvendingmachinefunctionanalysistomakethehardwareblockdiagram,accordingtothehardwareblockdiagram,selectthedesiredPLCcurrencyrecognizer,motorandcontactor.AccordingtotheI/OdistributionlistonthePLCselection,anddrawtheexternalwiringdiagram.Accordingtotheflowchartofcontrolsystempreparedwithvendingmachineprogram.Iftheshoppingaftertheremainingamount,thenpressthecoinbuttoncoin.TrapezoidalchartcompilationdonebyGXDeveloper,completeladderdiagramcanbedebuggedandsimulatedinMitsubishiPLCsimulationsoftwareGXSimulator6c.Finally,MCGSmadetheconfigurationeffect.Configurationsimulationdiagramofthevendingmachinecomprisesabutton,indicatorlight,theslot,fetchingport,acoinrefundpart.Keywords:vendingmachine;PLC;ladderdiagram;MCGS目錄1緒論 51.1自動售貨機的研究背景及意義 51.2研究自動售貨機的目的 51.3本設計研究的內(nèi)容 62自動售貨機的功能分析 72.1自動售貨機主控單元確實定 72.1.1PLC的部分功能 72.1.2確定自動售貨機的主控單元為PLC 82.2自動售貨機的售貨措施 92.3自動售貨機的空間構造 102.4自動售貨機的功能 102.5自動售貨機的購物使用流程 123自動售貨機的硬件部分 133.1控制電路硬件構成框圖 133.2確定自動售貨機使用的PLC類型 143.3貨幣識別器選型 163.3.1硬幣的識別原理 173.3.2紙幣的識別原理 173.4自動售貨機電機及其他選擇 184自動售貨機的軟件設計 204.1自動售貨機的控制系統(tǒng)流程圖 204.2自動售貨機的程序部分 214.2.1程序中用到的部分指令 214.2.2自動售貨機的控制程序 224.3程序的調(diào)試部分 304.3.1GXDeveloper 304.3.2程序調(diào)試 304.4基于MCGS組態(tài)的自動售貨機仿真 324.4.1建立組態(tài)畫面 324.4.2設置各元件的參數(shù) 33結論 38參照文獻 39道謝 40附錄系統(tǒng)硬件連接圖 411緒論1.1自動售貨機的研究背景及意義自動售貨機最早出目前20世紀60年代的歐美，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購置到一塊口香糖。這便是最早的自動售貨機。作為一種全新的零售方式，20世紀80年代以來，自動售貨機在美、日等發(fā)達國家得到了迅速的普及和發(fā)展。其產(chǎn)品特點是科技含量高，集光、機、電、防偽識別、數(shù)字密碼、智能軟件等技術于一體；24小時服務，售貨便利，無需專人盯守，省人工，省成本；售貨范圍廣，人們通過自動售貨機不僅可以買到食品、香煙、飲料、報紙、票、卡，甚至鮮花和小寵物等物品；此外它還是一種新奇獨特的廣告媒體。目前，自動售貨機已經(jīng)在許多種國家和地區(qū)使用。根據(jù)美國《自動世代》記錄，日本每23人擁有一臺自動售貨機、美國每40人一臺、歐洲每60人一臺。在鄰國日本，全國市場70%的罐裝飲料是通過自動售貨機售出的，每個人一年投入自動售貨機用于購物的貨幣高達400多美元；根據(jù)日本麒麟啤酒企業(yè)調(diào)查，一臺自動售貨機每年可售出上萬罐涼爽飲料，比一般不太繁忙的小商品銷量還要大，美國可口可樂企業(yè)則擁有分布于世界各地的幾十萬飲料售貨機；在西班牙，全國通過自動售貨機售出的商品銷售額占全國零售業(yè)的六成以上，并以每年10%的速度遞增。全世界約有1800萬臺自動售貨機處在運行中，包括自動售貨機制造與運行在內(nèi)的整個行業(yè)年銷售額超過2500億美元，自動售貨業(yè)已成為零售業(yè)增長最快的行業(yè)之一。近幾年，自動售貨機在我國的大中都市發(fā)展勢頭非常迅猛，車站、碼頭、酒店賓館、大學校園、繁華的街道等地方隨地可見自動售貨機的身影。據(jù)記錄，廣州市區(qū)就擺放了多種品牌的自動售貨機，而這還局限性以滿足地鐵和公交車站的需要。自動售貨機不僅給人們的生活帶來了極大的以便，并且也成為現(xiàn)代化都市的一道亮麗的風景線。伴隨我國零售業(yè)態(tài)的不停發(fā)展和上海世博會舉行的過程中，我國無店鋪銷售業(yè)態(tài)的發(fā)展獲得了良好的環(huán)境和契機。尤其是跨國企業(yè)的加入，深入刺激和帶動我國自動售貨機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.2研究自動售貨機的目的從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構造向技術密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，規(guī)定出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不停上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些原因的制約。自動售貨機行業(yè)長期以來在美國、日本等國家得到迅猛發(fā)展，目前已在多種國家得到廣泛普及。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計，但中國的自動售貨機擁有量還不太多，相對于13億的人口大國和零售業(yè)態(tài)發(fā)展的趨勢而言，中國自動售貨機行業(yè)的發(fā)展空間將愈加廣闊。1.3本設計研究的內(nèi)容本課題采用三菱FX2N系列PLC對飲料自動售貨機控制系統(tǒng)進行設計。通過與單片機、繼電器、液壓在各個方面的比較，確定自動售貨機的主控單元是PLC。通過對自動售貨機的售貨措施分析確定采用雙彈簧出貨機構，直流電動機驅(qū)動。根據(jù)系統(tǒng)需要確定飲料自動售貨機的硬件，通過硬件框圖選擇硬件部分。根據(jù)自動售貨機的功能選擇貨幣識別器和電動機以及接觸器的選擇。通過I/O列表確定PLC類型，做出硬件連接圖。根據(jù)控制功能圖進行梯形圖設計，軟件選哪種要結合硬件的性質(zhì)選擇合適的數(shù)據(jù)寄存器以及根據(jù)功能使用合適的算法。并在軟件中調(diào)試運行，用組態(tài)軟件作出仿真。2自動售貨機的功能分析2.1自動售貨機主控單元確實定實現(xiàn)自動售貨機到的售貨功能最重要的是依托主控單元?？梢宰鳛橹骺貑卧脑兄T多，但最適合的要通過比較才能確定。2.1.1PLC的部分功能PLC是一種以微處理器為關鍵的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計算機。因此，它的構成與一般的微型計算機基本相似，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分構成。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構成了一種完整的PLC系統(tǒng)，它們相輔相成，缺一不可。PLC的硬件系統(tǒng)重要有主機、輸入/輸出擴展單元、外部設備構成，各部分之間通過總線連接。其中主機由中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入/輸出電路、外部設備接口、電源幾大部分構成。中央處理單元是PLC的關鍵部件，它的功能是：（1）接受、存儲顧客通過編程器等輸入設備輸入程序和數(shù)據(jù)。（2）以掃描方式接受來自輸入單元的輸入變量、狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存入對應的數(shù)據(jù)存儲區(qū)（3）運用錯誤校驗技術監(jiān)控存儲和通信狀態(tài)、診斷內(nèi)部電路的工作狀態(tài)、電源狀態(tài)和顧客編程中的語法錯誤。(4)執(zhí)行顧客程序，完畢多種數(shù)據(jù)處理、傳播和存儲，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理成果，刷新有關標志的狀態(tài)位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，產(chǎn)生對應的內(nèi)部控制信號，以完畢顧客指令規(guī)定的多種操作。（5）響應多種外圍設備的規(guī)定。存儲器是PLC的另一重要部分，存儲器重要用來寄存系統(tǒng)程序、顧客程序和數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲器在在系統(tǒng)中的作用，可將其分為系統(tǒng)存儲器和顧客存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用來寄存制造商為顧客提供的監(jiān)控程序、模塊化應用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其他有關管理程序。系統(tǒng)程序直接影響著PLC的整機性能。系統(tǒng)程序需要永久保留在PLC中，不能因關機、停電或其他部分出現(xiàn)故障而變化其內(nèi)容。因此，系統(tǒng)程序需固化在只讀存儲器ROM中，作為PLC的一部分提供應顧客，顧客無法變化系統(tǒng)程序的內(nèi)容。顧客數(shù)據(jù)存儲器是專門提供應顧客寄存程序和數(shù)據(jù)的，顧客存儲器提成顧客程序存儲器和顧客數(shù)據(jù)存儲器。顧客程序存儲器用來存儲顧客編寫的程序，顧客數(shù)據(jù)存儲器用來存儲控制過程中不停變化的信息，如輸入/輸出信號、多種工作狀態(tài)、計數(shù)值、定期值、運算的中間成果等。輸入模塊用來接受和采集輸入信號，輸入信號有兩類：一類是按鈕開關、行程開關、數(shù)字撥碼開關、靠近開關、壓力繼電器等提供的開關量輸入信號；另一類是從電位器、熱電、測速電機、多種變送器變送來的持續(xù)變化的模擬量輸入信號。輸入模塊還需要將這些不一樣的電平信號轉(zhuǎn)換成CPU能識別的數(shù)字信號。輸出模塊的作用是接受中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件能接受的信號，用來控制接觸器、電磁閥、調(diào)整閥、調(diào)速裝置等，控制的另一類負載是指示燈數(shù)字顯示屏和報警裝置等。2.1.2確定自動售貨機的主控單元為PLC單片機可以作為自動售貨機的關鍵構造，價格也不太高，但假如電壓不穩(wěn)的話，單片機就有也許被損壞，因此雖然價格是選擇方案的一種原因，而可靠性是選擇時需要考慮的又一種原因。從設計、生產(chǎn)周期長短考慮，不管是老設備改造，還是設計新的生產(chǎn)機械設備，毫無疑問，生產(chǎn)、設計周期越短越好，甚至但愿可以邊設計、邊安裝、邊調(diào)試和生產(chǎn)，尤其是產(chǎn)品更新?lián)Q代，生產(chǎn)工藝改造，不需改動既有生產(chǎn)設備及其外部接線，就能立即組織生產(chǎn)，這不僅節(jié)省了勞動力，并且新產(chǎn)品能盡快投入市場。這無疑給企業(yè)增長了活力，提高了經(jīng)濟效益。假如把這些規(guī)定得以實現(xiàn)，繼電器或半導體都不能滿足，而PLC則完全可以實現(xiàn)。這是由于若用PLC不必改動外部設備接線，只要在軟件上做文章就可以了。也就是說只要變化梯形圖，按照新工藝規(guī)定重新輸入新程序或修改原程序即可。這既經(jīng)濟又簡捷，可以到達事半功倍的目的。眾所周知，目前我國75%的生產(chǎn)機械設備，都是采用繼電器控制，除了可靠性差外，設計程序也很繁雜。從方案確實立到技術、設計以及施工、圖面等方面，工作量很大，這勢必導致設計周期長。而采用PLC控制可以大大縮短設計周期，甚至有些文獻資料也不必繪制成圖。設計人員完全可以運用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能精確無誤地反應生產(chǎn)規(guī)定。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對生產(chǎn)提出的新工藝規(guī)定，重新編寫程序并把它存儲在EEPROM模塊中去，需要加工哪個產(chǎn)品的程序，操作人員可以隨時調(diào)用，這既以便、簡樸又可保密。開發(fā)這種軟件對優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，非常具有實際意義。僅此一點也深受生產(chǎn)及設計者的歡迎。在目前科技成果迅猛發(fā)展的今天，市場經(jīng)濟的競爭就是運用最小的投資獲取最大的利潤，為了使人們在生活購物中得到以便，就出現(xiàn)了自動售貨機。對于一臺自動售貨機，假如采用電力機械來進行控制，會導致售貨機有用價值空間少，揮霍不必要的動力資源；假如采用液壓系統(tǒng)控制，由于液壓系統(tǒng)控制規(guī)定技術高，多種閥體和設備的組裝較高，反應速度相對較慢，用于控制售貨機的經(jīng)濟價值消費高，從利潤價值觀來考慮不合合用于控制售貨機。采用單片機作為控制關鍵，這樣不僅會在輸入輸出接口上做大量的工作，并且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差。不過PLC（即可編程序控制器）是綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置，它不僅可實現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡樸、維護以便等長處，已在工業(yè)控制領域得到廣泛地應用。由于自動售貨機作為社會上完畢商品零售和綜合服務的獨立設施，規(guī)定它的構造必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高?？梢钥闯?，采用PLC對自動售貨機控制系統(tǒng)進行控制可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此選擇PLC為自動售貨機的主控單元。2.2自動售貨機的售貨措施目前自動售貨機常用的售貨措施有三種。一種是彈簧出貨型售貨機，重要通過貨道彈簧的旋轉(zhuǎn)來出貨，是最為常見的商品輸出方式。出貨精確率高，實時性強。只要商品尺寸與出貨彈簧匹配，就可以采用這種出貨方式。另一種使機械手推貨型售貨機，重要依托貨道商品背面的機械手推貨裝置進行售賣。每個售貨動作均由精確的傳感器來控制，整個收獲過程精確、高效、自動化。該出貨方式適合售賣尺寸和重量比較大，形狀較為規(guī)則，可以用于正立放置的商品。第三種是升降臺出貨型售貨機，是一種輔助出貨系統(tǒng)，可以與彈簧出貨方式或者機械手推貨方式組合使用，減少商品掉貨時的損傷，用于易碎商品的售賣。本次設計的自動售貨機采用的是雙螺旋體出貨機構，即雙彈簧出貨機構。這種構造可以一目了然哪個貨道有貨無貨，既以便顧客選貨，又以便工作人員雖然發(fā)現(xiàn)貨品剩余狀況,在軟件部分也不用設置無貨報警。這種構造重要由驅(qū)動電機、螺旋體掛輪，螺旋體、貨道等構成。左右兩個螺旋體通過一對齒輪嚙合，一種螺旋體順時針旋轉(zhuǎn)則另一種螺旋體逆時針旋轉(zhuǎn)。當螺旋體每個螺距間隔放滿貨品后，螺旋體旋轉(zhuǎn)一圈，即可退出一種貨品。由于采用雙螺旋體向上旋轉(zhuǎn)，對貨品的作用力除了有向前推力外尚有向上和向貨到兩側的分力，可以保證出貨的可靠性。雖然未來自動售貨機售賣液體軟包裝的貨品，也不輕易出現(xiàn)“卡貨”的現(xiàn)象。2.3自動售貨機的空間構造自動售貨機中儲存有一定量的飲料，每種飲料都要通過貨道而出去，由于該設計中售8種飲料，因此該售貨機可設置成8個貨道，并且為單貨道，即每種飲料占用一種貨道，這樣比較以便，假如后來需要擴展賣更多種商品的話，根據(jù)商品的擺放設置多種雙推進彈簧。當需要夠買某種飲料時，電動機會帶動彈簧轉(zhuǎn)動一圈，將飲料轉(zhuǎn)出，掉落到出貨通道中，滑落到取物口。飲料在售貨機種的寄存形式為每個彈簧間隔固定一種單位飲料，并且每種飲料都要與彈簧螺距尺寸匹配，這樣可將飲料卡緊不致自動掉落。在自動售貨機上可以儲備多種飲料，但總體數(shù)量是有限的，因此自動售貨機也需要及時的補貨。圖2-1為自動售貨機的空間構造示意圖。圖2-1自動售貨機的空間構造示意圖2.4自動售貨機的功能自動售貨機可以對所投入的幣值進行合計，貨幣識別器提供該自動售貨機最基本的功能即從投幣口送入貨幣，然后通過傳感器采集數(shù)據(jù)、識別判斷人民幣的面值；然后，識別器把信息傳給PLC；PLC根據(jù)所投入的硬幣數(shù)值判斷與否可以購置某種飲料，做出對應的反應。當按下選擇飲料的按鈕時，對應的電動機啟動，飲料開始供應，提取飲料到取物口，顧客取出飲料，完畢本次交易。它具有投幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇和飲料供應系統(tǒng)、退幣系統(tǒng)等來實現(xiàn)完整的售貨功能。售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷與否可以購置某種商品，并做出對應的反應。售貨機中有8種商品，可樂2元，雪碧2元，純牛奶4.5元，東方樹葉3.5元，芬達2元，加多寶3.5元，健力寶2元，雀巢咖啡4.5元?，F(xiàn)投入錢幣，當投入的貨幣超過可樂的價格時，可樂、雪碧、芬達、健力寶指示燈亮，提醒可以購置，當投入的貨幣超過3.5元但不不小于4.5元時，只有純牛奶和雀巢咖啡的燈不亮，當投入的貨幣超過4.5元時，所有商品的燈都亮，提醒可以購置。當按下可樂按鈕時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去可樂的價格同步啟動對應的電機，提取可樂到出貨口。買其他商品時也同樣。操作完畢后不再購置而按下退幣按鈕，售貨機則要進行退幣操作，退回對應的貨幣，并在程序中清零，完畢本次交易。由此看來，自動售貨機進行一次交易要波及加法運算、減法運算，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)完整的售貨、退幣功能?？赏ㄟ^操作屬性把自動售貨機分為四個過程：(1)投幣過程(2)價格比較過程 (3)選擇商品過程 (4)退幣過程可把自動售貨機工作過程分為5個狀態(tài)：(1)啟動狀態(tài)(2)投幣狀態(tài)（3）可購置顯示狀態(tài)(4)購置狀態(tài)(5)退幣狀態(tài)初始狀態(tài)，自動售貨機內(nèi)部各元件都處在復位狀態(tài)，內(nèi)部電機停止運轉(zhuǎn)，等待投幣操作。投幣狀態(tài)。自動售貨機可以識別硬幣1元和5角，識別紙幣5元、10元、20元紙幣，投入錢幣后，自動售貨機會進入貨幣比較狀態(tài)，可以購置的飲料燈亮。購置狀態(tài)。按下可以購置的選擇按鈕，所選的商品燈仍然亮，其他可選商品燈滅掉。驅(qū)動電機啟動，商品通過貨道掉落到取物口。退幣按鈕。自動售貨機計算退幣錢數(shù)并退幣。到此為止，自動售貨機的一種完整工作過程結束。2.5自動售貨機的購物使用流程在自動售貨機上購物時，首先按下開始按鈕，就可以接著投幣了，假如，投幣后，不選擇飲料，可以直接按退幣按鈕，將會全額出幣。假如買飲料，則按下所需購置飲料的按鈕，按下后等待取物，取物后若需找?guī)?，再按下退幣按鈕即可。退出的錢都為硬幣，由于紙幣輕易破損、褶皺、潮濕。若想設計成找紙幣的狀況，在體積、難度、成本會很大。而硬幣有規(guī)則，不易損壞，并且能循環(huán)使用。因此本次設計中只退1元和5角的硬幣。圖2-2為自動售貨機的使用流程。圖2-2自動售貨機的使用流程3自動售貨機的硬件部分自動售貨機的硬件部分包括主電路部分和控制電路部分的硬件?？刂撇糠种蠵LC的選型和貨幣識別器的選型是最重要的。根據(jù)I/O分派表選擇出PLC，并列出外部接線圖。根據(jù)之前對自動售貨機的功能簡介，選擇貨幣識別器。最終選擇自動售貨機上的主電路部分的硬件。3.1控制電路硬件構成框圖自動售貨機的控制部分硬件包括PLC、貨幣識別器、多種按鈕、多種指示燈和接觸器。圖3-1為自動售貨機控制部分硬件構成框圖。圖3-1自動售貨機控制部分硬件構成框圖3.2確定自動售貨機使用的PLC類型表3-1PLC的I/O分派表輸入輸出設備輸入設備輸出開始按鈕SB0X0000.5元燈HL1Y0010．5元SB1X0011元燈HL2Y0021元SB2X0025元燈HL3Y0035元SB3X00310元燈HL4Y00410元SB4X00420元燈HL5Y00520元SB5X005可樂燈HL6Y006可樂按鈕SB6X006雪碧燈HL7Y007雪碧按鈕SB7X007純牛奶燈HL10Y010純牛奶按鈕SB10X010東方樹葉燈HL11Y011東方樹葉按鈕SB11X011芬達燈HL12Y012芬達按鈕SB12X012加多寶燈HL13Y013加多寶按鈕SB13X013健力寶燈HL14Y014健力寶按鈕SB14X014雀巢咖啡燈HL15Y015雀巢咖啡按鈕SB15X015可樂出口YV1Y016退幣按鈕SB16X016雪碧出口YV2Y017——————純牛奶出口YV3Y020——————東方樹葉出口YV4Y021——————芬達出口YV5Y022——————加多寶出口YV6Y023——————健力寶出口YV7Y024——————雀巢咖啡出口YV8Y025——————1元退幣YV13Y026——————0.5元退幣口YV14Y027——————退幣口燈HL16Y030——————貨幣局限性燈HL17YO31——————取物口燈HL18Y032PLC控制在邏輯上以便、控制速度高、更靈活且便于維護。PLC是建立在單片機上的產(chǎn)品。單片機是一種集成電路，不具可比性。單片機可以構成多種各樣的應用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機應用系統(tǒng)的一種特例。從工程角度上說：對于單項或反復很少的項目，采用PLC是更明智、快捷的途徑。功率高，可靠性好！通過對多種控制的優(yōu)缺陷分析，各合用于不一樣控制規(guī)定的場所。對于自動售貨機的設計來說。規(guī)定控制速度快、靈活、可靠性高、易于維護和改動、屬于單項反復數(shù)少的項目。用PLC來控制是最佳的選擇。它少了幾點繼電器控制的反復性和單片機控制的復雜性。但分析多種廠家生產(chǎn)的PLC。西門子PLC多用于大型、超大型的場所。因此我選用了三菱型PLC來進行自動售貨機的控制。又根據(jù)對自動售貨機的I/O分派表確定該自動售貨機有15個輸入點和26個輸出點，15個輸入包括開始按鈕、貨幣識別按鈕和飲料選擇按鈕以及退幣按鈕。輸出點包括5個貨幣識別指示燈、8個飲料指示燈、8個飲料輸出、2個退幣以及3個特殊的指示燈。因此選用FX2N-64MR型的PLC。有關PLC的詳細分派如上表3-1所示。由于PLC的輸入端內(nèi)部自身有24V的電源，因此輸入部分不用外接電源，而在輸出端需要外接電源。多種指示燈和接觸器可以用同一種電源，因此，不用將各個輸出分開個供電。選擇的電源是根據(jù)電動機的額定電壓選的，詳見3.4節(jié)。雖然PLC輸出端有多種COM口，但由于各個點所接電壓相似，因此，圖中未顯示所有的COM口。由于在此設計中使用的是既有的貨幣識別器，貨幣識別器識別幣種后，將多種不一樣的幣放在不一樣的部位。X01、X02、X03、X04、X05分別為代表0.5元、1元硬幣和5元、10元、20元紙幣的投入。貨幣識別器每識別一次，開關接通一次，相稱于投入一種幣。該PLC自動售貨機I/O接線圖中，PLC元件X006，X007，X010，X011、X012、X013、X014、X015是選擇控制按鈕，選擇可樂，雪碧，純牛奶、東方樹葉、芬達、加多寶、健力寶、雀巢咖啡。線圈Y006，Y007，Y010，Y011、Y012、Y013、Y014、Y015，是作為指示燈的輸出線圈。當投幣，選擇可樂、雪碧、純牛奶、東方樹葉、芬達、加多寶、健力寶、雀巢咖啡時的指示引導購物作用。按鈕和指示燈，直接明了，以便簡樸，易于操作。確定了PLC的類型，又完畢了對各個點的分派，那么PLC的外部接線圖如下3-2所示。系統(tǒng)硬件連接圖見附錄。圖3-2外部接線圖3.3貨幣識別器選型貨幣識別器有硬幣識別器和紙幣識別器。貨幣識別器是自動售貨機中的重要部分，幾乎所有的操作都是在識別器工作正常的前提下才能發(fā)生的。貨幣識別器本來可以自己設計，但由于時間緊張，本次設計都采用現(xiàn)成的。硬幣識別器分為三部分，一是投幣段，一是進幣段，再是退幣段。紙幣識別器沒有退幣段。3.3.1硬幣的識別原理硬幣識別器的總體思想是通過真假硬幣通過兩種傳感器時電容和電感參數(shù)的變化量不一樣來辨別。在硬幣識別器中復合式硬幣識別器價格廉價，識別可靠，因此選用此種硬幣識別器來完畢硬幣方面的識別。復合式硬幣識別器的原理：復合式硬幣識別器重要是由平板電容傳感器、電感線圈傳感器、檢測電路和單片機控制電路構成。電容傳感器是通過檢查硬幣的厚度來辨別真?zhèn)蔚模斢矌磐ㄟ^投幣口進入平板電容傳感器時會引起傳感器電容的變化，這個傳感器也可以實現(xiàn)對硬幣材質(zhì)的檢測。通過與電容傳感器配用的交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓D(zhuǎn)換為電壓信號，再通過放大電路將信號放大進入單相橋式整流濾波電路將交流變?yōu)橹绷鞑V去干擾信號，在通過電壓比較器后輸入AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳入控制電路。而電感線圈傳感器是通過不一樣的金屬材質(zhì)通過線圈時電感變化量不一樣來檢測的。當硬幣通過電感線圈時也會使電感量變化，通過電感式傳感器配用的交流電橋電路使電感的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號，由于硬幣通過傳感器的時間比較短，因此所獲得的信號比較微弱，因此需要在信號輸出口連接一種放大電路使信號放大。在復合硬幣識別器中需要用到單片機，而傳入單片機的信號必須是直流信號，因此在放大電路的末端我們需要連接一種單相橋式整流濾波電路是將交流變?yōu)橹绷髟賯魅雴纹瑱C控制系統(tǒng)。在整個過程中也需要連接有濾波電路輸入單片機。當硬幣識別器識別硬幣后，硬幣按面值被電磁閥分派到不一樣的貯幣腔內(nèi)備用，當收到退幣找零信號后，通過退幣電磁閥拉桿，將貯幣腔內(nèi)下部的硬幣依電信號程序退幣，完畢自動售貨機的退幣找零功能。找零功能的完畢與貯幣腔的機械設計有關。當硬幣識別器識別硬幣后將會把不一樣的硬幣分別派發(fā)在不一樣的腔內(nèi)。貨幣識別器通過通信傳達信息給PLC。本次使用的既有硬幣識別器的容量為500枚，可識別5角與1元硬幣。硬幣識別器選型如表3-2所示。表3-2硬幣識別器選型硬幣識別器工作電壓工作電流工作溫度BD-8GDC+12V2A-20°C～60°C3.3.2紙幣的識別原理紙幣識別器是由主控部分、傳感器、驅(qū)燈組件、A/D轉(zhuǎn)換器、外部存儲、電機、模式選擇、電源版等構成的一種單片機控制系統(tǒng)。通過多種接口把紫外、磁性、紅外穿透引入主控器。把正常現(xiàn)金在個傳感器中的信號進行記錄取樣、識別，并寄存下來，作為檢測的根據(jù)。當識別紙幣時，把在各通道接口接受到的信號參數(shù)與本來寄存的信號進行比較、判斷。若有較大差異，則使電機反轉(zhuǎn)。紙幣相對于硬幣來說，識別會麻煩某些，紙幣中常常會出現(xiàn)某些假幣，因此可以識別貨幣的真假是識別器的一項重要功能。人民幣的制作一般采用的是專門的紙張，假鈔一般是采用通過漂白處理的一般紙張。通過漂白處理的紙張在紫外線的照射下一般會有熒光反應，而人民幣則沒有。因此，紫外線可以檢測紙幣真?zhèn)?。運用紅外激光照射人民幣上的熒光字，會使熒光字產(chǎn)生一定波長的激光，透過對此激光的檢測可辨出紙幣的真?zhèn)巍＜垘抛R別器由雙向微型電機和捻紙皮帶構成傳動機構，檢測則由熒光檢測、光敏電阻和紅外線對管等構成。當由紙幣投入時，入口處紅外線被遮擋，接受管發(fā)出信號電機正轉(zhuǎn)，捻紙皮帶將紙幣送入，在此過程中，多種檢測元件對紙幣進行全面檢測，假如被鑒定與原有儲存參數(shù)不符，則電機反轉(zhuǎn)，將紙鈔退出，假如符合內(nèi)部參數(shù)信息，則進入紙鈔進入內(nèi)部貯鈔箱。也通過通信傳達給PLC以實現(xiàn)控制。本次使用的既有紙幣識別器的容量為300張，可識別5元、10元和20元。紙幣識別器如表3-3所示。表3-3紙幣識別器選型紙幣識別器工作電壓工作電流工作溫度TCN-7-3BDC+12V2A0°C～55°C3.4自動售貨機電機及其他選擇（1）自動售貨機上有多種電動機，在飲料的輸出部分，是由電動機帶動彈簧旋轉(zhuǎn)一圈將飲料轉(zhuǎn)出，每種飲料輸出都要有一種電動機驅(qū)動，因此，需要選擇合適的電動機。不過在自動售貨機上使用的電動機一般功率不大，像小罐的飲料自動售貨機一般使用額定電壓為12~24V，額定功率為3W。不過要使用直流減速電機，這樣可以增大扭矩，使飲料的彈出得到保證。雖然目前一般使用的電動機大部分為交流電機，但在自動售貨機上，售貨的時間很短，因此需要在很短的時間內(nèi)啟動，也需要在很短的時間內(nèi)制動，交流電機不能滿足這些規(guī)定，因此使用之路電動機比很好。電動機選型如表3-4所示。表3-4電動機選型減速電機額定電壓額定功率轉(zhuǎn)速減速比XINX-37JSDC+12V3W16R.P.M1：10（2）接觸器的選擇由于使用的是直流電機，因此選用24V直流接觸器。直流接觸器的電磁機構無渦流和磁滯損耗，鐵心由整塊軟鋼構成，端面上無需裝短路環(huán)，采用磁吹式滅弧裝置，線圈匝數(shù)多。直流接觸器的操作頻率較高。圖3-3為重要接線圖。圖3-3重要接線圖4自動售貨機的軟件設計本次設計中最重要的部分是軟件部分。首先做出能完畢自動售貨機規(guī)定的梯形圖，然后對梯形圖調(diào)試，最終，MCGS組態(tài)軟件仿真。4.1自動售貨機的控制系統(tǒng)圖4-1自動售貨機的控制系統(tǒng)流程圖圖4-1的流程圖表達的是程序可以實現(xiàn)的功能，按下開始按鈕后，就可以開始進行投幣操作了，投幣時間結束后，系統(tǒng)根據(jù)投幣的多少，與多種飲料的價格進行比較。顯示可購置，按下退幣按鈕可退幣。4.2自動售貨機的程序部分4.2.1程序中用到的部分指令比較指令在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，比較成果送到目的操作數(shù)[D]中，如下圖4-2所示，當X000為OFF時，不執(zhí)行CMP指令，M10，M11，M12保持不變；當X000為ON時，執(zhí)行CMP指令，[S1]、[S2]中的數(shù)據(jù)進行比較，即C10計數(shù)器值與K10（數(shù)值K10）比較。假如C10目前值不不小于10，則M10=1；假如C10目前值不小于10，則M12=1；假如C10目前值等于10，則M11=1。圖4-2CMP指令使用闡明加法運算：加法運算指令是把指定的源元件中的二進制數(shù)相加，成果送到指定的目的元件中。加法運算如下圖4-3所示。當X000為1時，（D0）+（D5）=（D6），運算是代數(shù)運算圖4-3加法運算使用闡明圖減法運算：減法運算指令是把指定的源元件中的二進制數(shù)相加，成果送到指定的目的元件中，如圖4-4所示。當X000為1時，（D10）-（D12）=（D14），運算為代數(shù)運算。圖4-4減法運算使用闡明圖4.2.2自動售貨機的控制程序程序部分可分為5個部分。分別為：啟動部分、投幣比較部分、可購置顯示部分和飲料選擇部分、貨幣相減部分和退幣部分。啟動部分：設置啟動按鈕，當按下時，X000置1，松開時斷開，程序如圖4-5。圖4-5啟動部分程序圖4-6投幣部分程序圖4-7比較部分程序投幣比較部分：投幣的時候由貨幣識別器識別幣種，投入的一種幣相稱于按一次按鈕，T10表達在10s投幣，可累加幣值，因此使用的數(shù)據(jù)寄存器為停電保持型D200，程序如圖4-6和4-7所示?？少徶蔑@示部分和飲料選擇部分：即當投入的總金額購置某種飲料時，飲料所對應的指示燈亮。T2、T11、T12、T13、T14、T15、T16、T17都為定期器，定期時間為2s，它們中的任何一種都可以是T1線圈得電，因此，當選擇某種飲料后，該種飲料對指示燈比其他飲料的指示燈多亮4s。由于選擇飲料時都是按鈕操作，因此選擇部分的輔助繼電器要自鎖。程序如圖4-8、圖4-10、圖4-11、圖4-12。圖4-8（a）飲料的顯示與輸出圖4-8(b)飲料的顯示與輸出圖4-8(c)飲料的顯示與輸出圖4-8(d)飲料的顯示與輸出圖4-9(a)飲料的選擇與貨幣相減圖4-9(b)飲料的選擇與貨幣相減圖4-9(c)飲料的選擇與貨幣相減圖4-9(d)飲料的選擇與貨幣相減圖4-10定期器定期部分貨幣相減部分：即在選擇每種飲料時，在數(shù)據(jù)寄存器中減去其對應的金額，然后將成果再存到數(shù)據(jù)寄存器D200中。如上圖4-9所示。圖4-11取物口燈亮部分圖4-12飲料輸出時間控制部分退幣部分：當購物完畢后，假如需要找錢，則按下退幣按鈕。由于紙幣輕易磨損，因此退幣只推1元和5角的硬幣。退幣后數(shù)據(jù)寄存器自動復位。如圖4-13。圖4-13(a)退幣復位部分圖4-13(b)退幣復位部分4.3程序的調(diào)試部分4.3.1GXDeveloperGXDeveloper是三菱PLC的編程軟件。Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST、及FB、Label語言從程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。在調(diào)試時不用和可編程控制器連接，不用制作按條使用的次序程序，由于運用了梯形圖邏輯測試功能，可以愈加簡樸的進行調(diào)試作業(yè)。在協(xié)助中有CPU錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的闡明，因此對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中想懂得特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的狀況下提供非常大的便利。數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤時，會顯示是什么原因或是顯示消息，因此數(shù)據(jù)制作的時間可以大幅度縮短。本次使用到的調(diào)試軟件是GX-Simulator6-c，它是GXDeveloper的一部分。4.3.2程序調(diào)試以投入5個1元，買雀巢咖啡為例進行程序調(diào)試。按下梯形圖邏輯測試啟動/結束按鈕，等待程序?qū)懭隤LC中，然后梯形圖中就會顯示有藍色部分，一般常閉觸點都為藍色，表達接通，數(shù)據(jù)存儲器為顯示為0，如圖4-14。圖4-14進入調(diào)試數(shù)據(jù)寄存器的初始狀態(tài)在菜單欄的“在線”欄中選擇調(diào)試-軟元件測試。由于本次設計的自動售貨機上都是按鈕設置，因此當按鈕按下去為1，松開即為0，因此要在軟元件測試中的位軟元件中寫入X000后強制ON（表達開始按鈕接通）然后再強制OFF（表達松開按鈕）。在10s內(nèi)迅速按X001按鈕5次（標志投入5元），再按下X015按鈕（表達買雀巢咖啡）。如圖4-15、圖4-16、圖4-17。圖4-15X001接通5次后狀態(tài)圖4-16按下雀巢咖啡按鈕后狀態(tài)圖4-17選擇雀巢咖啡部分操作完之后尚有剩余的錢，按下退幣按鈕X016，然后再強制off，由于退幣按鈕也是按下為1接通，松開為0斷開。如圖4-18、圖4-19。圖4-18退幣前的狀態(tài)圖4-19退幣后狀態(tài)4.4基于MCGS組態(tài)的自動售貨機仿真MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限企業(yè)研發(fā)的一套基于Windows平臺的，用于迅速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，重要完畢現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。MCGS組態(tài)軟件包括三個版本，分別是網(wǎng)絡版、通用版、嵌入版。本次使用的是通用版。包括MCGS組態(tài)環(huán)境和MCGS運行環(huán)境。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、顧客窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行方略五部分構成，每一部分分別進行組態(tài)操作，完畢不一樣的工作，具有不一樣的特性。這種軟件一般應用于工程上，像瀝青庫自動控制系統(tǒng)、天然氣CIMS系統(tǒng)。雖然軟件中有圖庫，庫里面都是工程商用的設備，例如電機，閥、儲備罐。因此自動售貨機所用的圖片都要自己做好加載進去的。使用組態(tài)軟件做自動售貨機，最終想要得到的效果是，按下一種按鈕時，對應的指示燈亮。4.4.1建立組態(tài)畫面由于在軟件中沒有自動售貨機所用的圖片，因此要先建立圖片。打開MCGS組態(tài)環(huán)境后新建工程。在新建的工程中點擊顧客窗口，然后點擊新建窗口0，選中窗口0，點擊鼠標右鍵選擇屬性，在窗口名稱處更更名字為自動售貨機。設計好自動售貨機的格局，點擊動畫組態(tài)按鈕，開始創(chuàng)立畫面。創(chuàng)立自動售貨機畫面的重要難題在于圖庫中沒有所需要的圖。需要自己創(chuàng)立。在百度上搜索有關飲料的圖片，放到ACDSee軟件中，調(diào)整大小后保留為256色位圖*bmp格式，將所有需要的圖片制作好放到一種文獻夾中?；氐絼赢嫿M態(tài)界面，點擊工具箱中的位圖選項，在自動售貨機窗口中畫大小合適的位圖，選中畫好得位圖，點擊右鍵選擇裝載位圖，寄存制作圖片的文獻夾，將圖片加載進去。以此措施將8種可選飲料的圖片做好。接下來為多種飲料配置按鈕，選用工具箱種的原則按鈕，畫好按鈕后雙擊該按鈕，更改按鈕標題即可。工程中所用的燈可以在工具箱中的插入元件中選擇。根據(jù)設想，調(diào)整各個部分的位置，最終做出效果圖如下圖4-20。4-20自動售貨機的組態(tài)下效果圖4.4.2設置各元件的參數(shù)制作好效果圖之后，對各個部分進行參數(shù)設置。回到之前的工作臺頁面，點擊實時數(shù)據(jù)庫，點擊新增對象，將所有的元件命名并注釋。由于后其選擇通道時不能用中文作為首字符，所認為每個元件命一種名，如燈就按HLx命名，其他輸出以YVx命名，由于輸入都是按鈕性質(zhì)，以SBx命名。如圖4-21所示。圖4-21工作臺設置實時數(shù)據(jù)庫如下圖4-22所示。圖4-22（a）實時數(shù)據(jù)庫設置圖4-22（b）實時數(shù)據(jù)庫設置對按鈕和燈進行設置。以可樂為例，在動畫組態(tài)中電機可樂指示燈，其設置如下圖4-23所示。圖4-23可樂指示燈參數(shù)在動畫組態(tài)中點擊可樂按鈕，在基本操作欄設置按鈕屬性為按1松0，點擊其背面的“？”，選擇SB6。其他按鈕以此為參照設置。如圖4-24所示。圖4-24可樂按鈕設置在工作臺頁面點擊設備窗口，進入后點擊設備工具箱，點擊設備管理，要先選擇通用串口父設備，然后再選對應擇PLC設備。如圖4-25所示。圖4-25設備窗口的選擇點擊進入三菱系列串口，對設備屬性進行設置。根據(jù)PLC的I/O分派表對通道連接進行設計。通道的設置中要注意輸入和輸出通道不能混淆。點擊進入設備0后在點擊設置設備內(nèi)部屬性后的帶有三個點的按鈕即可增長通道的數(shù)量。如圖4-26、圖4-27所示。圖4-26通道量設置圖4-27通道設計至此，參數(shù)設置完畢，打開MCGS運行環(huán)境，點擊下對應按鈕，觀測變化狀況。也許應為其中有些參數(shù)的設置有誤，沒有顯示對應的動作。結論這次畢業(yè)設計我的重要任務是用PLC實現(xiàn)自動售貨機的功能。一種平常看似簡樸使用