机电一体化毕业设计（论文）-基于PLC的自动售货机设计

丽水学院机电信息分院基于PLC的自动售货机设计学生学号：学生姓名：513工作室导师姓名：提交日期 机电0810专业名称提交日期丽职院机电信息分院毕业设计2本设计是由微机-PLC构成的自动售货机监控系统，阐述了自动售货机的来源与发展，以及它在国内外发展的现状，对自动售货机的方案进行了论证，介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，对由微机—PLC构成的自动售货机系统整体设计过程进行较为细致的论述。设计重点放在PLC各硬件部分的设计和介绍、PLC梯形图的编写。在整体设计过程中按照“提出问题，分析问题，解决问题”的主导思想，对整个系统的设计工作做出了细致的阐述。关键词：自动售货机PLC欧姆龙接线图基于PLC的自动售货机的设计3一、引言 4二、PLC技术的自动售货机的方案论证 5 52.1.1自动售货机的基本功能 52.2自动售货机控制方案选择 62.3本设计系统功能的要求 6三、硬件的设计 7 73.2PLC选型 73.3本设计的输入/输出信号 83.4PLC外部接线设计 93.4.1咖啡、汽水出口控制 3.4.2出杯、制动控制 四、程序的设计 4.2计币系统设计 4.3饮料供应系统设计 4.4退币系统设计 4.5程序流程图 4.6PLC程序 4.7运行调试 五、总结评价 致谢 参考文献 丽职院机电信息分院毕业设计4一、引言2010年世博会将在我国上海举行，在世博园里，随处可见的都是琳琅满目装满各种商品的自动售货机。在每天数十万游客进入的世博园，自动售货机大大方便的商店的压力，更方便了游客的需自动售货机作为一种新的商业零售形式，上世纪的70年代在邻国日本和欧美地区发展起来。被称为24小时营业的微型超市。在日本，70％的罐装饮料都是通过自动售货机售出的。全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台得饮料自动售货机。众所周知，商店是需要人来管理的，而人是需要休息的，但做到24小时营业的商店是少之又少，正因如此，自动售货机被发明出来，这样的一种售货形式大大方便了人们的住行，让人们能随时随地地买到自己需要的商品。而且在这个人力资源极度缺乏的社会，自动售货机大大解放了劳动生产力，从而自动售货机的普及在某种程度上能反映一个国家的科技发展水平，是一个国家文明程度的基于PLC的自动售货机的设计5二、PLC技术的自动售货机的方案论证2.1自动售货机简介2.1.1自动售货机的基本功能在生活中，售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料等。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。举一个例子来说，例如：售货机中有几种商品，其中第一种商品价格为1元，第二种商品为1.5元。现投入1个1元硬币，当投入的货币超过第一种商品的价格时，第一种商品的选择按钮会有变化，提示可以购买，其他商品同比。当按下选择第一种商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去第一种商品的价格同时启动相应的电机，提取第一种商品到出货口。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（本设计由于各种原因，无法达到此效果）。丽职院机电信息分院毕业设计62.2自动售货机控制方案选择尽管自动售货机的种类繁多，但是基于PLC控制的自动售货机在市场上仍然很少，PLC控制的自动售货机不仅开发过程简便，而且抗干扰性能好、可靠性高，从而提高整个系统的自动化程度。因此开发设计基于PLC的自动售货机具有广泛的市场前景，本设计就是选用PLC作为控制器，控制自动售货机。售货机系统具有如下功能：用户投入钱币后，由售货机系统内部所设置的硬币识别器对所投钱币进行识别，确认后根据用户各自的选择（选择咖啡或汽水售货机应完成自动出杯、自动计量、计数等功能。2.3本设计系统功能的要求1．本设计的自动售货机可以投入0.1元、0.5元或1元的硬币(实验时的钱币是一种假定情况，分别用3个按钮来实现)。2．当投入的硬币数额等于或超过1.2元时，汽水的按钮指示灯亮；投入的硬币数额超过1.5元时，咖啡的按钮指示灯再亮。3．在汽水按钮灯亮的时候，按下选择汽水按钮，自动售货机的汽水排出口（设计以指示灯来代替）的汽水排出7秒后会自动停止，在汽水排出的7秒时间的同时．汽水指示灯作每秒一闪的闪烁动作。4．在咖啡按钮灯亮的时候，按下选择咖啡按钮，自动售货机的咖啡排出口（设计以指示灯来代替）的咖啡排出7秒后会自动停止，在咖啡排出的7秒时间的同时．咖啡指示灯作每秒一闪的闪烁动作。5．如果投入硬币总值超过按钮所需钱数(汽水1.2元、咖啡l.5元)时，找钱指示灯会亮。6.找钱程序结束后，交易完成，系统复位。等待下一次的交易。基于PLC的自动售货机的设计7三、硬件的设计PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用PLC实施控制，其实质是按一定算法进行输入、输出变换。它主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路组成。PLC结构3.2PLC选型目前，世界上有2很多厂家生产可编程控制器产品，比较著名的有美国的AB、通用（GE）、日本设计所选使用的为日本欧姆龙公司生产的CP1H型PLC。CP1H型PLC是欧姆龙公司生产的一种小型PLC，CPU单元包括X（基本型）/XA（带内置模拟输入/输出端子）/Y（带脉冲输入/输出专用端子）三种类型。CPU单元内置24点输入，16点输出；出普通输出外，还可以实现4轴高速计数，4轴脉冲输出；丽职院机电信息分院毕业设计8内置模拟4点电压/电流出入、2点模拟电压/电流输出，分辨率1/6000、1/12000可选；通过扩展CPM1A系列的扩展I/O单元，CP1H经扩展整体可以达到最大320点的输入/输出；通过扩展I/O单元，CP1H经扩展还可以达到320点输入/输出。作为一种小型的PLC，CP1H型PLC可以实现多种功能，如：中断功能、高速计数器功能、脉冲输出功能、快速响应输入功能、串行通信功能等等，其优点可称为价格便宜，功能齐全。而且利用CX-P编程软件可以快速编程，简单易懂，硬件结构简单，编程十分方便容易，很适合做小型关于PLC的设计，CP1H满足本次设计所需要的输入输出点，因此本人在做此设计选此型号的PLC。3.3本设计的输入/输出信号本自动售货机的控制系统有7个输入和8个输出。本设计中的自动售货机的输入信号有：开关、3种货币的投入、选择咖啡按钮、选择汽水按钮、找零。其输入信号及电气符号表如表3.1所示。表3.1自动售货机控制系统的输入信号代码表SA1开关SB11角投入SB25角投入SB31元投入SB4选择汽水SB5选择咖啡SB6找零本设计的自动售货机的输出信号有：开关指示灯、咖啡跳出、选择咖啡指示灯、汽水跳出、选择汽水指示灯、找零。其输出信号及表3.2自动售货机控制系统的输出信号代码表HL1开关指示灯HL2选择汽水指示灯HL3选择咖啡指示灯汽水排出咖啡排出找零HL4找零指示灯基于PLC的自动售货机的设计93.4PLC外部接线设计丽职院机电信息分院毕业设计3.4.1咖啡、汽水出口控制咖啡与果珍的出口控制是用电磁阀来控制，当咖啡或汽水按钮被按下，此时KA1（KA2）得电，电磁阀开启，咖啡（汽水）流下，此时PLC定时器开始定时，定时时间到KA1（KA2）失电，电磁阀关闭。其控制电路图如图3.5所示：图3.5咖啡与汽水的出口控制电路图3.4.2出杯、制动控制本设计本来要使用一个小型电机对出杯装置进行控制。当PLC检测到有硬币投入时，此时KM3得电，电机启动并开始出杯，出杯后电机断电。其出杯控制电路如图3.6所示：图3.6出杯、制动控制系统装置图基于PLC的自动售货机的设计四、程序的设计该售货机的自动控制系统主要包括:计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统和退币系统。数,通过个数与币值相乘或者相加,把最终叠加的钱币数据存放在D2中。(2)比较系统:投入钱币完毕后,系统会把D2内的钱币数据和可以购买饮料的价格进行区间比较,如果投入的钱币不足则Y0指示灯亮,要求继续投入钱币,或者退币。当投入的钱币总值超过2元时,汽水指示灯Y1亮。当投入的钱币总值超过3元时,汽水和咖啡指示灯都亮,此时可以选择饮料或选择退币。(3)选择系统:比较电路完成后选择电路指示灯亮,当按下汽水或咖啡选择按钮,相应的指示灯转为1秒为周期的闪烁。当相应的饮料供应完毕后,闪烁同时停止。(4)饮料供应系统:当按下选择按钮时,相应的电机Y3或Y4启动。在饮料输出的同时,减去相应的购买钱币数。当饮料输出达到8秒时,电机停机。(5)退币系统:当顾客购完饮料后,多余的钱币只要按下退币按钮。系统就会把数据寄存器D2中的钱币退回。货币的识别：在硬币通道口设置3个第一电感检测器，当硬币通道中有硬币通过时输出一脉冲信号。设置的3个第二电感检测器及与之对应的比较器、A／D变换器，并在各第二电感检测器中放置不同金额的样品硬币，第二电感检测器输出基准脉冲信号。比较器比较第一、第二电感检测器的脉冲信号及基准脉冲信号，当脉冲信号与一基准脉冲信号相同时即判断投入硬币为相应样品硬币感应器工作原理：硬币通过投币入口进入由电容电感的组成高频电路所产生的磁场时，金属材质跟体积的差异对电感量的影响会出现差异，电感量的变化会影响震荡频率的变化，在通过检测频率的变化，与设定值进行比较，确定硬币的种类。按下选择按钮时，相应的电动机(Y3或Y5)同时起动，饮料输出的同时减去相应的购买币数。当饮料输出达到8s时，电磁阀首先关断，小电动机继续工作0.5s后停机。完成一次售货过程;如累计金额大于预设价格时,驱动商品后,相减差额由信号驱动退币,,并将金额累计存储器清零,。实现售货和退币找零功能PLC编程梯形图如图3所示。丽职院机电信息分院毕业设计汽水按钮X003得电，继电器M4闭合，时间继电器T1和T0开始即时，同时汽水电磁阀Y004开始工作，与之同时的汽水电机控制Y003也开始运行，8秒中后，汽水电磁阀Y004停止输送饮料。0.5秒后电机Y003也停止。咖啡按钮X004得电,继电器M5闭合，时间继电器T3和T2开始即时，同时咖啡电磁阀Y006开始工作，与之同时的咖啡电机控制Y005也开始运行，8秒中后，咖啡电磁阀Y006停止输送饮料。0.5秒后电机Y005停止工作。电机进行饮料的输出是由电机正反转来实行的，其原理图如图4所示正转：SB2按下一一线圈KM1得电一一线圈KM1常开触头吸合一一实现电机的长动正转反转：SB3按下一一线圈KM2得电一一线圈KM2常开触头吸合，常闭触头断开，KM1线圈失电一一实现电机的反转和自锁。系统可在顾客购完饮料后退回余币。按下退币按钮后，数据寄数器D2内的币数除以10，商的整数部分是需要退回1元的个数并储存在D1中；D1的数据除以5，商的整数部分是需要退回的5角钱的个数，并储存在D2中，依此类推、选择退币的同时起动3个退币电动机。3个感应器开始计数，当感应器记币的个数等于数据寄存器退回的币数时，退币电动机停止运转，如果大于找出币数则报基于PLC的自动售货机的设计4.5程序流程图丽职院机电信息分院毕业设计4.6PLC程序基于PLC的自动售货机的设计4.7运行调试会分别按所按的3个硬币按钮的数额累计，并且传送到比较指令的D1项。当投入钱的数额大于或等于12角或15角的时候，比较指令的大于等于的常开接点就会闭合，给选择的饮料灯一个反馈，灯咖啡灯（100.02）闪7秒，汽水、咖啡排出7秒后停止。汽水、咖啡排出停止后，程序中的减法指令启动，D1为被减数，所按饮料的数额成为减数，减去后得到数字D2,并且将D2传送到找钱器（本设计用计数器来表示）。以待找钱所用。当钱多于所支付的金额时，找钱灯（100.06）亮，按下找钱按钮（0.06机器开始找钱（找钱灯闪一秒，就代表找钱1角）。此次交易就结束了。找零结束后，计数器C1常开点闭合，MOV指令将D1清零，等待下次交易。丽职院机电信息分院毕业设计五、总结评价经过几个月的学习、研究以及经过高老师的指导。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PLC的部分。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。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。所以说，自动售货机是今后小商品和饮料销售方式的一个很好的发展趋势。它的出现将极大的方便人们购买所需要的小商品。基于PLC的自动售货机的设计致谢本论文是在高老师的悉心指导下完成的，高老师对学术的严谨和精益求精的工作作风给我留下了深刻的印象，受益匪浅。在大学三年时间里，导师为我们创造了优越的学习和实践环境，使我获取宝贵理论知识同时又在实践中不断提