自动售饮料机毕业论文(修改后).doc

基于三菱FX2系列PLC自动饮料售货机控制系统Beverage vending machines control system based on Mitsubishi FX2 series PLC总计 毕业设计 39 页 表 格 1 个 插 图 6 幅南昌工程学院本科毕业设计摘 要随着科技发展和生活水平的提高，在许多中大型城市的很多公共场合出现了自动售饮料机，极大的方便的人们的即时性需求，为人们进行简单物品的采购提供了一种便利。传统的自动售饮料机多采用单片机来控制，系统硬件设计复杂，抗干扰能力差，成本高，并且难以保证系统的稳定性，维护困难。本文的设计是基于三菱PLC自动售饮料机的控制系统，阐述了自动售饮料机的发展背景与前景，详细的分析了自动售饮料机的功能及其特点，提出了总体设计方案。本文选用三菱FX系列PLC为主控控制器，基于FXGP编程软件，采用顺序控制的程序设计方法，设计了系统控制程序，包括计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统、退币系统。本文的程序部分采用梯形图以及指令语句来编写。该设计提高了自动饮料机的可靠性和执行效率，系统维护简单、方便，具有一定的场推广价值。关键字：自动售饮料机 PLC 梯形图ABSTRACTWith the development of technology and the improvement of living standards, in many large cities in many public places there are beverage vending machines, a great convenience to peoples immediate needs, provides a convenient for simple procurement of goods. Traditional beverage vending machines with single-chip microcomputer to control system hardware design for a complex, anti-jamming ability, high cost, and it is difficult to guarantee the stability of the system, and difficult to maintain. This design is based on Mitsubishi PLC beverage vending machine control system, presented the background and prospect of beverage vending machines, detailed analysis of the function and characteristics of the beverage vending machine, presented the overall design. This selection of Mitsubishi FX series PLC a master controller based on FXGP programming software, use of sequence control program design method, design system control program, including period of currency systems, comparative systems, selected systems, beverage supply systems, coin system. Program section of this article use of ladder diagram and instruction statements to write. The design to improve reliability and efficiency in the implementation of an automatic drinks machines, system maintenance is simple and convenient, have a certain market value. Keywords: automatic machine for beverages PLC ladder diagramI南昌工程学院本科毕业设计目 录摘 要IABSTRACTII第一章、自动售饮料机的介绍11.1 自动售饮料机的概述11.2自动售饮料机的功能分析21.3自动售饮料机研究现状31.4 自动售饮料机的前景分析4第二章、三菱PLC的介绍62.1 PLC的概述62.2 PLC的产生原因62.3 PLC的特点72.4 PLC的应用领域82.5 PLC的工作原理92.6 PLC的选型步骤102.7 三菱PLC的未来发展趋势10第三章、自动售饮料机硬件设计123.1 控制要求123.2 光传感器123.3 金属硬币的识别原理133.4 硬币的存储和退币143.5 自动售饮料机PLC外部接线15第四章、自动售饮料机的软件设计164.1设计要求164.2 主要设计思想164.3 总体流程图174.4 I/O口地址分配174.5 主程序设计184.5.1计币系统184.5.2比较系统204.5.3选择、供应饮料系统204.5.4退币系统23结论28致谢30参考文献31附录. . .32第一章 自动售饮料机的介绍1.1 自动售饮料机的概述自动饮料机是可完成无人自动售饮料，集光、机、电一体化的商业自动化设备。自动饮料机不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24h售货，因此深受上班族的欢迎，很多城市的公共场所里面都放置有自动饮料机，出售的商品五花八门，从饮料、零食、香烟、糖果，到牙刷、方便面、自动照相机。为了更好的为人们服务，本文设计的是售汽水和橙汁这两种饮料的自动饮料机它的售货过程是：首先由顾客按下商品选择开关时，然后顾客投入的硬币(投入硬币的面值和剩余值由PLC驱动数码管显示)经过光传感器感应，再由光传感器驱动硬币识别传感器识别硬币（由于能力有限，在识别硬币上不做具体研究）。如果是无效币则使继电器打开阀门，将硬币退出；如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮币腔，并经硬币识别传感器将信号送给PLC。最后经顾客选择，同时PLC控制，使PLC的输出口上有相应的信号输出。若贮币腔内无硬币（红外检测器感应）、饮料的量位小于设定值（红外传感器感应）、售货机遭损，系统就报警。为了全面控制系统，综合运用大学所学的基本理论、基础及专业知识，加强对控制系统的认识，提高学生综合运用所学知识分析与解决实际问题的能力，为毕业后从事工程技术和科研工作奠定基础。使用时传感器用胶贴在售货机上，通过电缆和PLC相连，然后再通过PLC与报警电路相连。为了提高报警器的灵敏度，信号经放大后，需经带通滤波器进行滤波，要求它对选定的频谱通带的衰耗要小，而带外衰耗要尽量大。由于售饮料机振动的波长在音频和超声波的范围内，这就使滤波器成为电路中的关键。为了提高报警的可靠性，电路中设置有比较器，只有在传感器信号高于设定的阈值时，它才会输出报警信号，驱动PLC，再由PLC驱动报警执行机构工作。常见的自动售饮料机如下图所示： 图1.1自动售饮料机外观图1.2自动售饮料机的功能分析自动售饮料机的系统主要分为五个子系统，分别为：计币系统、比较系统、选择和供应系统、退币系统。自动售饮料机的工作原理为：PLC在其内部对顾客投入的硬币进行累加运算，并将运算所得的结果与预设值进行比较并判断是否能进行某种饮料的购买，作出相应的反应，进行找零。举一个简单的例子来说明，例如：售饮料机中有两种饮料为：汽水和咖啡。汽水的售价为4元，橙汁的价格为5元。现顾客投入若干个1元的硬币，当投入的硬币数值大于或等于汽水的价格，那么这个时候自动售饮料机作出能购买汽水反应，汽水指示灯亮，当顾客按下汽水的按钮时，自动售饮料机的电磁阀打开并掉出汽水与此同时汽水指示灯闪烁，并在其主控控制器内进行减法运算，将多余的钱找回。这样就完成了一次交易。自动售饮料机的工作流程图如下所示： 图1.2自动售饮料机工程流程图1.3自动售饮料机研究现状 自动饮料机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所。传统的自动饮料机控制系统采用单片机作为控制核心,这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作,而且系统的抗干扰性也比较差。可编程序控制器( PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置,它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点,已在工业控制领域得到广泛地应用. 因为自动饮料机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施,要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。现在，自动售饮料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饮料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，自动售饮料机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售饮料机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售饮料机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售饮料机相比，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。自动售饮料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饮料机与咖啡饮品服务的融合。研究前景分析：自动售饮料机是现代社会中的一种商务工具，2004年以后，中国的自动售饮料机产业实现了快速增长，奥运会和世博会为自动售饮料机市场带来了巨大商机，2008年后进入了发展期，自动售饮料机即将在中国零售业掀起继百货商店、超市之后的第三次零售业革命。现在，中国自动售饮料机市场已经进入了发展期。另外，各个大型城市的改造使得很多小店小铺消失，同时随着金融支付手段的增多，IC卡、手机移动支付等技术使自动售饮料机提供便利服务成为可能，这些自动售卖平台的创新模式无疑为国内的自动售货业迅速成长创造了条件。 2009年中国自动售货机产品专项调研及未来五年投资分析预测报告是结合自动售饮料机产品历年供需关系变化规律，对自动售饮料机产品内的企业群体进行了深入的调查与研究，采用定量及定性的科学研究方法撰写而成的。对我国自动售饮料机产品的市场环境、生产经营、产品市场、品牌竞争、产品进出口、行业投资环境以及可持续发展等问题进行了详实系统地分析和预测，并在此基础上，对行业发展趋势做出了定性与定量相结合的分析预测，为企业制定发展战略、进行投资决策和企业经营管理提供了权威、充分、可靠的决策依据。报告数据主要采用国家统计数据、海关总署问卷调查数据、商务部采集数据等数据库，其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，进出口数据主要来自海关及商务部，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。1.4 自动售饮料机的前景分析自动饮料机是可完成无人自动售货的商业自动化设备，它不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24小时售货，在我国也越来越普及。传统的自动饮料机采用单片机作为控制核心，但这样在输入输出接口上消耗很大。PLC不但可实现类似控制功能，还具有可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。从自动饮料机的发展趋势来看，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。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，无人自动饮料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，自动售饮料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小时无人售饮料的系统可以更省力，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自动售饮料机是建设现代化城市的配套设施，2004年以后，中国的自动售饮料机产业实现了快速的增长，奥运会和世博会为自动售饮料机市场带啦了巨大的商机。2008年后自动售饮料机产业进入了快速的发展期，在中国的零售业掀起了一次零售业革命。现在，中国自动售饮料机市场已经进入了发展期。另外，各个中大型城市的改造使得很多小店小铺因为顾客减少和成本的因素而不断的消失，同时随着科学技术的高速发展，随着金融支付的手段不断增多，使自动售饮料机提供更便利服务成为可能，在不久的将来这些创新模式的快捷支付的方式的自动售饮料机将向人们面世。9第二章 三菱PLC的介绍2.1PLC的概述PLC全名可编程逻辑控制器，它是一种在传统继电器控制系统基础上与3C技术相结合而不断发展完善起来的新型自动控制器件。是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。2.2 PLC的产生原因上个世纪60年代，伴随着半可控和可控电子元件的发展，电子技术得到飞跃式的提升，控制电路电子化便成为趋势。60年代中后期，在过程控制领域随着小型计算机的应用，控制系统的性能得到更大幅度的提升。后来随着西方世界出现了经济大萧条，作为工业标志的汽车工业收到沉重打击。美国通用电气公司为了在激烈的竞争市场中战胜对手，摆脱困境，制定了推出小批量、多品种的车型来吸引顾客的战略。但是那时期作为控制系统的是由继电器和接触器等组成，灵活性差，不能满足工业不断更新的需要。GM为了改造传统控制汽车生产设备方式，提出了以下10条招标的技术指标。（1） 采用插件式结构，硬件维护方便。（2） 至少可扩展到4KB的用户程序存储器的容量.（3） 输入可以是直流AC115V。（4） 输出在2A，直流AC115V以上，能直接驱动电磁阀和继电器等。（5） 可在现场修改程序，编程简单方便。（6） 体积小于继电器控制系统。（7） 要有高于继电器控制系统的可靠性。（8） 可将数据直接送入管理计算机。（9） 扩展时，只需改动很小的原程序。（10） 成本可与继电器控制系统竞争。PLC如今已经发展到了三代机，其性能由传统的作为替代继电器控制系统的第一代机（主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制和定时、计数等任务）发展到因微理器的出现而发生重大变化的第二代PLC。其功能大大增强，并且在软件方面增加了算术运算、通信、数据处理和传输等功能。进入20世纪80年代后，伴随着超大规模的集成电路技术的发展，微处理器的价格大幅下降，各种PLC采用的微处理器的性能普遍提高，PLC的软件和硬件再一次放生巨大变化，处理速度更快，成本更低，I/O模块更丰富，指令功能更强，体积更小。目前全球生产PLC的厂家有六十多家，其中最为有名的有日本的三菱、欧姆龙、富士、东芝；美国的通用、ABB、施耐德；德国的西门子；以及中国的台达，信捷等；这些厂商无不是工控业的代表。其中尤以德国西门子被视为工控业的方向标。2.3 PLC的特点（1）抗扰能力强，可靠性强工业现场环境是十分恶劣的，高温，高压、粉尘，噪音，强电磁干扰和振动等，单片机作为控制中心时，为了能够抵御以上恶劣环境，需要建设大量外部电路，即便如此，往往也无法达到控制要求，PLC作为专门为工业控制设计的，其内部已设计建设了大量抗干扰的电路这样使PLC接收，输出的信号控制变得更稳定，能非常容易的适应现代化工业的恶劣环境。（2）功能性强PLC是由微电子技术、通信技术和计算机技术三大技术综合而成，除了具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能之外，还具有进行各种算数运算、PID整定、过程监视、网络通信等能力，因此可以适应各种复杂繁琐的工业控制要求。（3）编程方便，易于使用 PLC程序的设计多采用的是梯形图设计，这种编程语言简单易学。特别是对于初学者来说，不需要太高的电脑技术方面的要求，只要具备相应的电气控制方面的基础知识就可以很顺利的进行编程，很容易被一般的工程控制人员所掌握理解。（4）安装简单，维修方便PLC的安装非常简单，可以在工业环境中进行直接的安装，在安装时只需要将PLC相应的输入/输出口根据程序的需要和相应的外部工业设备连接即可。系统经过现场的调试和试运行没问题后就可以投入使用。由于PLC比较稳定，且有自诊断功能，故而损坏维修变得很方便。（5）采用模块化结构为了适应现代工业化的高速发展的需要，大部分PLC（除了小型PLC外）都采用模块化结构。由于采用了模块化的结构所以一台PLC可以有多个CPU，各个CPU之间通过电缆来实现数据的共享和传输。（6）系统设计与调试周期短用PLC进行系统设计时，用梯形图代替继电器硬件接线，使得控制柜的设计安装接线工作量大大的减少，设计和施工可以同时进行和传统的单纯继电器控制相比在很大的程度上缩短了工期。2.4 PLC的应用领域在工业发达的国家，PLC的使用已经覆盖了所有的工业环境，随着PLC性能价格比的不断提高，PLC在中大型项目中的应用范围也不断的扩大，其主要用于以下各方面的领域:（1）开关量逻辑控制。开关量逻辑控制是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代了传统的单纯继电器控制电路，实现了逻辑控制、顺序控制。即可用于单台PLC设备的控制也可用于大型工业生产中的连续性控制。（2）运动控制。运动控制起源于最早期的伺服控制，简单的说，运动控制就是针对工业中机械部件的位置、速度等进行实时的控制，使其能按照设计的运动轨迹和运动参数进行运动。PLC和伺服电机的联合运用便能很好的实现上述控制。PLC通过产生脉冲来控制伺服电机的运转从而实现对工业中机械部件运动的控制。（3）闭环过程控制。闭环过程控制的过程就是控制理论中的反馈控制。输入量经过中间控制器和执行器和被控对象的处理将检测的结果反馈给比较器。它使回路的输出能接近理想值。（4）数据处理。PLC的指令能实现加、减、乘、除等数据的处理。输入的数据在PLC内部经过数据的处理暂时存放在PLC内部的数据存储器中，PLC可以通过MOV指令将数据进行输出，并实现对目标的控制。（5）通信联机。PLC可以实现多台PLC的联机调试。最常见的是PLC与变频器的通信联机。PLC之所以能进行联机是因为其带有丰富的、功能强大的各种通道。2.5 PLC的工作原理PLC的工作方式概况起来说就是：顺序扫描，不断循环，扫描到哪，工作到哪。当PLC进入运行后，输入采样、用户程序执行和输出刷新就是它的三个工作阶段。PLC只有完成上述三个阶段才能真正称为一个工作周期。在整个运行的过程中，PLC都在不断的重复以上三个阶段。（1）输入采样阶段。在输入采样阶段，PLC以扫描方式将所有的输入状态和数据读入，并将它们暂时的存放在I/O映象中的单元格内。第一阶段输入采样结束后便进入第二和第三阶段用户程序执行和输出刷新的阶段。在这两个阶段中，即便是输入发生了变化，在I/O映象区中的输入数据也不会变动。所以，如果输入的信号是脉冲信号，则必须保证这个脉冲的输入大于PLC的一个扫描周期，这样才能保证无论在那种情况下，该输入都能被读入。（2）用户程序执行阶段。在这一阶段起作用的是梯形图语句，用户编写的程序会被PLC按程序的编写顺序一条一条的扫描，经过运算处理后，其结果再传输到输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的状态的改变是随着程序的执行而不断刷新的。但当输入寄存器中的状态在PLC运算和处理的过程中发生了改变时，这一改变不会对其这一扫描周期之后的输出起作用，只会对其下一个扫描周期对输出状态作用，这就是PLC工作的最大特点不断扫描，扫描到哪，工作到哪。在经过运算和处理的结果被送入输出状态寄存器后就进入了输出刷新阶段。（3）输出刷新阶段。当用户所编写的程序执行完后，输出寄存器的通断在输出刷新时送到锁存器，并通过一定的方式，驱动相应的设备工作。值得注意的是:在用户程序执行阶段，只有输入点在I/O映象区内的状态及数据不会发生变化，而其他输出点在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态及数据有可能会发生变化，而且排在上面的梯形图处理结果会对排在下面的线圈或梯形图影响，而不会对在其之上的有影响。2.6 PLC的选型步骤（1）分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的过程和工作特点，了解被控对象的技术指标以及被控对象之间的关系，提出被控对象对PLC性能的要求，确定控制方案，进而写出设计任务指导书。（2）确定PLC的输入/输出设备 根据系统控制的要求，确定系统的输入、输出，了解系统的输入、输出特性及要求，从而确定PLC的I/O点数。（3）选择PLC的类型 对PLC的选择包括对PLC CPU、容量、I/O模块、工作电源等的选择。（4）PLC分配I/O点并设计PLC的外围硬件电路首先分配PLC的I/O点。画出PLC的I/O点和输入/输出设备的连接图以及对应表。然后设计PLC的外围硬件接线图，画出系统的电气接线图，包括主电路和控制电路。由PLC的I/O连接图和外围设备电气图组成系统的电气原理图。注意画系统的电气原理图要严格根据规范来画。2.7 三菱PLC的未来发展趋势（1）向高速度、大容量发展为了适应现代工业化的发展需求，大型PLC多采用多CPU结构，不断向高速度、大容量发展，现在的大型PLC都不再是单纯的一个CPU而是多个CPU共同运行，它们之间通过电缆线的连接来实现数据的共享和对数据的处理，这样便大大的提高了PLC对数据的处理能力。随着现在工业方面控制要求的提高对PLC处理数据的速度的要求更高。PLC的扫描速度已成为一个很重要的性能指标。（2）增强小型PLC的功能小型PLC一般是指I/O点数小于等于256的PLC，这类PLC多采用整体式结构。小型PLC价格便宜，性价比不断提高，比较适合单机自动化系统，小型PLC的功能增强在不久的未来必将取代单片机在工业中的使用。最近几年，许多PLC生产厂商不断推出功能更强，体积更小的超小型PLC，增强小型PLC的功能必将成为未来PLC发展的一个大方向。（3）向超大型发展当前中小型PLC比较多，当年市场在中小型PLC这块已趋于饱和，为了适应市场的多种需求，今后PLC要向多品种方向发展。不断提高PLC的性能和控制点数。（4）大力开展智能模块，加强联网通信能力为满足当前工业各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出了许多功能模块，如：高速计数模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC的功能，又使使用更加的方便灵活。加强PLC的联网能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的通信主要有两个方面。一是PLC之间的联网通信，二是PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制定通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成集散控制系统不可或缺的重要组成部分了。（5）编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富。除了我们常的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了步进编程语言和面向过程的流程图语言，以及一些与计算机系统兼容的高级语言等。各种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。 南昌工程学院本科毕业设计第三章 自动售饮料机硬件设计3.1 控制要求本文设计的是自动售汽水和橙汁的自动售饮料机，顾客可以投入1角、5角、1元的硬币。它的总体售货过程是：当顾客购买饮料时，投入的硬币经过光传感器感应，然后由光传感器驱动硬币识别系统，如果投入的为假币，则通过相应的通道退出。如果是真币，系统则将硬币传送到相应的硬币存储腔并经过光传感器，光传感器启动PLC对顾客投入的硬币值进行计数，然后顾客选择，PLC进行控制运行，使PLC有相应的输出信号。大体运行如下图；商品选择开关硬币感应器PLC各种指示灯退币电机出货电磁阀数量感应 图3.1自动售饮料机硬件图3.2 光传感器在本设计中，用到光传感器：当硬币投入开始由光传感器感应，然后由光传感器驱动硬币识别器；硬币经识别后进入贮存腔时，由光传感器感应，给PLC一个信号，进行硬币的相加运算；当退币时，退出的硬币经光传感器感应，给PLC一个信号，进行退币的相减运算。 光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器件，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其它传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可，本设计是运用红外线传感器的原理对投币进行检测。图示是红外线传感器的工作原理图。它是由光源、接收器和PLC运行电路三部分组成。光源使用普通的白炽灯泡，当点亮灯泡时，由于灯丝的温度很高，能产生较强的红外辐射，灯泡发出的可见光经滤光片滤掉，红外光便可向外发射。在距光源发射点一定距离处，设置有红外接收器。这样，在红外光源和接收器之间就形成一条用肉眼看不见的红外界线。无硬币遮挡红外线时，红外线经凸透镜聚光后直接照射在光敏二极管VD1上，光敏二极管的电阻变小，从而使V1导通、V2处于截止状态，接在V2集电极的继电器K不工作，输出为低电平，因此，PLC得不到相应的信号。当有硬币通过红外界线时，红外线被硬币遮挡，光敏二极管因无光照射其内阻增大，于是VT1截止，VT2变为导通，则输出为高电平，使PLC得到相应的信号。 图3.2 自动售饮料机内光传感器硬件图3.3 金属硬币的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。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。 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，完成对金属硬币的识别。3.4 硬币的存储和退币在本设计中，采用的是圆筒式贮币，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内备用。当收到退币找零电信号后，通过退币电机，将贮币腔内下部硬币依电信号程序退出，完成自动售货机的退币找零功能。3.5 自动售饮料机PLC外部接线COM COM1 COM2X0 Y0X1 Y1X2 Y2 PLCX3 Y3X4 Y4X5 Y5X6 Y6 Y7X7 Y10启动按钮1角光电开关1元光电开关汽水选择按钮橙汁选择按钮退币按钮汽水指示灯橙汁指示灯橙汁电磁阀退币机构退币指示灯220V停止按钮本设计中，PLC共有8个输入9个输出，PLC外部接线图如下所示： 汽水电磁阀5角光电开关找零一元机构找零五角机构找零一角机构停止按钮 图3.3 PLC外部接线图37 第四章 自动售饮料机的软件设计 4.1设计要求自动售饮料机中有两种已经配置好的饮料储液桶，一种为汽水，另一种为橙汁，分别由两个电磁阀控制。控制要求如下：（1）自动售饮料机可投入1角、5角、1元的硬币。（2）当投入的硬币总值超过3元时，汽水及橙汁指示灯亮。（3）当汽水指示灯亮时，按选择汽水按钮，则排出汽水，8s后自动停止。在这段时间内汽水指示灯闪烁。（4）当橙汁按钮指示灯亮时，按选择橙汁按钮，则排出橙汁，8s后自动停止。在这段时间内，橙汁指示灯闪烁。（5）若投入硬币总值超过所需的钱数（汽水2元，橙汁3元），则找钱指示灯亮并退出找回的钱。4.2 主要设计思想 将顾客投入的1角、5角、1元硬币传入数据存储器D中，将投硬币过程中的数据进行累加并存放在数据存储器D中，并与1.9元、2。9元进行比较。若数据存储器D中的数值大于1.9元，则汽水指示灯亮；若数据存储器D中的数值大于2.9元，则汽水和橙汁的指示灯一起亮。顾客通过相应的选择按钮选择所需要的饮料。若顾客按下X4，则选择汽水，汽水指示灯Y0闪烁、汽水电磁阀Y2打开，自动售饮料机流出汽水，8s后汽水指示灯灭，汽水电磁阀关闭；若顾客按下X5，则选择橙汁，橙汁指示灯Y1闪烁、橙汁电磁阀Y3打开，自动售饮料机流出橙汁，8s后橙汁指示灯灭，橙汁电磁阀关闭。如果所投入的钱还有剩余，则退币指示灯Y5亮，数据存储器D减去相应的数据（汽水2元，橙汁3元）后数据存在数据存储器D中.顾客按下X6退币按钮，此时退币电磁阀Y4打开，多余的硬币通过相应的通道到达自动售饮料机的外部，并且PLC对存储器、继电器进行清零，此时就完成了一次售饮料的过程。根据以上的主要设计思想，设计出了自动售饮料机的总体流程图。4.3 总体流程图投币计数比 较币 价累加币价橙汁选择汽水选择D3029D3019退币退币计数结束减去相应用币 图4.1 程序总体流程图4.4 I/O口地址分配自动售饮料机PLC控制系统I/O口分配输 入输 出名称输入继电器名称输出继电器启动按钮X0汽水指示灯Y01角光电开关X1橙汁指示灯Y15角光电开关X2汽水电磁阀Y21元光电开关X3橙汁电磁阀 Y3汽水选择按钮X4退币执行机构Y4橙汁选择按钮X5退币指示灯Y5退币按钮X6找零一元电磁阀Y6停止按钮X7找零五角电磁阀Y7找零一角电磁阀Y10 图4.2 I/O口分配表4.5 主程序设计自动售饮料机的控制系统主要涉及五个分系统：计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统、退币系统。4.5.1计币系统当有顾客购买饮料时，投入硬币时经过光传感器感应，驱动硬币识别系统，如果为假币或是异物时，则退出；如果是真币，则系统将真币送到相应的存储腔存储起来，并经过光传感器驱动PLC系统，然后在PLC系统内进行数据运算，梯形图为：梯形图分析：逻辑行0为自动售饮料机的启动程序，当顾客按下自动售饮料机启动按钮X0，辅助继电器M0得电并自锁。在逻辑行4中为自动售饮料机的数据传输程序，在逻辑行0中M0得电并自锁后，驱动逻辑行4中的数据传输程序，将常数1传递给数据存储器D0，常数5传递给数据存储器D10，常数10传递给数据存储器D20。逻辑行2038为自动售饮料机的硬币累加程序，当光电开关X1得电时，就是顾客投入了一个1角硬币。此时，PLC将数据存储器D0和数据存储器D30进行累加运算，运算的结果存放在D30中。若光电开关X2得电，就是顾客投入了一个5角的硬币。此时，PLC将数据存储器D10和数据存储器D30进行累加运算，运算的结果存放在D30中。若光电开关X3得电，就是顾客购入了一个1元的硬币。此时PLC将数据存储器D20和数据存储器D30进行累加运算，运算结果存放在D30中。4.5.2比较系统投币完成后，系统会根据D30中的钱币数据和可以购买饮料的钱币数据进行比较，当19D30数值29元时，可以购买橙汁，此时橙汁指示灯亮。梯形图如下：梯形图分析： 逻辑行47为自动售饮料机的比较程序，在自动售饮料机启动的过程中，辅助继电器M0一直自锁。比较程序的具体过程是：数据存储器D30和常数19、29进行比较，当数据存储器D30中的数值大于19小于29时，辅助继电器M10得电；当数据存储器D30的数值大于29时，辅助继电器M11得电。4.5.3选择、供应饮料系统当比较完成后，按下长亮的指示灯下的按钮（X4、X5），此时相应的饮料电磁阀（Y2、Y3）打开，放出相应的饮料，8s后电磁阀自动关闭，在这段时间内相应的指示灯闪烁。梯形图如下：梯形图分析;逻辑行6165为汽水选择程序，逻辑行7377为橙汁选择程序，逻辑行84为汽水供应程序，逻辑行89为橙汁供应程序，逻辑行94为定时8s程序。当辅助继电器M10得电时，M10驱动汽水指示灯亮，当顾客按下汽水选择按钮X4时，辅助继电器M12得电并自锁，此时特殊辅助继电器M8013产生1s脉冲，在逻辑行84中辅助继电器M12得电，M14得电，使得汽水电磁阀Y2打开，自动售饮料机放出汽水，同时汽水指示灯Y0闪烁。在逻辑行94中定时器T1定时8s，8s一到，逻辑行84中的T1常闭触点动作，断开，使得汽水电磁阀Y2断开。当辅助继电器M11得电时，M11驱动汽水指示灯Y0和橙汁指示灯Y1一起亮。此时，若顾客按下汽水按钮X4时，则重复上述过程。若顾客按下橙汁按钮X5，则辅助继电器M13得电并自锁，在逻辑行89中，橙汁指示灯M15得电、辅助继电器M13得电、定时器T1常闭，使得橙汁电磁阀Y3打开，自动售饮料机流出橙汁，同时橙汁指示灯Y1闪烁。在逻辑行94中定时器T1定时8s，8s一到，逻辑行89中的T1常闭触点动作，断开，使得汽水电磁阀Y3断开。4.5.4退币系统顾客购买完饮料后，根据退币指示灯可以知道是否有币找回。当退币指示灯亮时，有币找回；当退币指示灯灭时，没有币找回。当有币找回时，按下退币按钮，PLC系统会自动找回多余的钱。梯形图如下:梯形图分析：当M16得到一个上升沿脉冲，则使得，数据存储器D30中的数值和常数20进行减法运算，运算结果存放在数据存储器D30中。在逻辑行117中，数据存储器D30和常数0进行比较，若D30中的数值大于0，则使得退币指示灯Y5，辅助继电器M19得电。当顾客按下退币按钮X6时，在逻辑行125中就会使得退币执行机构Y6进行工作。逻辑行129是PLC内部计算退币1元、5角、1角的个数。通过计算将1元找回的个数存放在数据存储器D40中，5角找回的个数存放在数据存储器D60中，1角找回的个数存放在数据存储器D80中。逻辑行173197是将找回的1元、5角、1角的个数分别给计数器C0、C1、C2，并当自动售饮料机退回的1元、5角、1角的个数和C0、C1、C2中的个数相同时，停止退币。逻辑行201是对C0、C1、C2进行复位的程序。整体梯形图程序和指令祥见附录。结论经过一段时间的设计，考虑各种情况的调试，体会了系统设计的不易，其中要在明确其基本功能的基础上预防各种有意或无意的设计漏洞 ，此时需要严密地思考和设计，通过种种特定条件的考验查找其中的漏洞，这样才会对所设计的对象有更加深刻的认识，是理论设计联系系统具体工作实际的一次很好的锻炼，它同时使我们在不断思考与尝试中发散了思维，在一遍遍苦苦调试不断改进与进步之余也体验到了其中的乐趣。 比如按照设计要求实现了当投入的硬币总值超过2 元时，汽水按钮指示灯亮；又当投入的硬币总值超过3元时，汽水及橙汁按钮指示灯都亮。当汽水按钮灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出 8 秒后自动停止，这段时间内，汽水指示灯闪动（闪 0.5s,灭 0.5s）。当橙汁按钮灯亮时，按橙汁按钮，则橙汁排出 8 秒后自动停止，这段时间内，橙汁指示灯闪动（闪 0.5s,灭 0.5s）。 若投入硬币总值超过按钮所需的钱数（汽水2元，橙汁3元）时，找钱指示灯亮，购货完毕后，按下找钱按钮，找钱动作，并退出多余的钱。找钱完毕后，找钱指示灯灭。找钱由三个出币电机带动（一角、五角元、一元），找钱应按照最快捷的方