PLC自動售貨機(jī)

1、1 緒論1.1 設(shè)計背景公元1 世紀(jì),希臘人希羅制造的自動出售圣水的裝置是世界上最早的自動售貨機(jī)。1925年美國研制出售香煙的自動售貨機(jī)，此后又出現(xiàn)了出售郵票、車票的各種現(xiàn)代自動售貨機(jī)?，F(xiàn)代自動售貨機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)和功能依出售的物品而異，主要有食品、飲料、香煙、郵票、車票、日用品等自動售貨機(jī)。一般的自動售貨機(jī)由錢幣裝置、指示裝置、貯藏售貨裝置等組成。錢幣裝置是售貨機(jī)的核心，其主要功能是確認(rèn)投入錢幣的真?zhèn)危诌x錢幣的種類，計算金額。如果投入的金額達(dá)到購買物品的數(shù)值即發(fā)出售貨信號，并找出余錢。指示裝置用以指示顧客所選商品的品種。貯藏售貨裝置保存商品，接收出售指示信號，把顧客選擇的商品送至付貨口。一般

2、售貨機(jī)的錢幣裝置由投幣口、選別裝置、確認(rèn)錢幣真?zhèn)蔚臋z查裝置、計算金額的計算裝置和找錢裝置組成。70年代以來，出現(xiàn)了采用微型計算機(jī)控制的各種新型自動售貨機(jī)和利用信用卡代替錢幣并與計算機(jī)連接的更大規(guī)模的無人售貨系統(tǒng)，如無人自選商場、車站的自動售票和檢票系統(tǒng)、銀行的現(xiàn)金自動支付機(jī)等1.2 應(yīng)用前景現(xiàn)在，自動售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機(jī)方式，通過電話線路將自動售貨機(jī)內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ)充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機(jī)的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這

3、種機(jī)型的自動售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約1015的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時，自動售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。從自動售貨機(jī)的發(fā)展趨勢來看，大量生產(chǎn)，大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道，而相對的超市，百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升，在加上場地的局限性和購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器也就有了其相當(dāng)可觀的前景。1.3 設(shè)計的目的和意義PLC的發(fā)展與計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了

4、PLC的發(fā)展，而PLC得發(fā)展又對這些高新技術(shù)提出了更高更新的要求，促進(jìn)了他們的發(fā)展。本次設(shè)計就在于結(jié)合PLC的種種優(yōu)點聯(lián)系實際情況來彌補(bǔ)原有系統(tǒng)的不足，利用PLC控制的自動售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證了自動售貨機(jī)能夠長期穩(wěn)定的運(yùn)行。2 設(shè)計方案2.1實現(xiàn)方法分析與可行性討論2.1.1 單片機(jī)自動售貨控制系統(tǒng) 單片機(jī)也成為單片機(jī)微型計算機(jī)，是把微型計算機(jī)的各部件中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、定時器/計數(shù)器等制作在一塊集成電路芯片上，構(gòu)成一個完整微型計算機(jī)。 由于單片機(jī)在一塊小芯片上就集成了一臺計算機(jī)有具備的功能，所以其在工業(yè)控制中占據(jù)很重要的地位。它具有超小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)

5、等優(yōu)勢。特別適用于實時工業(yè)測量控制、智能化儀器儀表和家用電器控制等應(yīng)用系統(tǒng)。 目前，市場上流行的單片機(jī)種類繁多，如MCS-51系列、凌陽公司的SPCE061A 16位單片機(jī)、美國TEXAS INSTRUMENTS公司的MSP430系列單片機(jī)、ARM嵌入式單片機(jī)等都是各優(yōu)點，在不同的領(lǐng)域中有著很好的應(yīng)用。單片機(jī)控制系統(tǒng)用于自動售貨控制是完全可行的。2.1.2 工控機(jī)自動售貨控制系統(tǒng) 工控機(jī)即工業(yè)控制計算機(jī)，但現(xiàn)在更時髦的叫法是產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦，英文簡稱IPC。工程機(jī)通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場兒設(shè)計的計算機(jī)。而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強(qiáng)烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁力干擾等特點，且一般工廠均是連續(xù)

6、作業(yè)急一年中一般沒有休息。因此，工控機(jī)與普通計算機(jī)相比必須具有以下特點：1） 機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。2） 機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。3） 機(jī)箱內(nèi)有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。4） 要求具有長時間工作能力。對于工控機(jī)作為自動售貨控制系統(tǒng)，由于自動售貨控制系統(tǒng)的環(huán)境相對工業(yè)控制的環(huán)境要好得多，而且自動售貨控制控制系統(tǒng)隊連續(xù)長時間工作的能力要求不是很高。用工控機(jī)設(shè)計自動售貨控制系統(tǒng)實屬大材小用。而且工控機(jī)的價格較同層次的PC機(jī)要偏高，這樣就增加了系統(tǒng)的成本，降低了整體的性價比。2.1.3 PLC自動售貨控制系統(tǒng) 自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏

7、輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各國得到了廣泛應(yīng)用。PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點。對于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控對象是設(shè)備連

8、鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在組態(tài)軟件設(shè)計方面要容易一些。且PLC通常都支持現(xiàn)場總線，會使得系統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前適用于自動售貨控制的中小型PLC種類繁多，價格低廉。使設(shè)計者會有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價會比工控機(jī)低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以PLC實現(xiàn)自動售貨控制的設(shè)計是最佳設(shè)計，本文中采用，因為售貨機(jī)的全部功能是在上位機(jī)上模擬的，所以控制起來很方便。2.2 總體設(shè)計思路自動售貨機(jī)的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進(jìn)行計算，然后根據(jù)運(yùn)算結(jié)果做出相應(yīng)的判斷，看看哪種商品可以進(jìn)行購買，哪種商品不能購買，本次課程設(shè)計的要求是可識別三

9、種錢幣，分別是1元、2元、5元，采用三個按鈕進(jìn)行模擬，自動售貨機(jī)共出售四種貨物，其價格分別定為1元、3元、4元、6元，當(dāng)投幣數(shù)大于等于貨物價格時且售貨機(jī)里有這種貨物時，指示燈亮，表示可以進(jìn)行購買，四種貨物分別用四個小燈代替進(jìn)行模擬。除此之外，本次設(shè)計還涉及了顯示、找零、送貨等功能的實現(xiàn)，其中顯示部分采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，顯示投幣總數(shù)和購買后的余額；當(dāng)按下找零按鈕后，數(shù)碼管顯示進(jìn)行清零，采用從高到低遞減的形式進(jìn)行清零，例如：當(dāng)余額為17元時，按下找零按鈕后，先找三個五元數(shù)碼管分別顯示12、7、2，然后再找2元，清零。送貨部分采用小車直線運(yùn)動進(jìn)行模擬，將四種貨物分別送到四個不同的地點，采用四個光電開

10、關(guān)分別代表四個不同的送貨地點，當(dāng)按下不同的送貨按鈕后，小車會以其對應(yīng)的光電開關(guān)為終點做直線往返運(yùn)動，表示送貨過程由于售貨機(jī)的全部功能是在上位機(jī)上模擬的，所以售貨機(jī)的部分硬件是由計算機(jī)軟件來模擬替代的這些并不會影響實際程序的操作，完全能模擬現(xiàn)實售貨機(jī)的運(yùn)行。3 硬件設(shè)計我們本次采用的是西門子公司的S7200系列PLC，它可以提供4種不同的基本單元和6種型號的擴(kuò)展單元，其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。3.1 I/O地址分配輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些

11、數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。本次課程設(shè)計的主要I/O分配如下：表一 I/O地址分配輸入單元PLC地址輸出單元PLC地址投幣1元I0.1A貨物顯示Q1.0投幣2元I0.2B貨物顯示Q1.1投幣5元I0.3C貨物顯示Q2.0送貨（A貨物）I0.4D貨物顯示Q2.1送貨（B貨物）I0.5找零出口Q2.2送貨（C貨物）I0.6出貨口Q2.3送貨（D貨物）I0.7電機(jī)正轉(zhuǎn)Q2.6找零I0.0電機(jī)反轉(zhuǎn)Q2.5數(shù)碼個位顯示I0.0I0.3數(shù)碼十位顯示I0.4I0.7限位開關(guān)S1I1.0限位開關(guān)S2I1.1限位開關(guān)S3I1.2限位

12、開關(guān)S4I1.33.2 中間繼電器分配中間繼電器功 能中間繼電器功 能M0.0送A貨M1.2電機(jī)反轉(zhuǎn)M0.1限位開關(guān)S1M1.3電機(jī)正轉(zhuǎn)M0.2限位開關(guān)S2M1.4電機(jī)正轉(zhuǎn)M0.3送B貨M1.5電機(jī)反轉(zhuǎn)M0.4送C貨M1.6電機(jī)正轉(zhuǎn)M0.5限位開關(guān)S3M2.0送貨延時M0.6送D貨M2.1送貨延時M0.7限位開關(guān)S4M2.2送貨延時M1.0電機(jī)反轉(zhuǎn)M20.0找零M1.1電機(jī)正轉(zhuǎn)3.3 硬件接線圖圖三 硬件接線圖3.4實物接線圖4 軟件設(shè)計梯形圖3.3電器元件的說明 本系統(tǒng)中主要用到的電器元件有光電開關(guān)、電磁閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、指示燈以及按鈕。光電開關(guān)是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的

13、。光電開關(guān)一般情況下由三部分構(gòu)成，分別是：發(fā)送器接收器和檢測電路，目前使用最多的是紅外線光電開關(guān)。在設(shè)計中使用的光電開關(guān)是為了檢測投入的硬幣的數(shù)目，可選用普通的紅外線光電開關(guān)。電磁閥是利用電磁線圈通電后產(chǎn)生的磁場來實現(xiàn)動作的，因此電磁閥只有開、關(guān)兩個位置，即常閉（不通電時關(guān)閉狀態(tài)）、常開（不通電時打開狀態(tài)）。由于開啟時間少于關(guān)閉時間，所以選用常閉型電磁閥。選用交流型電磁閥，電壓規(guī)格用盡量優(yōu)先選用AC220V。第四章 總結(jié)4.1 個人總結(jié)本次課程設(shè)計我們的主要任務(wù)是用PLC實現(xiàn)自動售貨機(jī)的功能。一個平?？此坪唵问褂梅奖愕淖詣邮圬洐C(jī)，其實并不是那么容易就做成的。我們本次設(shè)計所做的只是PLC編程部分

14、，以此實現(xiàn)它的功能。在接到題目后，起初感覺無從下手，在思考過一段時間后，我和同組同學(xué)通過網(wǎng)絡(luò)以及去圖書館查閱資料，獲得了一些有關(guān)自動售貨機(jī)以及PLC編程方面的信息?；谖覀儽緦W(xué)期所學(xué)習(xí)的PLC課程，我們自己嘗試著編寫了程序。經(jīng)過多次修改以及調(diào)試，我們最終獲得成功，實現(xiàn)了預(yù)期的功能。在設(shè)計中我們用到了光電開關(guān)、電磁閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等我們沒怎么接觸過的電子器件，之前我對這些元器件不是很了解，由于在設(shè)計中用到了，我查閱了一些資料，對它們的原理以及應(yīng)用有了深刻地認(rèn)識。經(jīng)過兩個禮拜的學(xué)習(xí)、研究以及經(jīng)過張老師的指導(dǎo).終于按時完成了課程設(shè)計.設(shè)計主要研究的是自動售貨機(jī)中有關(guān)于PLC的部分.自動售貨機(jī)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。自動售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費環(huán)境和消費模式的變化，24小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。所以說,自動售貨機(jī)是今后小商品和飲料銷售方式的一個很好的發(fā)展趨勢.它的出現(xiàn)將極大的方便人們購買所需要的小商品.通過本次課程設(shè)計，我的收獲很大，對PLC的編程有了更進(jìn)一