基于plc控制的自动售货机

1绪论自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧，英国是较早实行自动售货机售货的国家之一。1942年，在食品销售中首先推广了自动售货的销售方式。1950年。英国食品杂货行有500家采用自动售货机售货。1969年，采用自动售货机售货的商家增加到23000家，销售的商品扩展到文化用品、唱片、香烟、食品等多个方面。进入70年代后，约有40多万家香烟、饮料店采用自动售货机。1980年英国有50余万台自动售货机，年销售额达881亿英镑。70年代后，日本、美欧等发达国家和地区自动售货机迅猛的发展，短短30年，发达国家自动售货机产业已发展到相当大规模。自动售货机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，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。目前自动售货机是集声、光、机电一体化的高新智能化产品，在我国也开始得到应用。在中国人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所。自动售货机的新奇、文明、高档、昼夜服务、占地小、灵活方便深受许多地区市民的青睐，甚至出现许多排队购买的现象。专家测算，中国的自动售货机在市场容量最保守算应该有四十七万台，一年的销售额可达三百五十亿元若按人均台数计算全年可达五百亿，自动售货机在日本达到平均每二三十人一台，在美国达到每四十人一台，在欧洲每六十人一台，由于中国经济与上述国家还有一定差距，按每人五百台计算。因此，自动售货机在中国有着广阔的发展前景。2基于PLC方案自动售货机的控制系统尽管自动售货机的种类繁多，但是基于PLC控制的自动售货机在市场上仍然很少，PLC控制的自动售货机不仅开发过程简便，而且抗干扰性能好、可靠性高，从而提高整个系统的自动化程度。因此开发设计基于PLC的自动售货机具有广泛的市场前景，本设计就是选用PLC作为控制器，控制自动售货机。其系统组成框图如图所示图22系统组成框图每个售货机子系统具有如下功能用户投入钱币后，由售货机系统内部所设置的硬币识别器对所投钱币进行识别，确认后根据用户各自的选择（选择咖啡或果珍矿泉水、奶茶等），售货机应完成自动出杯、自动计量、计数等功能。3硬币验钞机构及原理31硬币验钞机构硬币验钞机构用于检测所投入的硬币的真伪。对伪币退回到硬币退还口，真币则合计金额并与所售商品价格作比较。如果投入的金额等于或大于商品的售价，则发出允许出售的信号。待接到售货终了信号后，进行找零钱计算，并启动找零钱的电动机，把以不同币种适当的组合成零钱送到退还口。它要求机械技术与电子技术紧密结合。现在所有的货币机构都由微机进行控制。图31是硬币验钞机构简图。由硬币检测部分、运算控制部分、找零钱机构、自动售货机主体和接口组成。硬币验钞机构中机电一体化最引人注目的是钱币检查部分实现了电子化。图31硬币验钞机结构简图32硬币的识别原理我国目前发行的1元、5角和1角硬币的金属原材料是为造币而专门使用的特殊合金，因此在它通过投币入口进入由电感和电容组成的特定高频振荡线路所产生的磁场时，金属材质和体积的差异对电感量的影响大小也出现微弱差异，电感量的变化引起振荡频率的变化再通过检测频率的变化，与设定值进行比较，确定某种硬币种类后，经窄带选频电路将频率信号变成电压信号输出（开关量），完成对金属硬币的识别。金属硬币识别器种类繁多,但贮币退币机构基本上分为两类一类是平面式贮币,电磁阀退币；另一类是圆筒式贮币,步进电机退币。当硬币投入后经过识别识出电信号后,伪币和异物被排出,真币按面值由几组分布电磁阀分配到不同贮币腔体内备用当收到退币找零电信号后,通过退币电磁阀或退币电机拉杆,将贮币腔内下部硬币依电信号程序推出,完成自动售货机的退币找零功能主要识别指标直径、材质、厚度。材质是用电磁的方式测的，使用空心线圈或磁芯线圈，线圈组数少的只有一组，多的常见的是六组。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，对某种硬币的特征进行记录后，就成为使用中识别该种硬币的依据。厚度是没有东西专门测的，实际上这个指标是和材质一起测。因为即使相同材质的硬币，如果厚薄不同，导致的频率变化差异也较大。直径老式的识别装置用光电管队列来识别直径，排列组合得当的话，识别精度也不低（可答05MM）。新一点的都用偏心或异形线圈来测量，依据是直径小的硬币与线圈的重合部分也少，由此也带来频率变化的不同。常见防假原理主要依靠前面说的频率变化特征，对于可接受的真币，将其变化限制在一个范围之内，而假币往往在某个指标上和真的有差异，被辨认出来被踢掉。投币入口应有一个检测元件（一般是光电管），检测到硬币进入后才会让后面的线圈振荡并开始记录频率值，同时计算变化量。一个硬币正常的情况下是被塞进入口，然后沿结构设计好的槽滚动进入，会有一定的速度，通过前述的线圈的时间很有限（500MS以内），而且速度比较均匀。所以，这作为一个判断的指标，一枚缓慢放进的硬币是不会被接受的。本文选择的是DH0601专用投币器，其输出信号介入PLC中输入端。DH0601专用投币器简介规格工作温度1060适用范围自动售货机、投币电话机、投币点唱机、投币洗衣机、游戏机功能（1）硬币反向移动停机；（2）硬币在轨道停留报警；（3）防电击、电磁干扰；（4）CPU设定选币准确；（5）可有效排除铅、铝、铜等其它代币；（6）独有CPU防钓鱼报警程式，报警30秒自动恢复。4PLC的选功能介绍及型号选择41PLC控制的特点411可编程控制器的产生和发展可编程控制器的产生20世纪20年代出现了将接触器、各类继电器、定时器、其他电器及其触头按一定逻辑关系连接的继电接触控制系统，其结构简单、价格便宜、便于掌握在一定范围了能够满足控制要求，在工业控制中一直占有主导地位。自动售货机是集声、光、机、电于一体的智能科技产物,进入21世纪，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。可编程序控制器（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER）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。图41可编程控制器结构框图412PLC的工作原理PLC虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，而PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中用户程序按先后顺序存放。对每个程序，处理器从第一条指令开始执行，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素一是处理器执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期大致可分为输入/输出刷新和执行指令两个阶段。所谓输入/输出刷新是指，PLC先将上一次扫描的执行结果送到输出端，再读入输入数据并存入输出状态寄存器，输出状态的寄存器内容进行一次更新，故称为“I输入/O输出刷新”。由于每一个扫描周期只进行一次输入/输出刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入与输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入与输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度，由此可见，若输入变量在输入/输出刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的输入/输出刷新期间输出才会发生变化。总之，采用循环扫描的工作方式，是PLC区别微机和其他控制设备的其他设备的最大特点。413PLC应用的特点PLC现今已广泛应用于国内外的钢铁，采矿，水泥，化工，电力，石油，汽车装卸，机械制造，造纸，纺织，环保及娱乐等各行各业。它的应用大致可分为以下几种类型开关量逻辑控制是PLC最基本应用；闭环过程控制使PLC做模拟量控制；位置控制实现对各种机械运动时的控制；监控系统进行数据的采集和数据的处理，监控生产过程；分布控制系统实现自动控制的网络化。PLC与集散系统在数字处理，程序控制方面有优势，与工业控制计算机相比通用性强，硬件结构简单，编程容易，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。414PLC的内部组成PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用PLC实施控制，其实质是按一定算法进行输入、输出变换，并将这个变换给以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路组成。PLC结构框图如图42所示图42PLC结构图42系统的输入/输出信号本自动售货机控制系统分为两个部分，其中单价19元为一区，35元为一区，共有每区3个开关量输入和7个开关量输出。421输入信号本设计中每个自动售货机的输入信号有硬币投入检测、选择咖啡按钮、选择奶茶、选择矿泉水、选择果珍按钮、退币按钮等。其输入信号及电气符号表如表41所示表41自动售货机控制系统的输入信号代码表信号名称电气符号咖啡选择按钮SB1奶茶选择按钮SB235元区退币按钮SB5矿泉水选择按钮SB3果珍选择按钮SB419元区退币按钮SB5422输出信号每个自动售货机的输出信号有出杯口、咖啡出口、咖啡指示灯、果珍出口、果珍指示灯、控制、制动控制以及退币指示灯灯。其输出信号及电气符号表如表42所示在第三章时我们介绍过1元、5角和1角硬币的金属原材料是为造币而专门使用的特殊合金，因此在它通过投币入口进入由电感和电容组成的特定高频振荡线路所产生的磁场时，金属材质和体积的差异对电感量的影响大小也出现微弱差异，电感量的变化引起振荡频率的变化再通过检测频率的变化，与设定值进行比较，确定某种硬币种类后，经窄带选频电路将频率信号变成电压信号输出（开关量），完成对金属硬币的识别，本文选择的是DH0601专用投币器，其输出信号介入PLC中输入端。表42自动售货机控制系统的输出信号代码表信号名称电气符号出杯控制KM1制动控制KM2咖啡指示灯HL1咖啡出口控制KA1奶茶指示灯HL2奶茶出口控制KA235元区退币指示灯HL5出杯控制KM1制动控制KM2矿泉水指示灯HL3矿泉水出口控制KA3果珍指示灯HL419元区果珍出口控制KA4退币指示灯HL5本设计中使用一个小型电机对出杯装置进行控制。当PLC检测到有硬币投入时，此时KM1得电，电机启动并开始出杯，出杯后电机断电，由于出杯装置会有一个惯性作用，即使在电机断电后仍会使杯子偏离咖啡（果珍）出口，为避免这种情况发生，PLC编程时会由时间控制减缓这个惯性作用。其出杯控制电路如图43所示图43出口、制动控制图43PLC的选型目前，世界上有200多个厂家生产可编程控制器产品，比较著名的PLC生产厂家主要有美国的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、德国的西门子（SIMENS）、法国的TE、韩国的三星（SUMSUNG）、LG等。本文选择的是德国的西门子公司生产的S7200PLC。S7200系列PLC是西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的一样，因此它一经推出，即受到了广泛的关注。特别是S7200CPU22系列PLC，由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，其速度快，具有极强的通信能力，几乎可以完成任何功能的控制任务。CPU22系列PLC它有如下五种不同结构的配置单元（1）CPU221，它具有6输入/4输出，I/O共计10点，无扩展能力；（2）CPU222，它具有8输入/6输出，I/O共计14点，并可以进行一定的模拟量控制和2个模块的扩展；（3）CPU224，CPU224具有14点输入/10点输出，I/O点数共计24点，它有七个扩展模块，有内置时钟；（4）CPU226，它具有24输入/16输出，I/O共计40点，与CPU224相比，它增加了通信口的数量，通信能力大大增强；（5）CPU226XM，这是西门子公司后推出的一种增强型主机，它在用户程序存储容量和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和CPU226相同。本次设计中共6个开关量输入，共12个开关量输出，共计18点，本人平常使用的是CPU226，因此选用了S7200系列CPU226，CPU226具有24点输入、16点输出，I/O点数共计40点，它可以有七个扩展模块，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用最多的S7200产品。5I/O摸块的选择51可编程控制器及其结构可编程控制器是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置，其种类繁多，不同厂家的产品各有特点，且有一定的区别，但作为工业标准设备，可编程控制器具有一定的共性。511I/O点模块输入方式的选择本自动售货机采用两区售货，主要提供饮料。采用投币式的一种机型，主要出售1935元的饮料。自动售货机只识别硬币，当投入硬币时就相当于一个输入信号（即I10或I11）。自动售货机根据投入硬币的多少显示出可以购买的商品的信号灯，消费者根据自己的消费需求调节按钮选择自己喜欢的产品（即I10、I11、I12、I13）前的按钮。选择完毕之后内部机械采用液压原理根据PLC的指令而自动调节其位置，然后输出消费者所需要的产品。自动售货机主要应用于街道、繁华的城市的各个路口以及小区的门口等地方。因其工作的环境较恶劣粉尘油污严重，所以选用交流输入模块。输入接线方式选择按输入线的方式的不同，开关量输入模块可分为汇点式输入和分组式输入。本自动售货机由两区组成，其输入信号，对于每一区来说不需要分开（即一区一组输入信号）所以就只有两组输入信号。因此采用分组式信号输入如图51所示分组式输出是几个输出点为一组，共用一个公共端，各组之间是分隔的，可分别使用不同的电源。图51分组输入接线图本自动售货机有6个输入点12个输出点。根据PLC的选用手册及我平时对PLC的熟悉程度我选择一个点数为16的输入模块。512I/O点模块输出方式的选择输出模块的选择是将PLC内部低电压信号转换为外部输出设备所需要的驱动信号。选择时主要应考虑输出方式的选择开关量输出模块有三种输出方式继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出。继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强。但它属于有触点元件，其动作速度较慢、寿命短，可靠性较差，因此，只能适用于不频繁的场合。当用于驱动感性负载时，其触点动作频率不超过1HZ。对于频繁通货机是一种频繁的交易工具，通断频繁，所以应该选用双向晶闸管输出。断的负载，应该选用双向晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。52输出接线方式的选择图52输出接线图设计中需要输入到PLC中的输入信号和输出信号进行I/O地址分配。I/O地址分配表如表51所示表51I/O地址分配表电气符号地址编码SB1I10SB2I11SB3I12SB4I13SB5I14HL1Q00HL2Q01HL3Q02HL4Q03HL5Q04HL6Q05HL7Q06HL8Q07HL9Q10HL10Q11当识币器对货币识别并读出钱的数量,30秒钟后就有一个钱数量MD10的信号输入PLC中，当钱的数量大于19小于35时,19元区的两种商品指示灯亮HL1、HL2,可以按下对应的指示按钮I10或I11进行选择,30秒中后推出商品于控制口,若有余额相应的指示灯按钮亮HL5，这时顾客按下找余按钮I14,则在30秒钟后售货机推出余额；当钱的数量大于35时,则19远区和35元区的商品指示灯同时亮（HL1、HL2、HL3、HL4），顾客可以按下I10、I11、I12、I13其中一个选择商品选择按钮，30秒钟之后，售货机推出商品于出口处，若有余额，进行找余处理，则整个售货过程完成。6自动售货机的PLC程序软件设计61程序流程图的编制在市场上，随着硬币作为流通工具时，硬币在市场上的作用也逐渐明显，其作用主要用于找零。因为硬币带着不方便，在一些城镇或者是农村就不喜欢用硬币。这些消费者常常把硬币这些零钱储存起来，有的消费者却把硬币直接扔掉。为了利用好这一批快被流失的硬币，减少金属的无形流失，于是本自动售货机便担任起了这个收银员。（1）自动售货机可投入一角、五角或一元的硬币；当投入的硬币总值等于或者超出19元时，19元区的饮料灯亮，当投入的硬币总值超过35元时，所有的饮料灯都亮。（2）当19元区的灯亮时顾客可以根据自己的需求，按下对应的按钮则饮料自动排出30秒后自动停止，这段时间饮料的指示灯闪烁；（3）当19元区、35元区的灯亮时顾客可以根据自己的需求，按下对应的按钮则饮料自动排出30秒后自动停止，这段时间饮料的指示灯闪烁；若投入的硬币总值超过按钮的钱数（19元区、35元区）时，找零钱指示灯亮，并退出多余的钱本自动售货机分两区出售饮料（即19元区饮料，35元区饮料）当消费者投入硬币（即19元）时，19元区的饮料灯亮，然后消费者根据自己的消费需求，输入I10、I11按钮进行选择；当消费者投入硬币大于35时，19元区、35元区饮料灯亮，然后消费者根据自己的需求输入、I10、I11、I12、I13信号输入完后，30秒后自动完成交易,若有余额,则可以按I14进行找余处理，该系统的控制流程图如下图61控制流程图图62顺序功能图62自动售货机PLC的梯形图的编制图63自动售货机的PLC梯形图63自动售货机的语句表NETWORK1/NETWORKTITLESINGLELINE/NETWORKCOMMENTS/LDSM01LDM10AT37OLDOM00ANM01ANM02ANM10M00NETWORK2LDM00MOVR19,MD20MOVR35,MD24MOVR70,MD10NETWORK3LDM00LDM07ARMD10,19OLDARMD10,19OM01ANM03ANM04ANM05ANM06ANM10M01NETWORK4LDM00LDM07ARMD10,35OLDARMD10,35OM02ANM03ANM04ANM05ANM06ANM10M02NETWORK5LDM01OM02AI10OM03ANT37ANM07M03Q10DMD20,MD10NETWORK6LDM01OM02AI11OM04ANT37ANM07M04Q11DMD20,MD10NETWORK7LDM02AI12OM05ANT37ANM07M05Q12DMD24,MD10NETWORK8LDM02AI13OM06ANT37ANM07M06Q13DMD24,MD10NETWORK9LDT37OM07ANM01ANM02ANM10M07Q04NETWORK10LDM07LDM00ARMD10,19OLDOM01OM02AI14LDRMD10,100ORMD14,100AM00OLDOM10LPSANT37M10LRDQ05LPPMOVR00,MD10NETWORK11LDM01OM02Q00Q01NETWORK12LDM02Q02Q03NETWORK13LDM03OM04OM05OM06OM10ANM07ANM00TONT37,10064自动售货机仿真指示图当投入钱的面值大于等于19元小于35元当投入钱的面值大于等于35元当选择矿泉水时当选择果珍时当选择咖啡时选择奶茶时取商品指示退币结论本论文在论述了自动售货机的发展过程及国内外发展现状的基础上，进行了方案论证，介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，并对基于PLC的自动售货机系统的构成进行了详尽的论述。通过本次论文设计，使我对PLC控制的知识有了更深层次的认识，同时通过多次上机操作，我对计算计的运用能力也有很大的提高，而在论文设计中通过查阅文献，搜集资料，综合分析等方面的训练，使我综合运用各方面知识，分析解决实际问题的能力也得到了很大的提高。在具体的设计过程中，通过老师和同学的帮助和自己的不断摸索，掌握了不少的工程设计方法，同时也培养了自己的工程设计思想，为以后的实际工作打下了一定的基础。本次自动售货机设计方案比较简单，造价也比较便宜，操作简便，适合投放在学校、医院、超市等公共场合。但本系统还存在一些不完善的地方，例如在对硬币识别的功能上不够完善，用户使用上有一定的局限。不完善的部分和功能的增加有待于进一步的设计和调试PLCB致谢漫长的设