【《基于PLC的自动售货机设计（附图）》15000字（论文）】

基于PLC的自动售货机设计摘要快速发展的科技，带动了PLC的迅速发展。国内的人口数量众多，自动售货机逐步出现在人们的生产生活当中，站在长远的角度来讲，自动售货机有着巨大的发展前景。文中设计的自动售货机可以对饮料进行自行售卖，我们需要对设计目标进行明确，合理的设计自动售货机软件与硬件的部分。第一，我们要对使用单片机以及液压传动等进行控制的系统改为使用PLC技术对自动售货机的控制系统进行改进；第二，对目前市面上的自动售货机的运行构造以及其工作原理进行分析，选择比较合理的硬件，并且充分的知道自动售卖机日常的使用情况。对自动售卖机的使用功能进行分解，设计硬件框图，依照硬件框图选用恰当的接触器、PLC、电动机以及货币识别器。依照I/O分配表选择PLC的型号，对外部接线进行构图。在对有关自动售卖机性能的程序进行编程时需要考虑按照控制体系流程图。自动售卖机的顾客可以通过按退币按键对购买之后的余额进行退还。运用GXDeveloper编写梯形图，然后仿真与调试步骤需要在三菱PLC仿真软件GXSimulator6c上进行完成；第三，组态时需要使用MCGS。按钮、指示灯、投币口、退币口以及取物口等设施要在最后的组态仿真图中进行展示。关键词：自动售货机；PLC；梯形图；MCGS目录20540摘要 V1绪论1.1自动售货机的研究背景及意义西方国家在1960年代第一次研发出自动售卖机，主要将其运用在美国的地铁系统当中。美国群众可以在自动售货机上使用1美分购买一块口香糖。这是自动售货机的首次出现。上世纪80年代起，美国、日本等世界上的发达国家对自动售卖机进行大规模的推广，并且对相关的技术进行了更多的发展，使其成为一种新型的零售方式。科技水平高是自动售货机的主要特点，智能软件、光、数字密码、机、防伪识别、电等科技共同出现在自动售货机身上；自动售货机的售货具备便捷性，可以24小时不间断的提供服务，不需要有人盯守，可以使成本与人工得到节约；售卖的商品范畴广泛，既可以售卖卡、食物、票、香烟、报纸和饮料，还可以售卖小宠物、鲜花等商品；自动售货机成为具备独特性与新颖性的广告新媒体。全球大多数的国家地区都开始应用自动售货机。根据米国《自动世代》的统计，在欧洲各国中平均60人拥有一台自动售卖机，在日本平均每23人拥有一台，而米国每40人就拥有一台。日本的自动售货机售卖出全国市面上70％以上的罐装饮料，每人每年在自动售货机上购物的金额达到400多美元；麒麟啤酒公司对日本的自动售货机市场进行考察后得出结论，一台自动售货机可以在当年售卖处上完罐饮料，销量远远大于小商品；全球各地都有美国可口可乐公司的饮料售卖机，高达几十万台。在西班牙的商品销售中，占总比重60%以上的商品销售额是由自动售卖机贡献的，并且还保持着每年10%的增长率。全球正在运行的自动售货机大致有1800万台，运行和制造自动售货机的企业的年销售额就能够达到0.25万亿美圆左右，着预示着在零售业中，自动售卖机已经起到了至关重要的作用。最近几年，在国内的大中型城市到处都可以见到自动售货机的身影，自动售货机主要出现在繁华街道、车站、大学校园、码头、酒店宾馆等地，自动售货机得到快速的发展。相关资料显示，广州市区摆放的各类自动售货机，无法对公交车站与地铁的需求进行满足。自动售货机既为人们的生产生活带去便利，还成为城市中一道美丽的风景。国内的无店铺销售行业通过2010年上海世博会的举办与国内零售行业的快速发展，得到优质的发展机遇与发展环境。特别是跨国公司的加入，导致我国的零售业因为自动售卖机的引入而获得了迅速的发展。1.2研究自动售货机的目的实现产业结构由劳动密集型向技术密集型进行转变，有效推动了自动售货机的发展。随着销售环境、消费形式的改变，全新的流通渠道开始形成；由于新流通途径的形成，导致百货购物中心、超市等地的人工成本大幅度上升；购物便捷性、场地局限性等因素，促使自动售货机产业在日本、美国等地快速发展，现阶段已经在大部分国家得到普及与推广。根据业内专家统计，我国的自动售货机保有量尚不充足，面对14亿人口大国与零售行业的发展情况，国内的自动售货机产业具备广阔的发展前景。早期阶段，自动售货机只能通过纸币或硬币支付的方式完成售卖，无法联网，缺乏后台，相关工作人员只能到现场检查售货机的售卖情况，无法有效管理售货机。文中设计的自动售货机可以智能联网，售货机的系统与智能手机的系统相同，既可以支付现金，也可以使用手机扫码完成支付，可以在网络上对自动售货机的相关数据与状态进行查验，远程遥控售货机，售货机缺货或故障时，可以实现远程报警的功能。1.3本设计研究的内容三菱FX2N系列PLC是本文所设计的自动售卖机的控制系统的基础。eq\o\ac(○,1)对比液压、单片机、继电器等方面，确立自动售货机的主控单元是PLC。eq\o\ac(○,2)对自动售卖机的销售原理进行分析，进一步对直流电机以及双弹簧的出货结构进行分析。eq\o\ac(○,3)依据相关的设计硬件图选择相对应的硬件，在根据系统的要求对自动售卖机的硬件进行替换。接着根据自动售卖机的工作属性，选用合理的接触器、货币识别器和电动机。根据I/O分配表对PLC的型号进行明确，构画硬件连接图。eq\o\ac(○,4)依照控制功能厅设计梯形图，根据硬件性能对合理的计算方式和数据储存器进行选定。调试运行软件，使用组态软件构画仿真图。2自动售货机的功能分析2.1自动售货机主控单元的确定自动售货机的功能以及其售货方式是由其主控单位确定的。大多数元件都可以作为主控单元，但是我们需要通过对比，选择最恰当的主控元件，PLC可以满足自动售货机主控单元的要求。2.1.1PLC的部分功能PLC自动控制装置是以微处理器为重点的工业常用型装置，这类计算是专用于进行工业控制的。因此，一般常规的微型计算机可以被用于PLC的形成，这需要对硬件和软件体系进行有效的融合，软件体系与硬件体系相辅相成，构成完整的PLC体系。外部设施、主机、输出/输入扩展单元共同形成PLC硬件体系，这些分部分主要通过总线来进行直接的连接。在这个部分中，中央处理器（CPU）、储存器、电源、输入输出电流以及外部设施连接口等部分组成了主机。CPU是PLC的主要核心，其具备以下几个主要功能：（1）自动售卖机自身存储的程序与使用者输入的数据信号之间进行指令的接受和执行。（2）运用扫描手段对输入单元的状态信息、输入变量进行接收，将其储存到对应的数据储存区。（3）通过错误校验科技对电源状态、用户编程内的语法错误、通信状态、存储状态以及内部电路工作状态进行监控。(4)对用户程序进行执行，储存、处理、传输数据信息，依照信息处理结果。并且根据输出状态的储存器中的内容结合状态为的情况进行刷新，从而使售卖机可以形成内部与外部的结合，更好的完成客户的使用指令。（5）对不同的外部设备要求进行响应。PLC的另一个核心部分是存储器，存储器的作用是对用户的数据、程序和系统程序进行存放。依照存储器的功能，可以将存储器分成用户存储器与系统存储器。系统存储器主要是对故障诊断程序、制造商提供的监控程序、命令解释程序、模块运用功能子程序和其他管理程序进行存储。系统程序会对PLC的性能产生影响。在PLC中就要长期的存储系统的相关程序，不会因为关机、停电或者其他一些故障造成对程序中的内容进行变更。所以，需要固化系统程序放置在存储器ROM内，使其与PLC融为一体，可以向客户提供相应的服务，但使用者没有改变系统程序内容的权限。使用者的程序以及数据主要存储在用户储存器中，用户程序储存以及用户数据储存共同组成了用户储存器。其中，用户编写的程序主要存放在用户储存器中，而用户数据存储器则主要针对使用者在控制时变化的信息进行存放，例如，计算过程、计算结果、输出/输入信号、定时值、工作状态、计数值等。输入模块的作用是对输入信号进行收集与接收，可以将输入信号分为两种类型，首先是由测速电机、电位器、热电以及不同变送器持续变化形成的模拟量输入信号；其次是压力继电器、按钮开关、接近开关、行程开关、数字拨码开关等构成的开关量输入信号。此外，输入模块需要把各类电平信号转变为可供CPU辨别的数字信号。输出模块主要是对CPU处理的数字信号进行接受，将数字信号转变为可供现场实行部件接受的信号，对调速装置、接触器、电磁阀、调节阀等装置进行相关的控制，此外，还要针对指示灯数显装置以及报警装置等进行相关的控制。2.1.2确定自动售货机的主控单元为PLC自动售卖机的核心构件我们可以使用单片机，单片机成本偏低，电压不稳的情况下，单片机容易受到损坏，因此，价格和可靠性是设计自动售货机时需要重视的主要因素。站在生产周期、设计等方面考虑，不管是对新的机械设施进行生产，还是对老旧的设施进行改造，都应该注重生产周期和设计时间周期，一般认为设计时间越小效果越好，假如可以实现设计、安装以及生产调试同步进行是最好的模式。在革新产品、改造生产工艺的过程中，如果可以不对现有的外部接线与生产设施进行变动，直接投入生产，既可以使劳动力得到节省，还可以推动新产品快速进入市场，从而增加公司活力，提升公司的经济收益。半导体或继电器是无法满足上述要求的，但是PLC可以有效满足以上几点要求。主要原因在于，应用PLC不需要对外部接线设施进行变动，只需要革新软件即可，即对梯形图进行变动，根据新工艺需求将修改内容或新程序输入进去，这种方式不仅便捷、而且经济实惠，可以有效达到既定目标。现阶段，使用继电器作为控制系统的机械设施占国内的生产比例在在70%以上，然而使用继电器作为控制系统的机械设施的设计程序更复杂并且其可靠程度较低。图画、设计、施工、确定等工作，会导致控制体系的设计时间过长。然而，设计时间可以通过对PLC控制体系的运用进行减小，一部分材料不需要进行构图。设计工作者可以运用编程器对程序进行修改或输入，提升梯形图的准确性，实现生产需求。变成工作者可以依照新产品的生产工艺需求，对程序进行编写，将其储存至EEPROM模块中，操作人员可以随时调用产品的加工程序，具备良好的保密性、便捷性和简便性。运用PLC控制软件既可以对劳动生产率进行提升，还可以对生产过程进行完善，使产品的品质与数量得到提升，受到广大设计师与生产商的喜爱。现今社会的科技得到快速发展，市场经济需要运用最小化的投入获得最大化的利益，为提升群众生活购物的便捷性，自动售货机应运而生。假使运用电力机械控制自动售货机，会导致售货机的可用价值空间变小，对动力资源进行浪费；假使运用液压体系控制自动售货机，会导致售货机的控制经济成分变高，主要原因在于，使用的液压系统需要的技术要求更高，其相关设备与设备之间装配的成本比较高，并且反应的速度比较的慢，所以，就对实际的利益进行考量，自动售货机使用液压系统不太合适。而使用单片机进行控制，不仅在输入输出接口上需要做相应的准备工作，而且其在抗干扰方面的性能也很差。PLC控制体系是对自动控制科技、计算机科技与通讯科技进行综合的新型工业控制器，PLC既可以有效的完成控制工作，还拥有维护便捷、可靠性高、编程简单等方面的优势，普遍运用在工业控制方面。自动售货机可以独立完成货品零售和相关的综合服务，因此，售货机需要具备执行率强、可靠性高、稳定性高的特性。由此可见，运用PLC控制自动售货机，可以对售货系统的可靠性与稳定性进行大幅度提升。所以，本研究选用的自动售货机的主控单元为PLC。2.2自动售货机的售货方法由三种自动售货机的售卖方式是我们最为常见的，第一是使用弹簧装置进行出货的自动售卖机，该机器是根据货物弹簧旋转的方式推出商品，是最通用的商品推出手段，具备出货准确性强、准时性好等特点。只有当我们售卖的商品的尺寸于弹簧通道一致时我们才能够使用弹簧方式进行出货；第二就是使用机械臂将商品推出货架，该机器就是将机械臂与商品进行配置然后完成对商品的售卖。传感器可以精准的控制不同的售货动作，提升售货过程的自动化、准确化和高效化。这种推货手段比较适用于商品重量较大、尺寸较大、商品形状有规则，可以正常立放的商品中；最后是升降台出货售货机，它是辅助出货体系，可以配合机械手推货手段或弹簧出货手段，使商品调货的损伤情况减少，主要在售卖易碎商品时使用。文中设计的自动售货机运用的出货机构为双螺旋体出货，或者说是双弹簧通道的出货方式。使用这种方式进行出货时能够比较直观的看到货架上的商品，不仅便于用户选择货品，还便于工作者补充货品，不需要在软件部分设定无货警报。双弹簧出货机构是由货道、螺旋体、螺旋体挂轮以及驱动电机等各个部分一起组成。使用一对齿轮的方式将两边的螺旋弹簧进行啮合，两个弹簧的转动总是相反的，当一个弹簧顺时针转动时，另一个弹簧就会逆时针转动。这样一来，在螺旋体之间的空挡处放置商品，每个螺旋弹簧旋转一周就会有一件商品被推出，完成一件商品的售卖。另外还可以利用双螺旋弹簧向上旋转的原理，可以向前推、向上推或向两侧推送商品，减少货物承受的作用力，使出货可靠性得到保障。当自动售卖机在售卖液体软包装时，也不会出现“卡货”导致出货失败的问题。2.3自动售货机的空间结构本研究中的自动售卖机具有同时八种不同的商品进行售卖的功能，并且每种商品都有其相对应的进出货的通道，因此，可以将售货机的货道设置为8个单货道，每种饮料占据一个货道，这种方法有着良好的便捷性，在后期需要拓展售卖更多商品时，能够通过对双弹簧的位置进行设定来拜访不同商品。比如在对某一种瓶装的饮料进行售卖时，内部的驱动电机可以带动弹簧转动一圈，就可以带出饮料，使饮料掉入指定出货通道，方便顾客从取物口拿到商品。在自动售卖机中每一瓶饮料都有其固定的弹簧间隔空间，调整弹簧之间空间的大小就能够满足不同规格的饮料的售卖需求，这样一来就不会造成因为尺寸问题引起的售卖卡货现象，也不会造成商品在没有售卖时掉落。虽然自动售货机可以对不同的饮料进行存储，但是，饮料的总量有着局限性，因此，工作人员需要及时的补充自动售货机中已经售卖出去的饮料。图2-1自动售货机的空间结构示意图Figure2-1Asketchofthespatialstructureofthevendingmachine2.4自动售货机的功能对投入机器的硬币进行统计时自动售卖机的功能之一，货币辨别器最基础的功能是，顾客通过投币口投入货币，货币辨别器通过传感器对货币的面值与数据进行收集，之后再向PLC传递货币的信息，PLC依照投入的货币面值来判断投入的币值能够购买哪些饮料，这样就可以对商品进行一定范围选择，方便顾客选购。在使用者选择好商品并按下按键之后，与之对应的驱动机就会转动，带动饮料出货，掉进顾客取货处，然后顾客就能够从取货处获得自己所购买的饮料，这样就是整个交易的全过程。每个自动售卖机都具有投币、饮料供应、退币、对比以及饮料选择体系可以完成具体的售货过程。计算顾客投入售货机的货币面值，是售货机最基础的功能，售货机可以依照货币的面值对可供购买的商品进行判定，完成对应的动作。我们设定自动售货机中8种饮料的价格，其中，雀巢咖啡4.5元、可乐2元、健力宝2元、雪碧2元、加多宝3.5元、纯牛奶4.5元、芬达2元、东方树叶3.5元，将钱币投入到自动售货机当中，货币面值超出可乐价格的时候，健力宝、可乐、芬达与雪碧的指示灯会亮起，表示这4种饮料可以购买；当投入的币值在3.5~4.5元时，就只能购买除纯牛奶和雀巢咖啡之外的商品；货币面值超出4.5元的时候，所有音量的指示灯都会亮起，表明可以购买。在使用者按下可乐的购买按键后，自动售卖机就会自动的进行找零计算，将顾客投入的总钱数减去商品的售价，对相应的电机进行启动，将可乐推送到取货口。购买其他饮料时也是根据这个原理操作。停止购买以后可以按退币按钮，自动售货机会开展退币操作，将剩余面额的货币退到退币口，清零程序内的数据，完成本次交易。通过上述内容可知，自动售货机每交易一次便需要进行一次减法计算和加法计算，这是自动售货机的内部性能。此外，自动售货机需要通过货币传动与辨别系统完成售货、退币。我们可以根据操作性质将售货机分成四个过程：(1)顾客投币(2)币值统计以及商品价格比较 (3)顾客选择商品 (4)零钱退还售货机在工作的过程中主要存在以下5个状态：(1)待机售卖状态(2)币值统计状态（3）可供购买的显示状态(4)顾客购买中状态(5)零钱退还状态待机售卖状态，代表的是自动售卖机在无人购买时，整个机器处于待机状态，机器内部的大部分的分系统都处于休眠状态，以此来降低损耗，等待顾客投币。币值统计状态指的是售货机对纸币和硬币的面值进行辨别，在顾客投入钱币以后，自动售卖机可以自行识别币值，并进行币值与价格之间的比较，将可供购买的商品的指示灯亮起。可供购买的显示状态代表的是在顾客按下商品相对应的按键之后，被顾客选中的商品所对应的指示灯会一直亮着直至商品出货，启动驱动电机，推送商品调至出货口。零钱退还状态表示的是自动售货机在古加尔购买完成之后，将投入的币值与商品的价格进行相减，并将剩余的零钱进行退还。以上是自动售货机的具体工作流程。2.5自动售货机的购物使用流程顾客购买商品时，只需要按下售货机的开始按钮，便可以投币，投币以后没有对饮料进行选择时，可以通过按下退币按键实现退币服务。当需要进行购买时，可以按下对应商品的按键，然后等待售货机出货，最后顾客取出商品。货币剩余时，可以按退币按钮。售货机退出的钱币为硬币，主要原因在于，纸币的褶皱程度、破损程度较高，如果设计为纸币退币，会增加售货机的成本、体积与难度。硬币的体积、重量具备规则性，不会轻易破损，可以实现循环使用。所以，文中设计的售货机退币系统只会退出5角与1元硬币。图2-2自动售货机的使用流程Figure2-2Vendingmachine3自动售货机的硬件部分自动售货机最主要的硬件部分包括主电路硬件以及控制电路。对于控制系统而言，货币辨别器的型号与PLC的型号选择尤为重要。依照I/O表对PLC进行选定，画出外部接线图。依照自动售货机的性能，对货币辨别器进行选用。最后再对售货机的主电路硬件进行选定。3.1控制电路硬件组成框图货币自动识别器、商品指示灯、PLC、接触器以及按钮构成了自动售卖机的主要控制硬件。图3-1自动售货机控制部分硬件组成框图Figure3-1Blockdiagramofvendingmachinecontrolhardware3.2确定自动售货机使用的PLC类型表3-1PLC的I/O分配表Tablei/oallocationtablefor3-1PLCPLC控制具备较高的灵活性、便捷性，控制速度快，可以有效维护系统。PLC是构建在单片机上的程序。单片机作为集成电路，不具备可比性。各种大、中、小、微型的应用系统都可以由单片机进行组成，而PLC只能作为单片机系统的一个小部分。。站在工程角度来讲，运用PLC可以有效控制单项或反复性较少的系统，PLC的可靠性强，功率高。与不同的控制程序进行对比，PLC可以在不同的控制场合进行运用。设计自动售卖机时，应该选用PLC控制售卖机，自动售卖机是一种单项的、重复性少的项目，PLC的灵活性强、可靠性高、控制迅速，有助于维护和改动系统。单片机控制的过于复杂，继电器控制过于本中锋。将不同厂商生产的PLC进行对比发现，在大型或超大型场合使用西门子PLC比较合适。所以，作者认为选择三菱生产的PLC控制自动售货机比较合适。依照I/O表对售卖机的26个输出点与15个输入点进行明确，8个饮料灯、3个特殊指示灯、2个退币灯、8个饮料输出以及5个货币辨别指示灯等组成输出点；而输入点则包括启动键、饮料选择键和货币辨别键以及退币键。所以，可以对FX2N-64MR型的PLC进行选择。表3-1是PLC的整体分配表。不需要再外接电源，因为PLC输入终端可以自带24V的电源进行供电，而在输出端则需要外接电源。并且机器上的指示灯以及不同的接触器可以使用同一个电源，不用再额外进行分开供电。我们只需要对设备进行对应的电压选择即可。不同的点位能够连接相同的电压，即使PLC的输出端口的COM端口比较多，所以再设计图中我们就没有将所有的COM端口都表示出来。本文设计的自动售货机运用的货币辨别器，可以在辨别货币种类与面额后，将其放置在不同的位置。X01-X05分别表示投入的是5角、1元、5元、10元以及20元钱币。每投入一次货币，货币对应的辨识器就会启动一次，完成一次钱币识别过程。在使用PLC系统的自动售货机所对应的I/O接线图中，PLC元件的X006-X015主要是选择控制键，可以分别对雀巢咖啡、可乐、健力宝、雪碧、加多宝、纯牛奶、芬达和东方树叶进行选择。线圈Y006-Y015代表的是商品对应的指示灯的输出电线圈。在使用者投完钱币之后，雪碧、雀巢咖啡、健力宝、可乐、加多宝、纯牛奶、芬达和东方树叶的指示灯亮起，供顾客选择。指示灯与按键的设计，简单便利，方便顾客操作。对PLC的型号进行明确，分配不同的点之后，图3-2的内容是构画完成的PLC外部接线图。图3-2外部接线图Figure3-2Externalwiringdiagram3.3货币识别器选型硬币识别器以及纸币识别器都时货币识别器。自动售卖机的售卖行为中，货币辨别器非常重要，辨别器可以正常工作的情况下，售卖机可以完成常规操作。笔者本来打算自行设计货币辨别器，但因时间问题，文中设计的售卖机运用的是现有货币辨别器。我们可以将货币识别器对货币的识别分为三个阶段，第一是顾客投币阶段，第二是自动售卖机进币阶段，第三是自动售卖机退币阶段。但是纸币辨别器只具有货币识别功能，并不具备退还币的功能。3.3.1硬币的识别原理自动售卖机对硬币的识别主要是利用不同的硬币在通过不同的传感器时，会感应出不同的电容和电感，通过对这两者参数进行比较来区分和识别真假硬币，着就是硬币识别器的主要工作原理。该辨别器具备良好的可靠性，因此，本研究中所设计的自动售货机能够使用复合式的硬币识别器对硬币进行识别。复合式硬币识别器的主要工作原理如下所述：单片机控制电路、平板电容传感器、检验电路以及电感线圈传感器是构成复合式硬币辨别器的主要程序。其中，硬币的薄厚程度是电容传感器识别的主要依据，当硬币从投币口经过平板电容传感器时，会引起传感器的内部电容发生变化，并且，电容传感器还可以对投入的硬币的材质进行检测。再利用交流电桥的作用将电容的变化转变为电压信号，接着通过放大电路对电信号进行放大，接着电信号就被传递至单相桥式整流滤波所在的电路，将交流电转换为直流电信号，并且排除信息的干扰，再通过AD转换器输入电压对比器件将模拟信号转换成数字信号，最后再控制电路。电感线圈传感器主要是在金属经过线圈的过程中，根据电容的变化检测硬币的真伪。硬币经过电感线圈时导致电感量发生变化，由于硬币在通过传感器的时候的速度较快，时间较短。因此就需要对相关的信号进行放大。复合式硬币识别器的最主要的程序就是单机片，进入单片机的信号需为直流信号，因此，我们要将单相桥式整流滤波电路与放大电路的终端进行连接，使交流转变成直流，然后进入单片机控制体系。此外，需要在单片机上对有滤波电路进行连接。硬币辨别器对硬币进行辨别之后，硬币根据具体面值由电磁阀向相对应的存币盒进行分配，接收退币找零信号以后，经过退币电磁阀拉杆，根据信号程序将存币盒中的硬币退给顾客，实现自动售卖机的退币与找零。存币盒的机械设计和找零功能有着密切的联系。硬币辨别器对硬币进行辨别以后，会将面值不同的硬币分配至相应的存币盒中。辨别器经过通信向PLC传输信号。本研究中所使用的硬币识别器可以对5角和1元的硬币进行识别，同时可以一次性存储500枚硬币。3.3.2纸币的识别原理外部储存、电机、主控部分、电源板、传感器、模式选用、去等组件、A/D转换器等共同构成的单片机控制体系，即纸币辨别器。辨别器利用不同的接口将红外、磁性穿透以及紫外技术引进主控元器。对纸币进行识别、再对纸币币值进行统计，对其进行寄存，完成检测。对纸币进行辨别，判断、对比各接口收到的信号与原有的信号，出现明显差异时，反转电机。与硬币相比，纸币的辨别比较麻烦，经常遇到假币，因此，辨别器需要具备辨别纸币真伪的功能。通常情况下，银行会用专门的纸制作纸币，漂白剂通常会被用于假币纸张的处理以及制作中。经过漂白处理的假币在有紫外线进行照射的时候就会出现荧光，真币不会出现荧光。所以，可以运用紫外线辨别纸币的真假。真币在红外激光的照射下会出现波长激光，从而辨别真假纸币。捻纸皮带与双向微型电机共同构成纸币辨别器的传动结构，红外线对管、荧光检测、光敏电阻共同组成辨别器的检测机构。在顾客使用纸币进行购买时，投入的纸币会将入口处的红外线进行遮挡，相关的驱动电机电源被接通，纸币会在捻纸皮带的带动下吞入纸币，纸币再被货币识别器进行检测，当纸币的面值与仪器自身的存储信息不相符时，电机就会反转将纸币退出来，只有当纸币和机器内部设定的信息一致时，纸币才会成功进入储钞箱中，并且将相关的信号传输给PLC从而完成纸币投入。本研究使用的纸币识别器能够识别5元、10元以及20元面值的纸币，并且能够同时存300张纸币。3.4自动售货机电机及其它选择（1）在自动售货机中装着同一个电动机，在进行售卖时，驱动电机可以带动弹簧转动推出饮料，并且不同位置的饮料需要同一个驱动机进行推动，因此，我们需要选择合适的电机。选用的电动机的功率比较的小，一般的额定电压在12-24V左右，其额定的功率为3W。并且需要设置直流电机进行减速。对扭矩进行加大，确保饮料有效弹出。交流电机是工业上经常应用的电动机，但是自动售货机的售卖时间短，交流电机无法满足短时间启动与短时间制动的要求，因此，支路电机我们也要进行选型。（2）选择合适的接触器因为在本设计中使用的是直流驱动电机，所以需要选择适合24V的直流电压的接触器。因为缺乏涡流损耗以及磁滞损的电磁结构，直流接触器的铁心由软钢构成，因此不用再再断面上使用短路环，当在端面上使用磁吹式灭弧装置时，有比较多的线圈匝数。拥有较高的操作效率时直流接触器的主要优点。图3-3主要接线图Figure3-3mainwiringdiagram4自动售货机的软件设计在本文中，自动售卖机的最重要的部分是软件部分。我们需要先根据售卖机的要求画出梯形图，再对梯形图的内容进行调试，然后再对MCGS组态软件进行仿真操作。4.1自动售货机的控制系统图4-1自动售货机的控制系统流程图Figure4-1flowchartofvendingmachinecontrolsystem以上的控制流程表示的是自动售卖机的功能实现的过程，再启动按键后，顾客随即投币，然后机器自动计算再投币时间内所投货币的面值，然后系统会根据投入的币值的大小，自动与商品的价格进行对比，机器会显示可以购买的饮料，购买饮料后，顾客可以通过退币按键进行零钱退还。4.2自动售货机的程序部分4.2.1程序中用到的部分指令对比[S1]、[S2]中的数据，我们可以知道，比较指令在PLC控制体系中非常重要，在对比信息后，比较结果的指令会被传递至目的操作数[D]环节，见图4-2，当X000处于OFF状态时，不会执行CMP的相关指令，M10，M11，M12则保持不变；而当X000处于ON状态时，执行系统发出的CMP指令，同时会对比[S1]与[S2]中的相关数据，或者说就是对比C10中的计数器值和K10（数值K10）数值之间的差距。如果C10中的计数器值比10要小，结果就是M10=1；而如果C10中的计数器值比10要大，结果就是M12=1；如果C10中的计数器值等于10，结果就是M11=1。图4-2CMP指令使用说明Figure4-2cmpinstructionsinstructionsinstructions加法计算：将指定源元件里的二进制的数字进行相加，相加的结果再传输至特定的执行目标元件里。当X000处于1的状态时，运算方式为（D0）+（D5）=（D6），其实一种代数运算图4-3加法运算的使用说明图Figure4-3illustrationoftheuseofaddition减法计算：将指定源元件里的二进制的数字进行相减，相减的结果再传输至特定的目标元器件里，见图4-4所示为减法的计算式。当X000处于1的状态时，运算方式为（D10）-（D12）=（D14），其式一种代数运算方式。图4-4减法运算使用说明图Figure4-4illustrationofsubtractionoperation4.2.2自动售货机的控制程序我们可以将程序分成五个部分，主要有退币、启动、币值相减、选择饮料、投币对比以及可购买显示部分。启动部分指的是对开始按钮进行设定，按启动钮，当X000的指示为1时，松开手时系统就会断开。图4-5启动部分的相关程序图4-6投币部分的相关程序Figure4-6CoinPart投币后币值比较部分：在用户投币后，机器内的货币辨别器会对投入的币种进行识别，用户的每次投币就相当于一次按扭，而T10代表的是完成投币的时间为10秒内，然后再对投入的币值进行累计，所以，机器的应用的数据寄存器为停电时的保持型D200。图4-7比较部分程序Figure4-7comparisonsection选择饮料部分与可购买显示部分：指的是将货币投入售货机购买对应饮料的时候，相应的饮料指示灯亮起。定时器为T2、T11-T17，定时时间是2秒，所有的定时器均能够利用T1线圈获得电源，因此，用户再选择商品时，被选择的商品上的指示灯会比其他未被选择的商品的指示灯多亮4秒。因为再进行商品选择时是通过按钮进行操作的，所以，有必要让辅助继电器进行自锁。图4-8（a）饮料购买时的显示与输出Figure4-8(a)displayandoutputofbeverages图4-8(b)饮料的显示与输出Figure4-8(b)displayandoutputofbeverages图4-8(c)饮料的显示与输出Figure4-8(C)displayandoutputofbeverages图4-8(d)饮料的显示与输出Figure4-8(b)displayandoutputofbeverages图4-9(a)饮料的选择与货币相减Figure4-9(a)theselectionofbeveragesissubtractedfromthecurrency图4-9(b)饮料的选择与货币相减Figure4-9(B)theselectionofbeveragesissubtractedfromthecurrency图4-9(c)商品的选择以及币值之间的相减图4-9(d)商品的选择以及货币币值之间进行相减图4-10机器定时器的定时部分示意图Figure4-10timertimingsection货币相减:指的是对某种饮料进行选择以后，数据寄存器会将对应金额减掉，并且将计算的结果储存在数据寄存器中。见图4-9所示。图4-11取物口的灯亮系统部分Fig.4-11pick-uplight图4-12饮料在输出过程的时间控制部分Fig.4-12beverageoutputtimecontrolsection退币：指的是顾客消费成功之后，需要退钱时，可以按退币键。由于纸币在使用过程中的磨损程度比较高，所以，机器的退币系统只能退还5角或者1元的硬币而不会退还纸币。在零钱退还结束后，机器的数据寄存器就会进行复位。Figure4-13(a)refundresetsection图4-13(b)退币复位部分Figure4-13(b)refundresetsection4.3程序的调试部分4.3.1GXDeveloperGXDeveloper软件是由三菱PLC开发应用于编程的。其全系列的可用于编程的控制器包括QnU、FX、QnA、Q、AnS、AnA以及QS等，可以根据程序和网络数据设计、制定梯形图、指令表、SFC、ST、及FB、Label语言，实现线上调试、变更和监控，可以在其他地方进行PLC程序的读写。在对系统进行调试时，可以不用对可编程控制器进行连接，也不用进行顺序程序的制作，只需要利用梯形逻辑检测的功能，就可以完成比较简单的调试工作。在软件的帮助菜单中就已经很详细的注明了特殊继电器、特殊寄存器以及CPU错误等问题的相关处理方式，出现错误或需要对特殊寄存器与特殊继电器进行了解时，可以查看帮助功能。制作数据的过程中产生错误，帮助功能会对相关数据与原因进行显示，有效减少数据制作的时长。GX-Simulator6-c是文中设计的自动售卖机的调试软件，它可以被认作是GXDeveloper的组成部分。4.3.2程序调试对程序开展调试时可以利用购买雀巢咖啡时投入5个1元硬币，依据梯形的逻辑测验按下相关的结束或者开始按键，PLC启动后，就会由梯形图显现出蓝色部分，一般来说，如果常触点显示的是蓝色，那么就说明其已经接通，此时数据的显示器指示的数字为0.Figure4-14enterstheinitialstateofthedebugdataregister在菜单栏“在线”栏内对调试软元件测验进行选定。文中设计的收货机为按键售卖，按键松开是0，按下是1，所以需要在位软元件内写下X000强行ON，表明按下按键，在强行OFF，表明松开按键。十秒钟内连续按5次X001，表明投下5元，再按X015，表明对雀巢咖啡进行购买。图4-15X001接通5次后状态Figure4-15x001statusafter5connections图4-16按下雀巢咖啡按钮后状态Figure4-16statusaftertheNescafebuttonispressed图4-17选择雀巢咖啡部分Figure4-17selecttheNescafesection购买完成后按下X016，退还剩余的零钱后，再按下OFF按键，其根本原因是因为退币的按键一样是在松开的时候断开在按下的时候连通。图4-18退币前的状态Figure4-18pre-refundstatus图4-19退币后状态Figure4-19post-refundstatus4.4基于MCGS组态的自动售货机仿真在Windows平台的基础上，由北京昆仑通态自动软件科技有限公司研究开发的MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，监视与控制通用系统)可以被用来快速的制作上位机监控体系的相关软件组态的体系，功能为控制、处理前端数据以及监测、收集现场信息。MCGS主要分为嵌入、网络和通用三个版本。包含MCGS运行环境与MCGS组态环境。运营方式、主控界面、实时信息、设备窗口与用户窗口共同组成MCGS的工程，不同部分分别开展组态行为，完成工作，具备不同特点。通常会在工程方面应用该软件，比如，沥青库自动控制以及天然气CIMS体系等。在软件里面的图库中主要是一些常用的工程设施，比如，组成系统的阀、电机以及储存罐等设施。我们必须将售卖机所要使用的照片进行制作，将其加载进去。运用组态软件设计售卖机，最主要的目标是当按键被按下时，与之相对应的指示灯就会亮起。4.4.1建立组态画面自动售卖机的图片并没有直接被存储在软件内，我们需要先对图片进行建立。将MCGS组态环境打开，进行工程的新建。在用户窗口内电机新建工程，然后将新建窗口选为0，再进行属性选择，将我们新建的工程窗口命名为自动售货机。再对自动售货机内部的相关结构进行设计。按下动画组态键，对画面进行建立。图库内缺乏所需的图片，是对自动售卖机画面进行建立时会面临的重要问题，图片由自己建立。从互联网上搜索一些商品的照片，并在ACDSee软件中导入我们所搜索到的照片，然后再对导入的照片的大小进行调节，并把照片按照256色位图*bmp的格式进行保存，并在特定的文件夹中将我们制作所要用到的照片进行保存。在切换会动画组态界面，对工具箱内的位图进行选择，在窗口内画下恰当的位图，选定已画完的位图，加载图片。然后，给饮料配备按钮，对工具箱内的标准按键进行选择，制作按键以后双击，对按键标题进行更改。将指示灯在工具箱的元件插入按钮中进行选择。按照预设，我们需要调节不同部分的位置，这样就完成了效果图的制作，见下图。4-20自动售货机的组态下效果图4-20vendingmachine4.4.2设置各元件的参数制作效果图，设定不同部分的参数数据。返回自动售卖机工作台界面，对实时数据库进行点击，再对新增对象进行点击，命名和注释元件。由于元件选用的通道无将首字符设定为汉字，因此，可以命名每一个元件。比如，用HLx命名灯，用YVx命名输出。用SBx命名按键性质的输入。图4-21工作台Figure4-21workbench下图内容是设计实时数据库时可以用到的。图4-22（a）实时数据库设置Figure4-22(a)real-timedatabasesetup图4-22（b）实时数据库设置Figure4-22(B)real-timedatabasesetup将可乐作为例子，设置按键与指示灯。如下图所示，图中内容为动画组态内的电机可乐指示灯。图4-23可乐指示灯参数Figure4-23cokeindicatorparameters动画组态下对可乐键进行点击，对按键属性进行设定，松0按1，再对后面的“？”进行点击，选定SB6。其他按键将其作为参照设定。图4-24可乐按钮设置Figure4-24cokebuttonsettings设备窗口是在工作台的界面中进行设计的，然后再对设备工具箱进行点击，管理设备，再对设备进行筛选，再对相关的PLC设施进行选择。图4-25设备窗口的选择Figure4-25devicewindowselection在进入三菱系列的串口后，对设备属性进行设定。对连接通道按照I/O分配表进行分配。在通道的设定过程中，一定要有效避免输出通道与