饮料自动售货机的PLC系统设计（全套含CAD图纸）
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I 饮料自动售货机的 统设计 摘 要 本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，以一次交 易过程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程， 具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用 。本设计中的自动售货机主要功能是用来售饮料 ，主要控制部分的实现，是以 松下电工可变成序控制器产品 控制器。 设计 了自动售货机 的 控制系统硬件原理图、梯形图和软件程序流程图 ， 并编写了相应的软件程序。 本设计自动售货机可以用来实现 投币过程，价格比较过程，选择商品过程， 退币过程 五种工作状态 。 利用 制 的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。 关键词 ： 自动售货机 ， 饮料， 梯形 图 of to a is of in of of to of to of LC a be to of LC to of to of 录 前 言 . 1 第 1 章 自动售货机介绍 . 3 动售货机功能分析 . 3 动售货机的功能 . 3 下电工可变成序控制器产品 绍 . 4 第 2 章 统设计 . 5 编程序控制系统设计的基本原则 . 5 制系统设计原则 . 5 制系统设计的基本内容 . 5 写梯形图的注意事项 . 6 序设计的步骤 . 6 第 3 章自动售货机 序设计 . 8 真实验系统中售货机的分析 . 8 计任务的确定 . 9 序设计部分 . 9 序设计说明 . 9 序设计 . 10 计 . 17 结 论 . 22 谢 辞 . 23 参考文献 . 24 外文资料翻译 . 错误 !未定义书签。 1 前 言 从自动售货机的发展趋势来看 ，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。 从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化， 24 小时无人售货的系统可以更省力， 运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。 据说世界上最早的自动售货机出现在公元前 3 世纪，那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。 17 世纪，英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。在自动售货机历史的长河中，日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。日本第一台自动售货机是 1904 年问世的 “ 邮票明信片自动出售机 ” ，它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。 50 年代， “ 喷水型果汁自动售货机 ” 大受欢迎， 果汁被注入在纸杯里出售。后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场， 1962 年，出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。1967 年， 100 日元单位以下的货币全部改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。 现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种 机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约 10 15的电力。进入 21 世纪时，自动售货机也将 2 进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。 因经济复苏缓慢，社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。自动售货机不仅保障了惬意的工休时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。特别是在 24 小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机，解决了不间断提供咖啡饮品服务的问题，这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。 1999 年的全美自动 售货机协会和全美咖啡服务协会的合并使人们更直观地看到了这 种融合现象。 日本是自动售货机的天堂。除鸡蛋、米饭之外，报纸、杂志、一次性相机、干电池、磁带、刮胡刀、袜子、花及宠物食品等各种商品都通过自动售货机进行销售。连熟知自动售货机的美国游客在日本看到 10 台自动售货机排成一列的景象后，也是连声称奇。 韩国大约有 78 万台自动售货机，是除了日本、美国、英国之外自动售货机使用数量最多的国家。从不同的种类来看，咖啡茶的自动售货机约占全部售货机的 40%以上；另外，还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、办公咖啡自动售货 机和照片胶粘标签自动售货机、票类自动售货机、手机充电自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁等，公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。运营自动售货机产业的公司在全国大约有 800 余个，而销售自动售货机原料、商品流 通、机械销售公司大约达到了 1150 个。 本课题重点介绍 自动售货机中的运用和自动售货机 制系统的设计。通常我们见到的自动售货机 能够出售各式各样的已经包装好的商品， 本设计的系统是针对散装饮料在自动售货机中 的购买。本系统采用真实现售货机的基本原理。 其中输入部分有三个按键构成，分别实现不同的控制功能。输出部分由四个指示灯，两个数码管构成。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。 3 第 1 章 自动售货机介绍 动售货机功能分析 这部分阐述了自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规程，并介绍了自动售货机运行系统种所包括的人工操作步骤。 动售货机的功能 在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进 行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有 8 中商品，其中01 号商品 （代表第一种商品）价格为 ， 02 商品为 ，其余类推。现投入 1 个 1 元硬币，当投入的货币超过 01 商品的价格时， 01 商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同比。当按下选择 01商品的价格时，售货机进行减 法运算，从投入的货币总值中减去 01 商品的价格同时启动相应的电机，提取 01 号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。自动售货机的工作流程图如图 1示。 4 图 1动售货机工作流程图 下电工可变成序控制器产品 绍 经过从功能方面和价格方面两个方面的考虑，发现松下电工可变成序控制器产品 较适合自动售货机。因为它是一种功能很强的小型机，在设计的过程中采用先进的方法及组件使其通常只有在大型 才具有的功能，且具有其他控制器所不具备的功能。虽然是小型机。但是其功能较完善，性能价格比高，较适合自动售货机。 现在就对 组成各部分和技术性能做一个简单介绍。在松下电工公司生产的 列产品中， 于小型 品，其中 具有高级处理功能的型号。从型号可以看出 编程控制器的输入和输出点数（即 I/O 点）之和为 24。 5 第 2 章 统设计 编程序控制系统设计的基本原则 制系统设计原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 制系统时，应遵循以下基本原则： (1) 最大限度地满足被控对象的控制对象。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。 (2) 在满足控制系统要 求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。 (3) 保证控制系统的安全、可靠。 (4) 考虑到生产的发展和工艺和改进，在选择 量时，应适当留有裕量 。 制系统设计的基本内容 制系统是由 用户输入、输出设备连接而成的，因此， (1) 用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，其选择的方法在其他有关书 籍中已有介绍。 (2) 选择。 制系统的核心部件，正确选择 于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择 包括机型选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。 (3) 分配 I/O 点，绘制 I/O 连接图。 (4) 设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制 6 系统流程图。 写梯形图的注意事项 (1) 输入 /输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。 (2) 梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段，可以通过特殊内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。 (3) 在程序中，不允许同一编号的线圈两次输出。 (4) 不允许出现桥式电路。 程序的编写顺序应按自上而下、从左止右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大右小”。 序设计的步骤 (1) 对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流 程 图 ，用以清楚地表明动作的顺序和条件。 (2) 设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。 (3) 根据梯形图编制程序清单。 (4) 用编程器将程序输入到 用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。 (5) 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 (6) 待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再 重 新修改程序或检查接线，直到满足为止。 (7) 编写技术文件。 (8) 交付使用。 控制系统设计步骤流程图如图 2示。 7 图 2制系统设计步骤 洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 第 3 章 自动售货机 序设 计 真实验系统中售货机的分析 由于售货机的全部功能时在上位机上模拟的 ，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟替代的。如钱币识别系统可以用按压某个“仿真对象”输出一个脉冲直接给 布命令，而传动系统也是由计算机来直接模拟的，这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实中自动售货机的运行。 由于是在计算机上模拟运行，试验中有一些区别于实际情况的假设，本试验中假设： (1) 自动售货机只售 3 种商品。 (2) 自动售货机可识 别 10 元、 5 元、 1 元、 5 角、 1 角硬币。 (3) 自动售货机可退币 10 元、 5 元、 1 元、 5 角、 1 角硬币。 (4) 自动售货机有液晶显示功能。 (5) 实验中售货机忽略了各种故障以及缺货等因素。 为了方便分析，我们以一次交易过程为例。 (6) 初始状态。由电子标签显示各商品价格，显示屏显示友好界面，此时不能购买任何商品。 (7) 投币状态。按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值显示屏显示投入、消费、余额数值，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。 (8) 购买状态 。按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。取走商品后出货框消失。 (9) 退币按钮。按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。按下确认钮，则恢复初始状态。 到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 计任务的确定 在清楚自动售货机运行工作过程的基础上，制定出设计方案，确定任务的目标，以设计出合理的仿真系统。 首先，应该做上位机与下位机的任务分工：上位机主要用来完成仿真界面的制作过程，而下位机则主要用来完成 序的编写。其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观，必要时可以借助一些宣传图片来设计自动售货机的外型；在进行 序的编写时需要先分配 I/O 点，确定上、下位机的接口。然后，分别对上、下位机分别进行设计工作。最后，进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作，经调试后完成整个系统的设计 另外，上位机与下位机的设计工作是密切配合的。它们无论在通信中使用的变量，还是在仿真中控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象，利用 控制这个仿真的自动 售货机，仿真的自动售货机接受 控制指令并完成相应的动作；另一方面，仿真界面中的仿真自动售货机的运行，都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。这是整个仿真系统内部各大部件之间的内在关系。 我主要是对自动售货机中的下位机，也就是主要是对 其中的程序进行设计 ， 仿真程序只做了解 。 清楚了仿真实验的整体设计思路，下面就可以开始着手设计了。 序设计部分 这部分内容是整个系统设计的主体部分。所要完成的任务是仿真系统的上位机与下位机的程序设计，即在上述功能分析的基础上，有针对性地进行设计。 序设计说明 下位机程序的编制则是利用松下 用编程软件 成的。 在设计的过程中，就像上面所叙述的那样，并非孤立地分别进行上位机和下位机的设计工作，而是互相配合的。因此在以下的详细设计过程中，洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 并没有将上位机的设计与下位机的设计整体分开来写，而是相互交替，同时尽量清晰地叙述，在相应的设计部分中注明是上位机的设计还是下位机的设计。 序设计 可以把一次交易过程分为几个程序块：运行初期电子标签价格的内部传递；投币过程；价格比较过程；选择商品过程；退币过程。 (1) 运行 初期电子标签价格的内部传递程序的设计 仿真系统运行初期，要由 仿真画面相应对象传递已经存储好的价格，还要给投入显示、消费显示及余额显示存储器清零，同时也要给存储退币币值的存储器清零。程序编制过程中，要用到运行初期闭合继电器16 位数据传送指令 时在上位机 ，必须定义相应的变量，来实现与 序的对接。 (2) 在 3中，当按下投入 1 角时，相当于让 通，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远加下去。投入 1角要投入显示、余额显示都相 应增加相同数值，加法是由 16 位加法指令实现的。投入 5 角、 1 元、 5 元、 10 元，原理同上 。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 图 3币过程梯形图 (3) 价格比较过程 价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号， 提示可以购买。这里只要选择灯来代表此信号。 在梯形图 3，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器 程序执行过程中， 终保持闭合， 16 位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格， 大于价格， 等于标志。当余额大于等于某种商 品价格时，程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 图 3格比较过程梯形图 (4) 选择商品过程 当投入的币值可以购买某种商品时，按下相应的“选择”按纽即可在出货框中出现该种商品，同时消费显示栏中显示出已经消费掉的金额，余额也将扣除已消费的币值，接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 购买。出现在出货口的商品在没有取走前，一直保持显示状态，用鼠标点击该商品代表已经取走，出货口中的商品隐藏。对应的梯形图程序如图 9所示。 在梯形图 3，一是要使商品出现在出货框中，二是要实现内部货币的运算。以 第一步为例，按下选择 01 商品键，相当于给 一个信号（只接受一次脉冲，所以用 分指令），当 通 (01 商品灯亮 )时，则系统显示可以购买 01 商品。由于取 01 商品 常闭触点，故 出，代表在出货框中出现 01 商品，购买成功。当按下取 01 商品按钮时，开，不能输出 表 01 商品被取走。内部币值的计算和是否取走商品无关，只要按下选择按钮，并且可以购买此商品就要从余额中扣除相应的金额，显示消费的币值。加法由 令实现，减法由 现。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 图 3择商品梯形图 洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 (5) 退币过程 在退币过程中，最主要的是完成退币的运算过程，根据结果输出相应的钱币，退币结束时还要使用到的某些寄存器重新赋零。对应的梯形图程序如图 3示。 整个退币过程在按下按钮（即 通时）时执行，同样也用到一个微分指令，在接收到信号时产生一次开关脉冲，进而执行一次其下面的指令。 除法指令，第一次将余额的币值除以 1000，商存储于 ，作为退币 10 元的输出值。余数则存储于特殊数据寄存器 ，下次将不能被 1000（ 10 元）整除的余数除以 100（ 5 元），商且存储于 ，余数继续下传，直至被 1 角除过，由于所投币值最小是 1 角，并且商品价格也确定在整角，所以最终能被 1 角整除。 在程序的初始化时曾给 零， 程序的中间量，为的只是程序在使用过程中能稳定执行，避免出现退币错误。 为什么要除以 1000呢？这主要是考虑到 执行速度较慢。在计算时尽量将数值作为整数计算，因为是在计算机上模拟，可以把一部分功能交由计算机来实现，这里把 1 角 当作 10、5 角当作 50、 1 元当作 100、 5 元当作 500、 10 元当作 1000，可以避免把这些数据当作有小数点的实数计算，这同前面的加 1 角等于 10（ 相同的道理。至于交由计算机的任务将在以后叙述。 退币过程结束后， 将寄存器中的数值置回原定的初值 0，完成一次交易，防止下一次交易时出错。梯形图 3来完成对数据的初始化。 程序中分别将投入显示、消费显示、余额显示、 10 元存储、 5 元存储、1 元存储、 5 角存储和 1 角存储清零，还将中间量 零。 完成了以上 5 个过程，自动售货机的 制程序基本完成，程序可以控制售货机实现各种要求的功能。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 图 3币过程梯形图 计 1 自动售货机控制要求 (1) 该自动售货机可以同时投入 5 角、 1 元、或 5 元硬币 ,自动销售 牛奶 、果汁和咖啡 . (2) 当投入的硬币总值等于或超过 时 ,牛奶 按钮指示灯亮 ;当投入的硬币总值等于或超过 3 元时 ,牛奶 按钮和果汁按钮同时亮 ;当投入的硬币总值等于或超过 5 元时 ,牛奶 按钮、果汁按钮和咖啡按钮同时亮 . (3) 当 牛奶 按钮灯亮时 ,按 牛奶 按钮 ,则 牛奶 排出 10s 后自动停止 ,同时 牛奶 按钮指示灯闪烁 10s. (4) 当果汁按钮灯亮时 ,按果汁按钮 ,则果汁排出 10s 后自动停止 ,同时果汁按钮指示灯闪烁 10s. (5) 当咖啡按钮灯亮时 ,按咖啡按钮 ,则咖啡排出 10s 后自动停止 ,同时咖啡按钮指示灯闪烁 10s. 洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 (6) 若投入的硬币总值超过所购商品的价格 (牛奶 ,果汁 3 元 ,咖啡 5 元 ),则找钱指示灯亮 ,同时进行找钱动作 . 图 3动售货机示意图 2 I/O 地址定义表 此控制系统可采用自动工作方式，输入信号为 牛奶 、果汁、咖啡按钮、5 角、 1 元、 5 元硬币投入识别口记数手动复位按钮；输 出信号为 牛奶 、果汁、咖啡排出电磁阀、找钱电磁阀及相应指示灯，共 7 个输入点， 8 个输出点，均为开关量。 I/O 地址定义如表 3示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 19 表 3动售货机控制系统 I/0 地址定义表 输入信号 输出信号 牛奶按钮 奶排出电磁阀 汁按钮 汁排出电磁阀 啡按钮 啡排出电磁阀 角投入 钱电磁阀 元投入 奶 按钮指示灯 元投入 汁按钮指示灯 数手动复位 啡按钮指示灯 钱指示灯 阳理工学院毕业设计（论文） 20 洛阳理工学院毕业设计（论文） 21 图 3动售货机梯形图 洛阳理工学院毕业设计（论文） 22 结 论 本设计从应用 的 角度出发，介绍了设计 自动售货机 的意义与 自动售货机 的前景、 自动售货机 中的应用以及 组成和工作原理。详细介绍了 自动售货机 制系统的总体设计方案。完成了对 制 自动售货机投币过程，价格比较过程，选择商品过程， 退币过程 的 设计。其中包括 自动售货机 件设计和 自动售货机 件设计 。经过自己的 学习、研究以及孙老师的指导，终于按时完成了毕业设计。设计主要研究的是自动售货机中有关于 部分，自动售货机是 由于劳动密集型的 产业构造向技术密集型社会转变的产物 通过本次毕业
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