畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的自動售貨機(jī)控制

1、基于plc的自動售貨機(jī)控制摘 要自動售貨機(jī)最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)五、六十年代的西歐，當(dāng)時在美國的地鐵系統(tǒng)中，人們可以用1美分在自動售貨機(jī)上買到一塊口香糖。目前自動售貨機(jī)在一些國家已達(dá)到普及的程度。自動售貨機(jī)有自動售飲料機(jī)、自動售香煙機(jī)和自動服務(wù)機(jī)等等。本文對自動售貨機(jī)進(jìn)行了研究，報告了自動售貨機(jī)的發(fā)展、現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域以及未來的發(fā)展趨勢。利用plc控制自動售貨機(jī)，選擇合適的方案，并進(jìn)行合理的硬件選型、設(shè)計(jì)及i/o配置，將程序輸入pc機(jī)進(jìn)行調(diào)試，最終確定設(shè)計(jì)方案。文中詳盡地介紹了自動售貨機(jī)的各硬件組成，并完成了plc外部接線圖。在plc梯形圖的編寫時，文中采用的是三菱plc梯形圖專用編譯軟件來進(jìn)行編寫

2、。介紹了自動售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，具體說明了可編程序控制器在自動售貨機(jī)中的作用。程序涉及到了自動售貨機(jī)工作的絕大部分過程。利用plc控制的自動售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機(jī)能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：自動售貨機(jī)，plc，fx2nabstractvending machine appears the earliest in the 1950s and 1960s, when the western europe in the subway system in the united states, people can use 1 cents in vending machine

3、to buy a piece of chewing gum. at present the vending machine in some countries has reached popularity of degree. vending machines, automatic machines, automatic sale sell cigarette machine and automatic service machine, etc. this paper studied the vending machine, report the development of the situ

4、ation, application field and the future trend of development of the vending machine ,using plc control vending machine, choose the right plan and make reasonable hardware selection, design and the i/o configuration, debugging input pc, determines the design scheme.this paper introduced in detail the

5、 vending machines, hardware composition, and completed plc external hookup. write in plc ladder diagram, the paper uses is when mitsubishi plc ladder-diagram special compiled software to write. introduces the basic principle of vending machine and the working process, specifying the programmable con

6、troller in the vending machine in the role. program involves a vending machine work most of the process. use of plc controlled vending machines, improve the stability of the system, ensure the vending machine can have a long-term and stable operation.keywords: vending machine,plc,fx2n目錄摘 要1abstract2

7、緒論5第1章 自動售貨機(jī)簡介61.1自動售貨機(jī)的起源和發(fā)展61.2 自動售貨機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景7第2章 可編程控制器plc簡介92.1 plc概述92.1.1可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展92.1.2 plc的發(fā)展前景和主要品牌102.2 plc的工作原理112.2.1 plc的硬件組成112.2.2 plc的工作原理122.2.3 plc應(yīng)用的特點(diǎn)及編程語言14第3章 硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)及原理153.1硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)153.2硬幣的識別原理15第4章 自動售貨機(jī)的plc程序設(shè)計(jì)184.1 硬件設(shè)計(jì)分析184.1.1控制要求分析184.1.2 i/o點(diǎn)統(tǒng)計(jì)184.1.3 plc選擇194.1.4 cd4

8、511七段數(shù)碼管譯碼器204.2 軟件設(shè)計(jì)分析214.2.1 i/o分配表214.2.2程序流程圖的編制224.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)梯形圖224.2.3 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖23第5章 仿真與分析275.1 仿真設(shè)計(jì)275.2 仿真結(jié)果及分析29結(jié)論31致謝33緒論自動售貨機(jī)是可完成無人自動售貨，集光、機(jī)、電一體化的商業(yè)自動化設(shè)備。自動售貨機(jī)具有不受任何場地限制、方便快捷、可以每天24h售貨的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心，這樣不僅會在輸入輸出接口上做大量的工作，而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差?？删幊踢壿嬁刂破鳎╬rogrammable logical control

9、ler）,簡稱plc，是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置，它具有可靠性高、編程簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。因?yàn)樽詣邮圬洐C(jī)作為社會上完成零售和綜合服務(wù)的獨(dú)立設(shè)施，要求它的結(jié)構(gòu)必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。plc是以cpu為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（plc、機(jī)器人和cad/cam）之一。目前，可編程控制器在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保等各行各業(yè)。plc的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技

10、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plc的發(fā)展，而plc的發(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(jì)就在于結(jié)合plc的種種優(yōu)點(diǎn)聯(lián)系實(shí)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。第1章 自動售貨機(jī)簡介1.1自動售貨機(jī)的起源和發(fā)展公元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)

11、。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)?，分選錢幣的種類，計(jì)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(jì)算金額的計(jì)算裝置和找錢裝置組成。70年代以來，出現(xiàn)了采用微型計(jì)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(jì)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。自動售貨機(jī)是

12、一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。在日本，70的罐裝飲料是通過自動售貨機(jī)售出的。全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機(jī)。在日本全國各地，共設(shè)有550萬臺自動售貨機(jī)（據(jù)1998年的統(tǒng)計(jì)），銷售額達(dá)6兆8969億4887萬日元，為世界第一。在售貨機(jī)的顯示屏幕上進(jìn)行操作，輸入商品號碼和購買數(shù)量，并投入錢幣后，商品就會從取貨口出來，甚至從食品自動售貨機(jī)上還能買到熱呼呼的面條和米飯團(tuán)。雖然日本的自動售貨機(jī)總臺數(shù)低于美國（據(jù)1997年的統(tǒng)計(jì)為689萬臺），但是，從人口占有數(shù)來看卻是世界上最高的，美國平均35人占有一臺，而

13、日本為23人占有一臺。據(jù)說世界上最早的自動售貨機(jī)出現(xiàn)在公元前3世紀(jì)，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機(jī)。17世紀(jì)，英國的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動售貨機(jī)。在自動售貨機(jī)歷史的長河中，日本開發(fā)出實(shí)用型的自動售貨機(jī)，那是在進(jìn)入本世紀(jì)后的事。日本第一臺自動售貨機(jī)是1904年問世的“郵票明信片自動出售機(jī)”，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機(jī)器。自動售貨機(jī)的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50年代，“噴水型果汁自動售貨機(jī)”大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來，由于美國的飲料大公司進(jìn)入日本市場，1962年，出現(xiàn)了以自動售貨機(jī)為主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而

14、促進(jìn)了自動售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?，F(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(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)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(diǎn)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(fèi)高峰時，這種機(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。自動售貨咖啡機(jī)是一種既可以出冷熱咖啡也可以同時出奶茶果汁飲料的咖啡飲料自動售貨機(jī)，

15、省時方便快捷。既可以作投資來使用，也可作為員工福利來使用。1.2 自動售貨機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景從自動售貨機(jī)的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)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。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)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(fèi)用也不斷上升；再加上場地的局限性以及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)器便應(yīng)運(yùn)而生了。從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機(jī)械，從狹義來講就是自動銷售商品的機(jī)械。從供給的條件看，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(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，2

16、4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(fèi)用上升的問題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)?，F(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(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)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(diǎn)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(fèi)高峰時，這種機(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

17、源以及高功能化的方向發(fā)展。第2章 可編程控制器plc簡介2.1 plc概述plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性好等特點(diǎn)。2.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）根據(jù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的需要，研制出了第一臺可編程控制器，并在美國通用汽車公司（gm）的汽車自動裝配線上試用成功。盡管當(dāng)時的可編程控制器功能有限、體積龐大，但它標(biāo)志

18、著這門新技術(shù)的產(chǎn)生和迅速發(fā)展的開始。1971年，日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺可編程序控制器dsc-8。1973年，西歐國家也研制出了他們的第一臺可編程序控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。早期的可編程序控制器是為取代繼電器控制線路、存儲程序指令、完成順序控制而設(shè)計(jì)的。主要用于：1. 邏輯運(yùn)算  2. 計(jì)時，計(jì)數(shù)等順序控制，均屬開關(guān)量控制。所以，通常稱為可編程序邏輯控制器（plcprogrammable logic controller）。  進(jìn)入70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，plc采用了通用微處理器

19、，這種控制器就不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了，功能不斷增強(qiáng)。因此，實(shí)際上應(yīng)稱之為pc可編程序控制器。至80年代，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化pc得到了驚人的發(fā)展。使pc在概念、設(shè)計(jì)、性能、價格以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程i/o和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使pc向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一大支柱。早期的可編程控制器雖然采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想，并注重了面向用戶、用于控制和適合工業(yè)現(xiàn)場的特點(diǎn)，但限于當(dāng)

20、時的技術(shù)發(fā)展水平，其功能很有限，器件多、線路復(fù)雜且體積大，名稱也不統(tǒng)一。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代可編程控制器對網(wǎng)絡(luò)功能的要求更強(qiáng)，一般都有現(xiàn)場總線功能、互連網(wǎng)接入功能等，easy嵌入式plc采用can bus現(xiàn)場總線技術(shù)并支持專用的嵌入式web服務(wù)器。20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了將接觸器、各類繼電器、定時器、其他電器及其觸頭按一定邏輯關(guān)系連接的繼電接觸控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、便于掌握在一定范圍了能夠滿足控制要求，在工業(yè)控制中一直占有主導(dǎo)地位。自動售貨機(jī)是集聲、光、機(jī)、電于一體的智能科技產(chǎn)物。2.1.2 plc的發(fā)展前景和主要品牌進(jìn)入21世紀(jì)，自動售貨機(jī)將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方

21、向發(fā)展。plc總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。·向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展·向大容量、高速度方向發(fā)展·智能型i/o模塊的發(fā)展·基于pc的編程軟件取代編程器·plc編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化·plc通信的易用化·組態(tài)軟件與plc的軟件化·plc與現(xiàn)場總線相結(jié)合·開發(fā)新型特殊功能模塊·cpu的處理速度進(jìn)一步加快plc目前主要有以下品牌德國西門子，日本omron 三菱、日立、東芝、松下、富士， 美國ge施奈德、ipm、ab公司等plc生產(chǎn)廠

22、家。2.2 plc的工作原理2.2.1 plc的硬件組成plc的硬件主要由中央處理器（cpu）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中，cpu是plc的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與cpu之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。對于整體式plc，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)，其組成框圖如圖1所示；對于模塊式plc，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣希浣M成框圖如圖2-1所示。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的plc，都可根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置與組合。 2-1 整體式plc組成框圖1中央處理單元（cpu）同一般的微機(jī)一樣，

23、cpu是plc的核心。plc中所配置的cpu 隨機(jī)型不同而不同，常用有三類：通用微處理器（如z80、8086、80286等）、單片微處理器（如8031、8096等）和位片式微處理器(如amd29w等) 。小型plc大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型plc大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；大型plc大多采用高速位片式微處理器。2存儲器存儲器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機(jī)存儲器ram，另一種是只讀存儲器rom、prom 、eprom 和eeprom。在plc中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。3輸入/輸出單元輸入/輸出單元通常也稱i/o單元或i/o模塊，是p

24、lc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(shí)現(xiàn)控制目的。2.2.2 plc的工作原理plc雖具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，而plc則采用循環(huán)掃描工作方式。在plc中用戶程序按先后順序存放。對每個程序，處理器從第一條指令開始執(zhí)行，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：一是處理器執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時間；三是

25、程序中指令條數(shù)的多少。一個掃描周期大致可分為輸入/輸出刷新和執(zhí)行指令兩個階段。所謂輸入/輸出刷新是指，plc先將上一次掃描的執(zhí)行結(jié)果送到輸出端，再讀入輸入數(shù)據(jù)并存入輸出狀態(tài)寄存器，輸出狀態(tài)的寄存器內(nèi)容進(jìn)行一次更新，故稱為“i(輸入)/o (輸出)刷新”。由于每一個掃描周期只進(jìn)行一次輸入/輸出刷新，即每一個掃描周期plc只對輸入與輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入與輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，由此可見，若輸入變量在輸入/輸出刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的輸入/輸

26、出刷新期間輸出才會發(fā)生變化。 plc的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。plc通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖2-2）?？傊?，采用循環(huán)掃描的工作方式，是plc區(qū)別微機(jī)和其他控制設(shè)備的其他設(shè)備的最大特點(diǎn)。圖2-2各階段處理任務(wù)對每個程序，cpu從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。plc的掃描全過程如圖2-3所示

27、。 圖2-3 plc的掃描全過程2.2.3 plc應(yīng)用的特點(diǎn)及編程語言plc現(xiàn)今已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的鋼鐵，采礦，水泥，化工，電力，石油，汽車裝卸，機(jī)械制造，造紙，紡織，環(huán)保及娛樂等各行各業(yè)。它的應(yīng)用大致可分為以下幾種類型：開關(guān)量邏輯控制是plc最基本應(yīng)用；閉環(huán)過程控制使plc做模擬量控制；位置控制實(shí)現(xiàn)對各種機(jī)械運(yùn)動時的控制；監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的處理，監(jiān)控生產(chǎn)過程；分布控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制的網(wǎng)絡(luò)化。plc與集散系統(tǒng)在數(shù)字處理，程序控制方面有優(yōu)勢，與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比通用性強(qiáng)，硬件結(jié)構(gòu)簡單，編程容易，用plc設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流。plc為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程

28、序要求。它提供的編程語言通常有以下5種：梯形圖（lad）、語句表（stl）、順序功能圖（sfc）、功能塊圖（fbd）和結(jié)構(gòu)文本（st）。第3章 硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)及原理3.1硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)用于檢測所投入的硬幣的真?zhèn)巍螏磐嘶氐接矌磐诉€口，真幣則合計(jì)金額并與所售商品價格作比較。如果投入的金額等于或大于商品的售價，則發(fā)出允許出售的信號。待接到售貨終了信號后，進(jìn)行找零錢計(jì)算，并啟動找零錢的電動機(jī)，把以不同幣種適當(dāng)?shù)慕M合成零錢送到退還口。它要求機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)緊密結(jié)合?，F(xiàn)在所有的貨幣機(jī)構(gòu)都由微機(jī)進(jìn)行控制。圖3-1是硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)簡圖。由硬幣檢測部分、運(yùn)算控制部分、找零錢機(jī)構(gòu)、自動售貨機(jī)主體和接口

29、組成。硬幣驗(yàn)鈔機(jī)構(gòu)中機(jī)電一體化最引人注目的是錢幣檢查部分實(shí)現(xiàn)了電子化。圖3-1 硬幣驗(yàn)鈔機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖3.2硬幣的識別原理我國目前發(fā)行的1元、5角和1角硬幣的金屬原材料是為造幣而專門使用的特殊合金，因此在它通過投幣入口進(jìn)入由電感和電容組成的特定高頻振蕩線路所產(chǎn)生的磁場時，金屬材質(zhì)和體積的差異對電感量的影響大小也出現(xiàn)微弱差異，電感量的變化引起振蕩頻率的變化;再通過檢測頻率的變化，與設(shè)定值進(jìn)行比較，確定某種硬幣種類后，經(jīng)窄帶選頻電路將頻率信號變成電壓信號輸出（開關(guān)量），完成對金屬硬幣的識別。金屬硬幣識別器種類繁多,但貯幣退幣機(jī)構(gòu)基本上分為兩類:一類是平面式貯幣,電磁閥退幣；另一類是圓筒式貯幣,步進(jìn)電機(jī)

30、退幣。當(dāng)硬幣投入后經(jīng)過識別識出電信號后,偽幣和異物被排出,真幣按面值由幾組分布電磁閥分配到不同貯幣腔體內(nèi)備用.當(dāng)收到退幣找零電信號后,通過退幣電磁閥或退幣電機(jī)拉桿,將貯幣腔內(nèi)下部硬幣依電信號程序推出,完成自動售貨機(jī)的退幣找零功能. 主要識別指標(biāo)：直徑、材質(zhì)、厚度。 材質(zhì)是用電磁的方式測的，使用空心線圈或磁芯線圈，線圈組數(shù)少的只有一組，多的常見的是六組。工作狀態(tài)下，線圈及其外圍電路會以一個特殊的頻率振蕩（多個線圈的話頻率各不相同），當(dāng)硬幣以垂直或平行于線圈平面的方式穿過時（不同產(chǎn)品方式不同），會引起振蕩頻率的變化。材質(zhì)不同所引起的頻率變化幅度和方向（增加、減少）也不同，對某種硬幣的特征進(jìn)行記錄后

31、，就成為使用中識別該種硬幣的依據(jù)。 厚度是沒有東西專門測的，實(shí)際上這個指標(biāo)是和材質(zhì)一起測。因?yàn)榧词瓜嗤馁|(zhì)的硬幣，如果厚薄不同，導(dǎo)致的頻率變化差異也較大。 直徑老式的識別裝置用光電管隊(duì)列來識別直徑，排列組合得當(dāng)?shù)脑?，識別精度也不低（可答0.5mm）。新一點(diǎn)的都用偏心或異形線圈來測量，依據(jù)是直徑小的硬幣與線圈的重合部分也少，由此也帶來頻率變化的不同。 常見防假原理 ：主要依靠前面說的頻率變化特征，對于可接受的真幣，將其變化限制在一個范圍之內(nèi)，而假幣往往在某個指標(biāo)上和真的有差異，被辨認(rèn)出來被踢掉。 投幣入口應(yīng)有一個檢測元件（一般是光電管），檢測到硬幣進(jìn)入后才會讓后面的線圈振蕩并開始記錄頻率值，同時

32、計(jì)算變化量。 一個硬幣正常的情況下是被塞進(jìn)入口，然后沿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好的槽滾動進(jìn)入，會有一定的速度，通過前述的線圈的時間很有限（500ms以內(nèi)），而且速度比較均勻。所以，這作為一個判斷的指標(biāo)，一枚緩慢放進(jìn)的硬幣是不會被接受的。 本文選擇的是dh-0601專用投幣器，其輸出信號介入plc中輸入端。dh-0601專用投幣器簡介：規(guī)格： 工作溫度：-10+60適用范圍：自動售貨機(jī)、投幣電話機(jī)、投幣點(diǎn)唱機(jī)、投幣洗衣機(jī)、游戲機(jī)功能:（1）硬幣反向移動停機(jī)；  （2）硬幣在軌道停留報警；  （3）防電擊、電磁干擾； （4）cpu設(shè)定選幣準(zhǔn)確； （5）可有效排除鉛、鋁、銅等其它代幣；

33、 （6）獨(dú)有cpu防釣魚報警程式，報警30秒自動恢復(fù)。第4章 自動售貨機(jī)的plc程序設(shè)計(jì)4.1 硬件設(shè)計(jì)分析4.1.1控制要求分析自動售貨機(jī)的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進(jìn)行計(jì)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(jì)的要求是可識別三種錢幣，分別是1元、5元、10元，采用三個按鈕進(jìn)行模擬，自動售貨機(jī)共出售3種貨物，其價格分別定為1元、2元、5元，當(dāng)投幣數(shù)大于等于貨物價格時，該種貨物的指示燈亮，表示可以進(jìn)行購買，3種貨物分別用3個信號燈進(jìn)行指示。除此之外，本次設(shè)計(jì)還涉及了顯示、找零等功能的實(shí)現(xiàn)，其中顯示部分采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，plc的外圍接口由兩個

34、cd4511連接兩個數(shù)碼顯示管，以顯示投幣總數(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。整個系統(tǒng)由三個可以感受到投幣量的傳感器、六個按鈕開關(guān)、三個指示燈、和兩個七段數(shù)碼管和兩片cd4511組成。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(jì)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(jì)的要求是可識別三種錢幣，分別是1元、5元、10元，采用三個按鈕進(jìn)行模擬。除此之外，本次設(shè)計(jì)還涉及了找零功能的實(shí)現(xiàn)。整個系統(tǒng)由三個可以感受到投幣量的傳感器、六個按鈕開關(guān)、三個指示燈組成。4.1.2 i/o點(diǎn)統(tǒng)計(jì)根據(jù)確定的輸入輸出設(shè)備和所選擇的plc列出輸入/輸

35、出設(shè)備與plc的i/o點(diǎn)的地址對照表如表4-1表4-1 i/o點(diǎn)統(tǒng)計(jì)輸入輸出輸入點(diǎn)數(shù)量輸出點(diǎn)數(shù)量投幣孔3夠買商品指示3商品選擇3輸出商品3退幣1退幣2啟動1數(shù)碼管顯示7停止1合計(jì)9合計(jì)154.1.3 plc選擇現(xiàn)在世界上plc的生產(chǎn)廠家有200多家，提供400多個品種的plc供用戶選擇，目前我國市場上主要的plc產(chǎn)品有：西門子公司的s7-400/300/200系列、施奈德公司的momentum等、還有就是日本的歐姆龍、三菱、松下等公司的產(chǎn)品。西門子公司生產(chǎn)的plc可靠性高，特別適用于大的工業(yè)控制系統(tǒng)，造價比較高，對于小型的自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)來說成本過高。目前我國市場上主流的小型的三菱plc比

36、較合適此設(shè)計(jì)控制，三菱公司生產(chǎn)的小型plc的代表為fx-2n系列的plc、它具有豐富的內(nèi)部資源：程序存儲器具有16k步的最大存儲容量，128種應(yīng)用指令，還具有184點(diǎn)8進(jìn)制編號的輸入點(diǎn)數(shù)，184點(diǎn)8進(jìn)制編號的輸出點(diǎn)數(shù)，普通型、掉電保持性和賦予特殊用途型三種內(nèi)部繼電器，以及狀態(tài)寄存器、定時器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、常數(shù)與指針等功能與資源。可靠性高、造價低，對于自動售貨機(jī)的控制中心就特別的合適。因此，本次設(shè)計(jì)采用的plc為三菱公司生產(chǎn)的fx-2n系列plc軟組件，控制系統(tǒng)選用fx2n-32mr-001，i/o點(diǎn)數(shù)各為16點(diǎn)，可以滿足要求，且有一定裕量。4.1.4 cd4511七段數(shù)碼管譯碼器cd45

37、11是一組用來作為bcd對共陰極led七段顯示器譯碼的包裝。其引腳圖如圖4-1，其各引腳功能如下： 圖4-1 cd4511引腳圖lt：做燈泡測試用，當(dāng)lt=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdefg=1111111，使七段顯示器全亮，即顯示8，以便觀測七段顯示器是否正常。當(dāng)lt=1，則正常解碼。bi：空白輸入控制，當(dāng)bi=0 (lt 為1 時) 則不論dcba 之輸入為何，其輸出abcdefg皆為0，即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無意義的數(shù)據(jù)輸入時顯示出來造成字型的系亂。le：數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在cd4511 中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能

38、。當(dāng)le=0 時(lt=1 且 bi=1)，dcba 數(shù)據(jù)會被送入ic 的緩存器中保存，以供譯碼器碼；當(dāng)le=1 時，則ic 中的暫存器會關(guān)閉，僅保存原來在le=0 時的dcba數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說當(dāng)le=1 時，不論dcba 的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcdefg 仍保留原來在le 由0轉(zhuǎn)為1以前的資料。4.2 軟件設(shè)計(jì)分析4.2.1 i/o分配表此次設(shè)計(jì)的plc控制的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的i/o分配表如表4-2：表4-2 自動售貨機(jī) i/o分配表輸入輸出輸入點(diǎn)功能輸出點(diǎn)功能x01元投幣孔y0夠買礦泉水指示x15元投幣孔y1夠買可樂指示x210元投幣孔y2夠買營養(yǎng)快線指示x

39、3礦泉水選擇y10輸出礦泉水x4可樂選擇y11輸出可樂x5營養(yǎng)快線選擇y12輸出營養(yǎng)快線x6退幣y13退10元x7啟動y14退1元x8停止4.2.2程序流程圖的編制4-2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)流程圖4.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)梯形圖程序梯形圖如下：4.2.3 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖圖4-3 自動售貨機(jī)外部接線圖第5章 仿真與分析5.1 仿真設(shè)計(jì)仿真程序的編寫利用利用組態(tài)軟件forcecontrol2.6，下位機(jī)程序的編輯則用plc專用fx-20p-e編程器完成的。plc程序已經(jīng)介紹，現(xiàn)在我們看一下仿真界面設(shè)計(jì)。1銷售機(jī)背景的設(shè)計(jì)售貨機(jī)背景是一個不動的畫面，可以利用圖片處理的方法按照制定樣式的功能畫出售貨機(jī)的整體。先分幾部分進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，如圖5-1所示。2顯示屏部分的設(shè)計(jì)顯示屏部分的設(shè)計(jì)利用了組態(tài)軟件設(shè)計(jì)兩個顯示畫面，一個是未交易時初始狀態(tài)的歡迎界面如圖3-4，在交易過程中的幣值顯示畫面如圖3-5所示 ，其中圖3-3中的歡迎字符是可以閃爍變化的，aaaa字符可以顯示系統(tǒng)時間，圖3-5中的8888用來顯示幣值，它們均是可以定義的變量。圖5-1售貨機(jī)背景圖5-2 歡迎界面 圖5-3幣值界面3標(biāo)簽設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽用來顯示程序中傳上來的價格，所以其中要有可以定義的字符，所以標(biāo)簽設(shè)計(jì)為，其中“j.03顯示03商品價格的變量。4按鈕設(shè)計(jì)“選擇”