機電一體化畢業(yè)設計（論文）-基于PLC的自動售貨機設計

麗水學院機電信息分院基于PLC的自動售貨機設計學生學號：學生姓名：513工作室導師姓名：提交日期 機電0810專業(yè)名稱提交日期麗職院機電信息分院畢業(yè)設計2本設計是由微機-PLC構成的自動售貨機監(jiān)控系統(tǒng)，闡述了自動售貨機的來源與發(fā)展，以及它在國內外發(fā)展的現(xiàn)狀，對自動售貨機的方案進行了論證，介紹了PLC的基本組成、特點以及工作原理，對由微機—PLC構成的自動售貨機系統(tǒng)整體設計過程進行較為細致的論述。設計重點放在PLC各硬件部分的設計和介紹、PLC梯形圖的編寫。在整體設計過程中按照“提出問題，分析問題，解決問題”的主導思想，對整個系統(tǒng)的設計工作做出了細致的闡述。關鍵詞：自動售貨機PLC歐姆龍接線圖基于PLC的自動售貨機的設計3一、引言 4二、PLC技術的自動售貨機的方案論證 5 52.1.1自動售貨機的基本功能 52.2自動售貨機控制方案選擇 62.3本設計系統(tǒng)功能的要求 6三、硬件的設計 7 73.2PLC選型 73.3本設計的輸入/輸出信號 83.4PLC外部接線設計 93.4.1咖啡、汽水出口控制 3.4.2出杯、制動控制 四、程序的設計 4.2計幣系統(tǒng)設計 4.3飲料供應系統(tǒng)設計 4.4退幣系統(tǒng)設計 4.5程序流程圖 4.6PLC程序 4.7運行調試 五、總結評價 致謝 參考文獻 麗職院機電信息分院畢業(yè)設計4一、引言2010年世博會將在我國上海舉行，在世博園里，隨處可見的都是琳瑯滿目裝滿各種商品的自動售貨機。在每天數(shù)十萬游客進入的世博園，自動售貨機大大方便的商店的壓力，更方便了游客的需自動售貨機作為一種新的商業(yè)零售形式，上世紀的70年代在鄰國日本和歐美地區(qū)發(fā)展起來。被稱為24小時營業(yè)的微型超市。在日本，70％的罐裝飲料都是通過自動售貨機售出的。全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺得飲料自動售貨機。眾所周知，商店是需要人來管理的，而人是需要休息的，但做到24小時營業(yè)的商店是少之又少，正因如此，自動售貨機被發(fā)明出來，這樣的一種售貨形式大大方便了人們的住行，讓人們能隨時隨地地買到自己需要的商品。而且在這個人力資源極度缺乏的社會，自動售貨機大大解放了勞動生產力，從而自動售貨機的普及在某種程度上能反映一個國家的科技發(fā)展水平，是一個國家文明程度的基于PLC的自動售貨機的設計5二、PLC技術的自動售貨機的方案論證2.1自動售貨機簡介2.1.1自動售貨機的基本功能在生活中，售貨機可以銷售一些簡單的日用品，如飲料等。售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應的反應。舉一個例子來說，例如：售貨機中有幾種商品，其中第一種商品價格為1元，第二種商品為1.5元。現(xiàn)投入1個1元硬幣，當投入的貨幣超過第一種商品的價格時，第一種商品的選擇按鈕會有變化，提示可以購買，其他商品同比。當按下選擇第一種商品的價格時，售貨機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去第一種商品的價格同時啟動相應的電機，提取第一種商品到出貨口。此時售貨機繼續(xù)進行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買而按下退幣按鈕，售貨機則要進行退幣操作，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（本設計由于各種原因，無法達到此效果）。麗職院機電信息分院畢業(yè)設計62.2自動售貨機控制方案選擇盡管自動售貨機的種類繁多，但是基于PLC控制的自動售貨機在市場上仍然很少，PLC控制的自動售貨機不僅開發(fā)過程簡便，而且抗干擾性能好、可靠性高，從而提高整個系統(tǒng)的自動化程度。因此開發(fā)設計基于PLC的自動售貨機具有廣泛的市場前景，本設計就是選用PLC作為控制器，控制自動售貨機。售貨機系統(tǒng)具有如下功能：用戶投入錢幣后，由售貨機系統(tǒng)內部所設置的硬幣識別器對所投錢幣進行識別，確認后根據(jù)用戶各自的選擇（選擇咖啡或汽水售貨機應完成自動出杯、自動計量、計數(shù)等功能。2.3本設計系統(tǒng)功能的要求1．本設計的自動售貨機可以投入0.1元、0.5元或1元的硬幣(實驗時的錢幣是一種假定情況，分別用3個按鈕來實現(xiàn))。2．當投入的硬幣數(shù)額等于或超過1.2元時，汽水的按鈕指示燈亮；投入的硬幣數(shù)額超過1.5元時，咖啡的按鈕指示燈再亮。3．在汽水按鈕燈亮的時候，按下選擇汽水按鈕，自動售貨機的汽水排出口（設計以指示燈來代替）的汽水排出7秒后會自動停止，在汽水排出的7秒時間的同時．汽水指示燈作每秒一閃的閃爍動作。4．在咖啡按鈕燈亮的時候，按下選擇咖啡按鈕，自動售貨機的咖啡排出口（設計以指示燈來代替）的咖啡排出7秒后會自動停止，在咖啡排出的7秒時間的同時．咖啡指示燈作每秒一閃的閃爍動作。5．如果投入硬幣總值超過按鈕所需錢數(shù)(汽水1.2元、咖啡l.5元)時，找錢指示燈會亮。6.找錢程序結束后，交易完成，系統(tǒng)復位。等待下一次的交易?；赑LC的自動售貨機的設計7三、硬件的設計PLC種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。用PLC實施控制，其實質是按一定算法進行輸入、輸出變換。它主要由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入/輸出接口電路組成。PLC結構3.2PLC選型目前，世界上有2很多廠家生產可編程控制器產品，比較著名的有美國的AB、通用（GE）、日本設計所選使用的為日本歐姆龍公司生產的CP1H型PLC。CP1H型PLC是歐姆龍公司生產的一種小型PLC，CPU單元包括X（基本型）/XA（帶內置模擬輸入/輸出端子）/Y（帶脈沖輸入/輸出專用端子）三種類型。CPU單元內置24點輸入，16點輸出；出普通輸出外，還可以實現(xiàn)4軸高速計數(shù)，4軸脈沖輸出；麗職院機電信息分院畢業(yè)設計8內置模擬4點電壓/電流出入、2點模擬電壓/電流輸出，分辨率1/6000、1/12000可選；通過擴展CPM1A系列的擴展I/O單元，CP1H經擴展整體可以達到最大320點的輸入/輸出；通過擴展I/O單元，CP1H經擴展還可以達到320點輸入/輸出。作為一種小型的PLC，CP1H型PLC可以實現(xiàn)多種功能，如：中斷功能、高速計數(shù)器功能、脈沖輸出功能、快速響應輸入功能、串行通信功能等等，其優(yōu)點可稱為價格便宜，功能齊全。而且利用CX-P編程軟件可以快速編程，簡單易懂，硬件結構簡單，編程十分方便容易，很適合做小型關于PLC的設計，CP1H滿足本次設計所需要的輸入輸出點，因此本人在做此設計選此型號的PLC。3.3本設計的輸入/輸出信號本自動售貨機的控制系統(tǒng)有7個輸入和8個輸出。本設計中的自動售貨機的輸入信號有：開關、3種貨幣的投入、選擇咖啡按鈕、選擇汽水按鈕、找零。其輸入信號及電氣符號表如表3.1所示。表3.1自動售貨機控制系統(tǒng)的輸入信號代碼表SA1開關SB11角投入SB25角投入SB31元投入SB4選擇汽水SB5選擇咖啡SB6找零本設計的自動售貨機的輸出信號有：開關指示燈、咖啡跳出、選擇咖啡指示燈、汽水跳出、選擇汽水指示燈、找零。其輸出信號及表3.2自動售貨機控制系統(tǒng)的輸出信號代碼表HL1開關指示燈HL2選擇汽水指示燈HL3選擇咖啡指示燈汽水排出咖啡排出找零HL4找零指示燈基于PLC的自動售貨機的設計93.4PLC外部接線設計麗職院機電信息分院畢業(yè)設計3.4.1咖啡、汽水出口控制咖啡與果珍的出口控制是用電磁閥來控制，當咖啡或汽水按鈕被按下，此時KA1（KA2）得電，電磁閥開啟，咖啡（汽水）流下，此時PLC定時器開始定時，定時時間到KA1（KA2）失電，電磁閥關閉。其控制電路圖如圖3.5所示：圖3.5咖啡與汽水的出口控制電路圖3.4.2出杯、制動控制本設計本來要使用一個小型電機對出杯裝置進行控制。當PLC檢測到有硬幣投入時，此時KM3得電，電機啟動并開始出杯，出杯后電機斷電。其出杯控制電路如圖3.6所示：圖3.6出杯、制動控制系統(tǒng)裝置圖基于PLC的自動售貨機的設計四、程序的設計該售貨機的自動控制系統(tǒng)主要包括:計幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。數(shù),通過個數(shù)與幣值相乘或者相加,把最終疊加的錢幣數(shù)據(jù)存放在D2中。(2)比較系統(tǒng):投入錢幣完畢后,系統(tǒng)會把D2內的錢幣數(shù)據(jù)和可以購買飲料的價格進行區(qū)間比較,如果投入的錢幣不足則Y0指示燈亮,要求繼續(xù)投入錢幣,或者退幣。當投入的錢幣總值超過2元時,汽水指示燈Y1亮。當投入的錢幣總值超過3元時,汽水和咖啡指示燈都亮,此時可以選擇飲料或選擇退幣。(3)選擇系統(tǒng):比較電路完成后選擇電路指示燈亮,當按下汽水或咖啡選擇按鈕,相應的指示燈轉為1秒為周期的閃爍。當相應的飲料供應完畢后,閃爍同時停止。(4)飲料供應系統(tǒng):當按下選擇按鈕時,相應的電機Y3或Y4啟動。在飲料輸出的同時,減去相應的購買錢幣數(shù)。當飲料輸出達到8秒時,電機停機。(5)退幣系統(tǒng):當顧客購完飲料后,多余的錢幣只要按下退幣按鈕。系統(tǒng)就會把數(shù)據(jù)寄存器D2中的錢幣退回。貨幣的識別：在硬幣通道口設置3個第一電感檢測器，當硬幣通道中有硬幣通過時輸出一脈沖信號。設置的3個第二電感檢測器及與之對應的比較器、A／D變換器，并在各第二電感檢測器中放置不同金額的樣品硬幣，第二電感檢測器輸出基準脈沖信號。比較器比較第一、第二電感檢測器的脈沖信號及基準脈沖信號，當脈沖信號與一基準脈沖信號相同時即判斷投入硬幣為相應樣品硬幣感應器工作原理：硬幣通過投幣入口進入由電容電感的組成高頻電路所產生的磁場時，金屬材質跟體積的差異對電感量的影響會出現(xiàn)差異，電感量的變化會影響震蕩頻率的變化，在通過檢測頻率的變化，與設定值進行比較，確定硬幣的種類。按下選擇按鈕時，相應的電動機(Y3或Y5)同時起動，飲料輸出的同時減去相應的購買幣數(shù)。當飲料輸出達到8s時，電磁閥首先關斷，小電動機繼續(xù)工作0.5s后停機。完成一次售貨過程;如累計金額大于預設價格時,驅動商品后,相減差額由信號驅動退幣,,并將金額累計存儲器清零,。實現(xiàn)售貨和退幣找零功能PLC編程梯形圖如圖3所示。麗職院機電信息分院畢業(yè)設計汽水按鈕X003得電，繼電器M4閉合，時間繼電器T1和T0開始即時，同時汽水電磁閥Y004開始工作，與之同時的汽水電機控制Y003也開始運行，8秒中后，汽水電磁閥Y004停止輸送飲料。0.5秒后電機Y003也停止?？Х劝粹oX004得電,繼電器M5閉合，時間繼電器T3和T2開始即時，同時咖啡電磁閥Y006開始工作，與之同時的咖啡電機控制Y005也開始運行，8秒中后，咖啡電磁閥Y006停止輸送飲料。0.5秒后電機Y005停止工作。電機進行飲料的輸出是由電機正反轉來實行的，其原理圖如圖4所示正轉：SB2按下一一線圈KM1得電一一線圈KM1常開觸頭吸合一一實現(xiàn)電機的長動正轉反轉：SB3按下一一線圈KM2得電一一線圈KM2常開觸頭吸合，常閉觸頭斷開，KM1線圈失電一一實現(xiàn)電機的反轉和自鎖。系統(tǒng)可在顧客購完飲料后退回余幣。按下退幣按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D2內的幣數(shù)除以10，商的整數(shù)部分是需要退回1元的個數(shù)并儲存在D1中；D1的數(shù)據(jù)除以5，商的整數(shù)部分是需要退回的5角錢的個數(shù)，并儲存在D2中，依此類推、選擇退幣的同時起動3個退幣電動機。3個感應器開始計數(shù)，當感應器記幣的個數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時，退幣電動機停止運轉，如果大于找出幣數(shù)則報基于PLC的自動售貨機的設計4.5程序流程圖麗職院機電信息分院畢業(yè)設計4.6PLC程序基于PLC的自動售貨機的設計4.7運行調試會分別按所按的3個硬幣按鈕的數(shù)額累計，并且傳送到比較指令的D1項。當投入錢的數(shù)額大于或等于12角或15角的時候，比較指令的大于等于的常開接點就會閉合，給選擇的飲料燈一個反饋，燈咖啡燈（100.02）閃7秒，汽水、咖啡排出7秒后停止。汽水、咖啡排出停止后，程序中的減法指令啟動，D1為被減數(shù)，所按飲料的數(shù)額成為減數(shù)，減去后得到數(shù)字D2,并且將D2傳送到找錢器（本設計用計數(shù)器來表示）。以待找錢所用。當錢多于所支付的金額時，找錢燈（100.06）亮，按下找錢按鈕（0.06機器開始找錢（找錢燈閃一秒，就代表找錢1角）。此次交易就結束了。找零結束后，計數(shù)器C1常開點閉合，MOV指令將D1清零，等待下次交易。麗職院機電信息分院畢業(yè)設計五、總結評價經過幾個月的學習、研究以及經過高老師的指導。終于按時完成了畢業(yè)設計.設計主要研究的是自動售貨機中有關于PLC的部分。自動售貨機是由于勞動密集型的產業(yè)構造向技術密集型社會轉變的產物。自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，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、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。基于PLC的自動售貨機的設計致謝本論文是在高老師的悉心指導下完成的，高老師對學術的嚴謹和精益求精的工作作風給我留下了深刻的印象，受益匪淺。在大學三年時間里，導師為我們創(chuàng)造了優(yōu)越的學習和實踐環(huán)境，使我獲取寶貴理論知識同時又在實踐中不斷提