基于PLC控制的自动售货机设计.doc

基于plc控制的自动售货机设计国家职业资格全省统一鉴定维修电工技师（国家职业资格二级）文章题目：基于plc控制的自动售货机设计姓 名： 身份证号： 所在省市： 江苏省常州市 所在单位： 江苏省常州技师学院 目 录摘要 3第一章 简介及设计要求 一、简介 4 二、工作原理 4 三、设计要求 5 四、设计思路 5 第二章 硬件选择 一、硬件电路组成框图 6 二、主要硬件选择 6 (1) 硬币识别器 7（2）纸币识别器 7 (3) 电磁阀选择 8 （4）plc选择 9第三章 软件设计 一、系统涉及plc指令简介 10 二、plc的i/o分配表 13 三、plc接线图 14 四、流程图 15第四 章程序编写 一、控制程序设计思路 16二、部分程序注释 16 （1）投币部分 17 （2）价格比较部分 17 （3）选择商品和送出部分 18 （4）退币找零部分 19 三、梯形图 21谢词 24参考文献 25 摘 要自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧，当时在美国的地铁系统中，人们可以用1美分在自动售货机上买到一块口香糖。作为一种全新的零售方式。随着社会的发展，自动售货机也越来越普遍。我国从1999年自动售货机的进入，由开始的好奇陌生，到现在的习以为常，并成为了生活中不可缺少的一部分。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。利用三菱fx-2n 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 plc 梯形图 第一章 自动售货机的简介及设计要求一、自动售货机简介自动售货机是集声、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。自动售货机在中国有着广阔的发展前景。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。从广义来讲自动售货机就是在投入硬币、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。二、自动售货机工作原理（1）从投币口送入货币，然后经过传感器采集数据、识别器判别人民币的真伪并判别面值。（2）识别器把信息数据传给通信模块。（3）通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已售完，并等待顾客按键选择商品。 （4）顾客选择商品后，根据售出的商品包装类型的不同，采用不同的驱动技术把商品送出。此次设计的售货机主要出售易拉罐装饮料，是利用电磁阀带动翻版驱动的。（5）显示余额，如果金额足够多，顾客可以选择找币或继续买商品；如果款额不足，售货机经过延时予以退币。 退币分两种情况：一种是由纸币识别器完成退纸币，另一种是由硬币的通信模块完成退硬币。（6）系统复零，完成售货。三、自动售货机功能设计要求1、接受三种面值的货币，0.5元、0.1元、5元。一次最多接受金额在100元以内，否则报警，并自动退回用户所投货币。 2、在本次设计中只设有3种商品，即奶茶、可乐、雪碧，价格分别为4.5元、3.5元、3元。3、可以显示金额。4、投入金额大于某件商品单价则对应的led指示灯会点亮，选择该商品时，灯就会闪烁3次，并且数码管会显示，按退币按钮退币。四、自动售货机设计思路本次设计的题目是自动售货机，主要是应用三菱fx-2n型plc的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如：plc的编程语言、自动售货机的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据plc的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。本次设计的重要部分是自动售货机梯形图的设计。首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，并反复调试做到程序无误。 第二章plc控制的自动售货机硬件选择一、硬件电路组成框图 当售货机有钱币投入时，会经过硬币识别器和纸币识别器，在真币的情况下将信号送到plc的输入端，此时，可以按下各选择按钮，选择按钮的信号送到plc后相应的输出端子得电，使输出继电器得电输出饮料。同时七段数码管也会显示出实时的金额提醒顾客。当购买完毕按下退币按钮退币。若有顾客忘记退币，售货机会自动报警提醒顾客退币。 二、主要硬件选择（一）硬币识别器 1、硬币识别原理主要识别指标：材质、厚度、直径。 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，对某种硬币的变化特征进行记录后，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0.5mm）。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 2、产品型号适用硬币：直径18mm-32mm；厚度1.2mm-3.2mm。适用于人民币。工作电压：dc+12v 。功耗：静能0.5mw ；动能0.5w 工作温度：-20+50 （二）纸币识别器1、纸币识别原理 把正常的钞票在各传感器接收到的信号进行统计取样、识别，并寄存起来，作为检测的依据。当识别纸币时，把在各通道接口接收到的信号参数与原寄存起来的信号参数进行比较、判断，若有明显差异时就立即送出报警信号并截停电机，同时送出对应的信号提示。 2、型号电压：dc +12v +-5% 电流：待机0.12a 工作2a工作温度： 0c 55c保存温度： -20c 60c 湿度：30% 85% rh ( no condensation ) 重量：0.8kg 插入方向：任意方向 识别时间：2.5秒（三）电磁阀的选择 国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步直动式、先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结构) 。 本设计主要采用的是直动势电磁阀。 直动式电磁阀 原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但一般通径不超过25mm。（4） plc的选择 目前，自动售货机的核心是单片机，可是一但输出电压不稳定，单片机就容易发热造成爆裂，可靠性低等缺点，而plc不但可以实现类似的控制功能，还具有性能可靠、电压使用范围广、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，并且提高了自动售货机系统的稳定性，能够保证自动售货机能够长期稳定运行；因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。所以，本文选择plc来控制自动售货机。此次，我选择的是三菱fx-2n的plc。1、plc的结构目前plc种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元cpu、存储器ram和rom、输入输出接口电路、电源、i/o扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。plc控制系统由输入量plc输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为plc的输入量，它们经plc外部输入端子，作为plc的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，plc的基本结构有控制部分输入和输出组成。（1）cpu是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下： 诊断plc电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集现场的状态或数据，并送入plc的寄存器中。 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。将存于寄存器中的处理结果送至输出端。应各种外部设备的工作请求。(2) 存储器plc的存储器分为两大部分：一部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。(3) 输入输出接口电路plc通过输入输出（i/o）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过plc的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成cpu所能接受和处理的数字信号。(4) 电源 plc的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足plc的cpu、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。2、plc的原理plc的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。但是plc也有它自己的特点，plc在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。 输入刷新阶段在输入刷新阶段，cpu扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成plc的实际输出。 注释：本论文设计的是自动售货机的软件部分。 硬件不进行设计，只是大概的介绍一下主要硬件。第三章 plc控制的自动售货机的软件设计一、系统涉及plc指令简介(1)比较指令 cmp 比较指令在plc控制系统中是一条十分重要的功能指令，它将s1、s2中的数据进行比较，比较结果送到目的操作数d中，如下图所示，当x0为off时，不执行cmp指令，m0，m1，m2保持不变；当x0为on时，执行cmp指令，s1、s2中的数据进行比较，即c20计数器值与k100（数值k100）比较。如果c20当前值小于100，则m0=1；如果c20当前值大于100，则m2=1；如果c20当前值等于100，则m1=1。cmp指令使用说明(2)计数指令计数器使用两条指令完成计数任务，其指令编程格式如图所示计数指令c的使用说明(3)运算指令 1)加法运算加法运算使用说明加法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加，结果送到指定的目标元件中，如图2-6所示。当x0为1时，（d10）+（d12）=（d14），运算是代数运算。 2)减法运算减法运算使用说明减法运算指令是把指定的源元件中的二进制数相加，结果送到指定的目标元件中，如图所示。当x0为1时，（d10）+（d12）=（d14），运算为代数运算。(4)bcd指令bcd码变换功能指令使用说明bcd码变换指令是将源操作数中的二进制数变换成bcd码送至目标操作数中，如上图所示。当x0为on时，将d12中的二进制数变换成bcd码送到输出口y7y0中。之后的bcd码可送到led七段显示器显示d12中的值。2、 plc的i/o分配表输入输出设备输入设备输出开始按钮sb0x0可乐指示灯ledy100.5元sb1x1雪碧指示灯ledy111元sb2x2奶茶指示灯ledy125元sb3x3找钱指示灯ledy16可乐按钮sb4x4可乐输出ledy14雪碧按钮sb5x5雪碧输出ledy13奶茶按钮sb6x6奶茶输出ledy15退币按钮sb9x7退币出口ledy17硬币识别sb10x10七段数码管8421y0y7纸币识别sb11x11三、plc接线图 四、流程图第三章 程序编写一、控制程序设计思路设计一台完整的销售雪碧和可乐的自动售货机，具有硬币识别、币值累加、自动售货、自动找钱功能，此售货机可接受的硬币为0.5元，1元和5元的纸币。雪碧的售价为3元，可乐的售价为3.5元，奶茶的售价为4.5元。自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按钮输入信号使控制哭启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。用自动控制系统替代现有的人工销售方式，节省人力，减少销售开支，扩大销售覆盖面，当投入的硬币总值超过3元时，雪碧指示灯亮，当投入的硬币总值超过3.5元时，雪碧和可乐的指示灯都亮。当投入的硬币总值超过4.5元时，雪碧、可乐和奶茶的指示灯都亮。当雪碧指示灯亮时，按雪碧按钮，则雪碧从售货口自动售出，雪碧指示灯闪烁。当可乐指示灯亮时，按可乐按钮，则可乐从售货口自动售出，可乐指示灯闪烁。当奶茶指示灯亮时，按奶茶按钮，则奶拆从售货口自动售出，奶茶指示灯闪烁。当按下雪碧按钮、可乐按钮或奶茶按钮后，如果投入的硬币总值超过所需的钱数时，找钱指示灯亮，自动售货机自动退出多余的钱。动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回余额如果大于5元，则先退5元，再比较余额如果大于1元，再退1元，如果小于1元则直接退0.5元的。二、部分程序注释1、投币部分x0、x1、x2为投币识别，每识别一次，即x0、x1或x2接通一次，往寄存器d10中累加按键代表的相应金额，但是在报警和退币的时候不可投币，此时m206和m208会分别断开，此时投币无效，只有在退币过程结束4s后，再投币方才有效，若在4s内投币则直接退币。m204在系统上电按下启动键x6后接通后，m205接通时方可开始下一次操作。2、价格比较部分寄存在d10中的货币金额和商品的单价相比较，如第一句中如果（d10）45，则m6=1；（d10）=45，则m7=1；（d10）45，则m8=1。最后一句用于判断用户投币金额是否大于99，只有当（d10）100时，即m9=1时方可调用下列程序，否则系统自动调用退币程序。当投币金额不大于99时，并且大于相应商品的单价时，对应的指示灯会点亮，当某种商品被选择后，对应的指示灯会以1s为周期闪烁。在退币时led灯不在点亮，即m300的常闭触点断开。3、选择商品和送出部分选择商品部分由三段程序构成，分别用来处理汽水，花茶和咖啡的选择，下面以选择汽水为例进行详细说明。汽水的单价为3元，当汽水指示灯点亮，即y10接通时，每按键一次汽水选择按钮x10 ，系统将把用户的可消费余额减去3元，如按键前数码管显示5.0元，按键后则显示2元，并由m40控制汽水输出。这里须注意的是按键x10时，不可同时按x11，x12，否则，按键无效。同样在商品送出时按选择商品键也是无效的，这里由m30的常闭来实现。 商品的送出由代表该商品的指示灯闪烁4次来表示。当选择该商品后在实现上述处理的同时，将m30置“1”，它的常闭触点可以屏蔽用户再次选择该商品，它的一对常开触点用于产生四个周期为4s的方波，每个方波的占空比为50%。其波形如下所示。 当c0在四次计数完毕后，释放m30，并将c0复位清零。4、退币找零部分退币键为x7，当接通x7后，退币指示灯y14亮，以表示系统退币正在进行中。亮的时间由t14设置，这里设置t14=40，就是亮4s。m207的常开在用户投币金额大于99元系统自动调用退币时接通。退币时，系统根据用户所剩余额进行比较，当余额大于或者等于5元时，先退币面值为5元的货币，然后再根据大于或者等于1元的余额退1元的货币，最后再退回0.5元的用户余额退回给用户。在按退币键x7后，为保证系统的可靠性，用户在4s内后才可在投币，即t26的常闭触点接通m208，而前面已经说明m208的常闭触点可以实现阻止用户投币的作用。三、梯形图结束