基于PLC的自動售貨機(飲料機)_畢業(yè)設計

1、基于PLC的自動售貨機(飲料機)第一章 前言從自動售貨機的開展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構造向技術密集型社會轉變的產(chǎn)物。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；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，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。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械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供應的條件看，自動售貨機可以充分補充人力資源的缺乏，適應消費環(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，運營時需要的資本少、

2、面積小，有吸引人們購置好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用上升的問題等各項優(yōu)點。據(jù)說自動售貨機最早出現(xiàn)在二十世紀五、六十年代的西歐，英國是較早實行自動售貨機售貨的國家之一。1942年，在食品銷售中首先推廣了自動售貨的銷售方式。1950年，英國食品雜貨行有500家采用自動售貨機售貨。1969年，采用自動售貨機的商家增加到23000家，銷售的商品擴展到文化用品、唱片、香煙、食品等多個方面。進入70年代后，約有40多萬家香煙、飲料店采用自動售貨機。1980年英國有50余萬臺自動售貨機，年銷售額達8.81億英鎊。70年代后，日本、美國等興旺國家和地區(qū)自動售貨機迅猛的開展，短短30年，興旺國家自動售

3、貨機產(chǎn)業(yè)已開展到相當大的規(guī)模。自動售貨機被廣泛地布放于車站、油站、碼頭、機場、賓館、寫字樓、娛樂場所及大街小巷和公路旁，人們通過自動售貨機可以買到食品、香煙、飲料、報紙、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。自動售貨機實現(xiàn)了商品需求化、性能多樣化的開展，由原來只能出售有限商品品種，轉變?yōu)槔^百貨公司、超級市場、便民店之后，以消費者與售貨機“一對一自動售貨的無店鋪銷售業(yè)態(tài)?，F(xiàn)在，自動售貨機產(chǎn)業(yè)正走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式，通過 線路將自動售貨機內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、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省

4、，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消耗頂峰時，這種機型的自動售貨機即使在關掉冷卻器的情況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)約10-15%的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向開展。目前自動售貨機是集聲、光、機電一體化的高新智能化產(chǎn)品，在我國也開始得到應用。在中國人們可以看到現(xiàn)代化的自動售貨機擺放在一些大商場門口、繁華街道兩旁、公園入口處以及其它熱鬧的場所。自動售貨機的新奇、文明、高檔、晝夜效勞、占地小、靈活方面深受許多地區(qū)市民的青睞，甚至出現(xiàn)許多排隊購置的現(xiàn)象。專輯測算，中國的自動售貨機在市場容量最保守算應該有四十七萬臺

5、，一年的銷售額可達三百五十億，假設按人均臺數(shù)計算全年可達五百億，自動售貨機在日本到達平均二三十人一臺，在美國到達每四十人一臺，在歐洲每六十人一臺，由于中國經(jīng)濟與上述國家還有一定差距，按每臺五百人計算。因此，自動售貨機在中國有著廣闊的開展前景。本文選擇PLC作為控制器，來控制售貨機系統(tǒng)。第二章 自動售貨機的介紹這局部闡述了自動售貨機的各種動作功能和控制要求，給出了完整的自動售貨機操作規(guī)程，并介紹了自動售貨機運行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。自動售貨機的根本功能在進行上、下位機程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動售貨機本身所具備的功能及在進行某種操作后所具有的狀態(tài)。在實際生活中，我們見到的售貨機可

6、以銷售一些簡單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。售貨機的根本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購置某種商品，并作出相應的反響。舉一個簡單的例子來說明，例如：售貨機中有8中商品，其中01號商品代表第一種商品價格為2.60元，02商品為3.50元，其余類推?，F(xiàn)投入2個1元硬幣，當投入的貨幣超過01商品的價格時，01商品的選擇按鈕處應有變化，提示可以購置，其他商品同比。當按下選擇01商品的價格時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去01商品的價格同時啟動相應的電機，提取01號商品到出貨口。此時售貨機繼續(xù)進行等待外部命令，如繼續(xù)交易，那么同上，如果此時不再購置

7、而按下退幣按鈕，售貨機那么要進行退幣操作，退回相應的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的除法運算，這是它的內部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。自動售貨機的工作流程圖如圖2.1所示：初始狀態(tài)投入硬幣或紙幣投幣狀態(tài)按下選擇按鈕購置狀態(tài)是否有剩余退幣狀態(tài)NY按 下退 幣按 鈕圖2.1 自動售貨機工作流程圖自動售貨機設計的根本思路本次設計的題目是自動售貨機，主要是應用三菱FX2n型的PLC的梯形圖來設計控制程序，并簡單介紹相關的知識，如：PLC的定義、PLC的匯編語言、PLC的硬件組成等。根據(jù)設計內容和控制要

8、求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù)PLC的相關知識設計出它的外部接線圖，結合梯形圖和外部接線圖分析說明該設計的控制原理過程。本次設計的重要局部是第四章的設計局部，即自動售貨機梯形圖的設計。首先就得根據(jù)設計內容和控制要求準確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準確設計出它的梯形圖。2.2 PLC的選型原那么當某一個控制任務決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC ,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設。對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)

9、輸出點的類型非常關鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，那么最后選用的PLC的輸出點數(shù)有可能大于實際電數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負載負載使用。那么直流24V的負載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加本錢。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，比方使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。對第二個問題，那么有以下幾個方面要考慮：1規(guī)模要適合輸入、輸出點數(shù)以及軟件對PLC

10、功能及指令的要求是選擇PLC機型規(guī)模大小的重要依據(jù)。首先要確保有足夠的輸入、輸出點數(shù)，并留有一點的余地要有10%的備用量。如果只是為了實現(xiàn)單機自動化，或機電一體化產(chǎn)品，可選用小型PLC。如果控制系統(tǒng)較大，輸入、輸出點數(shù)較多，被控設備較分散，可以選用中型或大型PLC。還應確定擁護程序存儲器的容量。一般粗略的估計方法是：輸入+輸出×1012=指令步數(shù)。特別要注意因控制較復雜，數(shù)據(jù)處理量較大，可能出現(xiàn)存儲量不夠的問題。2功能要相當，結構要合理對于以開關量進行控制的系統(tǒng)，一般的低檔機就能滿足要求。對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，應選用帶A/D、D/A轉換，加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能

11、的低檔機。對于控制比擬復雜，控制性能要求較高的系統(tǒng)，例如要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復雜的程度，選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。對于工藝過程比擬固定、環(huán)境條件較好維修量較小的場合，選用整體式結構PLC。其他情況那么選用模塊式結構PLC。3輸入、輸出功能及負載能力的選擇選擇哪一種功能的輸入、輸出形式或模塊，取決于控制系統(tǒng)中輸入和輸出信號的種類、參數(shù)要求和技術要求，選用具有相應功能的模塊。為了提高抗干擾能力，輸入、輸出均應選用具有光電隔離的模塊。對于輸出形式，分為無觸點和有觸點兩種形式。無觸點輸出大多使

12、用大功率三級管直流輸出或雙向可控硅交流輸出電路，其優(yōu)點是可靠性高、響應速度快、壽命長，缺點是價格高、過載能力差。有觸點輸出是使用繼電器觸點輸出，其優(yōu)點是使用電壓范圍寬、導通壓降損失小、價格廉價，缺點是壽命短、響應速度慢。此外，還應考慮輸入、輸出的負載能力，要注意承受的電壓值和電流值。應該指出的是，輸出電流和導通負載電流值是不同概念。輸出電流值是指美意個輸出點的驅動能力。導通負載電流值是指整個輸出模塊驅動負載是所允許的最大電流值，即整個輸出模塊的滿負荷能力。 4使用環(huán)境條件在選擇PLC時，要考慮使用現(xiàn)場的環(huán)境條件是否符合他的規(guī)定。一般考慮的環(huán)境條件有：環(huán)境溫度、相對濕度、電源允許波動范圍和抗干擾

13、等指標。2.3 PLC的概述2.3.1 PLC的產(chǎn)生20世紀20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng).由于它結構簡單、容易掌握、價格廉價，在一定范圍內能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領域中一直占主導地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現(xiàn)較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構成的系統(tǒng)，接線復雜，當生產(chǎn)工藝或對象改變時，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差.20世紀60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭劇烈，各生產(chǎn)

14、廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：1編程方便，可現(xiàn)場修改程序2維修方便，采用插件式結構3可靠性高于繼電器控制裝置4體積小于繼電器控制盤5數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機6本錢可與繼電器控制盤競爭7輸入可以是交流150V以上8輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅動接觸器，電磁閥等9擴展時原系統(tǒng)改變最小10用戶存儲器至少能擴張到4KB適應當時汽車裝配過程的需要 十項指標的核心要求是采用軟布

15、線編程方式代替繼電控制的硬接線方式，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。2.3.2 PLC的定義PLC是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、技術和算術等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原那么而設計。2.3.3 PLC的開展趨勢PLC總的開展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向開展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。1向小型化、專用化、低本錢方向開展隨著微電子技術的開展，新

16、型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結構更為湊，相當與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能局部地移植到小型PLC上。2向大容量、高速度方向開展 大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時進行多任務操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。3智能型I/O模塊的開展 智能型I/O模塊是以微處理器和存儲器為根底的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。4基于PC的編程軟件取代編程器 隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使

17、用基于個人計算機上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設置硬件的結構和參數(shù)，例如設置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。5PLC編程語言的標準化 與個人計算機相比，PLC的硬件、軟件的體系結構都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可遍程序控制器標準。標準中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應特殊的工作。6PLC通信的易用化PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使

18、它能與個人計算機和其他智能控制設備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中控制。7組態(tài)軟件與PLC的軟件化個人計算機PC的價格廉價，有很強的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。8PLC與現(xiàn)場總線相結合現(xiàn)場總線I/O與PLC可以組成功能強大的、廉價的DCS系統(tǒng)。9開發(fā)新型特殊功能模塊I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。(10) CPU的處理速度進一步加快目前，PLC的處理速度與計算機相比還比擬慢，其高的CPU也不過80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進行處理、分時處理或分任務處理方式，將各種模塊智能化，局部系統(tǒng)程序用門陣列電路

19、固化，這樣可使PLC的處理速度到達納秒級。 2.3.4 PLC的特點1抗干擾能力強，可靠性好I/O系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。2控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。3編程方便，易于使用PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。4功能完善在PLC內部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位存放器、中間存放器等。5設計、施工、調試的周期短PLC采用模塊化積木式結構，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。6體

20、積小，維護操作方便PLC體積小，質量輕，便于安裝。7易于實現(xiàn)網(wǎng)絡化PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡系統(tǒng)。8可實現(xiàn)三電一體化PLC將電控邏輯控制、電儀過程控制和電結運動控制這三電集于一體。2.4 PLC的根本結構及原理2.4.1 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、擴展接口、電源等幾局部組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機等外部設備，其硬件構成圖如圖2.2所示：圖2.2 PLC硬件結構圖2.4.2 PLC各局部的作用1中央處理器CPU是由控制器和運算器組成

21、的。運算器也稱為算術邏輯單元，它的功能就是進行算術運算和邏輯運算。控制器的作用是控制整個計算機的各個部件有條不紊地工作，它的根本功能是從內存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： 診斷PLC電源、內部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的存放器中。 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務完成各種運算和操作。將存于存放器中的處理結果送至輸出端。應各種外部設備的工作請求。2存儲器PLC的存儲器分為兩大局部：一大局部是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)。二大局部是用戶存儲器，包括用戶程

22、序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。3輸入輸出接口電路PLC通過輸入輸出I/O接口電路實現(xiàn)與外圍設備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設備的控制信號，并將這些信號轉換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。4電源PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。5輸入輸出I/O擴展接口假設主機單元的I/O點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴展單元與主機單元相連接。2.4.3 PLC的根本工作原理PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行

23、，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉指令，那么從那么從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(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。 輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)存放器。完成后關閉輸入端口，轉入程序執(zhí)行階段。 程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內部輔助存放器和輸出狀態(tài)存放器。輸出刷新階段當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)存放器中的內容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相

24、應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。圖2.3 PLC的掃描全過程顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)存放器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度。由此可見，假設輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，那么本次掃描期間輸出會相應地發(fā)生變化。反之，假設在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，那么本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能

25、力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大局部時間里實際上是外設隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應較慢，往往要幾個掃描周期才響應一次，而屢次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯后等不良影響。2.5 三菱可編程控制器的分類三菱PLC是一種集成型小型單元式PLC，且具有完整的性能和通訊功能等擴展性。現(xiàn)有FX1n系列、FX2n系列、FX3u系列、FX3g系列以及Q系列的PLC。 FX2n系列

26、介紹簡單介紹FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為各大工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要-模擬I/O，高速計數(shù)器。定位控制到達16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡 CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采

27、用傳感器層次的網(wǎng)絡解決您的通信需要。其它功能內置式24V直流電源 24V、400mA直流電源可用于外圍設備，如傳感器或其它元件?？焖贁嚅_端子塊 因為采用了優(yōu)良的可維護性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。時鐘功能和小時表功能 在所有的FX2NPLC中都有實時時鐘標準。時間設置和比擬指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息。持續(xù)掃描功能 為應用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期。輸入濾波器調節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整輸入信號在根本單元中x000到x017。注解記錄功能 元件注解可以記錄在程序存放器中。在線程序編輯 在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉。RUN/

28、STOP 開關 面板上運行/停止開關易于操作。遠程維護 遠處的編程軟件可以通過調制解調器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護 使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序。2.6 本章小結本章詳細的講解了PLC的具體情況，從而初步認定了，用PLC來控制自動售貨機的自動運作的方案是可行的。從而根據(jù)自己的情況，我先認定用三菱牌子的PLC來進行下面的設計，一方面，自己只接觸過三菱牌子的PLC；另一方面，學校的PLC都是三菱牌子，方便檢驗。第三章 自動售貨機的硬件設計3.1 控制要求本文設計的是自動售飲料機,它的總體售貨過程是：當顧客購置飲料時,投入的貨幣(投入貨幣的面值和剩余值由PLC驅動數(shù)碼管顯示)經(jīng)過光

29、傳感器感應，然后由光傳感器驅動硬幣識別器識別硬幣或紙幣識別器識別紙幣，如果是假幣那么被排出，如果是真幣那么系統(tǒng)將硬幣自動傳送到相應的貨幣貯幣腔,并經(jīng)光傳感器感應，由光傳感器驅動PLC運行。然后經(jīng)顧客選擇、PLC進行控制，使在PLC的輸出口上有相應的信號輸出。大體運行如圖3.1所示：商品選擇開關硬幣或紙幣感應器PLC各種指示燈退幣電機出貨電機數(shù)量感應圖3.1 售貨總體梯形圖3.2 光電傳感器在本設計中，用到光傳感器：當貨幣投入開始由光傳感器感應，然后由光傳感器驅動貨幣識別器；貨幣經(jīng)識別后進入貯存腔時，由光傳感器感應，給PLC一個信號，進行貨幣的相加運算；當退幣時，退出的硬幣經(jīng)光傳感器感應，給PL

30、C一個信號，進行退幣的相減運算。 光傳感器是利用光敏元件將光信號轉換為電信號的傳感器件，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其它傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光信號的變化即可，本設計是運用紅外線傳感器的原理對投幣進行檢測。圖3.2所示是紅外線傳感器的工作原理圖。它是由光源、接收器和PLC運行電路三局部組成。光源使用普通的白熾燈泡，當點亮燈泡時，由于燈絲的溫度很高，能產(chǎn)生較強的紅外輻射，燈泡發(fā)出的可見光經(jīng)濾光片濾掉，紅外光便可向外發(fā)射。在距光源發(fā)射點一定距離處，設置有紅外接收器。這樣，在紅外光源和接

31、收器之間就形成一條用肉眼看不見的紅外界線。無硬幣遮擋紅外線時，紅外線經(jīng)凸透鏡聚光后直接照射在光敏二極管VD1上，光敏二極管的電阻變小，從而使V1導通、V2處于截止狀態(tài)，接在V2集電極的繼電器K不工作，輸出為低電平，因此，PLC得不到相應的信號。當有硬幣通過紅外界線時，紅外線被硬幣遮擋，光敏二極管因無光照射其內阻增大，于是VT1截止，VT2變?yōu)閷ǎ敲摧敵鰹楦唠娖?，使PLC得到相應的信號。圖3.2 紅外線傳感器的工作原理圖3.3 數(shù)碼管顯示在本設計中，顯示局部，以7段顯示指令SEGD來實現(xiàn)，對于指令SEGD，將源操作數(shù)指定的元件的低4位中的十六進制數(shù)譯碼后送給7段顯示器顯示，譯碼的信號存于目標

32、操作數(shù)指定的元件中，輸出時要占用7個輸出點。S指定的元件的低4位中的十六進制數(shù)經(jīng)譯碼后驅動7段顯示器，譯碼信號存于D指定的元件中，D的高8位不變。右圖中7段顯示器的B0B6分別對應于D中的最低位第六位，某段應亮時D中對應的位為1，反之為0。如圖3.3所示：SEGDD1K2Y004SDX0圖3.3 數(shù)碼管顯示3.2 24V直流電機： 圖3.4 24V直流電機其工作原理是在外加電壓的作用下，在導體中形成電流，載流導體在磁場中將受電磁力的作用，由于換向器的換向作用，導體進入異性磁極圖時，導體中的電流方向也相應改變，從而保證了電磁轉矩的方向不變，使直流電機能連續(xù)旋轉，把直流電能轉換成機械能輸出。如圖3

33、.5所示：圖3.5 直流電機工作原理圖3.3 硬幣的識別原理硬幣的識別由特定的硬幣識別器識別。一個硬幣識別裝置，包括一個第一光源，用于將光透射到硬幣的一個外表上；一個第二光源，用于將光投射到硬幣的另一個外表上；一個第一光檢測裝置，用于對從第一光源發(fā)出的光和被硬幣一個外表反射的光進行光電接受并產(chǎn)生硬幣一個外表的圖形數(shù)據(jù)；第一圖形數(shù)據(jù)儲存裝置，用于儲存由第一光檢裝置產(chǎn)生的硬幣一個外表的圖形數(shù)據(jù)；一個第二光檢測裝置，用于對從第二光源發(fā)出的光和被硬幣另一個外表反射的光進行光電接受并產(chǎn)生硬幣另一個外表的圖形數(shù)據(jù)；第二個圖形數(shù)據(jù)存儲裝置，用于存儲由第二光檢測裝置產(chǎn)生的硬幣另一個外表的圖形數(shù)據(jù)；參考數(shù)據(jù)存儲

34、裝置，用于存儲各類硬幣的參考數(shù)據(jù)；識別裝置，用于把存儲在第一圖形數(shù)據(jù)儲存裝置內的硬幣一面的圖形數(shù)據(jù)與儲存在參考數(shù)據(jù)儲存裝置內的各類硬幣的參考數(shù)據(jù)作比擬，以及把儲存在第二圖形數(shù)據(jù)儲存裝置內的硬幣另一面的圖形數(shù)據(jù)與儲存在參考數(shù)據(jù)儲存裝置內的各類硬幣的參數(shù)數(shù)據(jù)作比擬，從而識別硬幣是否合格和硬幣的種類。3.4 紙幣的識別原理紙幣識別器由主控局部、傳感器部件、驅燈組件、A/D轉換器、外部存儲、電機、模式選擇、電源板等組成控制的。鈔票在各傳感器接收到的信號進行統(tǒng)計取樣、識別，并存放起來，作為檢測的依據(jù)。當識別紙幣時，把在各通道接口接收到的信號參數(shù)與原存放起來的信號參數(shù)進行比擬、判斷，假設有明顯差異時、立即

35、送出報警信號并截停電機，同時送出對應的信號提示?？梢岳脽晒鈾z測、磁性檢測、紅外穿透檢測、激光檢測等，具體使用哪一種，示當時的環(huán)境、經(jīng)濟因素等考慮。3.5 I/O地址分配表自動售貨機PLC的I/O地址分配表如圖表3-1所示：表3-1 自動售貨機的I/O地址分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入點名稱代號輸出點復位開關SQ1X000可樂指示燈HL1Y0041元投幣感應器SQ2X001果汁指示燈HL2Y0055元投幣感應器SQ3X005咖啡指示燈HL3Y006啟動按鈕開關SB1X002排出可樂接觸器KM1Y000停止按鈕開關SB2X003排出果汁接觸器KM2Y001可樂選擇按鈕SB3X011排出咖啡接

36、觸器KM3Y002果汁選擇按鈕SB4X012找錢電動機KM4Y003咖啡選擇按鈕SB5X013找錢指示燈HL4Y007退幣按鈕SB6X014報警指示燈HL5Y0107段數(shù)碼管HL6HL12Y020Y0263.6 外部接線圖 自動售貨機外部接線圖如圖3.6所示： 圖3.6 自動售貨機的外部接線圖第四章 自動售貨機的軟件設計4.1 設計思路1自動售飲料機可同時投入1元的硬幣或是5元紙幣。2由7段數(shù)碼管顯示投幣總額或現(xiàn)在值。3當投入的硬幣總值等于或超過3元時，可樂指示燈亮；當投入的硬幣總值等于或超過4元時，可樂和果汁指示燈亮；當投入的硬幣總值等于或超過5元時，可樂、果汁和咖啡指示燈亮。4當可樂指示燈

37、亮時，按可樂按鈕，那么排出可樂一瓶。5當果汁指示燈亮時，按果汁按鈕，那么排出果汁一瓶。6當咖啡指示燈亮時，按咖啡按鈕，那么排出咖啡一瓶。7假設投入的硬幣總值超過所購商品的價格可樂3元，果汁4元，咖啡5元，那么找錢指示燈亮，按退幣按鈕，退出所顯示的錢。4.2 狀態(tài)流程圖自動售貨機的狀態(tài)流程圖如圖4.1所示：結束投幣計數(shù)比 較幣 價累加幣價果汁選擇咖啡選擇D14D15退幣退幣計數(shù)減去相應用幣可樂選擇D13圖4.1 自動售貨機的狀態(tài)流程圖4.3 控制程序介紹 計幣復位當X000接通,在第一個脈沖信號到來時,M0產(chǎn)生一個掃描周期的單脈沖,它的常開觸點閉合一個掃描周期,常閉觸點斷開,實現(xiàn)了D1的復位功能

38、。其梯形圖如圖4.2所示：圖4.2 投幣計數(shù)復位梯形圖 售貨機啟停輔助繼電器當按下啟動按鈕X002時，自動售貨機開始工作，該輔助繼電器M2得電；當按下停止按鈕時，自動售貨機停止工作，該輔助繼電器M2失電。其梯形圖如圖4.3所示：圖4.3 售貨機啟停輔助繼電器梯形圖 投入幣值在該程序中,自動售貨機啟動之下,當投幣口X001,X005由OFF ON變化時,各投幣口計數(shù)器D1的值自動加1，即將投入幣值進行累加作為計數(shù)器的當前值。其梯形圖如圖4.4所示：圖4.4 投入幣值梯形圖 顯示在7段數(shù)碼管上在自動售貨機啟動下,將投入的幣值與5比擬,并將D1的值送到Y020Y026的7段數(shù)碼管顯示,即將投入幣值在

39、數(shù)碼管上顯示出來。假設投幣總額小于3元，那么報警燈一直在亮。其梯形圖如圖4.5所示：圖4.5 投入幣值在數(shù)碼管上顯示的梯形圖 選擇飲料在程序中，將投幣總額與可樂的價格3元比擬，假設確定是大于或等于3，那么M3或M4接通，確定排出的是可樂，可樂指示燈亮。將投幣總額與果汁的價格4元比擬，假設確定是大于或等于4，那么M10或M11接通，確定排出的是果汁，果汁指示燈亮。將投幣總額與咖啡的價格5元比擬，假設確定是大于或等于5，那么M13或M14接通，確定排出的是咖啡，咖啡指示燈亮。其梯形圖如圖4.6所示：圖4.6 選擇飲料的梯形圖 飲料的排出在程序中，按下可樂選擇按鈕且其指示燈亮，未互鎖且定時器未溢出，

40、那么置M16=1，延時5秒后，可樂指示燈閃爍，排出可樂。按下果汁選擇按鈕且其指示燈亮，未互鎖且定時器未溢出，那么置M=17，延時5秒后，果汁指示燈閃爍，排出果汁。按下咖啡選擇按鈕且其指示燈亮，未互鎖且定時器未溢出，那么置M18=1，延時5秒后，咖啡指示燈閃爍，排出咖啡。其梯形圖如圖4.7所示：圖4.7 飲料排出的梯形圖 找錢在程序中,自動售貨機處于開狀態(tài),在保證余額不為0的情況下,找錢指示燈亮。按下可樂選擇按鈕，售貨機將投幣總額扣除可樂的金額；按下果汁選擇按鈕，售貨機將投幣總額扣除果汁的金額；按下咖啡選擇按鈕，售貨機將投幣總額扣除咖啡的金額。其梯形圖如下圖：圖 找錢梯形圖(1)在程序中，按下退幣按鈕，可以退回余額。退回金額如果大于5元，那么先退5元再退1元；如果小于