基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)的設計

引言自動售貨機是自動化時代的產物,它的出現便利了人們的生活購物。由于地理位置的限制，人工的費用，以剛好間的差異，給人們的購物限制了肯定的條件，為了便利人們的生產生活，自動售貨機便出現在人們的生活中，自動售貨機以長時間的不間斷工作，占地面積小，修理便利，無需人工監(jiān)守，在國外得到了快速的發(fā)展。但是自動售貨機在中國市場的擁有量較小，相對于中國人口較大的購買消費實力，自動售貨機在中國市場有很大的發(fā)展應用空間。但自動售貨機的工作環(huán)境困難工作周期長，這就須要自動售貨機有較強的抗干擾實力和穩(wěn)定的限制系統(tǒng)，目前市場上的自動售貨機多以PLC為限制系統(tǒng)，該種售貨機操作便利，簡潔修理，購買操作便利，本設計通過分析自動售貨機的銷售方式和功能要求，以確定限制系統(tǒng)的設計。通過編程軟件編寫出對應的系統(tǒng)梯形圖，調試分析確認系統(tǒng)無誤后，導入PLC仿真軟件中，對系統(tǒng)進行仿真模擬，檢測系統(tǒng)能否滿意設計要求。并對系統(tǒng)不足之處進行修改，滿意設計要求后，在試驗臺上進行接線模擬。最終在試驗臺上模擬出自動售貨機的銷售方式和購買流程。隨著科技的發(fā)展，自動售貨機還會不斷地改進，能更好的為人們供應服務，便利人們的生活。第一章緒論1.1自動售貨機探討的背景自動售貨機的出現是自動化社會的產物。在社會消費水平快速提高的今日，大量的購買消費可發(fā)生在任何時間任何地點。由于時間，地理位置的限制，給人們的購物帶來了不便，為了滿意商業(yè)的需求便利人們的購物消費自動售貨機便出現在人們的生活中，自動售貨機以其占地面積小，24小時不間斷工作，后期投入少的優(yōu)勢便利著人們的生產生活，可放置在人流量較多的車站，學校餐廳，人群密集的小區(qū)，街道。自動售貨機在肯定程度上為人們供應了購買可能，但在國內自動售貨機的數量還遠遠不足，人均占有量少，只能實現簡潔的購買交易，人工智能欠缺，國內自動售貨機還急待發(fā)展?；赑LC的自動售貨機操作便利，性能穩(wěn)定，銷售種類豐富，在市場的銷售中有著良好的發(fā)展前景。1.2自動售貨機國內外發(fā)呈現狀隨著自動化時代的來臨，以及商業(yè)銷售發(fā)展的須要，自動售貨機出現在人們的生活中，美國在二十世紀初期探討出銷售香煙的售貨機，后來又漸漸出現了銷售不同產品的自動售貨機?，F在自動售貨機漸漸發(fā)展完善，銷售的種類多種多樣，操作便利簡潔不僅能用貨幣交易們還支持在線付款網上交易。國內自助售貨行業(yè)起步晚，發(fā)展快，隨著自動售貨機的不斷發(fā)展其功能也會漸漸完善，人工智能也會做的更好，目前市場上自動售貨機主要由投幣系統(tǒng)，通過貨幣識別器識別出貨幣的面值、真?zhèn)?，并通過內部系統(tǒng)對幣值進行累加，當投入的貨幣總數大于商品售價時，可以進行商品的選擇購買，購買結束后找出余額。較為先進的自動售貨機在投幣階段可以進行付款方式的選擇，不僅能進行投幣，還可選擇在移動端進行網上支付。在商品出貨方式上有多種出貨方式，可依據銷售對象的種類設置不同的出貨方式，目前較先進的是通過機械手出貨方式出貨，能保證物品在銷售過程中不受損傷，但由于技術及成本的問題，目前市場上的售貨機還沒有普及此種出貨方式，由于國內自動售貨機行業(yè)發(fā)展時間短，與先進國家還有一段的差距。國內自動售貨機在穩(wěn)定性方面，銷售商品的多樣性還與國外有肯定的差距，在管理方面也有很大的欠缺不足，不能很好的監(jiān)控到售貨機的狀態(tài)。隨著行業(yè)的發(fā)展售貨機漸漸接近成熟支持多種付款方式線上和線下支付，支持較大金額的支付與交易結算，依據銷售商品的不同商品的出貨方式也不同，依據氣候地區(qū)的不同自動售貨機具有制冷，半制冷，制熱功能，同時具有多種監(jiān)控方式。國內自動售貨機不斷發(fā)展以滿意商業(yè)需求和人們的購物需求，內部系統(tǒng)和智能方面也漸漸完善，自動售貨機也漸漸的出現在人們的生活中，在一些城市校內中我們隨處可見，它變更著人們的購物方式。目前市場上的自動售貨機依據操作方式分為兩類，一類為先選擇商品在投入錢幣操作流程如下圖：圖1.1操作流程圖此類售貨機依據選擇的商品價格投入肯定的貨幣。另一類為先投入錢幣在選擇商品，操作流程如下：圖1.2操作流程圖此類先投入肯定的貨幣，依據投入的貨幣選擇可購買的商品，兩類售貨機在購買流程上有肯定的差別。(1）當發(fā)生交易時，貨幣從投幣入口投入，經過貨幣識別器識別出貨幣的真?zhèn)?。當貨幣為真時，傳感器給PLC傳送指令。（2）PLC接到指令把投入的錢幣幣值累加到一起，再與商品價格形成對比，當投入的幣值大于等于商品售價時，對應的商品顯示燈亮可進行購買此類商品。自動售貨機內此種商品售空，則無法在進行此種商品的購買，此種商品的缺貨指示燈亮。（3）當某類商品可購買時，按下對應的商品按鈕，就可以在取貨口進行取貨。（4）當一次購買結束后，余額會再次和商品價格進行比較，若余額仍大于某些商品售價，則還可進行購買。購買結束則可按退幣按鈕，進行退幣結束交易。（5）系統(tǒng)復位，完成售貨。1.3本課題探討的目的及意義在自動化時代，任何的發(fā)展探討都是為更好的服務人們的生產生活。由于時間的和地理位置的因素，商場和超市并不能很好的滿意人們的購物要求。為了滿意商業(yè)的銷售，也為了更好的滿意人們的購物需求，自動售貨機便慢慢的滲透到生活的各個角落，如今在學校圖書館，餐廳，車站候車室，以及人員密集的街道都能看到自動售貨機的身影。簡易的購物操作，多方式的支付方式，和穩(wěn)定的限制系統(tǒng)，能為用戶帶來良好的體驗。1.4探討的主要內容自動售貨機是一種自動化設備，為人們供應24小時售貨服務，其扮演的角色不斷便利著我們的生活，也越來越受到人們的寵愛。相比以單片機為限制基礎的售貨機，以PLC為限制基礎的售貨機更能反抗外部因素帶來的干擾，系統(tǒng)穩(wěn)定性強，設備修理便利，在程序設計上也比較簡便，更加適合在困難的公共環(huán)境下運用。詳細探討方法分以下步驟：硬件設計：通過對自動售貨機的功能分析，了解自動售貨機的工作原理，分析出硬件組成結構。軟件設計：依據自動售貨機功能的要求，對系統(tǒng)進行模塊分解，逐個分析系統(tǒng)模塊，駕馭模塊系統(tǒng)的基礎上對整體的系統(tǒng)進行探討分析，編寫出所要求的限制程序以實現自動售貨機的功能。仿真模擬：通過編程軟件STEP7-Micro_WINSP9編出對應功能的梯形圖，調試確認無誤后導出程序，在S7-200仿真軟件上，對系統(tǒng)進行仿真模擬以分析限制系統(tǒng)是否達到設計要求，并通過模擬反饋完善系統(tǒng)設計。確認系統(tǒng)無誤后在試驗室進行接線模擬，確認系統(tǒng)在實際運用的可行性。其次章系統(tǒng)硬件設計2.1自動售貨機硬件結構在自動售貨機限制系統(tǒng)中，各種硬件設備與PLC連接，當硬幣識別器，紙幣識別器對錢幣識別后給PLC一個信號，PLC內部進行貨幣的加數計算。通過各種按鈕進行購買，退幣的限制。當購買商品時，按下商品選擇按鈕，PLC輸出指令通過接觸器限制電機進行商品的出貨、退幣。該自動售貨機牢靠性強,運用便利,對投入的錢幣有自動識別真?zhèn)喂δ?并能對投入的錢進行累計,依據投入的錢幣選擇商品,當商品缺貨時對應的缺貨指示燈亮,交易結束進行自動找零。圖2.1硬件結構圖2.2PLC選型設計圖2.2PLC限制系統(tǒng)圖本次設計以西門子S7-200為內部限制系統(tǒng)。以西門子S7-200為基礎的限制系統(tǒng)的自動售貨機可依據銷售對象的種類來選擇要擴展的模塊。干脆讀寫摸擬量I/O模塊，不須要困難的編程，便利了開發(fā)人員的程序設計。一般PLC溫度適用范圍為0~55度，寬溫型S7-200適用溫度范圍為-25~+70度，為自動售貨機困難的銷售環(huán)境供應了可能。S7-200以其極高的性價比，在工業(yè)限制中占有不行替代的地位。圖2.3PLC外形圖依據自動售貨機的功能要求，對PLC進行模塊化設計(1)系統(tǒng)初始化功能模塊。每當發(fā)生一次交易時系統(tǒng)都要進行肯定的初始化以便利再次購買。如錢幣計數系統(tǒng)的初始化，當售貨機內存貨不足時要剛好補給商品，并對商品數量計數系統(tǒng)進行初始化。(2)貨幣的辨識功能模塊。當有貨幣投入時，通過貨幣識別模塊進行對貨幣的識別，當識別通過后會給PLC發(fā)送指令通過累計器對錢幣計數。(3)系統(tǒng)顯示功能模塊。通過系統(tǒng)顯示模塊來識別投入的錢幣是否能夠購買某種商品，和商品是否缺貨無法購買。(4)價格比較功能模塊。通過價格比較模塊來比較投入的貨幣是否能達到購買某種商品。(5)商品選擇功能模塊。自動售貨機售有4種產品,分別為1元的純凈水、2元的山泉水、3元的紅茶,4元的奶茶，當投入的貨幣幣值大于等于商品按鈕時只要選擇對應的商品按鈕就可以購買。(6)退幣功能模塊。當交易結束時按下退幣按鈕就可以退出余額結束購買。2.3硬幣的識別硬幣的識別主要通過識別硬幣的材料和尺寸來判別硬幣的真?zhèn)?，硬幣的材質是由特別的合金制作成的，無法偽造出來，不同幣值的硬幣在尺寸重量上有很明顯的差別。當硬幣投入后，硬幣通過由電感和電容組成的磁場，由于硬幣材料和尺寸上的不同，通過磁場時會影響電感的電感量，電感量的變更引起振蕩頻率的變更，檢測到的振蕩頻率與系統(tǒng)中存在的頻率進行對比，就可判別出錢幣的真?zhèn)?，假如錢幣為真則給PLC發(fā)送信號，進行貨幣的計算。當投入假幣時，由于假幣在振蕩頻率的不同無法通過硬幣識別器被彈了出來。圖2.4硬幣識別器2.4紙幣的識別在紙幣的投幣過程中，紙幣要先經過紙幣識別器進行識別。在市場上紙幣的識別通常為紫外線識別，由于紙幣是由特別的紙張制作而成，在紫外線下沒有熒光反射，可以依據熒光的強度辨別錢幣的真?zhèn)?。不同幣值的紙幣面積大小有所不同，可通過紅外裝置來辨別錢幣紙張的大小來區(qū)分幣值，當錢幣為真時，錢幣可通過紙幣識別器，并給PLC一個信號，進行貨幣的累加計算。假如錢幣為假，則吐出假幣，無信號輸出。圖2.5紙幣識別器2.5電機的選擇當發(fā)生購買后，自動售貨機要自動出貨，市場上售貨機出貨方式多種多樣，依據售貨的種類不同，出貨方式也有所不同。市場上的售貨機大都是通過電機供應動力出貨，在自動售貨機內部每種產品的出貨都須要一個電機來實現，但自動售貨機中電機的功率并不須要多大，但當要求電機通電后能快速動作，因此在電機選擇方面我們選擇低電壓功率較小的直流電機。2.6自動售貨機出貨結構在市場上自動售貨機的出貨種類方式較多，不同的出貨方式都有其優(yōu)缺點，下面是市場上的兩種種出貨機構。目前市場上出現了一種機械臂出貨方式，該方式相對于傳統(tǒng)的掉落式出貨方式更加智能，當發(fā)生購買時，自動售貨機內部的機械手便上升到對應商品的位置，在抓取商品后，送到取貨口出，即可取出貨物，這種出貨方式很大程度上愛護了商品。適用于易碎易損商品的出售，但成本較高不適合以飲料為出售對象的售貨機。旋轉式送出機構，把出售的商品放置在螺旋軌道上，當購買時電機動作帶動螺旋軌道旋轉，當商品轉到貨究竟部開設的口槽時，便從槽口下貨，這種出貨方式在市場上占有很大份額，它要求電機的轉矩較大，不適用于易碎易損商品的出貨方式。但本次的銷售對象為抗摔抗破裂商品因此選擇旋轉式出貨機構。第三章系統(tǒng)軟件設計3.1自動售貨機工作流程圖自動售貨機內部系統(tǒng)工作是從投幣起先，從退幣結束。當投入貨幣時起先對幣值進行累加計數，然后推斷投入的幣值是否大于等于商品的售價，是否能購買商品，購買后計算出余額，若交易結束按下選擇按鈕即可結束交易，若接著購買余額接著與商品售價比對，推斷是否可以購買。圖3.1工作流程圖3.2自動售貨機I/O安排表3.1自動售貨機I/O安排表功能名稱定義點符號投1元硬幣I0.0SB1投5元紙幣I0.1SB2投10元紙幣I0.2SB3純凈水選擇按鈕I0.3SB4山泉水選擇按鈕I0.4SB5找零按鈕I0.5SB6紅茶選擇按鈕I0.6SB7果汁選擇按鈕I0.7SB8純凈水出貨Q0.1山泉水出貨Q0.2紅茶出貨Q0.3果汁出貨Q0.4找零Q0.5純凈水綠燈（可購買）Q0.7山泉水綠燈（可購買）Q1.0紅茶綠燈（可購買）Q1.1果汁綠燈（可購買）Q1.2純凈水紅燈（售空）Q1.3山泉水紅燈（售空）Q1.4紅茶紅燈（售空）Q1.5果汁紅燈（售空）Q1.6在上表中SB1,、SB2、SB3為貨幣投入模擬按鈕，SB3、SB5、SB7、SB8為相應的商品選擇按鈕，當投入的錢幣滿意購物時只須要按下相應的按鈕即可購買。SB6為找零按鈕。在投入貨幣后，當貨幣值大于等于某商品時，此時滿意購買此物的條件，對應的指示綠燈亮，表示可以購買。假如商品對應的指示紅燈亮表示該商品缺貨無法購買。3.3PLC外部接線圖圖3.2自動售貨機外部接線圖3.4PLC程序的設計錢幣計數系統(tǒng)當出現交易時，顧客每次投入的錢幣都須要經過貨幣真假識別系統(tǒng)進行識別，若貨幣為偽假幣則系統(tǒng)不給PLC傳遞計幣指令。若錢幣為真則傳感器給PLC發(fā)送計幣指令，PLC把接收來的信號指令進行系統(tǒng)的處理，累加幣值，當投入1元的貨幣累加1，投入5元的貨幣累加5，投入10元的貨幣累加10。下圖3.3是當投入錢幣，或購買商品后幣值發(fā)生變更時，C1的值變更。當投入1元時I0.0閉合，C1累加1，投入5元時M0.1閉合5次C1的值加5，投入10元時M0.3閉合10次，C1的值加10。當發(fā)生購買后，依據對應商品的售價值其對應的限制按鈕閉合，C1的值減去對應商品的值。圖3.3幣值計數下圖是當五元時，I0.1閉合，M0.0閉合，系統(tǒng)處于自鎖狀態(tài)。且當T51計時時間到時系統(tǒng)斷開。圖3.4多元投幣梯形圖當M0.0閉合后，T51，T52起先計時，當T51計時結束時系統(tǒng)斷開停止計時。在T52計時時間到時M0.1輸出一個信號，同時T53起先計時，T53計時時間到后T52斷開，并起先計時。此時系統(tǒng)完成一個輸出周期。在T51結束計時期間M0.1共輸出5次，C1的值加5。只要變更T51的值就可完成其它多元的投幣。商品購買系統(tǒng)當投幣完成后，系統(tǒng)把所投入的貨幣值累加到一起，系統(tǒng)內部進行貨幣與商品售價的對比，當投幣幣值大于等于某商品時，該商品的可購買指示燈亮，此時可以進行購買該商品。按下相應的商品選擇按鈕即可在自動售貨機出貨口內取貨，接著再進行價格與余額的比較，若余額符合購物條件還可再次進行購買，相應的指示燈亮，若再一次購買后余額仍大于一些商品的價格則還可以接著購物。不然商品指示燈不亮。如下圖3.5，當投入的金額或余額大于等于該商品售價時則可以摁下商品選擇按鈕I0.3就可購買此商品，然后通過加減計數器指令計算出余額并存入C1中。當購買該商品時，按下此商品的選擇按鈕，T57起先計時，M1.3常開觸點閉合，當計時結束后，M1.3斷開經過下降沿觸發(fā)Q0.1輸出，電機工作商品被拋出。圖3.5商品的購買出貨圖3.6商品差價計算當按下購買按鈕后，T57起先計時，同時T58也起先計時，0.5S后T59起先計時，T58常開觸點閉合M0.4輸出一個信號，加減計數器減1，再過0.5S后T59常開觸點閉合，常閉觸點斷開。此時一個周期結束C1的值減1，在T57計時結束期間共有一個周期，M0.4一次輸出，C1的值減1。商品計數系統(tǒng)自動售貨機內商品一次存放的數量都是有限的，當自動售貨機內的商品銷售缺貨時，則無法再進行此類商品的購買。以下是純凈水數量的計數，每發(fā)生一次購買Q0.1閉合一次，商品數量削減一次，當購買五次后，則無法再進行購買，須要補充商品。圖3.7商品計數商品可購買顯示當投入的金額大于商品的售價時且自動售貨機內有該商品時則該商品顯示綠燈，Q0.7閉合商品可以購買。圖3.8商品可購買顯示缺貨顯示系統(tǒng)當商品被多次購買后，C2從設定的商品數量值減到0則C2常閉觸點斷開，常開觸點閉合，則該商品對應的售空不行購買紅燈亮，即使投入的錢幣大于等于商品售價，也無法進行購買，商品可購買綠燈不再顯示。圖3.9商品缺貨顯示找零系統(tǒng)當購買結束后，按下找零按鈕I0.5，Q0.5閉合，找零電機動作，即可把余額退出。圖3.10退幣找零系統(tǒng)第四章仿真模擬4.1仿真軟件的操作設置學習PLC最有效的手段就是手動編程和上機調試,由于一些條件的限制缺乏試驗條件,編寫程序后無法檢測是否正確，仿真軟件的出現解決了這一現狀。S7-200仿真軟件