【《基于PLC的自动售货机控制系统研究》7700字（论文）】

第第页基于PLC的自动售货机控制系统研究TOC\o"1-3"\h\u第1章引言 11.1自动售货机的研究背景 11.2自动售货机国外发展现状 11.3本课题研究的意义 31.4主要研究内容 3第2章基于PLC的自动售货机硬件设计 42.1自动售货机硬件结构 42.2PLC介绍与选型 52.3硬币的识别 72.4纸币识别器 72.5电机的选择 82.6自动售货机出货结构 8第3章自动售货机控制系统软件设计 93.1自动售货机工作流程图 93.2自动售货机I/O分配 103.3PLC外部接线图 113.4PLC程序设计 11第4章自动售货机控制系统仿真模拟 15第5章结论 20的设计摘要：随着市场经济的不断发展，人们的生活水平不断地提高。在购物的观点和方式上有了很大的改变。为了满足巨大的市场需求加之自动化行业的飞速发展自动售货机应运而生，方便了人们的购物。自动售货机前期的投入成本相对于传统的售货方式来说较大；但是传统的售货方式受时间、空间的局限无法做到持续性不间断的营业。然而自动售货机刚好弥补了该区域的空白。且自动售货机后期的维护成本低，维修简便，工作时无需安排人员值守大大节省了人工费用。自动售货机在国外的到了快速发展。反观国内自动售货机的普及拥有量远远小于国外。国内庞大的人口基数所带来的巨大消费能力标志着自动售货机在国内会有很大的发展空间。自动售货机安装完成后巩固走周期很长，市面上主流的售货机工作控制系统多以PLC为主。PLC具有较强的抗干扰能力且性能稳定。以PLC为基础的控制系统的自动售货机具有操作简单，易于维护的特点。该控制系统的设计通过分析自动售货机所需要的功能，和工作时的售货方式来进行设备控制系统的设计。通过要求选定硬件的对应的编程软件。通过软件编写梯形图。再确认无明显错误后下载导入到仿真软件里进行模拟仿真，测试控制系统是否正常能否满足需求。若出现错误或为满足要求时进行进一步的优化修改使其满足要求。上述设计要求都满足后进行硬件接线模拟。最终模拟出自动售货机的工作流程和售卖。如今自动化的飞速发展，自动售货机也将随着技术的更新发展进一步的得到改进。更好的为人们提供服务，方便人们的日常生活。关键词：自动售货机、PLC第1章引言1.1自动售货机的研究背景自动售货机时自动化技术发展和市场经济下应运而生的产物。随着日趋增长的消费力的今天。大量的消费可以在不受时间地点的限制。传统的购物方式受限于时间，地点，环境的限制。渐渐的传统收获方式满足不了人们的消费现状，自动售货机的出现弥补了传统售货方式的空白。满足了人们的购物需求，自动售货机自打发明出来后就以其较小的占地面积，较低的营运成本和24小时不间断的工作能力等优势无时无刻不方便人们的生活生产。自动售货机投放的地点大多是人流量比较大的场所。例如：车站、商场、学校、居民区等地点。1.2自动售货机国外发展现状从上世纪开始自动化计数不断的快速发展推进了商业的发展，经商的方式也在不断的革新。自动售货机开始逐渐的出现在人们的视线中。自动售货机最早是由美国在上世纪初期发明出来，最初的目的是用来销售香烟，再次基础上进一步开发丰富了自动售货机销售货物的总类。支付方式也从起初的硬币和纸币支付增加到了现在的线上支付（扫码支付、刷脸支付）。我国的在经历战争后百废待兴科技起步晚，自动售货机这一块的发展远远落后于美国。虽然如此但我国自动售货机发展的速度可谓是迅猛。随着近些年来科技的不断进步，自动售货机的功能在不断的增加。人工智能将不断完善。在市场上主流的交易方式是采用货币支付，支付上环节是一个至关重要的一部分，流通的货币在支付时通过收银找零机构进行货币面值大小以及货币真假进行识别判断。并且通过一个管线值划分系统来进行交易。当货币的金额超过购买的商品的金额则可以进行选择出货，并且进行找零工作。在完成购买后找出余额。想对于传统的自动售货机更高级更智能化的售货机可以在交易时自主选择支付方式。即货币交易或线上交易、移动终端支付。同时该自动售货机同样支持货币交易。自动售货机在进行出货时不同类型的产品采用不同的出货方式保证货物的完整性。现在最先进的售发货方式时采用机器人进行发货。该种发货方式可以保证货物不被损坏。可是该种发货方式成本高昂且技术难点大。虽是最先进的发货方式却不是最主流的方式。目前主流的方式仍然是采用旋转式货架成列和发货。该方式易造成货物损坏，虽然缺点较为明显但是该方式节约成本易于维护。受限于国内自动售货机行业发展时间短在技术层面与国外相比仍具有较大的差距。在某些方面远落后于国外。我国的自动售货机在稳定性方面相对国外的自动售货机来说存在不足，性能不是足够的稳定。且在设备的监控管理上也无法做到实时的监控管理。无法做到全天候的监控。目前随着自动售货机行业不断前行发展逐步的填补行业中的技术空白。慢慢的走向成熟。现在的自动售货机的交易方式既支持传统的货币交易也支持线上线下交易。传统的货币交易也不再局限于传统的一元硬币或是五元、十元的纸币。大额面值的货币也可进行结算购买。自动售货机售卖不同类型的货物、则运输方式的不同；根据气候的不同自动售货机也具备了制冷或是制热功能，以及一系列的监控方法。自动售货机的不断发展，针对不同的商品不同类型的自动售货机应运而生。满足人们不同的需求。且逐步完善系统化信息化，逐步的出现在人们的视野中，在校园、车站、商场人流量大的地方随处可见。慢慢的改变人们的购物方式。现在我们常见的自动售货机的操作方式大致分为两种：一、先投币在购物；二、先选择商品在投币。流程如下图1.1所示：找回零钱取出商品投币找回零钱取出商品投币选择商品选择商品图1.1先选择后投币流程先投币后选择流程入如图1.2所示：找回零钱取出商品选择商品找回零钱取出商品选择商品投币投币图1.2先投币后选择流程主流的两种购物方式在流程上存在一定的差别，一种根据投入货币的数量来决定你可以购买哪种商品。另外一种就是先选择商品根据对应的价格投入等额的货币进行购买。（1）在售货机发生交易时，货币传送到硬币选项中，设备的执行机构货币标识符识别货币的真实性，当检测结果确认货币是真实的则将信号通过传感器传递给PLC进行处理。（2）信号传递到PLC处时，PLC进行汇总同时进行商品价值与投入货币进行比较。当投入的货币面额大于商品的面额时或等于商品的面额时，可时相应的指示灯亮起表明可购买该商品。当自动售货机内部的货物售完或未上货则显示对应的售空指示提醒人们请勿购买。（3）当购买完成时对应的商品经过执行机构通过收货港收货。（4）购买结束后，余额会再次与商品的价格进行比较，如果剩余的额度依旧大于商品的价格则可以再次进行购买。若不在进行购买可以通过退币操作找零结算完成交易。（5）完成上述动作后自动售货机系统重置待机为下一次购买做准备。1.3本课题研究的意义在科学技术不断发展的潮流下，任何技术最终的目的都是为人们服务更好的生活与生产。传统的方式局限于地点时间，大型的购物商场和超级市场都无法完全满足人们的需求。零售行业为了更好的满足人们的需求，适应市场自动售货机逐渐渗透到隔行各业。现如今，在小区、学校、图书馆、车站等大人流的地方都可以见到自动售货机的身影。稳定的系统、便捷的操作方式、多元化的付款方式为人们带来了良好的体验。1.4主要研究内容常见的自动售货机是一种自动化设备，为人们提供二十四小时不间断的销售服务。让我们的生活更加便捷、轻松受到广泛的好评。针对那个售货机中央处理越来越多使用了微处理器即单片机。相对于使用为控制器的售货机相比，采用可编程逻辑控制器的自动售货机具有更强的稳定性，抗干扰能力由于微机。可编程逻辑控制器编程简单易于维护针对复杂的环境拥有更强的适应性。(1)硬件设计：针对所需要达到的功能，分析售货机的工作方式分析硬件结构；(2)软件设计：将系统进行模块的分布，依据索要实现的功能进行分析设计。在掌握模块化的基础上进行编写控制程序，制定管理方案程序实现自动售货机的功能。(3)仿真:通过仿真来检验程序是否可以完全满足要求，通过反馈来进行局部的优化设计，确保可以满足要求。第2章基于PLC的自动售货机硬件设计2.1自动售货机硬件结构自动售货机各部分经过控制系统统一连接到PLC处。例如货币识别系统在检测到货币时通过识别器进行识别，识别出货币的面额再将信号传送到PLC处。PLC部分进行货币的计算。购买各种商品或是在完成购买时需要进行退币时会有相应的按钮可供操作完成对应的需求操作。在购买商品时选择按钮按下后PLC得到信号发出对应的指令驱动电机旋转完成送货的操作。自动售货机具有货币自识别，货币累加计数，并根据货币的面额选择商品。当设备内部的商品售空则亮起相应的指示灯并在完成交易后结束退币。指示灯指示灯选择按钮电机接触器纸币识别器硬币识别器投币PLCPPLC选择按钮电机接触器纸币识别器硬币识别器投币PLCPPLC图2.1自动售货机硬件结构图2.2PLC介绍与选型S7-200系列PLC以其小巧的体积，模块化的设计赢得了过大工程师的喜爱，在CPU的本体上，集成了相应数量的I/O点数，本体带有两个485的通讯口，在现场使用时，其中一个可以连接触摸屏，另一个可以与其他modbus仪表设备进行通讯。在CPU224的本体上更是集成了两路的模拟量输入通道，对于小型的模拟量控制，更加的方便了用户的选型。总结其相应特点如下：结构紧凑价格低廉扩展性能强大功能强大（支持位置控制、高速计数器等功能）S7-200系列PLC因其强大的特点，适用于各种领域的设备控制，可以在一定范围内替换继电器控制电路，并能够完成简单的控制以及较复杂的逻辑控制，应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动控制有关的民用与工业领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设备、环境监测等等，比如冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶机械、中央空调、电梯控制、运动控制等[4]。优秀的兼容性、模块化的结构良好的扩展性。同时可直接读取输入输出信号不需要进行冗杂的编程，有助程序的开发。该型号可编程逻辑控制器具有良好的适应性在室温零下二十五度至零上七十度范围内都可以稳定的运行。相对于其他型号的可编程逻辑控制器拥有宽泛的环境温度适应，这个优点完美的契合了自动售货机的工作环境。且该款可编程逻辑控制器拥有超高的性价比在满足要求的同时降低了成本。图2.3PLC外观图经过上述内容我们了解了自动售货机的功能需求，plc采用模块化设计(1)启动模块：在每次进行商品交易时，系统启动完成一系列相应的步骤。例如货币的识别计数系统。当投币后所选的商品售空或是无货时对应的指示灯亮起。并进行货币计数退币或是购买其他商品。(2)货币识别计数模块：当货币通过投入口投入自动售货机内部时，货币识别计数模块工作。对投入的货币进行识别判断真伪面额并进行计数。(3)显示模块：该显示模块告知用户那些商品可购买，货币是否可购买该商品或是不能购买。(4)比较模块：当投入的货币与选择的商品进行比较判断当前是否可购买指定的商品。(5)产品选择模块：该自动售货机主要销售咖啡、奶茶两种商品。奶茶10元、咖啡15元。当投入的货币大于或是等于对应的数额时则可以购买该商品，只需通过操作相应的按钮即可选择购买。(6)退币模块：购买结束时用户可以通过自动退币结束购买。2.3硬币的识别我国流通的硬币主要是由特殊的合金制成，不可而进行伪造。硬币识别主要是通过硬币的大小和表面上的内容来判断是否时真实的。不同面额的硬币在外观大小和重量上都有不同的差异。硬币识别器主要是通过磁场来判断投入的硬币是否是真实的。当硬币投入时，硬币穿过由电容器和电感组成的磁场。此时电感改变振荡频率同时与系统中设定好的频率进行比较进而判断硬币的真实性。如判断结果相符则向PLC发出信号进行计数。如果投入的硬币时假币则无法通过识别并将其弹出。图2.4硬币识别器2.4纸币识别器目前市场上常用判断纸币真伪的方式时采用紫外线来辨别。纸币所使用的纸张是特殊纸张那个在在外线下会产生荧光反射。通过反射出来的强度来判断真伪性。不同面额的纸币是不同的。与此同时采用红外设备确定差额。当纸币通过真伪性判断时。则此时通过纸币的id向plc发送信号进行计数累加。反之投入的时假币则不会发出信号并将纸币吐出。图2.5纸币识别器2.5电机的选择购买后，机器应自动启动。有很多方法可以将自动售货机推向市场。根据所售商品的类型，运输方式也有所不同。市场上大多数自动售货机都使用引擎运行。为了将每个产品发送到自动售货机的老虎机，您需要一个引擎，但是自动售货机中的引擎功率并不需要很多，但是如果引擎正在运行，它必须是有生命的，可以在不久后移动。选择电机而言，我们选择了一个较低的电压和减少的DC马达的功耗。2.6自动售货机出货结构市场上有许多种交付方式，不同交付方式各有特点。以下是市场上的两种类型的送货代理。当前有一种在市场上交付机器人的方法。此方法比传统的墨滴传送方法更智能。购买完成后，自动售货机部门的处理人员将其抬高到相应产品的位置并进行捕获。将货物交付到接收口后，可以将其取出。这种交付方式主要是保护货物。它适合于销售精致的精致商品，但高价格不适合于出售饮料的自动售货机。旋转传送机构将所售商品置于螺旋轨道上。当您购买引擎时，请依次旋转螺旋轨道。当货物移入底部开口的孔中时，货物将从插槽中卸下。它具有很大的市场份额，需要很大的扭矩，因此不适合运输易碎和易碎物品。但是，这次产品的目标销售是防止跌落和破坏的产品，因此我们选择了旋转式输送机制。第3章自动售货机控制系统软件设计3.1自动售货机工作流程图自动售货机在工作时，第一个操作步骤便是投币直到最后一个退币操作算是一个完整的工作流程。当投币开始时信号传送至plc处进行货币的识别累加计数。再根据当前累加计数的值与商品的值进行比较，若投入的值大于或是等于商品的值则可以进行商品的购买。购买结束后清算剩余货币余额，如不在继续购物则可自动结束交易。若继续购买则再次进行比较判断是否可以出货。开始开始投币计数投币计数币值与商品值比较 否币值与商品值比较是选择商品选择商品币值与商品差值计算币值与商品差值计算 是是否退币 否是否退币退币计算 退币计算退币退币退币结束结束图3.1自动售货机工作流程图3.2自动售货机I/O分配表3.2自动售货机I/O分配表功能名称定义点符号投币1元I0.1SB1投币5元I0.2SB2投币10元I0.3SB3奶茶选择按钮I0.4SB4咖啡选择按钮I0.5SB5奶茶出货指示灯Q0.0咖啡出货指示灯Q0.1奶茶出货电磁阀Q0.2咖啡出货电磁阀Q0.3找零Q0.4如上表所示SB1、SB2、SB3为货币投入模拟按钮。SB4、SB5为对应的奶茶、咖啡商品的选择按钮。当用户在投入足够的货币时即大于或是等于相应商品的面值时通过操作对应的按钮即可购买该商品。在购买结束后若无继续操作择进行清算找零。反之当投入的货币面额小于对应商品的面额或是自动售货机内该商品无货时则不可购买。3.3PLC外部接线图图3.3PLC外部接线图3.4PLC程序设计3.4.1货币计数系统自动售货机出现商品购买交易时，用户每次投入的货币都将通过货币识别器进行货币的识别判断真伪。若检测出投入的货币为假币时则不会将信号传送到plc处，不进行累加计数操作。反之当投入的货币为真币时，信号传送至plc处同时进行货币累加计数。即投入一元硬币时累加一、投入五元纸币时累加五、投入十元纸币时累加十。当货币投入时投入相应的面额对应累加。使用MOVE传送指令，将1元传送到vw10、将5元传送到vw2、将10元传送到vw14里。相应的光电开关动作执行整数加法指令。投入1元I0.1得电。将1元放入vw20中。如下图3.4所示：图3.4货币识别计数若投入的货币面额超过十元时，系统执行比较指令，此时Q0.3动作得电自动售货机指出奶茶。此时奶茶出货的电磁阀I0.4得电动作闭合。对应Q0.3常开点闭合计时器T37开始计时且奶茶出货的指示灯亮起。8秒后，t37常闭触点断开。Q0.1熄灭。如下图3.5、图3.6、图3.7、图3.8所示：图3.5奶茶出货图3.6咖啡售出货图3.8奶茶出货指示灯亮图3.9咖啡出货指示灯亮当投入的货币面值超过15元时，可选择任意一种饮品。当投币后，需要找零时。系统通过比较指令与减法指令进行操作。在进行比较后差值不等于零，则执行找零的机构动作Q0.4得电动作，执行找零退钱动作结束购物。如图3.10所示：图3.10操作完成找零当饮品出货完成时，T37、T38得电导通，将“0”传送至VD20和VW22进行程序复位。如图3.11所示：图3.11找零程序复位第4章自动售货机控制系统仿真模拟4.1仿真软件的介绍程序编写完成后最好的检验方法就是进行与设备的连接调试，基于一些情况无法进行实物调试。所以我们在检验程序这一块采用仿真软件的形式进行程序的测试检验，判断程序是否正确是否可以满足设计要求。我们采用的plc为西门子的s7-200型，所以在程序仿真这一块采用与之配套的仿真软件进行测试。S7-200仿真软件可以实现百分之九十的指令以及功能。程序编写完之后进行编译导出确认无语法错误后使用软件进行模拟仿真。首先在使用软件仿真时我们要对CPU进行配置，我们采用的S7-200使用的CPU型号为221，所以我们在配置CPU时型号选用221型。在页面CPU的右侧为拓展模块，我们根据情况进行数量的增加。仿真软件无法直接读取程序代码，所以我们在编写完成编译五错误后导出。将格式由原来的“MWP”格式转化为“awl”格式。然后在仿真软件里加载程序，加载完成后将其设置为运行模式开始监控测试.如下图4.1所示：图4.1软件仿真概览进入仿真软件后首先开始配置CPU,我们根据所选的PLC进行CPU型号的选择，此次我么采用的cpu型号为221型。如图4.2所示：图4.2PLCCPU型号选择在设置完成CPU的型号后进行程序的仿真。拨动开关I0.1此时程序开始运行，投币一元的识别程序开始技术，货币识别器对投入的一元硬币进行识别并进行计数。如下图4-3所示：图4.3投币一元识别计数拨动开关I0.2对应的程序运行，投币五元的程序开始工作。设备内部的纸币识别器开始工作对投入的纸币进行面额和真假进行判断，假币自动推出，真币识别后进行计数累加。如图4.4所示：图4.4投币五元识别计数拨动开关I0.3对应的程序运行，投币十元的程序开始工作。设备内部的纸币