自动售货机设计

1、毕业设计说明书设计课题 自动售货机的设计 二一一年二月目 录第一章 绪论3第二章 PLC系统的特性分析4第三章 PLC指令简介53.1 指令的格式说明53.2 应用指令的含义63.3 算术运算与字逻辑运算指令73.4 比较指令7第四章 自动售货机的设计104.1 功能要求104.2 设计PLC外部输入/输出点（I/O）104.3 程序设计114.4 梯形图程序13第五章自动售货机硬件设计165.1 验钞功能165.2 货物吞吐功能175.3 PLC控制系统连接电路图18参考文献19附录： 指令程序21第一章 绪 论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

2、扭输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。 用户将货币投入投币口； 控制器根据金额将商品可售卖信息通过选货按键指示灯提供给用户，由用户自主选择欲购买的商品； 按下用户选择商品所对应的按键，控制器接收到按键所传递过来的信息，驱动相应部件，售出用户选择的商品到达取物口； 如果还有足够的余额，则可继续购买。在15秒之内，自动售货机将自动找出零币或用户旋转退币旋钮，退出零币。从退币口取出零币完成此次交易。随着自动售货机的产业化生产，自动售货机数量的增加，商品包装的定量化和标准化，出售的商品多样化，自动售货的便利性日益显现。品种繁多，对生活的覆盖面广，自动售货，效率高，可

3、0;24 小时不间断运营；选址容易，且方便改换场地；适合全职经营，也可兼职（副业）经营；作为广告载体，可赚高额外快。投资风险低，收益高，具有潜在的、巨大的经济效益和社会效益。本课题简易自动售货机的控制设计是基于PLC的，其核心技术如下： 可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心的工业控制装置。它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，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。 PLC的生产厂家和产品型号很多，但基本原理相同，特别是梯形图（LD）和顺序功能图（SFC）程序设计方法，对所有的PLC都是一样

4、的。第二章 PLC系统的特性分析CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU 微处理器，又称中央处理单元，包括运算器和控制器两部分，是整个PLC系统的核心。接收从编程器、上位机或其他外围设备输入的用户程序、数据等信息。用扫描方式接收输入设备的状态或数据，并存入指定

5、输入存储单元或数据寄存器中诊断电源、PLC内部电路故障和编程过程中存在的语法错误。在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经指令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去开启关闭有关控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。PLC中采用CPU随机型不同而有所不同，通常有三种：通用微处理器（如Z80、8086、80286、80386等），单片微处理器芯片（如8131、8096等），位片式微处理器（如AMD29W）。在小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器芯片；在中型PLC中，大多采用16位通用微处

6、理器或单片微处理器芯片；在大型PLC中，大多采用高速位片式微处理器。 存储器 PLC 内部配有两种不同类型的存储器，一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM、EEPROM，用来固化PLC生产厂家编写的系统工作程序，用户无法更改或调用。另一种为可进行读/写操作的随机存储器RAM，用来存储用户编程的程序或用户数据，存于RAM中的程序可随意修改，增删。可采用高密度、低功耗的CMOS型RAM，耗电少，为了保证掉电时会丢失存储的各种信息，可用锂电池或用大电容作后备电源。输入/输出模块（I/O）I/O模块又称I/O接口电路，是PLC与工业现场被控对象之间的连接部件。PLC程序执行过程中需调用的各种开关

7、量（状态量）、数字量或模拟量等各种外部信号，都是通过输入模块进入PLC；而程序执行结果又通过输出模块控制外部设备。I/O模块一般都通过光电隔离和滤波把PLC和外部电路隔开，以提高PLC的抗干扰能力。第三章 PLC指令简介PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相识的助记符表达式，由指令组成的程序叫做指令表程序。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计复杂的开关量控制程序时一般使用梯形图语言。梯形图是用得最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，直观易懂，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。3.1 指令的格式说明如图3-1

8、-1所示是应用ADD 指令的梯形图表达形式。在执行条件XO后的方框为功能框，分别含有应用指令的名称和参数。如图3-1-1表示当XO合上后，数据寄存器D0的内容加上123（十进制），然后送到数据寄存器D2中。图3-1-1 应用指令的梯形图表达形式3.2 应用指令的含义应用指令中加法的指令格式及参数形式如图3-2-1所示。下面对图3-2-1所示来说明应用指令功能框中各参数的含义。 为功能代号（FNC）。每条应用指令代号从FNC00FNC246.例如FNC00代表CJ(条件转移),FNC01代表CALL(呼叫),FNC246代表两个数据比较.图 3-2-1 加法指令格式及参数形式 为助记符,ADD表

9、示加法. 为数据长度指示.有(D)表示为32位数据操作,无(D)表示16位数据操作.应用指令MOV含义 如图3-2-2和图3-2-3所示.图3-2-2表示将(D10)中内容16位传送(D12)中,图3-2-3所示将(D21,D20)中内容(32位)传送到(D23,D22)中.注意在32位数据传送中每个数据寄存器(D)分别传送16位,而梯形图只标出低16位数据寄存器,如图3-2-3中的D20,D22。 图3-2-2 16位数据传送示意图 图3-2-3 32 位数据传送示意图脉冲/连续执行指令标志（P）。指令中有（P）表示为脉冲执行指令，当条件满足时执行一个扫描周期。指令中无（P）表示连续执行。图

10、中脉冲型、连续执行型指令示例可用来解释此指令。传送指令，当X0从OFFON时，执行一次送数，其他时刻不执行，即（D10）（D12）传送指令，当XO从OFFON时，在每个扫描周期都执行数据传送一次，即（D10）（D12）加1指令，当XO从OFFON时，（D10）内容加1再送（D10），每扫描一次加1，即（D10）+1(D10)减1指令,当XO从OFFON时,(D10)-1(D11,D10),只执行一次操作且为32位数据操作。图 3-2-4脉冲型、连续型指令示例图 为某些特殊指令连续执行符号.如图C所示加1指令,每一个扫描周期D10(源)的内容都发生变化(增加1). 为操作数.为应用指令所涉及的数

11、据.S1,S2为源操作数,分别是数据寄存器(D10,D12)中的内容(数据).D是目标操作数,即D14中的内容(数据),目标操作数指的就是应用指令执行后数据结果所在的数据寄存器.源操作数在指令执行后数据不变,而目标操作数在指令执行后可发生变化.K表示十进制数,H表示十六进制数. 3.3 算术运算与字逻辑运算指令331加法指令ADD（FNC20）（1） 指令说明加法指令ADD是将指定源地址中的二进制数相加，其结果送到指定目标地址中，其格式与功能如图所示。当X0=ON时，源地址S1，S2的两个数据寄存器D10，D12中的二进制数相加后送到目标地址D即D14中。既（D10）+（D12）（D14）。A

12、DD为二进制代数运算。图 3-3-1 ADD指令格式与功能（2），注意事项加法操作指令影响3个常用标志，既M8020零标志、M8022借位标志、M8022进位标志。如果运算结果为0，则零标志M8020置1；如果运算结果超过32767（16位运算）或2147483647（32位运算），则进位标志M8022置1；如果运算结果小于-32767或-2147483647，则借位标志M8021置1。源地址S1、S2中可以写常数K。3.3.2减法指令SUB（FNC21）减法指令SUB是将源元件中S1、S2的二进制数相减，结果送至目标元件D中，其格式与功能如图所示。当X0=ON时，两个源元件D10、D12中的

13、数相减，既（D10）(D12)（D14）。（D）SUB为32位数相减，即（D11，D10）-（D13，D12）（D15，D14）。SUB指令的操作对标志位元件的影响与加法指令相同。 图3-3-2 SUB指令格式与功能3.3.3加1指令和减1指令1NC（FNC24）、DEC（FNC25）加1指令INC和减1指令DEC的格式与功能如图所示。当条件X0由OFFON时，D10中的数自动加1；当X1由OFFON时，D12中的数自动减1。这两条指令在图中都是脉冲执行型，X0，X1在ON时只执行一次自动加1或减1。若用连续指令不带（P），则X0、X1在ON时每个扫描周期都会自动加1或减1。3.4 比较指令3

14、.4.1比较指令CMP、ZCP（FNC10、FNC11） 指令说明：CMP为比较指令，ZCP为区间比较指令。要清除比较结果，用复位指令。比较指令CMP的使用及复位如图所示。比较指令是将源操作数S1、S2中的数据进行比较，比较结果影响目标操作数D的状态。当X0=OFF时，CMP指令不执行。M0、M1、M2保持不变。当X0=ON时，S1、S2比较，既C20记数值比较。若C20100,则M0=1;若C20=100,则M0=1,Y1=1.若C20100,则M2=1,Y2=1. 图3-4-1 CMP的使用 图3-4-2 CMP中目标操作数的复位 3.4.2比较应用如图3-4-3所示为CMP的应用示例。当

15、X0=1时，C0 10时，Y0=1；C0=10时，Y1=1；当C0 10时，Y2=1。如在Y10端按一指示灯，可以看到该指示灯在X0=ON后不停闪烁，这是由T0、T1定时电路决定的，亮及灭的时间为1S，C0计数该灯（Y10）闪烁次数，C0计数到15次，Y3=1。图3-4-4所示为ZCP区间指令的应用示例。X1=ON时，C1=10，Y4=1；10C1 20，Y5=1；C1 20，Y6=1。Y11为内部秒脉冲M8013的输出，如在该输出端Y11上接一个指示灯，可看到该灯每秒亮1次。C1计数就是该灯亮的次数。如在Y4、Y5、Y6输出上也接指示灯，不难看出，这三个指示灯依次亮时10S。图3-4-3 C

16、MP指令的应用 图3-4-4 ZCP指令的应用第四章 自动售货机的设计4.1 功能要求1.自动售货机有3个投币孔，分别为1元、5元和10元。2.售货共有3种饮料提供选择，分别为可乐，红茶和咖啡。3.如投币总额超过售货价格，将可由退币钮找回余额。4.投币总额或现在显示在7段数码管上。5.投币值等于或大于3元时，可乐指示灯亮，表示只可以选择可乐。6.投币值等于或大于5元时，可乐和红茶指示灯亮，表示只可以选择可乐和红茶。7.投币值等于或大于10元时，可乐、红茶和咖啡指示灯亮，表示三种均可选择。8.按下欲饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，5S后自动停止，表示饮料已经掉出。9.动作停止后按退币钮

17、，可以退回余额，退回金额，退回金额如果大于10元，则先退10元再退1元，如果小于10元则直接退1元的。10.如果投入的硬币达到或大于所要购买商品的价格，就不必再投入硬币了，自动售货机会发出一个指示信号使接受硬币的装置不再接收新的硬币。11.每次投币时间有限制，设定每次投币时间不超过40秒，在时间到时，总币值不足顾客购买的商品单价时，自动售货机按不足钱数处理，退还全部硬币。或者在设定时间内，总投币值不足顾客购买的商品单价时，若需要取消交易则可按取消键，售货机按不足钱数处理，退还全部硬币。12.当顾客完成一次购买后或按错按钮后，需设置一个重新开始按钮，使整个系统恢复到初始状态。13.顾客一次只能购

18、买一种商品的一个，若需要更多商品，需要重复操作。4.2 设计PLC外部输入/输出点（I/O）1. 输入点（INPUT）X0：1元投入孔 X1：5元投入孔 X2：10元投入孔 X3：可乐选择钮 X4：红茶选择钮 X5：咖啡选择孔 X7：退币钮2. 输出点（OUTPUT）Y0-Y7：7段数码管 Y10：可乐指示灯 Y11：茶花指示灯 Y12：咖啡指示灯4.3 程序设计 4.3.1投币功能利用PLC的加法应用指令ADD来实现。（1） 投币1元 功能梯形图如图4-3-1所示。 图4-3-1 累计投币1元功能梯形图 当投币1元时，X001合上，把D10中的内容加上1后，仍寄存在D10中。例：若D10开始

19、为10元，则X001合上后，D10中更新为11元。（2） 投币5元 功能梯形图如图4-3-2所示。如图4-3-2 累计投币5元功能梯形图 当投币5元X005合上，把D10中的内容家上5后，仍寄存在D10中。（3） 投币10元 功能梯形图如图4-3-3所示。如图4-3-3 累计投币10元功能梯形图当投币10元X005合上，把D10中的内容家上10后，仍寄存在D10中。4.3.2逻辑判断功能利用PLC的比较应用指令CMP来实现。（1）使用格式 CMP指令格式如图4-3-4所示。图4-3-4 CMP指令格式比较应用指令是将S1和S2的内容加以比较然后用D所指定的组件来反应比较内容的大小，大小的比较一

20、代数的形式来进行。（2）指定对象 根据本设计要求，具体比较内容见图4-3-5所示。 图4-3-5 比较功能功能梯形图（3）功能说明指定为M6，表示依次用M6，M7，M8三个组件来反应比较大小。当M8000=OFF时，CMP指令不执行，M6，M7，M8保持在之前的ON/OFF状态。当D1010元,则M6=ON当D10=10元,则M7=ON当D1010元,则M8=ON4.3.3. 投币数额指示功能利用7段数码管扫描应用指令SEGL来实现. (1)使用格式 SEGL指令格式如图4-3-6所示。A BD:指定输出点Y n:指定K、H (n=07)图 4-3-6 SEGL指令格式(2)指定对象当M800

21、0=ON，将D10中的送到Y000Y007外部布线的7段数码管显示。图4-3-7 投币数额指示功能图（3）四位数一组7段数码管与PLC输出端Y的外部布线如图4-3-8所示图4-3-8 段数码管与PLC输出端Y的外部布线图4.3.4. 延时电路利用计数器C对M8013计数来实现延时功能。5秒的延时电路如图4-3-9所示。 图4-3-9 5秒的延时电路4.4 梯形图程序 我们用当今最新，最具特色，极有代表的日本三菱FX系列超小型可编程控制器作为目标机型，编写了下列程序第五章 自动售货机硬件设计5.1 验钞功能5.1.1辨伪 辨伪是通过检测人民币的固有特性来分辨真假。点钞机是机电一体化产品，涉及机械

22、、电、光、磁等多个领域的知道，需要各方面互相配合。（一）荧光检测 荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造（含85以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420460nm的蓝光），人民币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。为排除环境光对辨伪的干扰，必须在硅光电池的表面安装一套透过波长与假钞荧光反应波长一致的滤色片。 在荧光检测中，需要注意两个问题：1检测空间的遮光。外界光线进入检

23、测空间会造成误报；2紫外光源和光电池的防尘。在点钞过程中有大量粉尘，这些粉尘粘附在光源表面会削弱检测信号，造成漏报。 （二）磁性检测 磁性检测的工作原理是利用大面额真钞（20、50、100元）的某些部位是用磁性油墨印刷，通过一组磁头对运动钞票的磁性进行检测，通过电路对磁性进行分析，可辨别钞票的真假。 在磁性检测中，要求磁头与钞票磨擦良好。磁头过高则冲击信号大，造成误报；磁头过低则信号弱，造成漏报。通过控制磁头的高度（由加工和装配保证）和在磁头上方装压钞胶轮可满足检测需要。 人民币的磁性检测方法可分为四种： （1）检测有无磁性。市场上的点钞机多采用此种方法，由于造容易，故此种方法伪钞辨出率低。

24、（2）按磁性分布干什么检测磁性。采用两组或三组磁头分路检测磁性，辨伪水平可提高一个档次，市场上部分点钞机采用此种方法。 （3）检测第五版人民币金属丝磁性。目前水平停留在检测有无磁性。根据我们在示波器观测，金属丝的磁性是很有规律的矩形波，且量值也很准确，由于很难仿制，在磁性检测中如能利用这个特性，将大大提高辨伪水平。 （4）检测第五版人民币横号码磁性。目前水平停留在检测有无磁性。由于横号码是一组带有一定磁性的数字，如对横号码的磁性数量和大小进行检测，辨伪水平可大大提高。 （三）红外穿透检测 红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸

25、收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。需要注意的是，油墨的颜色与厚度同样会造成红外穿透能力的差异。因此，必须对红外穿透检测的信号进行数学运算和比较分析。 （四）激光检测 用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制困难，故用于辨伪很准确。 （五）防夹心检测 所谓防夹心检测就是在一叠钞票里剔出不同面额的钞票。根本不同面额的钞票具有不同的特征，如纸质、磁性、幅面大小等，可进行防夹心检测。目前的点销机只检测钞票的纸质、磁性的宽度尺寸，因此对于纸质、磁性和宽度相同或相近的钞票如第四版1元和2元、5元和10元，第五版10元和20元很难区分，如果增加一组红外管，同时检测钞票的长度，这个问题可以得到有效的解决。 5.1.2验钞机的功率、工作电源（一）功率 点钞机工作时所消耗的电能以瓦为计量单位。小型点钞机和大型点钞机功耗相差极大：如微型的只有几瓦，而大型的能达到600-1000瓦。选购时请看清点钞机铭牌上所标功