【《基于PLC的自动饮料售货机系统设计》12000字（论文）】

基于PLC的自动饮料售货机系统设计摘要：自动化时代的产物有很多，其中自动饮料售货机便是其中的一种,自动饮料售货机的问世使得人们的生活购物更加方便快捷。自动饮料售货机能够长时间、不间断地正常工作，相对于商店门铺而言，自动售货机的优势在于占地面积小了许多，不需要额外的人工看管等等，减少了投资和人工费用。本设计采用FX2N-48MR作为控制器件，通过纸币识别器、硬币识别器检测投入货币的真伪，通过检测的钱币会被后续的红外线传感器和电涡流传感器检测到，并向PLC发出投币信号，在顾客购买完饮料后将饮料送至出货口并且对余额进行找零，本设计操作方便，易与维护，性能稳定，销售的饮料种类丰富。关键词：自动化可编程控制器智能商业目录1.1研究背景 11.2自动售货机的历史与现状 11.3本课题研究的目的及意义 3第二章自动饮料售货机PLC的选型 42.1可编程控制器的硬件系统概述 42.2输入/输出接口(In/Out)要求 42.2.1输入输出接口数量要求 52.2.2输入接口类型要求 52.2.3输出接口类型要求 52.3可编程控制器选型 42.3.1PLC品牌选择 52.3.2选定具体型号 52.3.3FX2N系列可编程控制器的介绍 5第三章自动售货机的功能分析 43.1自动饮料售货机系统操作过程 53.2设计思路 5第四章自动售货机的硬件系统 44.1控制要求 44.2红外光电传感器 64.3电涡流传感器 84.4数码管显示 84.424V直流电机 94.5纸币识别器原理 104.6硬币识别器原理 124.7I/O地址分配表 134.8外部接线图 15第五章自动售货机的软件系统 155.1设计思路 155.2状态流程图 155.3控制程序功能说明 165.3.1钱币计数和清零程序 165.3.2启动停止辅助继电器 165.3.3投币功能 175.3.4余额显示 175.3.5选择饮料类别 175.3.6饮料的排出 185.3.7找钱 19第六章设计总结 21参考文献 23附录 24附录1总梯形图 24附录2指令介绍 28第一章绪论1.1研究背景伴随着现代自动化科学技术的发展与进步，“无人零售”[1]、“自动售取”、“无人超市”等热词不断地冲击着用户的大脑，这种不需要人们监守的机制能有如此大的进步还得益于自动化专业的进步，在自动化专业的光环下，用户向智能化又迈进了一大步。尤其是像车站这种人口密度大、人流量大的公共场所，“无人”的程度最高。例如：当用户需要乘坐交通工具出行时，用户需要购买车票，但售票窗口往往是人满为患排起了长龙，这时候无人售票机出现了，用户只需要选择出行的方式、终点然后付费即可快速购买车票，而无需在人工售票窗口进行缓慢的等待；当到了用户该出行的时间时，车站都会进行检票制度，相对于人工检票的低效率，自动检票机只需要将用户的车票或者身份证放到指定感应区域即可快速检票；当用户进行长途出行时，难免有时候会感觉到口渴和饥饿，这时食品、饮料自动售货机的优势体现出来了，食品、饮料自动售货机可选商品种类繁多，能够让用户快速定位想要购买的商品，支付方式的多样（纸币、硬币、银行卡、云支付）给了用户更多的选择；自动售货机售卖的物品除了车票、食品之外还能够售卖香烟、日用品等等。无人零售主要是基于自动化控制技术实现无人值守的零售服务，现在多通过线上线下的融合，带来多样化、定量化和标准化的购物体验。新零售方式主要有自动售货机、无人便利货架和无人商店，其中最早出现的是自动售货机，应用场景也最为广泛。经过这几年的快速发展，我国的居民经济水平有所提升，居民购买能力和要求上升，因此自动售货机投放的数量也大幅度的增加，并且售卖的产品也更加丰富多样化，特别是人们对生活品质追求的日益提高，新鲜食物类产品愈来愈受到人们的喜爱，例如：最新型的自动售货机能够提供鲜切水果，现磨豆浆、咖啡等即时制作的食物，更有甚者能为顾客提供不同的口味的冰激凌，根据顾客选择不同的口味混合搭配后，再进行现场制作。由此可见自动售货机的发展前景十分巨大。1.2自动售货机的历史与现状要说到自动售货机的历史，自人类有记载以来，最早可以追溯到公元前215年，古希腊某个寺院中出现了“自动圣水售卖装置”;在我国的历史中，后晋时期就有了投掷铜钱售卖毛笔的装置.但这些售货机都仅仅是一个雏形，功能结构并不完善。世界上现存历史最悠久的自动售货机便是1615年英国的一个小酒吧中进行售卖香烟的自动售货机；八世纪八十年代初，英国又陆续出现了明信片的自动售货机，自此之后自动售货机正真意义上登上了历史的舞台。随后，在十九世纪八十年代前后，日本美国两个国家先后出现了第一台自动售货机，并且在这两个国家得到了巨大幅度的发展，直到今天日本和美国的自动售货机市场已经趋近于饱和，日本人均自动售货机占有数位居世界第一，数量约在5850000台左右，平均23人拥有一台。而美国拥有的自动售货机数量约在6980000台左右，平均43人拥有一台，仅次于日本[2]。中国引进的第一批自动售货机是1993年，主要投入地点是在沿海地区的广东和上海。由于当时的售货机纸币识别技尚未成熟，仅能使用硬币购买商品，到后来货币识别技术和互联网的发展，才逐渐支持纸币，电子货币等等。我国首台自主研发的自动售货机于1995年北京诞生，宣告着我国拥有研发、制造自动售货机的技术。到1999年时，国产的自动售货机开始进行大批量的投放，自动售货机才开始走向大众，但由于当时自动售货机的制作成本本就不低，外加人们的消费观念没有得到改变，所以即便是投入量大，整个自动售货机行业发展却发展缓慢。到2017年，随着国内经济的快速发展，在公共区域大概投放了200000余台自动售货机，年均增幅超过了百分之二十五，得益于移动支付和AI的发展，自动售货机的市场又得到了良好的发展。从2003年到2017年几年之间，与自动售货机相关的新企业就成立了九十余家。随着科技发展自动化技术的成熟，未来自动售货机会拥有更多丰富多样化的功能，除了更加智能外，它将拥有更强大的智能，更多的销售商品种类，更节能和相对而言更小巧的体积。可以预见自动售货机和互联网完美结合后将会是多么强大智能，未来可能出现能够自动在仓库补货，并且流动销售的自动售货机，它还能够根据物理定位、周边经济情况提供浮动的价格。可以说自动售货机的前景是十分巨大的，最早雏形到现在的高智能，自动售货机不仅见证了人类经济消费观念，购物方式的改变，更体现了当代科技、自动化技术的程度。图1.2售货机外形1.3本课题研究的目的及意义自动化技术的进步，推动了社会的发展，相对于非自动化的设备，自动化设备具有以下优势：能够极大限度的提高工作效率和质量；能够长时间的在比较恶劣的环境下工作，例如：烟雾粉尘、光线昏暗、油腻污垢和大噪音等会对人身体有害的环境；由于是程序控制，能够长时间地进行准确高精度的工作；和传感器组合时，拥有一些人类难以达到或不具备的能力，例如：超大数据的计算，测量红外、紫外光，感知次声波等等；可以同时相应多个现行激励，但是人往往智能同时相应一个。可编程控制器（以下简称可编程控制器），起初是专门为工业环境所设计的自动化设备，但可编程控制器现在早已应用到各种军事、商业、医疗等方面了，它的潜力无限巨大，认知了解可编程控制器，能够基于可编程控制器设计自动化产品对用户电气工程及其自动化专业帮助十分巨大。第二章自动饮料售货机PLC的选型2.1可编程控制器的硬件系统概述到今天为止，可编程控制器是多型号多规格的，但基本原理和构成都基本相同。可编程控制器的核心结构是微处理器（Microprocessor），它由一部分或者几部分大规模、超大规模的集成电路组成，它们能进行执行控制和算术逻辑运算，此外，微处理器还必须能够精准快速的对指令进行读取和执行，及时的和外部的储存器或者逻辑部件进行交换信息等等。可编程控制器可以大致视为用户所使用的微机，中央处理器、存储器、输入/输出接口是组成它的几大部分[4]。下图是可编程控制器的基本结构：图2-1PLC的基本结构框图2.2输入/输出接口(In/Out)要求PLC选型的重要依据之一便是根据输入输出接口的数量和类型进行选择。下面将分别通过数量和类型分别的需求分别选择出符合条件的PLC输入输出接口类型。2.2.1输入输出接口数量要求2.2.2输入接口类型要求输入接口电路有直流输入电路、交直流输入电路两种。PLC的所有输入输出接口都采用了光电耦合，能保证内外电路在物理上进行隔离，当外部电路发生严重的故障，例如短路时，可以保护昂贵的可编程控制器不受到到损坏。在本设计中，输入部分更多的是属于开关类的器件，使用PLC本身提供的24V伏的直流电源已经足够，从经济和性能方面的考虑，所以选用直流输入接口的PLC已足够。交直流输入接口电路则在直流输入接口电路的基础上，将光耦合器更换为双向交流光耦合器，在原有面板的LED指示灯的两侧反向并联另一个LED指示灯。下图是晶闸管输出接口电路：图2-2可编程控制器直流输入接口电路2.2.3输出接口类型要求可编程控制器的输出接口总共能输出三种类型的信号：直流、交流、交直流。它们输出的开关器件也因此不同，分别为：晶体管、晶闸管、继电器，一般的可编程控制器输出接口的理论电流在0.5A~2A之间，负载工作则需要外部电源提供，这三类不同的输出方式的接口同样与可编程控制器内部进行了物理上的隔离，同样也是为了保护可编程控制器。三种不同类型的输出接口电路分别如下图所示：1、晶体管输出：输出部分的开关器件是晶体管。可编程控制器内部通过光耦合器与晶体管耦合，因为晶体管的特性，只能带直流负载。此类输出方式无触点，所以响应速度快，不会发生触点接触不良的情况，此次设计的自动饮料售货机使用直流24V驱动电机，所以基于控制系统硬件的要求，可以选择晶体管输出类型的PLC。下图是晶体管输出接口电路：图2-3可编程控制器晶体管输出接口电路2、晶闸管输出：输出部分的开关器件是晶闸管。因为晶闸管的特性，只能带直流负载。无触点，所以响应速度快，不会发生触点接触不良的情况，本设计中，输出部分是直流负载，而晶闸管输出类型只能带交流负载，故晶闸管输出类型的PLC不适合选择。下图是晶闸管输出接口电路：图2-4可编程控制器晶闸管输出接口电路3、继电器输出：输出部分的开关器件是继电器，双向晶闸管只起到以直控交的作用。继电器输出属于有触点的输出类型，所以能够带直流和交流负载，相比其他两种输出方式，能够允许通过电流较大，虽然继电器方式输出比其他两种输出方式速度慢，但它的在售货机系统中，可以忽略。考虑到后续售货机可能会因为升级接入新功能的电气设备，所以继电器输出类型的PLC是本次设计的最佳选择。下图是继电器输出接口电路：图2-5可编程控制器继电器输出接口电路2.3可编程控制器选型可编程控制器按照结构可以分为整体式和模块式两种，整体式一是中小型可编程控制器，体积小，对于大部分的个人、商业等控制系统都能够满足模块式的可编程控制器是大型可编程控制器，拥有更多的I/O口，适合更复杂的工业控制环境，而且可以根据环境需要，选择种类丰富的扩展模块，可以完成非常特殊的控制任务。可编程控制器选型主要是通过经济性和功能性来确定的，想要好的经济型，那么比功能性可能满足不了，而选择好的功能性，那么经济性可能又会太差。所以需要根据实际情况选择合理适用的可编程控制器，兼具一定的经济性和功能性，同时还必须考虑未来发展需要，例如系统更新升级，控制环境变得更加复杂等等。首先根据控制情况确定I/O点数和输入输出接口的类型，在确定点数的基础上额外留有15%~20%裕量，避免后续如有系统升级导致点数不够的情况发生；除此之外，还能够确保在已使用点数中发生了个别故障，系统依旧能够正常运行，能够替换。2.3.1PLC品牌选择日本三菱（Mitsubishi）生产的可编程控制器在我国拥有很大的保有量和使用量，三菱生产的可编程控制器主要有FX系列、Q系列和A系列。FX系列是三菱生产可编程控制器中的小型一体机系列，FX系列拥有较小的体积，还拥有高效的处理速度，在个人和工业环境中应用最多；三菱为了满足国内用户对高性能的需求，Q系列的可编程控制器也就由此而生，前身是A系列，属于大型可编程控制器，所以它采用了模块式的结构，并且它还拥有高性能和低成本的优点；A系列可编程控制器则是三菱使用了自家专用的顺控芯片（MSP），它的运行速度和指令都可以并肩三菱的其他大型可编程控制器系列，它拥有很多特殊模块，例如定位、温控等等。对于本次设计，选用小型可编程控制器即FX系列已足够，下面就详细介绍FX系列。2.3.2选定具体型号确定选择三菱FX系列后，需要对FX系列中的子系列进行选择以确定具体的PLC型号，在这里通过前面输入输出接口的要求进行选择。可以通过三菱FX型号命名规则选定最终使用的PLC。FX系列可编程控制器命名中包含了前半部分的基本单元和后半部分的扩展单元，均用字母和数字表示，下图是FX系列型号含义：图2-7FX系列型号命名规则1、系列名称，FX表示是属于小型可编程控制器系列，而后面两个空位则用来表示子系列，例如：1S、1N则表示该可编程控制器是属于三菱生产的第一代的可编程控制器，如果是2N则表示是该可编程控制器是属于三菱生产的第二代可编程控制器，目前最新的是第三代可编程控制器：3U、3G子系。第三代PLC属于大型PLC，更适用于复杂的工业控制，处于对成的考虑，本设计中可以选择2N及其以下代数的PLC；2、输入输出总点数，例如FX2N-16，表示该类型的可编程控制器输入输出总点数是16点，选用时应根据自身控制要求需要和考虑是否升级改造来选用合适点数的可编程控制器。本设计中，输入部分的端口数量有14个，是对端口数量要求最多的部分，所以选择的PLC输入端口数量必须满足控制系统要求的最小值，即输入端口数量≥14，那么根据PLC输入输出对称，输入输出总点数至少需要28个；3、单元类型，M-基本单元，E-输入/输出扩展单元模块，兼具扩展输入和输出模块扩展的功能；EX为输入专用扩展模块,只能用于扩展输入口点数；EY为输出专用扩展模块，只能用于扩展输出口点数；EX和EY的区分方法是，X代表着可编程控制器的输入端，所以EX是输入扩展专用模块，而Y代表着可编程控制器的输出端，所以XY是输出扩展专用模块。当因为控制条件改变，系统升级等等原因导致现用型号的可编程控制器的I/O口点数不足时，便可根据条件选用合理的扩展模块。本设计中，控制条件相对简单，基本单元本身自带的输入输出接口在选型时已经考虑到，所以基本单元能够满足控制要求，无需购买或者扩展专用的输输出单元模块；4、可编程控制器的输出形式，可编程控制器的输出形式总共有三种，前面小节里有介绍过，这里不再赘述。R代表继电器输出，能带交直流的设备；T为晶体管输出，只能带直流设备；S为双向晶闸管输出，只能带交流设备。本设计中，可以选用R和T输出方式，前面已经选择为继电器输出方式；5、特别种类，如果铭牌上没有这部分，则表示该可编程控制器是通用的可编程控制器，通用可编程控制器为AC100~120V、DC输入、横式端子排、标准输出；若铭牌上有这部分，则不同字母代表了不同含义，D-DC直流电源，且输出模块也为直流；A1-AC输入或者输出的模块，工作电压为100~120V之间；H-大电流输出扩展模块，通常一个输出点能通过的电流为1A；V-立式段子排的模块；C-接插口输入/输出方式模块；F-输入滤波时间常数为1ms的扩展模块；L-TTL电平输入扩展模块；S-独立端子，无公共端的扩展模块。本设计中，无需特别种类的PLC，故特别种类的PLC系列排除。经过上述的分析，最终选定本设计的PLC型号为：三菱FX2N-48MR，是属于基本单元类型的PLC，能够单独使用。输入输出接口各有24个，总计48个，满足总数量≥28个，且还留有一定裕量。输出类型为继电器输出，符合预期选定的类型。2.3.3FX2N系列可编程控制器的介绍因为本次设计所选用的可编程控制器为三菱FX2N系列的可编程控制器作为控制系统的核心器件，所以这里就着重介绍FX2N系列可编程控制器的性能和参数。FX2N的性能和规格：该系列可编程控制器的运算方式为反复执行，用户在写入可编程控制器用户程序后，可编程控制器开机自检完成后如没有硬件故障，且程序没有实质性的错误，可编程控制器就会无限循环的执行所写入的程序，这种程序结构大部分都是顺序式的程序结构，前面2.2.3小节有介绍，不再赘述。具有终中断和恒定扫描功能。可以使用梯形图（LAD）和指令表（IL）完成大部分的编程控制，也可以用步进梯形指令（指令为STL）或顺序功能图（SFC）来编写有顺序控制要求的程序，FX2N有27条顺序控制指令，2条步进指令。FX2N变更程序时不需要停止，即便是在运行中也可以进行程序的更新写入，也就是说如果已经在进行现有生产，对程序进行改写和更新不会并不需要对可编程控制器进行停止操作[7]。拥有十六位变址寄存器V0~V7以及Z0~Z7。变址寄存器的多少一定程度上反映了可编程控制器的寻址能力，数据处理能力。每条基本逻辑控制指令的执行时间仅需要0.08微秒；应用指令执行时间仅需要几百微秒。FX2N系列采用了基本和扩展单元的组合的结构模式。本身自带固定的I/O口，可以作为单独的可编程控制器使用，若情况需要可以接入扩展I/O扩展模块（包括模拟量的I/O模块），最大可扩展到256点。FX2N系列的应用指令相比于之前1N、1S系列增加了不少，拥有132种，309条，拥有传送、移位、求补和代码转换等新增代码。除此之外编程元和用户程序存储器的容量也增大了不少。如果有网络连接需求，可以使用M-NET的网络连接模块，进行网络连接。因此可以进行远程维护，维护人员无需到达现场就能进行调试。FX2N向上兼容了第一代FX系列可编程控制器的所有功能，FX子系列的数量也多达20多种供用户进行选择，还有个比较特殊的FX2NC系列，该系列除了无法安装显示模块和功能扩展板以外，可以使用其他FX2N支持的所有模块，大致性能和参数和FX2N一致。第三章自动售货机的功能分析3.1自动饮料售货机系统操作过程市面上使用的自动饮料售货机大致有两种商品选择方式，第一种是投入足够的钱币后，再选择饮料种类购买；第二种是先按选好饮料种类，再投入足够的钱币进行购买。本设计采用第一种商品选择方式。下图所示两种商品选择方式的大致流程：图3-1售货流程3.2设计思路自动售货机根据售卖商品种类的不同，在控制要求上有着明显的不同。本设计研究的售货机基于可编程控制器为核心控制，集光、电、控制、通信于一体的智能化产品。商品种类以各类饮料为主。售卖方式考虑到用户的需求，采用按个计卖方式。支付可以使用硬币和纸币的支付方式，适合各种类型的顾客使用。此外，本设计的自动饮料售货机，拥有自动找零、缺货提醒等功能。本设计主要是基于三菱FX2N系列可编程控制器，使用三菱编程软件GXDeveloper进行程序编写，并概述了部分关于可编程控制器的知识，如：可编程控制器的定义、可编程控制器的汇编语言、可编程控制器的硬件组成等，确定可编程控制器的工作原理和参数，根据实际控制需要选择合适的可编程控制器型号。再根据设计功能的需要画出自动售货机的功能图，以此作出程序的流程图，最后根据流程图使用GXDeveloper画出符合功能的梯形图程序[8]。第四章自动售货机的硬件系统4.1控制要求根据自动饮料售货机的控制要求，画出硬件系统的控制原理框图：图4-1硬件系统的控制原理框图1、投币检测状态：自动售货机的初始化装态，如果没有投入纸币或硬币则一直处于投币检测装态，直到投入钱币后各硬件才会进入下一步动作；2、硬币识别器：投入的纸币或钱币经过钱币识别器鉴定真伪，如果是假币、有缺损的硬币会直接通过投币口直接退回；只有鉴定是真币后，钱币才能通过后方的传感器。纸币通过后方的红外线传感器，硬币则会通过电涡流传感器，传感器检测到货币通过后会向PLC发出对应信号，PLC进行累加计算；3、PLC:PLC接受到信号后，会对货架上的传感器进行检测，如果货架上没有某一类饮料，则对应商品的指示灯会熄灭，表示用户不能够购买此类饮料，顾客可以购买其他种类的饮料或直接选择退币；只有货架上有商品时，对应饮料的指示灯才会亮起，表示该类饮料能够购买；4、直流出货电机：顾客选择购买饮料后，对饮货架上的24V直流电机会开始工作，将饮料推出货架，送入到取货口中；5、直流找零电机：如果购买完毕后还有余额，顾客按下找零按钮后，找零电机开始工作，对当前余额进行找零和清除，找零时，如果金额≥5元，则会优先找零5元面值的纸币，再补足剩余金额的硬币；6、结束：找零过程正常结束后，控制系统的硬件又恢复到初始化状态，等待下一次投币后，才会继续工作。根据饮料自动售货机的硬件系统控制原理框图，可以确定PLC输入端口部分的硬件功能有：商品选择按钮、缺货感应传感器、纸币硬币感应和识别。从PLC端口输出的是退币动作电机、出货电机和指示灯。下图是自动饮料售货机控制系统的硬件输入输出功能框图：图4-2硬件输入输出功能框图4.2红外光电传感器光电传感器位于纸币识别器之后，对纸币识别器鉴别出的真币进行计数。还可以选用超声波传感器进行技术，但成本上可能需要更多。红外线传感器是由红外发射器、红外接收器两部分组成。光源可以使用普通的白炽灯作为光源，也可使用红外发射器，但白炽灯造价便宜，在本设计中已完全够用；当然也可以选择，白炽灯工作时，灯丝的温度会急剧上升，此时的灯泡周围能产生一个较强的红外辐射场，灯泡就产生了我们肉眼能够看到的可见光和看不到的红外光。下图是红外发射器和接收器结构图：图4-3红外发收器结构图默认情况下没有障碍物在发射器和接收器中间时，红外线能够直接照射到光敏二极管VD1，光敏二极管因此导通，因此三极管VT1导通，VT2截止，因为VT2此时处于截止状态，所以位于VT2集电极上的继电器K并不会工作，输出一个低电平，因此PLC不会接受到信号。当有纸币或硬币通过发射器和接收器之间的间隙时，光敏二极管VD1所受到的红外线减弱，VD1截止，此时VT1进入截止状态，而VT2进入导通状态，继电器K工作，输出高电平，红外光电传感器发出的信号通过PLC的X5输入端口进行接收。图4-4红外光点传感器与PLC的连接方式4.3电涡流传感器电涡流传感器是用来专门检测金属物体的一种传感器，能够准确测量被测金属物体和传感器探头之间静态和动态的相对位移变化。我国生产的的人民币硬币不同面值材料、大小、厚度均有区别，在本设计中，可以以此识别硬币[10]。下图是一般电涡流传感器和PLC的连接方式：图4-5电涡流传感器与PLC的连接4.4数码管显示数码管的一种是半导体发光器件，数码管可分为七段数码管和其基本单元是发光二极管。数码管是由数个发光二极管通过不同横纵排列方式所构成的发光器件，类似一个数字“8”；用数码管进行显示输出时，需要根据每一个字段上面的字母和其对应的引脚通入直流电，总共分为共阴极和共阳极两类，根据结构的不同，输入的电平也不同。下图是数码管的外形和结构图：图4-6数码管外形和结构图用七段数码管作为显示器件，则需要适用SEGD指令来执行输出显示。指令SEGD将规定元件中存放的低4位中的十六进制数据，译码后输出给七段数码管作为显示[11]。[S]指定的元件的低4位中的十六进制数经译码后驱动7段显示器，译码信号存于[D]指定的元件中，[D]的高8位不变。下图是SEGD显示指令的格式：图4-7数码管显示指令数码管通过PLC的Y20~Y26进行输出，所选用数码管为共阳极数码管，限流电阻R视具体数码管的参数而定，限流电阻的计算公式为：R=图4-8数码管与PLC的连接4.424V直流电机选用24V直流电机来进行出货、退款动作的动力源。当进行出货时，可编程控制器发出信号，直流电机运行，按照设定好的方式将商品送至出口；当进行退币操作时，可编程控制器发出信号。直流电机按照预先设置的方式，退出货币。矿泉水、绿茶、奶茶的出货口电机分别接入PLC的Y0、Y1、Y2口，找钱电机则接的是Y3口，所有电机连接方式均一致，只是接到PLC的输出接口不同。下图是24V直流电机图和PLC的连接方法：图4-524V直流电机图4-9直流电机和PLC的连接4.5纸币识别器原理人民币的制造和发行都是由国家严格管控，所以真币无论是尺寸还是各种防伪特性都是具备的，纸币识别器可以用这些特性来鉴别人民币的真伪。纸币识别器大部分是由单片机（MCU）作为控制原件，单片机造价便宜，功能强大，十分适用于弱电电子类的控制系统。一般纸币识别器的电路组成部分则可以分为主控部分、传感器部分、模拟量/数字量（A/D）转换器部分、外部存储器部分、驱动电机部分、电源等组成。一般的硬币识别器由入币、识别、压币、钱箱、支架等硬件部分组成，这也是普通纸币识别器的工作顺序[12]。下图便是纸币识别器的硬件组成部分：图4-10纸币识别器硬件结构图在投入纸币时，纸币识别器入币部分的驱动电机带动人民币转动，进入识别区域。在识别区域，传感器开始工作，根据人民币的防伪特性进行荧光、磁性、红外穿透、激光等检测，将检测到的各项参数送到单片机中，单片机调用外部存储器中真币的各项参数进行对比，如果参数出现较大差异则鉴定为假币，此时单片机发出指令，控制驱动电机反转，退出假币。若鉴定为真币，单片机则会控制驱动电机进一步转动，经过光电传感器对可编程控制器发出投币信号，最后电机会将纸币送入到后续的压钱部分和钱箱中。纸币识别流程如下：图4-11纸币识别流程图4.6硬币识别器原理人民币硬币由国家统一制造发行，它的尺寸、厚度、形状和材质等参数都有明确规定。而且不同面额的人民币硬币，都有自身一套完整的参数规定，可以用人民币硬币的这些特性，进行硬币识别。相较于人民币纸币识别的复杂性，人民币硬币的识别最常用的是电涡流识别方法[13]。当不同硬币通过电涡流传感器时，因为不同硬币的物理参数的也不相同，所以能够改变电涡流传感器线圈的电子参数，最终改变电涡流传感的等效阻抗。将以上电路与通过A/D转换与单片机相连，就能够组成自动人民币硬币自动识别系统。当硬币投入时，改变电涡流传感器的等效阻抗参数[14]，再经A/D转换输入到单片机中，单片机与真币的参数进行对比，如果参数相差较大，则鉴定为假币，排出硬币。若鉴定为真币，则向可编程控制器发出信号，并且将硬币存入钱箱[15]。图4-12单片机硬币识别流程4.7I/O地址分配表根据功能和控制情况，自动售货机可编程控制器的I/O地址分配表如下表所示：名称代号I/O口复位SQ1X0壹元感应SQ2X1伍元感应SQ3X5启动SB1X2停止按钮SB2X3矿泉水选择SB3X11绿茶选择SB4X12续表4-1名称代号I/O口奶茶选择SB5X13退币按钮SB6X14矿泉水指示HL1Y4绿茶指示HL2Y5奶茶指示HL3Y6矿泉水出货KM1Y0绿茶出货KM2Y1奶茶出货KM3Y2找钱驱动电机KM4Y3找钱指示HL4Y7报警指示HL5Y10七段数码管HL6~HL12Y020~Y026表4-1自动售货机的I/O地址分配表

4.8外部接线图自动售货机外部接线图如下图所示：图4.13自动售货机的外部接线图第五章自动售货机的软件系统5.1设计思路（1）自动售饮料机可同时投入壹元的硬币或是伍元纸币。（2）七段数码管会显示投币的总金额。（3）每个商品都有一个对应的指示灯，表示商品的可购买状态。只有当投入的钱币金额大于等于该商品的售价时，该商品的指示灯才会亮起，表示该商品能够购买。（4）当矿泉水的指示灯亮起时，按矿泉水按钮，则送出一瓶矿泉水到取货口。（5）当绿茶的指示灯亮起时，按绿茶按钮，则送出一瓶绿茶到取货口。（6）当奶茶的指示灯亮起时，按奶茶按钮，则送出一瓶奶茶到取货口。（7）若投入的硬币金额大于等于所购商品的价格（矿泉水三元，绿茶四元，奶茶五元），找零指示灯亮，此时按下退币按钮，则退出所显示的钱。5.2状态流程图可以根据平时使用自动售货机的操作过程，总结出自动售货机的控制程序的流程。在投入钱币后，首先进行的是投币计数和累加，累加的结果输出为当前金额，将这个金额和商品的价格进行比较，如果金额足够则指示灯亮起表示可以购买该商品。例如在本设计中，如果当前金额大于等于3，则表明能够购买矿泉水。当顾客选择能够购买的商品时，程序需要在当前金额中减去对应的金额，刷新为最新的金额，此时顾客选择退币操作，退币程序运行，最终将当前余额清零。下图是本设计中，自动售货机软件流程图：图5-1自动售货机控制流程图5.3控制程序功能说明5.3.1钱币计数和清零程序啊图5-2货币的计数与清零梯形图5.3.2启动停止辅助继电器X2启动按钮，按下X2后辅助继电器M2痛电，M2常开触点闭合，此时构成自锁功能，系统保持运行。X3停止按钮，按下X3后辅助继电器M2断电，此时已经闭合的M2常开触点断开，系统停止运行。图5-3售货机启停辅助继电器梯形图5.3.3投币功能当自动售货机保持在运行状态时，当硬币槽X001和X005从OFF变为ON时，每个硬币槽计数器D1的值自动增加1。图5-4投入币值梯形图5.3.4余额显示当自动售货机保持在运行状态时，将输入的货币值与数值5进行比较，并将D1的值发送到接在Y20〜Y26口的七段数码管进行显示，投币总金额不足三元时，报警灯亮。图5-5余额显示梯形图5.3.5选择饮料类别在该程序中，将硬币的总金额与矿泉水的价格为三元进行比较，如果确定大于或等于三，则打开M3或M4，确定矿泉水已排出，并且矿泉水指示灯亮。将投入的总硬币与绿茶的价格四元进行比较，如果确定大于或等于四，则打开M10或M11，确定绿茶已排出，绿茶指示灯亮。上。将硬币的总金额与奶茶的价格五元进行比较，如果确定大于或等于五，则打开M13或M14，确定正在排放奶茶，并且奶茶指示灯亮开启。图5-6选择饮料的梯形图5.3.6饮料的排出在程序中，按下矿泉水选择按钮，其指示灯点亮，没有互锁，计时器也没有溢出，将M16设置为1，经过5秒钟的延迟后，矿泉水指示灯闪烁，并释放了矿泉水。按下绿茶选择按钮，其指示灯点亮，没有互锁，计时器也没有溢出，将M设置为17，在5秒钟的延迟后，绿茶指示灯闪烁，并排出绿茶。按下奶茶选择按钮，其指示灯点亮，没有互锁，计时器也没有溢出，将M18设置为1，经过5秒钟的延迟后，奶茶指示灯闪烁，并排出奶茶。其梯形图如图4.7所示：图5.7饮料排出的梯形图5.3.7找钱在程序中，自动售货机处于打开状态，并且余额不为0时，现金指示灯亮起。按下矿泉水选择按钮，自动售货机将从总硬币中扣除矿泉水的数量；按下绿茶选择按钮，自动售货机将从总硬币中扣除绿茶量；按下奶茶选择按钮，自动售货机将从总硬币中扣除奶茶的对应金额。找钱扣款梯形图如下图所示：图5-8找钱扣款梯形图顾客在购买完商品之后，按下退币按钮，则可以退出所剩余额，如果当前金额大于5元，那么系统会优先退5元再额