【《基于PLC的自动售货机控制设计》9400字】

第第页共34页第二章自动售货机控制系统的整体设计方案（一）自动售货机的工作原理首先将货币从投币口中投入，通过传感器将投入货币的信息收集，并按“开始”按钮指示客户选择货物时可用的通信渠道，售货机会自动发送货物，直到客户收到钱，或者在没有足够的钱的情况下继续购买，购买者可以购买或投币。（二）自动售货机设计的基本思路本次设计的目的是设计一个自动售货机，该售货机便于自动售卖货物，并且能够积累货币价值，可以自动完成购买以及退币的功能。（三）自动售货机控制系统设计的内容1.主要内容1.1课题设计要求1.2自动售货机运行原理分析1.3完成硬件和软件设计1.4实现自动售货机的PLC控制2．课题内容2.1根据主体设计显示电路和图形连接2.2PLCI/O接口的设计2.3完成梯形图的设计2.4完成系统测试并达到控制要求该设计主要包括硬件设计和软件设计。设备设计包括:检查要求分析；选取PLC类型；I/O点统计信息；传感器选择；选择传动机构设计系统软件包括:I/O端口分布；自动售货机流程图；设计梯形图；梯形图的测试和仿真。拟解决的关键性问题3.1PLC控制系统设计；3.2制定PLC程序；3.3通过PLC对工作系统进行监测。这是自动贩卖机。PLC原理图简单介绍了PLC定义、、PLC编程语言、PLC硬件组成,以及在设计控制程序中的应用原理和基础知识,并通过PLC的基本知识设计了外部连接图形、内部尺寸分析和外部绘图等有关控制图的工具步骤。本设计的关键部分是第三部分的设计，其中充分理解了如何控制自动机。首先，必须根据设计内容和控制要求精确绘制顺序功能图，然后根据绘制顺序功能模式精确设计顺序功能图，然后模拟已开发的分类过程。自动售货机控制系统设计的步骤4.1更好地理解和分析自动售货机控制系统的要求。4.2根据识别PLCI/O点的分配器自动控制系统的要求识别所需的输入和输出设备。4.3根据点I/O的数目选择适当PLC类型。PLC点I/O的分布和I/O连接图。根据自动售货机控制系统的要求，为自动售货机控制系统制定一个尺寸程序。设计一个梯形图程序将使程序进入调整软件，发现故障，并改进梯形图程序。

第三章自动售货机控制系统硬件的设计（一）自动售货机的控制要求分析由于没有具体规定这种自动售货机控制系统的设计条件，因此在设计过程中提出了具体的假设。假设本设计中自动售货机的操作过程如下：自动售货机出售纯净水和牛奶产品。1、在这个售货机上可投放1元、5元或十元的钱币。2、当所投入的硬币总额达到两元时,可购买纯净水按钮指示灯亮;当投入金额超过或等于五元时,所有纯净水和牛奶按钮的指示灯都点亮。3、当纯净水按钮灯亮时,再按下纯净水按钮,则纯净水在排出两s后自动停机,这一时间内,所有纯净水指示灯都闪烁动。4、当牛奶按键灯亮时,再按下牛奶键钮,则将牛奶排出两秒后自动停机,在排出这两秒的过程中,牛奶下方指示灯闪烁。5、当输入硬币总额超过按钮所要求的硬币数时,找钱指明灯点亮,表示找钱动作,并退出所有剩余的硬币,找钱、纯净水和牛奶的指示灯均为6.3V指示灯。（二）PLC型号的选择2.1、PLC的概念可编程控制器是根据电器和计算机设备的控制技术开发出来的，并逐步配备了一种新的工业控制设备，其中包括自动化、计算机和通信技术。PLC是一种以微处理器为对象的数字控制计算机，它具有特殊的特性，尽管它们的特性不同，但由不同制造商创建的可编程控制器就像标准的控制设备，在组件结构、操作原理和编程方法上基本相同，就像在许多其他领域中一样。2.2、PLC的工作原理PLC用户的任务是在系统程序管理下执行应用程序。在硬件和软件方面进行了一些初始操作，并连续进行了若干阶段的工作（见图3.1）。读取输入读取输入执行用户程序处理通信请求诊断检查改写输出执行用户程序处理通信请求诊断检查改写输出RUN模式STOP模式图3.1扫描过程2.3、PLC的循环扫描在所有应用中，CPU根据第一命令序列号进行周期性扫描，在没有跳跃命令的情况下，按第一命令的顺序执行用户程序，直到程序退出，并返回第一命令。程序执行过程如图3.2所示。输入端子输入端子输入映像存储器执行程序输出映像存储器输入锁存电路输出入端子用户输入设备寄存输入状态读读写用户输入设备寄存执行结果用户输入设备输入采样程序执行输出刷新图3.2程序执行过程流程图2.4、PLC的硬件组成PLC元件一般分为中央处理器(CPU)、内存、进入出口元件、输入输出装置、通信接口、扩展端口、供电设备以及其他部分及其硬件结构。硬件结构如图3.3所示。ROMRAM编程器，打印机...接受现场信号ROMRAM编程器，打印机...接受现场信号中央处理器CPU存储器外设接口I/O扩展口I/O扩展单元输入接口输出接口电源驱动被控设备图3.3PLC组成结构框图2.5、PLC的编程语言PLC提供了一种编程语言，通常包括以下五种类型：顺序功能图、梯形图、功能框图、指令表和结构化文本。其中指令表和结构文本是书面语言。2.6、PLC的主要特点1稳定、可靠和耐干扰的操作2设计、使用和维护方便简单3简单、直观和容易使用的编程语言4系统的适当性、功能性和适用性5综合通信技术和互联网低容积、低重量和低能耗选取符合您自己设计需求的PLC非常重要。目前国内外制造商可编程PLC生产控制，达到数百种品种，性能特点也各不相同。必须考虑到设计的各个方面，并选择最适合当前设计的自动化系统。PLC容量的选择应符合设计检查要求，并应考虑到避免将来需要更多空间的需要。逻辑语句占用存储词的存储空间。同步、计数、偏移、算术和数据传输等语句占用了存储空间。总的来说，需要有大概四分之一的实际需求得到考虑。对自动售货机系统设计控制要求的分析表明，该设计包括一个硬币和3个纸币输入，即1元硬币和纸币的输入、5元纸币输入和10元纸币输入，以及3个开关按钮。即购买纯净水按钮、购买牛奶按钮和退钱按钮，三个输出都有对应的一个个指示灯。本设计使用一个小电机控制饮料和硬币的找零。此设计使用三菱FX-2N系列PLC来满足设计要求。在这个系统中一共有七个输入点，六个输出点。（三）电机的选择电动机的选择我们可以参考电机驱动的负载类型，电气模型，额定的功率，电压，电流，转速等。电机型号，电流，电机的转速首先根据自动售货机的需求，设备需要的转速要求来选择最高转速，有无调速，来选择电机的额定电流类型。（例如直流电或交流电）再根据具体的供电情况确定选择的电压。接着按照电器与生产机械设备之间的装配情况,以及电机需要装配的位置周围的环境，来确定选择的电动机类型。再根据配电情况，选择输出功率。如果在已有的产品中，没有我们需要的，我们可以向厂家订购符合具体需要的电动机。2.电动机型式种类的选择选择电动机是从提供电源是交流电还是直流电，电动机的工作环境，电动机工作方式，电动机的功率和转速，是否需要变速等。①首先选择使用三相鼠笼型的异步电动机。由于其构造具备机器操纵简易、坚固耐用、管理工作安全可靠、产品价格便宜和维修简易的特点,不过它的主要不足之处是机器调速复杂、输出功率因子较低、起动扭矩大和起动转矩较低。所以通常应用于成为对机械特性较硬或无特定调速需求的普通制造设备的驱动,如生产普通的发电机和效率低于一百千瓦的自动水泵或风力发电机的生产设备。②虽然绕线型电机的价格比马笼型电机高,但它的机械特性也可以采用对转子加电流的方式进行调整,从而可控制起动时输出电压和增加起动的转矩,因此也可应用在电源容量较小,但电机输出功率很大而有一定调速条件的工作场所中,如某种升降装置、卷扬提升装置、锻压机和重型机械中的横梁移动等。③当调速范围较低时，可先选用滑差电动机。该电动机因其安装位置的不同可分为卧式和立式两种。一个水平安装，一个竖直安装，所以两种电机不能更换使用使用。在正常情况下我们尽量选用卧式电动机，因为立式电动机价格较贵。3.电动机防护型式的选择电机的保护类型有许多,实际中选型时需要针对不同的工况环境选用合适的保护类型电机。电动机的保护类型有启动式、保护型、全封闭、防爆型、潜水式等几种。一般情况下采用开启式,由于其价格较便宜,但其只适合于干燥洁净的环境,全封闭类型的电机，适用于灰尘较多，较为杂乱环境，也适用于较为潮湿的环境，当用于水下作业时，则选用潜水式。当处于易燃易爆炸的环境中工作时选择防爆型。4.电动机电压和转速的选择自动售货机电机电压的选择，要根据具体配电情况来选择，如放在学校商场等地方，就应该选择220V，工厂内使用时则为380V。电动机的转速选择，首先根据转速和转矩之间的关系来选择，在自动售货机中使用的电机，最主要的是电机大小尺寸，尽量要选择较小的，因为转矩越小，通常情况下最大转速就越大，自动售货机转速大概在2000左右，所以选择转速愈高的电动机，体积尺寸就越小，则经济性愈好，但如果因此而造成发电机和被驱动机之间的最高速度差距过大的话,所要装设减速装置的驱动级数也越大,这样将会增加安装成本费用和传动系统的电能消耗。所以就必须进行分析比较择优确定。目前人们一般使用的电动机,主要都是采用4极1500r/min的电动机,由于这个最高速度的电动机适用广泛,而且其功率因数和工作效率都很好。自动售货机在顾客消费后，将产品送出的方式是由电动机推动弹簧再由弹簧将产品推落至顾客可以拿到的取物槽。所以结合产品送出方式，选用步进驱动电机，步进电机控制器要接入24V左右电源，能够发出平稳的脉冲信号，进入步进电机驱动器，然后再由步进电机驱动器转换成电流信号从而控制步进电机运作，精确的脉冲数量可以控制电机旋转角度，而旋转速度则是由脉冲频率控制。电动机主要有三条线路:开关电源、地线和反馈信息(电动机转一圈送出某个低电平)。在机械制造中使电动机的转圈时刚好出现了一种饮料,电动机转圈的时候形成了一种反馈信号,此信息使电动机停止运转,还有一些情形则是当红外侦测到有货物掉落,则电动机停止运转。综合总结一下电机的选择要适应再人群密集的地方所以噪音要小，震动要轻，还要节能减小成本，步进电机工作效率要高，要能够长时间平稳工作。所以此设计选用的电机型号为YCT200-4A三相异步滑差减速电机，其体积小，价格适中，防水防潮，在-25℃到40℃环境下可以正常使用。（四）货币处理装置货币的处理有三个设备，一是投币检测的输入检测设备，二是假币检测设备三是退币输出设备，当输入和输出处于基本状态时，将使用基本状态信号(除此之外)将设备连接到输出设备。当前正在测试期间运行的货币标识符具有一个感应线圈,该感应线圈可检测单个元素(如材料、大小和其他材料)的真实性和真实性,具有不同的磁场变化,可以通过电子方式进行分析、研究和识别,更高级的测试还可以使用聚酯光谱分析。有许多货币识别符号,但货币退给机制基本上分为两类:平面货币和电磁货币退给另一种类型是圆柱形水箱、步进电机、反向器。根据自动售货机的要求,选择一个平面备用装置,一旦识别到货币,就会释放出一个退款电磁铁和其他物品;当您收到钱以寻找零电子信号时,会将真硬币分配到不同价值的备用零件中;根据信号的流程启动储存库内的一个底部货币,并使用回线或马达手柄在自动售货机中完成退款。货币处理装置流程如图3.4投入状态检测装置投入状态检测装置退还操作检测装置规定的基准状态外部装置外部输出装置图3.4货币处理装置流程图（五）送出机构现在市面上自动售货机类型较多，各自的形式也大不相同，送出商品的方式更是不一样，大致有以下几个类型。（1）旋转式送出机构这种送出装置把饮料放在螺旋导轨上，并在自动售货机的最下方设计一个取物槽，用电机带动螺旋导轨转动，当饮料进入开口时，就会掉入下方的取物槽中。该槽是最常用的分配机构,需要更大的转矩和更高的价格。（2）转盘式送出机构上面是一个巨大的喇叭形饮品储存容器,底部则是一个周围有若干个圆槽的金属转盘,可以利用转盘的转动将饮品掉入转盘周围的凹槽中,并被售出。这样送出机构就必须很大的扭矩来推动和占据很大的空气,甚至还会产生卡死现象。（3）滚筒送出机构传输机构包括阶梯梁和滚轮,您可以在其中放置多个由步进电机驱动的饮料瓶,这些饮料瓶通过梁和滚轮之间需要更高旋转精度的不同开口距离来控制产品的跌落。这种装置需要更精确的脉冲频率来精确控制电机的旋转角度。（4）弹簧推动式送出机构该机构由螺旋弹簧和连接在弹簧末端的电机组成,该机构使弹簧绕圈旋转,并将其压入饮料瓶中,设计的产品传递装置主要由槽、杆、拉伸销、直线步进电机和前后侧面板组成。如下送出机构示意图3.5所示.图3.5送出装置示意图如图3.5所示为送出装置的工作流程,当销售机构处于向下开槽并通过阻力锁定顶部饮料的状态时,销售机构工作。当自动售货机接收到信号时,直接的步进电机就会启动,并对推动齿轮向上和向下的杠杆作用。在链轮的上半部分,槽将从开口向下移动到槽中,然后在该槽的下半部分插入一个饮料,槽的开口将向上旋转,并将饮料移向供给侧,从而引导一个饮品往出货侧晃动,并且槽轮的阻货面堵住了后面的饮品,发电机也停止工作,这就实现了一个饮品的出口。（六）按钮装置自动售货机的按键设备,其特点就是同时配备了操纵按键和基板,操纵按键设定在控制面板上,而基板则设定在操纵按键侧的相反侧面,同时设有表示部门和检查机关,显示部门表示了与操纵按键相对的讯息,而检查机关则用来检查操纵按键的动作,而指示部门则位于基板上的与操纵按键方向不相向的地方。参考文献第四章自动售货机控制系统软件的设计（一）PLC软件系统设计的方法软件系统的设计方法包括图形编程、实验编程和计算机辅助编程。图形化编程主要是设计一个规模的PLC程序。在设计之前，请选取符合您设计需求的程式，然后根据您自己的设计规格进行调整。计算机辅助编程主要使用PLC编程软件、在线仿真软件等用于计算机编程和编程。在此设计中，使用梯形图方法。（二）I/O口的分配I/O口分配如表4.1所示。表4.1I/O口的分配表输入输出M0购买纯净水Y0可以找钱指示灯M1购买牛奶Y1纯净水指示灯M2Y2牛奶指示灯M3退钱按钮Y3找钱指示灯M41元Y4出纯净水M55元Y5出牛奶M610元M7M8M9（三）自动售货机控制流程图设计投入钱币投入钱币钱币计数A商品指示灯选择商品商品输出钱币比较AB商品指示灯报警余额计算是否退币退币结束工作遭受外部破坏图4.2自动售货机控制流程图是钱币不足大于等于12元大于等于16元是否（四）自动售货机控制梯形图程序的设计根据自动售货机控制系统，我们可以将自动售货机控制系统的任务分成若干主要设计部分，包括货币测量部分的设计、比较部分的设计、选择部分的设计、余额计算部分的设计和退币部分的设计。4.1、投币程序M4、M5、M6为投币识别，每一次投币就要识别，三个信号的其中一个就要被接通一次，投币的金额就会在寄存器中累计，投币过程不允许有退币的操作。其具体梯形图如图4.3所示：图4.3投币梯形图4.2、价格比较程序在整个销售过程中，必须在整个过程中进行价格比较，条件是当余额超过商品价格时，指示哪些产品可以购买的信号。比较控制器的操作原理是当比较数1和2被关闭时，后端电路被连接；如果比较接触被打断，后端电路就不被连接。比较触点等于在建立比较关系时关闭的条件驱动触点；如果没有直接触点，则断裂触点。本文设计的自动售货机当总价格大于等于2时，纯净水指示灯亮，当总价格大于等于5时，汽水牛奶指示灯同事亮起，其价格比较梯形图如下图4.4所示：图4.4价格比较与指示灯梯形图4.3、选择商品和送出部分程序当投入金额满足商品价格时，对应的商品按钮指示灯亮，只有当指示灯亮时，按下按钮，商品才会被送出，按钮不亮时，操作无效。还需要有常闭触点互锁，防止同时选择两种饮品。部分梯形图如下图4.5所示：图4.5选择商品程序图当纯净水按钮灯亮时，按纯净水按钮，则纯净水排出2s后自动停止，这段时间内，纯净水指示灯闪烁图4.6出纯净水程序图当牛奶按钮灯亮时，按牛奶按钮，则牛奶排出7s后自动停止，K70即代表延时7秒，这段时间内，牛奶指示灯闪烁动图4.7出牛奶程序图4.4、找钱退币程序机器有余额时退币灯亮，由M3按钮控制，M8013是常开开关，自锁，保证选择退币后，能够继续执行其功能，下面T=30，是指示灯亮3秒。其找钱程序如图4.8所示：图4.8找钱程序梯形图对剩余的钱进行检测，有两种退币的情况，一种是余额大于五，先退五块，在对剩下的进行检测，大于一小于五时，退出一元的纸币或硬币。其退币程序如图4.9所示：图4.9退币程序梯形图

第五章自动售货机控制系统上位机设计与仿真调试（一）触摸屏和软件选择触摸屏采用三菱GOT1000系列的触摸屏GT1575-VTBA触摸屏。它带有10.4英寸的TFT彩色显示屏，分辨率640x480,它的显示和操作界面可以通过组态软件GTDesigner3自定义，三菱FX系列的PLC为了与触摸屏通信，使用了FX2N-232BD的拓展接口板。监控软件使用三菱公司的触摸屏编程软件GTDesigner3,GTDesigner3是最新用于三菱自动化GOT1000系列图形操作终端的画面设计软件，并且集成有GTSimulator仿真软件，具有仿真模拟的功能。此外，GTDesigner3的仿真软件GTSimulator能和PLC仿真软件GXSimulator实现无缝连接，能实现仿真系统的操作员站（OS站）和自动化站（AS站）之间的通信。（二）界面设计系统主界面设计如下，点击五角星按钮可以进入系统监控界面，如图所示图5.1主界面图5.2监控界面（三）系统仿真图5.3程序调试随后启动在GTDesigner3中设计好的组态界面，点击模拟按钮进入仿真界面：系统仿真前需要对所设计的程序进行模拟调试，当调试完成之后启动仿真软件建立连接，程序调试结果如图所示：图5.4仿真界面点击一元然后点击五元按钮，可以看到余额变成了六元，并且可以找钱按钮亮起，并且在60秒内没有任何操作，系统将自动退币，如图5-3所示。图5.5自动售货机投币仿真当投币数量达到12时，可以发现汽水指示灯亮起，如图所示图5.6自动售货机汽水指示灯仿真当点击纯净水按钮之后，系统左下方倒计时，延时七秒后纯净水出，如图所示图5.7购买汽水仿真图当余额大于16时，纯净水牛奶指示灯同时亮起，如图所示图5.8购买汽水仿真图点击退币按钮之后，退币指示灯闪烁，系统内余额清0，完成退币操作，如图所示：图5.9退币仿真图结论本文基于我国自动化售货机的开发，进行自动售货机控制系统的分析与设计。主要内容如下：1．了解和分析自动售货机控制系统的要求。2．根据自动售货机控制系统的要求和原则，识别所需的输入和输出设备，并识别系统的I/O部分。3.系统硬件的设计是为了根据I/O点的数量选择适当类型的PLC，感应装置类型，货币机构，商品输出机构。4.系统软件已开发。I/O点，设计I/O连接方案，然后将自动控制系统的任务划分为几个主要部分，其中包括：投币部分的设计，价格比较设计，选择商品设计，退钱程序的设计。5．组态设计，调试好的梯形图程序，发现错误并改进梯形程序，但由于缺乏实际的调试设备，我使用设计的模拟软件来模拟PLC，发现并纠正了一些错误。但是，在某些方面我认为我可以进一步学习和提高它，只是因为我的能力有限，我不能进一步改善。参考文献[1]裴进灵.一种新型自动售货机的研制[J].科技情报开发与经济.2002,(12):141-142.[2]GuHong.QiaoShuang.TianJiang.AwirelessvendingmachinesystembasedonGSM[A].Proceedingsofthe6thWorldCon-gressonIntelligentControlandAutomation[C].Dalian,China,2006:8501-8504[3]白丽.自动售货机:第三次零售业革命[J].电子商务.2005,(3):64.66[4]余世明.晁岳磊.缪仁将.自动售货机研究现状及展望[J].浙江工业大学信息工程学院,杭州310014[5]SakaiH.NakajimaH.HigashiharaM,eta.lDevelopmentofafuzzysalesforecastingsy