機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)

1、麗水學(xué)院機(jī)電信息分院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)基于plc的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 513工作室 導(dǎo)師姓名： 班級(jí) 機(jī)電0810 專業(yè)名稱 機(jī)電一體化技術(shù) 提交日期 2011年 5月25日 答辯日期 2011年5月27日 2011 年 5月21日基于plc的自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)是由微機(jī)-plc構(gòu)成的自動(dòng)售貨機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的來源與發(fā)展，以及它在國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的方案進(jìn)行了論證，介紹了plc的基本組成、特點(diǎn)以及工作原理，對(duì)由微機(jī)plc構(gòu)成的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)過程進(jìn)行較為細(xì)致的論述。設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在plc各硬件部分的設(shè)計(jì)和介紹、plc梯形圖的編寫。在整體設(shè)計(jì)過程

2、中按照“提出問題，分析問題，解決問題”的主導(dǎo)思想，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作做出了細(xì)致的闡述。關(guān)鍵詞：自動(dòng)售貨機(jī) plc 歐姆龍 接線圖目 錄一、引言5二、plc技術(shù)的自動(dòng)售貨機(jī)的方案論證62.1自動(dòng)售貨機(jī)簡介62.1.1自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能62.2自動(dòng)售貨機(jī)控制方案選擇72.3本設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能的要求7三、硬件的設(shè)計(jì)83.1plc的內(nèi)部組成83.2plc選型83.3本設(shè)計(jì)的輸入/輸出信號(hào)93.4plc外部接線設(shè)計(jì)103.4.1咖啡、汽水出口控制113.4.2出杯、制動(dòng)控制11四、程序的設(shè)計(jì)124.1控制程序介紹124.2計(jì)幣系統(tǒng)設(shè)計(jì)124.3飲料供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)124.4退幣系統(tǒng)設(shè)計(jì)144.5程序流程圖1

3、44.6plc程序154.7運(yùn)行調(diào)試16五、總結(jié)評(píng)價(jià)17致謝18參考文獻(xiàn)18附錄19一、引言2010年世博會(huì)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(dòng)售貨機(jī)。在每天數(shù)十萬游客進(jìn)入的世博園，自動(dòng)售貨機(jī)大大方便的商店的壓力，更方便了游客的需要。自動(dòng)售貨機(jī)作為一種新的商業(yè)零售形式，上世紀(jì)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(shí)營業(yè)的微型超市。在日本，70的罐裝飲料都是通過自動(dòng)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(tái)得飲料自動(dòng)售貨機(jī)。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(shí)營業(yè)的商店是少之又少，正因如此，自動(dòng)售貨機(jī)

4、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(shí)隨地地買到自己需要的商品。而且在這個(gè)人力資源極度缺乏的社會(huì)，自動(dòng)售貨機(jī)大大解放了勞動(dòng)生產(chǎn)力，從而自動(dòng)售貨機(jī)的普及在某種程度上能反映一個(gè)國家的科技發(fā)展水平，是一個(gè)國家文明程度的象征！二、plc技術(shù)的自動(dòng)售貨機(jī)的方案論證2.1自動(dòng)售貨機(jī)簡介2.1.1自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能在生活中，售貨機(jī)可以銷售一些簡單的日用品，如飲料等。售貨機(jī)的基本功能就是對(duì)投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)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(yīng)的反應(yīng)。舉一個(gè)例子來說，例如：售貨機(jī)中有幾種商品，其中第一種商品價(jià)格為1元，第二種商品為1.5元?，F(xiàn)投入1個(gè)1元硬幣，當(dāng)投入的

5、貨幣超過第一種商品的價(jià)格時(shí)，第一種商品的選擇按鈕會(huì)有變化，提示可以購買，其他商品同比。當(dāng)按下選擇第一種商品的價(jià)格時(shí)，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去第一種商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取第一種商品到出貨口。此時(shí)售貨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時(shí)不再購買而按下退幣按鈕，售貨機(jī)則要進(jìn)行退幣操作，退回相應(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的除法運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能（本設(shè)計(jì)由于各種原因，無法達(dá)到此效果）。2.2自動(dòng)售貨機(jī)控制方案選擇盡管自動(dòng)售貨機(jī)

6、的種類繁多，但是基于plc控制的自動(dòng)售貨機(jī)在市場(chǎng)上仍然很少，plc控制的自動(dòng)售貨機(jī)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(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。因此開發(fā)設(shè)計(jì)基于plc的自動(dòng)售貨機(jī)具有廣泛的市場(chǎng)前景，本設(shè)計(jì)就是選用plc作為控制器，控制自動(dòng)售貨機(jī)。售貨機(jī)系統(tǒng)具有如下功能：用戶投入錢幣后，由售貨機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部所設(shè)置的硬幣識(shí)別器對(duì)所投錢幣進(jìn)行識(shí)別，確認(rèn)后根據(jù)用戶各自的選擇（選擇咖啡或汽水），售貨機(jī)應(yīng)完成自動(dòng)出杯、自動(dòng)計(jì)量、計(jì)數(shù)等功能。2.3本設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能的要求1本設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)可以投入0.1元、0.5元或1元的硬幣(實(shí)驗(yàn)時(shí)的錢幣是一種假定情況，分別用3個(gè)按鈕來實(shí)現(xiàn))。2當(dāng)投入的硬幣數(shù)額等

7、于或超過1.2元時(shí)，汽水的按鈕指示燈亮；投入的硬幣數(shù)額超過1.5元時(shí)，咖啡的按鈕指示燈再亮。3在汽水按鈕燈亮的時(shí)候，按下選擇汽水按鈕，自動(dòng)售貨機(jī)的汽水排出口（設(shè)計(jì)以指示燈來代替）的汽水排出7秒后會(huì)自動(dòng)停止，在汽水排出的7秒時(shí)間的同時(shí)汽水指示燈作每秒一閃的閃爍動(dòng)作。4在咖啡按鈕燈亮的時(shí)候，按下選擇咖啡按鈕，自動(dòng)售貨機(jī)的咖啡排出口（設(shè)計(jì)以指示燈來代替）的咖啡排出7秒后會(huì)自動(dòng)停止，在咖啡排出的7秒時(shí)間的同時(shí)咖啡指示燈作每秒一閃的閃爍動(dòng)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(shí)，找錢指示燈會(huì)亮。6. 找錢程序結(jié)束后，交易完成，系統(tǒng)復(fù)位。等待下一次的交易。15三、硬件的設(shè)計(jì)

8、3.1plc的內(nèi)部組成plc種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。用plc實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入、輸出變換。它主要由cpu、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路組成。plc結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示：圖3.1 plc結(jié)構(gòu)圖3.2plc選型目前，世界上有2很多廠家生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品，比較著名的有美國的ab、通用（ge）、日本的三菱（mitsbishi）、歐姆龍（omron）、德國的西門子（simens）、法國的te、韓國的三星（sumsung）、lg等等。本設(shè)計(jì)所選使用的為日本歐姆龍公司生產(chǎn)的cp1h型plc。cp1h型plc是歐姆龍公司生產(chǎn)的一種小型plc，cpu單元包括

9、x（基本型）/xa（帶內(nèi)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(nèi)置24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出；出普通輸出外，還可以實(shí)現(xiàn)4軸高速計(jì)數(shù)，4軸脈沖輸出；內(nèi)置模擬4點(diǎn)電壓/電流出入、2點(diǎn)模擬電壓/電流輸出，分辨率1/6000、1/12000可選；通過擴(kuò)展cpm1a系列的擴(kuò)展i/o單元，cp1h經(jīng)擴(kuò)展整體可以達(dá)到最大320點(diǎn)的輸入/輸出；通過擴(kuò)展i/o單元，cp1h經(jīng)擴(kuò)展還可以達(dá)到320點(diǎn)輸入/輸出。作為一種小型的plc，cp1h型plc可以實(shí)現(xiàn)多種功能，如：中斷功能、高速計(jì)數(shù)器功能、脈沖輸出功能、快速響應(yīng)輸入功能、串行通信功能等等，其優(yōu)點(diǎn)可稱為價(jià)格便宜，功能齊全。而且利

10、用cx-p編程軟件可以快速編程，簡單易懂，硬件結(jié)構(gòu)簡單，編程十分方便容易，很適合做小型關(guān)于plc的設(shè)計(jì)，cp1h滿足本次設(shè)計(jì)所需要的輸入輸出點(diǎn)，因此本人在做此設(shè)計(jì)選此型號(hào)的plc。3.3本設(shè)計(jì)的輸入/輸出信號(hào)本自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)有7個(gè)輸入和8個(gè)輸出。1.輸入信號(hào)本設(shè)計(jì)中的自動(dòng)售貨機(jī)的輸入信號(hào)有：開關(guān)、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(hào)及電氣符號(hào)表如表3.1所示。表3.1 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)代碼表sa1 i0.00開關(guān)sb1 i0.011角投入sb2 i0.025角投入sb3 i0.031元投入sb4 i0.04選擇汽水sb5 i0.05選擇咖啡sb6 i0

11、.06找零2. 輸出信號(hào)本設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)的輸出信號(hào)有：開關(guān)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(hào)及電氣符號(hào)表如表3.2所示。表3.2 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)代碼表hl1 100.00開關(guān)指示燈hl2 100.01選擇汽水指示燈hl3 100.02選擇咖啡指示燈km1 100.03汽水排出km2 100.04咖啡排出km3 100.05找零hl4 100.06找零指示燈3.4plc外部接線設(shè)計(jì)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(dāng)咖啡或汽水按鈕被按下，此時(shí)ka1（ka2）得電，電磁閥開啟，咖啡（汽水）流下，此時(shí)plc定時(shí)

12、器開始定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到ka1（ka2）失電，電磁閥關(guān)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(dòng)控制本設(shè)計(jì)本來要使用一個(gè)小型電機(jī)對(duì)出杯裝置進(jìn)行控制。當(dāng)plc檢測(cè)到有硬幣投入時(shí)，此時(shí)km3得電，電機(jī)啟動(dòng)并開始出杯，出杯后電機(jī)斷電。其出杯控制電路如圖3.6所示：圖3.6 出杯、制動(dòng)控制系統(tǒng)裝置圖四、程序的設(shè)計(jì)4.1控制程序介紹該售貨機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括:計(jì)幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇系統(tǒng)、飲料供應(yīng)系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。(1)計(jì)幣系統(tǒng):當(dāng)有顧客買飲料時(shí),投入的錢幣經(jīng)過感應(yīng)器,感應(yīng)器記錄1角、5角或1元錢的個(gè)數(shù),通過個(gè)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

13、d2中。(2)比較系統(tǒng):投入錢幣完畢后,系統(tǒng)會(huì)把d2內(nèi)的錢幣數(shù)據(jù)和可以購買飲料的價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較,如果投入的錢幣不足則y 0指示燈亮,要求繼續(xù)投入錢幣,或者退幣。當(dāng)投入的錢幣總值超過2元時(shí),汽水指示燈y1亮。當(dāng)投入的錢幣總值超過3元時(shí),汽水和咖啡指示燈都亮,此時(shí)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(dāng)按下汽水或咖啡選擇按鈕,相應(yīng)的指示燈轉(zhuǎn)為1秒為周期的閃爍。當(dāng)相應(yīng)的飲料供應(yīng)完畢后,閃爍同時(shí)停止。(4)飲料供應(yīng)系統(tǒng):當(dāng)按下選擇按鈕時(shí),相應(yīng)的電機(jī)y 3或y 4啟動(dòng)。在飲料輸出的同時(shí),減去相應(yīng)的購買錢幣數(shù)。當(dāng)飲料輸出達(dá)到8秒時(shí),電機(jī)停機(jī)。(5)退幣系統(tǒng):當(dāng)顧客購?fù)觑?/p>

14、料后,多余的錢幣只要按下退幣按鈕。系統(tǒng)就會(huì)把數(shù)據(jù)寄存器d 2中的錢幣退回。4.2計(jì)幣系統(tǒng)設(shè)計(jì)貨幣的識(shí)別：在硬幣通道口設(shè)置3個(gè)第一電感檢測(cè)器，當(dāng)硬幣通道中有硬幣通過時(shí)輸出一脈沖信號(hào)。設(shè)置的3個(gè)第二電感檢測(cè)器及與之對(duì)應(yīng)的比較器、ad變換器，并在各第二電感檢測(cè)器中放置不同金額的樣品硬幣，第二電感檢測(cè)器輸出基準(zhǔn)脈沖信號(hào)。比較器比較第一、第二電感檢測(cè)器的脈沖信號(hào)及基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，當(dāng)脈沖信號(hào)與一基準(zhǔn)脈沖信號(hào)相同時(shí)即判斷投入硬幣為相應(yīng)樣品硬幣的金額。感應(yīng)器工作原理：硬幣通過投幣入口進(jìn)入由電容電感的組成高頻電路所產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，金屬材質(zhì)跟體積的差異對(duì)電感量的影響會(huì)出現(xiàn)差異，電感量的變化會(huì)影響震蕩頻率的變化，在通過

15、檢測(cè)頻率的變化，與設(shè)定值進(jìn)行比較，確定硬幣的種類。4.3飲料供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)按下選擇按鈕時(shí)，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)(y3或y5)同時(shí)起動(dòng)，飲料輸出的同時(shí)減去相應(yīng)的購買幣數(shù)。當(dāng)飲料輸出達(dá)到8 s時(shí)，電磁閥首先關(guān)斷，小電動(dòng)機(jī)繼續(xù)工作0.5 s后停機(jī)。完成一次售貨過程;如累計(jì)金額大于預(yù)設(shè)價(jià)格時(shí),驅(qū)動(dòng)商品后,相減差額由信號(hào)驅(qū)動(dòng)退幣, ,并將金額累計(jì)存儲(chǔ)器清零,。實(shí)現(xiàn)售貨和退幣找零功能plc編程梯形圖如圖3所示。圖3汽水按鈕x003得電，繼電器m4閉合，時(shí)間繼電器t1和t0開始即時(shí)，同時(shí)汽水電磁閥y004開始工作，與之同時(shí)的汽水電機(jī)控制y003也開始運(yùn)行，8秒中后，汽水電磁閥y004停止輸送飲料。0.5秒后電機(jī)y00

16、3也停止?？Х劝粹ox004得電,繼電器m5閉合，時(shí)間繼電器t3和t2開始即時(shí)，同時(shí)咖啡電磁閥y006開始工作，與之同時(shí)的咖啡電機(jī)控制y005也開始運(yùn)行，8秒中后，咖啡電磁閥y006停止輸送飲料。0.5秒后電機(jī)y005停止工作。電機(jī)進(jìn)行飲料的輸出是由電機(jī)正反轉(zhuǎn)來實(shí)行的，其原理圖如圖4所示正轉(zhuǎn)：sb2按下一一線圈km1得電一一線圈km1常開觸頭吸合一一實(shí)現(xiàn)電機(jī)的長動(dòng)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)：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(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)和自鎖。4.4退幣系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)可在顧客購?fù)觑嬃虾笸嘶赜鄮?。按下退幣按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器d2內(nèi)的幣數(shù)除以10，商的整數(shù)部分是需要

17、退回1元的個(gè)數(shù)并儲(chǔ)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(gè)數(shù)，并儲(chǔ)存在d2中，依此類推、選擇退幣的同時(shí)起動(dòng)3個(gè)退幣電動(dòng)機(jī)。3個(gè)感應(yīng)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)感應(yīng)器記幣的個(gè)數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器退回的幣數(shù)時(shí)，退幣電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，如果大于找出幣數(shù)則報(bào)警。圖44.5程序流程圖4.6plc程序4.7運(yùn)行調(diào)試 按下sa1（0.00），機(jī)器啟動(dòng)，開關(guān)指示燈（100.00）亮。 分別可投入，1角（0.01）、5角（0.02）、1元（0.03）硬幣，當(dāng)投入錢時(shí)，系統(tǒng)中的加法指令會(huì)分別按所按的3個(gè)硬幣按鈕的數(shù)額累計(jì)，并且傳送到比較指令的d1項(xiàng)。當(dāng)投入錢的數(shù)額大于或等于12角或15角的時(shí)候，比較指令的大于等

18、于的常開接點(diǎn)就會(huì)閉合，給選擇的飲料燈一個(gè)反饋，燈（100.01）、（100.02）會(huì)按錢的數(shù)額分別亮起。 當(dāng)飲料指示燈亮?xí)r，按下選擇汽水按鈕（0.04）或選擇咖啡按鈕（0.05），汽水燈（100.01）或咖啡燈（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(dòng)，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(shè)計(jì)用計(jì)數(shù)器來表示）。以待找錢所用。 當(dāng)錢多于所支付的金額時(shí)，找錢燈（100.06）亮，按下找錢按鈕（0.06），機(jī)器開始找錢（找錢燈閃一秒，就代表找錢1角）。此次交易就結(jié)束了。找零結(jié)束后，計(jì)數(shù)器c1常開點(diǎn)閉合，

19、mov指令將d1清零，等待下次交易。五、總結(jié)評(píng)價(jià)經(jīng)過幾個(gè)月的學(xué)習(xí)、研究以及經(jīng)過高老師的指導(dǎo)。終于按時(shí)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)主要研究的是自動(dòng)售貨機(jī)中有關(guān)于plc的部分。自動(dòng)售貨機(jī)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。自動(dòng)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，24小時(shí)無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營時(shí)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)。所以說，自動(dòng)售貨機(jī)是今后小商品和飲料銷售方式的一個(gè)很好的發(fā)展趨勢(shì)。它的出現(xiàn)將極大的方便人們購買所需要的小商品。致謝本論文是在高老師的悉心指導(dǎo)下完成的，高老師對(duì)學(xué)術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)和精益求精的工作作風(fēng)給我留