自动售货机毕业设计.doc

五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 目录目录 第第 1 章章 绪论绪论 .3 1.1 自动售货机设计目的和意义.3 1.2 自动售货机的历史和前景.3 1.3 自动售货机的 plc 控制设计原理4 第第 2 章章 plc 的概述的概述 5 2.1 plc 的定义.5 2.2 plc 的特点.5 2.3 plc 的分类.6 2.4 plc 的发展趋势.6 2.5 plc 的硬件组成.6 2.6 plc 的循环扫描工作原理.7 第第 3 章章 plc 控制系统的设计原则和步骤控制系统的设计原则和步骤 8 3. 1 plc 控制系统设计一般原则8 3. 2 plc 控制系统设计步骤8 第第 4 章章 自动售货机的自动售货机的 plc 控制系统设计控制系统设计 .10 4.1 自动售货机设计的控制要求.10 4.2 i/o 点的分配.10 4.3 绘制 i/o 设备与 plc 的连接图.11 4.4 自动售货机 plc 控制系统程序设计11 第五章第五章 仿真页面设计仿真页面设计 .15 5.1 欢迎界面.15 5.2 购买界面.16 5.3 统计页面.17 5.4 报警窗口页面.18 第六章第六章 仿真运行仿真运行 .19 6.1 控制要求.19 6.2 plc 程序.19 6.3 运行.22 参考文献参考文献 .23 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 摘要摘要 本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为 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。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部 分过程。利用 plc 控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；可编程序控制器；梯形图 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 abstract this article introduced vending machines basic principle as well as the work flow, then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, then carries on the programming separately to the block. explained the programmable controllers in vending machine function specifically. the procedure involved the vending machine work major part process. enhanced systems stability using the plc controls vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement. key word vending machine; programmable controller; trapezoidal chart 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 第第 1 章章 绪论绪论 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。 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 1015的电力。进入 21 世纪时，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。 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。 1.1 自动售货机设计目的和意义自动售货机设计目的和意义 面对当前快速商品社会，人们的时间观念越来越重，如何才能更快的购买 到顾客自己所需的商品，这都是顾客和商家共同面临的问题。随着科技的发展 及人们生活水平的提高，自动售货机市场的发展越来越呈现出多元化及个性化 的需求。通过自动售货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的消费时尚， 快捷方便的购物方式满足了人们在当今科技高速发展的现代社会追求高品质生 活的需要。自动售货机在城市商业区、写字楼大厅、风景区、车站、码头、繁 华街道等公共场所的布设能够美化亮化城市环境，方便群众生活，已经成为城 市各角落的一道亮丽风景线。自动售货机已在国内普及，并成为城市现代文明 程度的一种象征性标志。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 plc 的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络 技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了 plc 的发展，而 plc 得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了他们的发展。本 次设计就在于结合 plc 的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足，利用 plc 控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证了自动售货机能够长期稳定 的运行。 1.2 自动售货机的历史和前景自动售货机的历史和前景 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。自动售货机是本世纪 70 年代在日本、欧美发展起来的高新技术现代应用产品，被称为 24 小时营业的微 型超市，售货领域已扩展至小食品、小用品、香烟、电话卡、车票、邮票等。 目前在 40 多个国家已经广泛使用，日本平均每 23 人一台，美国平均每 40 人一 台，欧洲平均每 60 人一台。在邻国日本，70%份额的罐装饮料市场是通过自动 售货机售出的；美国可口可乐公司拥有五十余万台饮料自动售货机分布在世界 各地。通过自动售货机销售将成为商品零售业不可分割的重要组成部分。 1.3 自动售货机发展趋势自动售货机发展趋势 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 1015的电力。进入 21 世纪时，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。 从自动售货机的发展趋势来看，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，在加上场地的局限性和购物的便利性等 这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器也就有了其相当可观的 前景。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 自动售货机的自动售货机的 plc 控制设计原理控制设计原理 自动售货机试集声、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、公园入口处以及其他热闹的场所。 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 5 中商品，其中 01 号商品（代表第一种 商品）价格为 3 元，02 商品为 4 元，其余类推。现投入硬币，售货机进行加法 运算。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，取出 01 号商品。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 所示。 图 1 自动售货机工作流程图 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 第第 2 章章 自动售货机的设计方案自动售货机的设计方案 2.1、总体设计思路、总体设计思路 自动售货机的基本功能就是对投入的钱币数进行计算，然后根据运算结果 做出相应的判断，看看哪种商品可以进行购买，哪种商品不能购买，本次课程 设计的要求是可识别三种钱币，分别是 1 元、2 元、5 元，采用三个按钮进行模 拟，自动售货机共出售四种货物，其价格分别定为 1 元、3 元、4 元、6 元，当 投币数大于等于货物价格时且售货机里有这种货物时，指示灯亮，表示可以进 行购买，四种货物分别用四个小灯代替进行模拟。除此之外，本次设计还涉及 了显示、找零、送货等功能的实现，其中显示部分采用数码管进行显示，显示 投币总数和购买后的余额；当按下找零按钮后，数码管显示进行清零，采用从 高到低递减的形式进行清零，例如：当余额为 17 元时，按下找零按钮后，先找 三个五元数码管分别显示 12、7、2，然后再找 2 元，清零。送货部分采用小车 直线运动进行模拟，将四种货物分别送到四个不同的地点，采用四个光电开关 分别代表四个不同的送货地点，当按下不同的送货按钮后，小车会以其对应的 光电开关为终点做直线往返运动，表示送货过程 由于售货机的全部功能是在上位机上模拟的，所以售货机的部分硬件是由 计算机软件来模拟替代的这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实售 货机的运行。 2.22.2、plcplc 总体设计流程总体设计流程 以下为 plc 的一般工作过程流程图。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 分析评估控制任务 plc机选型、i/o设备选择 i/o地址分配 程序设计电器系统安装 调试程序 设计硬件系统接线图和 控制柜 检查修改硬件 检查硬件接线 满足要求 联机测试 满足要求 现场安装调试 交付使用 编制技术文件 n y n n y 图一 plc 工作过程流程图 2.5 plc 的硬件组成的硬件组成 plc 的硬件主要由中央处理器（cpu）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、 扩展接口、电源等几部分组成。其中，cpu 是 plc 的核心；输入单元/输出单元是 cpu 与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 备，其硬件构成图如图： 第第 3 章章 plc 控制系统的设计原则和步骤控制系统的设计原则和步骤 3. 1 plc 控制系统设计一般原则控制系统设计一般原则 plc 控制系统首先要满足生产设备、生产过程和生产工艺对控制系统的要求。构成 plc 控制系统时应遵循以下一般原则： (1)满足被控设备的全部控制要求。设包括功能要求、性能要求。 (2) 在满足控制系统要求的基础下，应考虑实用性、经济性、可维护性。 （3）控制系统应确保控制设备性能的稳定性及工作的安全性、可靠性。 （4）控制系统应具有可扩展性，能满足生产设备的改良和系统的升级。 （5）要注意控制系统输入/输出设备的标准化原则和多供应商原则，易于采购和替换。 （6）易于操作，符合人机工程学的要求和用户的操作习惯。 3. 2 plc 控制系统设计控制系统设计步骤步骤 1、根据控制要求确定软件硬件分工 plc 控制系统设计前首先应分析生产工艺流程，确定被控对象。被控对象包括机械传 动系统、电气传动系统、液压传动系统、气动传动系统等。 根据被控对象的工作特性，传动方案的技术指标，确定对 plc 控制系统的控制要求， 这些要求包括： 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 （1）控制的基本方式；（2）需要完成的动作;（3）操作方式；（4）确定软件与硬件分 工。 2、确定用户的 i/o 设备 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定 plc 的 i/o 点数。 3、硬件设计 （1）plc 型号的选择。 plc 是 plc 控制系统的核心部件，正确选择 plc 对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 plc，应包括机型选择、容量的选择、i/o 模块的选择、电源 模块的选择等。 （2）建立 plc 的 i/o 地址分配表。 分配 plc 的 i/o 点，建立 i/o 地址分配表。 （3）绘制 i/o 设备与 plc 的连接图。 绘制 plc 的 i/o 端子与 i/o 设备的连线图。考虑必要的安全保护措施。 （4）电气系统的设计 电气系统的设计主要指设计电气控制柜的电气布置图，电气安装图，操作面板布置图， 接线端子图等的设计。 4、软件设计 设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系 统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。 。这程序设计的关 键一步，也是比较困难的一步。 5、调试 （1）离线模拟调试 （2）现场联机调试 控制程序饿设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。 6、编写控制系统技术文件。 7、控制系统交付使用及用户技术培训 控制系统设计步骤流程图如图 4 所示。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 第第 4 章章 自动售货机的自动售货机的 plc 控制系统设计控制系统设计 4.1 自动售货机设计的控制要求自动售货机设计的控制要求 1、自动售货机只售 4 种商品。提供五种饮料，可乐 3 元、雪碧 4 元、芬达 6 元和咖啡 7 元。 2、自动售货机可识别 10 元、5 元、1 元硬币。 3、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。 4、投币状态。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。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 5、购买状态。按下可以购买的选择按钮，指示灯闪烁。同时显示屏上的金额数字根据消费 情况相应变化。 6、退币按钮。根据显示的余额，按下退币按钮按 1 元退，同时退币指示灯闪烁。最后余额 显示框清零。 4.2 i/o 点的分配点的分配 输入信号输出信号 一元投币按钮x0可乐指示灯y0 五元投币按钮x1雪碧指示灯y1 十元投币按钮x2芬达指示灯y2 可乐按钮x3咖啡指示灯y3 雪碧按钮x4退币指示灯y30 芬达按钮x5可乐排出电磁阀y11 咖啡按钮x6雪碧排出电磁阀y12 复位按钮x11芬达排出电磁阀y13 退币按钮x30咖啡排出电磁阀y14 统计清零x12购买指示灯y6 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 4.3 绘制绘制 i/o 设备与设备与 plc 的连接图的连接图 4.4 自动售货机自动售货机 plc 控制系统程序设计控制系统程序设计 （1）余额清零 仿真系统运行接通时，m8002 接通，d0 即可清零。同时，可以手动按下按钮 x11 可以 实现手动清零余额。 （2）投币过程 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 本自动售货机可以实现一元、五元和十元三种投币，按下一元投币按钮 x0，给予 m0 一个上升沿脉冲，之所以用一个上升沿脉冲指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远 加下去。m0 接通一个扫描周期，通过加法指令使得的值增加一，即表示投入一元。同 理，按下五元和十元投币按钮都会使余额显示增加相同的数值。 （）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。在运行时始终闭合。例如，当余额的值大于等于时，通过比较 指令和接通，使得可乐指示灯亮，表示可以购买可乐。 （4）购买过程 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 当投入的币值可以购买某种商品时，即是指购买指示灯亮时，只要按下想对应的购买 按钮，即可接通该饮料的排出电磁阀，掉出该饮料并同时通过减法指令余额也扣去相对应 的消费币值。接着余额继续与价格相比较，判断是否能继续购买。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 在购买饮料时，该物品掉出的时候，购买指示灯闪烁亮，灭闪烁次。 按下购买按钮时，是辅助继电器置，并通过振荡电路的程序使灯闪烁亮 ，灭。最后通过计数器当闪烁次数到时使得复位，即断开继电器. （5）报警过程 通过比较指令当余额的值低于饮料的价格时，例如，当余额的值低于可乐价格元时， 接通。此时如果按下购买按钮会通过传送指令赋予的值为，而我们通 过仿真软件 设置当的值为时，会跳出报警窗口页面并同 时显示余额以及提示及时投币。 （6）退币过程 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 通过比较指令，当余额的值大于时，按下退币按钮时，辅助继电器接 通并形成自锁。而余额经过的每秒脉冲减同时打开一元退币电磁阀， 即指每秒退一元当余额等于零时通过比较指令接通并使得断开，表示退币结 束。 第五章第五章 仿真页面设计仿真页面设计 首先我们用 gt designer触摸屏编辑软件进行仿真时的页面设置。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 5.1 欢迎界面欢迎界面 欢迎界面详细介绍了各种饮料的价格以及投诉电话，并在上面设置了一个页面切换按 钮覆盖整个屏幕，所以我们在屏幕上点击一下就可以切换到购买界面了。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 5.2 购买界面购买界面 在购买界面上分布了各种饮料的图案以及投币按钮等等，同时各种输出输入都按照程 序一个个对照好。同时我设置了统计页面，并设置了安全等级以及密码，也就是说只有管 理者才能进入统计页面。 输入信号输出信号 一元投币按钮x0可乐指示灯y0 五元投币按钮x1雪碧指示灯y1 十元投币按钮x2芬达指示灯y2 可乐按钮x3咖啡指示灯y3 雪碧按钮x4退币指示灯y30 芬达按钮x5可乐排出电磁阀y11 咖啡按钮x6雪碧排出电磁阀y12 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 复位按钮x11芬达排出电磁阀y13 退币按钮x30咖啡排出电磁阀y14 统计清零x12购买指示灯y6 5.3 统计页面统计页面 统计页面详细的介绍了各种饮料的销售情况以及营业额，并设置了清零按钮，同时在 plc 程序上设计了程序，通过用乘法指令计算出各种饮料的营业额，而按下按钮 x012 可 以将 d202d209 的数据清零。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 5.4 报警窗口页面报警窗口页面 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 通过比较指令当余额的值低于饮料的价格时，例如，当余额的值低于可乐价格元时， 接通。此时如果按下购买按钮会通过传送指令赋予的值为，而我们通 过仿真软件 设置当的值为时，会跳出报警窗口页面并同 时显示余额以及提示及时投币。 第六章第六章 仿真运行仿真运行 6.1 控制要求控制要求 1、自动售货机只售 4 种商品。提供五种饮料，可乐 3 元、雪碧 4 元、芬达 6 元和咖啡 7 元。 2、自动售货机可识别 10 元、5 元、1 元硬币。 3、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。 4、投币状态。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。 5、购买状态。按下可以购买的选择按钮，指示灯闪烁。同时显示屏上的金额数字根据消费 情况相应变化。 6、退币按钮。根据显示的余额，按下退币按钮按 1 元退，同时退币指示灯闪烁。最后余额 显示框清零。 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 6.2 plc 程序程序 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 五邑大学本科毕业设计五邑大学本科毕业设计 6.3 运行运行 首先在 gx developer