基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計(畢業(yè)設(shè)計)

1、 基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要此次設(shè)計是基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng),首先分析了無人自動售貨機的發(fā)展歷程與發(fā)展前景,然后根據(jù)其的功能特點詳細(xì)設(shè)計了在此次設(shè)計中所需要實現(xiàn)的功能,根據(jù)設(shè)計功能進行自動售貨機的硬件與軟件的設(shè)計和選型。在進行硬件設(shè)計時選用型號為XINX的步進驅(qū)動電機,硬幣和紙幣識別兩種貨幣處理裝置,彈簧推送式的送出機構(gòu),需要用到的按鈕與指示燈種類,以三菱FX-2N-48MR型PLC為主控制器,軟件設(shè)計時,基于GX Developer編程軟件,采用梯形圖進行系統(tǒng)控制程序的設(shè)計,包括投幣累加、比較選擇購買和退幣復(fù)位程序,并采用GXSimulator來進行程序的調(diào)試,最后使

2、用組態(tài)王軟件進行自動售貨機的仿真。該設(shè)計是基于市場需要進行的相關(guān)功能的設(shè)計與仿真,提高了可靠性,符合市場的需求。關(guān)鍵詞：自動售貨機,可編程序控制器,梯形圖The design of the control system for vending machine based on PLCABSTRACTThe design is a vending machine based on PLC control system, the first analysis of the development and development prospects of vending machine, then

3、according to the features of the detailed design in the design of the need to implement the function. According to the functional design of the design and selection of hardware and software of the automatic vending machine. In hardware design selects the type XINX into driving motor, coins and paper

4、 currency recognition two currency handling apparatus, spring push the sending mechanism, need to use the buttons and indicator species, with Mitsubishi FX-2N-48MR type PLC based controller, software design, base on the GX developer programming software by ladder diagram of system control program de

5、sign, including coin accumulation, comparison and selection of purchase and the coin reduction program, and the GX simulator to carry out the program debugging. Finally, Kingview software vending machine simulation.The design is based on the market need for the relevant functional design and simulat

6、ion, improve the reliability, in line with the market demand.KEY WORDS:Vending machine,Programmable controller,Ladder diagram55 / 60目錄前言1第1章 自動售貨機介紹31.1 自動售貨機功能分析31.2 本次設(shè)計的主要容4第2章 自動售貨機硬件設(shè)計52.1 自動售貨機控制子系統(tǒng)設(shè)計52.2 自動售貨機硬件組成62.3 PLC介紹與選擇62.3.1 PLC產(chǎn)生與發(fā)展62.3.2 PLC硬件組成72.3.3PLC的工作原理72.3.4PLC的功能82.3.5PLC的選擇

7、82.4貨幣識別器選型102.4.1硬幣識別112.4.2紙幣識別112.5 送出機構(gòu)122.6電機選擇122.7 按鈕與指示燈選擇132.8 顯示裝置13第3章 自動售貨機軟件設(shè)計143.1 自動售貨機控制流程圖143.2 自動售貨機程序設(shè)計143.2.1 程序中所需要用到的部分主要指令153.2.2 自動售貨機的控制程序17第4章 程序的調(diào)試與仿真244.1 梯形圖調(diào)試244.1.1調(diào)試前期準(zhǔn)備244.1.2 梯形圖調(diào)試過程254.2 基于組態(tài)王的自動售貨機仿真294.2.1 建立組態(tài)畫面304.2.2參數(shù)設(shè)置31結(jié) 論34 辭35參考文獻(xiàn)36附 錄37外文資料翻譯44前言公元前3世紀(jì)埃與

8、神殿中的投幣式圣水出售機是世界上出現(xiàn)最早的自動售貨機。以此為雛形的自動售貨機開始進入大眾消費市場,并且作為一種全新的零售方式在美、日等發(fā)達(dá)國家得到了迅速地普與和發(fā)展。隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展和當(dāng)前城市規(guī)模的不斷擴大,人們對各類商品的需求量不斷增大,但因為地域、時間等的限制購買多有不便。自動售貨機是可完成無人自動售貨并集光、機、電一體化的商業(yè)自動化設(shè)備,擺脫了時間、地域限制,使人們可以更方便的購買自己所需要的簡單的商品。社會在發(fā)展,人們生活水平也在不斷提高,人們對自動售貨機的需求更趨向于多元化和個性化,而且通過自動售貨機購物也已經(jīng)逐漸成為一種新的消費時尚和一種城市文明的標(biāo)志。目前自動售貨機已經(jīng)在全

9、球45個國家普與,但是據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料顯示,2013年中國的自動售貨機保有量達(dá)到30.2萬臺,但是這些都主要分布在東部經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū),其他地區(qū)的普與率較低,零售業(yè)所占的市場份額不容小覷。以此來看中國自動售貨機行業(yè)的發(fā)展空間依舊廣闊。傳統(tǒng)采用單片機控制的自動售貨機,普遍存在系統(tǒng)硬件設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性較低、維修困難的問題?？删幊炭刂破?PLC)是一種新的工業(yè)控制設(shè)備,它編程控制的發(fā)展不僅綜合了多種工業(yè)控制、通訊技術(shù),而且在可靠性、程序編寫、設(shè)備維護等方面比起其他設(shè)備都具有相當(dāng)高的優(yōu)越性,從工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域來看,可編程控制器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,因為自動售貨機是一種需要在無人看管情況下完成商品售賣以與

10、其他相關(guān)服務(wù)的應(yīng)用設(shè)備,要求他必須具有可靠的結(jié)構(gòu)和高的執(zhí)行效率。設(shè)備更新方面來說,PLC的設(shè)計和生產(chǎn)周期都更快捷簡單,在設(shè)計、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)方面都可以同時進行,不需要進行大的改動就可馬上修改投入使用,經(jīng)濟快捷。PLC的發(fā)展和計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(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)展促進了PLC技術(shù)的創(chuàng)新,而PLC的發(fā)展也對這些高新技術(shù)的發(fā)展起到了很好的推動作用。本文詳細(xì)介紹了利用三菱FX-2N系列PLC控制的自動售貨機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟件設(shè)計,并根據(jù)設(shè)計所要實現(xiàn)的功能進行模擬的動態(tài)仿真,目的在于不僅能夠不斷提高自動售貨機的性能以滿足更廣大消費群眾

11、的需求,而且可以通過不斷地仿真實踐來驗證該系統(tǒng)的可行性,使設(shè)計的產(chǎn)品能夠在投入市場前進行一個可行性的分析,減少不必要的損失。第1章 自動售貨機介紹1.1 自動售貨機功能分析自動售貨機在功能上首先要能實現(xiàn)貨幣的累加計算,從投幣口送入貨幣,貨幣經(jīng)過貨幣識別器進行相關(guān)信息的采集,然后相應(yīng)的信息被傳給PLC,PLC根據(jù)所接收到的貨幣信息進行判斷是否可以購買商品,然后根據(jù)結(jié)果做出應(yīng)有的反應(yīng)。當(dāng)消費者按下選擇商品的按鈕之后,顧客從商品提取口取出商品,售貨機部重新進行貨幣的金額計算,重復(fù)售貨機的金額比較功能,對相關(guān)的指示燈進行調(diào)整,重新進行購買提示,如需再次進行購買飲料根據(jù)提示選擇可購買的商品即可;如果不需

12、要繼續(xù)購買的時候消費者需要按下退幣按鈕給PLC傳遞退幣信號進行退幣,退幣完成相關(guān)寄存器進行清零此次交易完成。自動售貨機售貨完整操作主要有五大系統(tǒng)組成,分別為投幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、飲料選擇和供應(yīng)系統(tǒng)、退幣系統(tǒng),工作流程如下圖1-1所示。圖 1-1 自動售貨機工作流程圖1.2 本次所設(shè)計的主要容本次自動售貨機設(shè)計主要實現(xiàn)以下功能：(1)該自動售貨機主要銷售礦泉水、可樂、雪碧、冰紅茶、果粒橙、純牛奶、罐裝咖啡七種飲料,飲料價格分別為1元、2.5元、2.5元、2.5元、3.5元、3.5元、10元。(2)在自動售貨過程中,售貨機具有貨幣識別功能,可投入五角、1元硬幣和1元、5元、10元紙幣,投幣過程控制時

13、間為30秒。(3)當(dāng)投入的貨幣總值大于飲料的售價時,相應(yīng)的飲料的指示燈開始亮,做可購買提示。(如:當(dāng)投入貨幣大于1元是礦泉水指示燈亮,當(dāng)投入大于等于10元時所有飲料指示燈全亮。)當(dāng)總投入貨幣小于1元時,貨幣不足指示燈亮。(4)根據(jù)可購買指示燈來選擇需要購買的飲料,按下選擇購買的飲料按鈕,出貨口的指示燈亮做取物提示,且所選擇的飲料送出電磁閥打開,送出飲料,時間為8秒,之后出貨結(jié)束,電磁閥關(guān)閉,出貨指示燈熄滅。在此期間飲料指示燈閃亮。(5)當(dāng)投入的貨幣金額超過所消費的金額時,剩余的貨幣會再次進行幣值比較,功能重復(fù),如果需要再次購買按之前購買方式即可;若是不購買按下退幣按鈕,退幣指示燈亮,并執(zhí)行退幣

14、程序,在10秒退出多余幣,自動售貨機自動清零。(6)購買結(jié)束后,自動售貨機自動統(tǒng)計銷售金額、銷售量。本章小結(jié):本章主要根據(jù)了解現(xiàn)有的自動售貨機的功能,對此次自動售貨機的功能設(shè)計進行確定,具體硬件設(shè)計與軟件設(shè)計將會在以下章節(jié)中進行說明。第2章 自動售貨機硬件設(shè)計要了解自動化售貨機的硬件組成則需要先對所設(shè)計的自動售貨機的控制系統(tǒng)進行詳細(xì)的了解根據(jù)控制系統(tǒng)進行各方面的硬件設(shè)計或者相關(guān)硬件的選型。2.1 自動售貨機控制子系統(tǒng)設(shè)計自動售貨機相關(guān)控制系統(tǒng)主要有三部分組成：（1）售貨前期準(zhǔn)備:商品價格與儲存系統(tǒng)自動售貨機可售賣多種商品,每種商品的價格會有不同,因此需要在售貨前設(shè)定所售商品種類和價格,并將其貯

15、存到控制系統(tǒng),另外還需將每次貯存的商品數(shù)量進行貯存,方便貨物數(shù)量查詢與貨物的補給。此部分可設(shè)計在售貨機箱體部,由售貨機持有人進行每次設(shè)置。這部分可由按鍵和存儲器構(gòu)成,使用按鍵輸入相關(guān)需要保存的數(shù)據(jù)信息,而存儲器則用來保存數(shù)據(jù),存儲器選擇具有斷電保持功能的型號。（2）售貨期間：貨幣檢測累計、可售指示與退幣系統(tǒng)該部分為此次售貨機設(shè)計的重要部分,貨幣檢測是來識別貨幣幣值與真假,并將其累加與之前設(shè)置的商品價格進行比較,給予消費者相關(guān)的售貨提示方便其自主消費,當(dāng)消費完成后進行貨幣清算與退幣,退回多余貨幣。此部分設(shè)計詳見本章其他小節(jié)。在售貨期間還要有檢測系統(tǒng),檢測貨物是否售出完畢,并給予消費者售貨售完的提

16、示,要實現(xiàn)此部分功能可以在自動售貨機商品貯存道下方安裝接觸行程開關(guān),貯存道有商品時,行程開關(guān)被壓下,售貨機正常工作,當(dāng)此類商品售出完畢,相應(yīng)的行程開關(guān)被釋放并發(fā)出信號,CPU接收到無貨信號后向相應(yīng)指示燈發(fā)出信號,提示“售空”,商品指示燈停止響應(yīng)可售信號。（3）售貨結(jié)束:累計與自測功能在顧客進行相關(guān)的商品選擇并結(jié)束操作后,自動售貨機部的數(shù)據(jù)寄存器會對所賣出的商品進行銷售額與銷售量的統(tǒng)計,并于售貨前期已保存的相關(guān)數(shù)據(jù)進行比較或者進行運算來完成歷史的銷售額與歷史銷量,可與電腦或者其他設(shè)備聯(lián)機方便工作人員對相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。2.2 自動售貨機硬件組成自動售貨機主要由PLC控制器、部顯示裝置、商品選擇按鈕

17、、指示燈、電動機、貨物送出電磁閥、貨幣識別器等組成,結(jié)構(gòu)框圖如下圖2-1。圖2-1自動售貨機硬件組成2.3 PLC介紹與選擇2.3.1PLC產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器最早產(chǎn)生于美國的汽車制造行業(yè),因當(dāng)時競爭激烈,且在進行汽車制造時為生產(chǎn)適應(yīng)市場的新型汽車,相應(yīng)的生產(chǎn)線都要不時變化,這樣就造成了相當(dāng)龐大的浪費,因此為了適應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)的相關(guān)發(fā)展,同時減少設(shè)計繼電器控制系統(tǒng)所需要的成本和時間,美國通用公司提出了新型工業(yè)控制裝置的10項技術(shù)指標(biāo)要求：（1）編程要簡單,可即時進行修改。（2）硬件維護方便,采用插件式結(jié)構(gòu)。（3）靠性要高于繼電器控制裝置。（4）體積要比繼電器控制裝置小。（5）實現(xiàn)數(shù)據(jù)與計算機的即

18、時通信。（6）盡可能的減少成本。（7）輸入可以是交流115V。（8）輸出為交流115V,2A以上,能直接驅(qū)動電磁閥。（9）擴展時原有系統(tǒng)的改動要小。（10）用戶程序儲蓄器容量至少可以擴展到4KB。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司以這些指標(biāo)為依據(jù),研制出了第一臺可編程控制器并將其投入到通用汽車的生產(chǎn)線過程控制中,最終證明效果非常好，從此開創(chuàng)了可編程控制器的新紀(jì)元,并在以后得到快速發(fā)展與廣大應(yīng)用。2.3.2 PLC硬件組成PLC的硬件組成有中央處理器(CPU)、存儲器(RAM、EPROM等)、輸入/輸出I/O模塊、外設(shè)I/O接口、I/O通道接口、編程器與電源部分等,如下圖2-2所示。其中,CPU是PLC

19、的核心,輸入/輸出單元是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路,通信接口用于編程器、上位計算機等外部設(shè)備。圖2-2 PLC硬件組成2.3.3PLC的工作原理PLC的工作程序都比較復(fù)雜,但是都采用不斷循環(huán)的順序掃描的工作方式,即PLC工作時對用戶程序反復(fù)循環(huán)掃描,逐條地解釋用戶程序,并加以處理。每個掃描周期大致可分為三個階段:輸入采樣、執(zhí)行程序、輸出刷新。掃描周期即為掃描動作執(zhí)行一周的時間,如下圖2-3所示。圖2-3 PLC程序掃描示意圖2.3.4PLC的功能(1)條件控制功能(2)定時/記數(shù)控制功能(3)數(shù)據(jù)處理功能(4)步進控制功能(5)A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能(6)運動控制功能(7)過程

20、控制功能(8)擴展功能(9)遠(yuǎn)程I/O功能(10)通信聯(lián)網(wǎng)功能(11)監(jiān)控功能2.3.5PLC的選擇現(xiàn)已決定用PLC來作為中心控制,現(xiàn)在就要選擇PLC的容量、品牌與外設(shè), PLC的容量就是具體分析現(xiàn)在所要設(shè)計的自動售貨機上所有需要的I/O點。關(guān)于PLC的品牌選擇,主要參考自己所設(shè)計的售貨機的功能,對PLC有無特殊要求,如計算速度、用戶程序容量等;還需要根據(jù)實際情況考慮價格問題,因為不同的品牌價格差別較大。根據(jù)設(shè)計要求共有13個輸入點,分別為:5個貨幣輸入點、7個飲料選擇按鈕、1個退幣按鈕;輸出點共有18個,分別為:7個飲料指示燈、7個飲料輸出電磁閥、2個退幣口、1個退幣指示燈、1個取物指示燈。

21、選擇PLC時除了需要滿足控制要求,還需要考慮留有適當(dāng)?shù)脑Ａ恳詡溲a充擴展使用。通常裕量的選擇是有存儲器裕量和I/O點數(shù)裕量,存儲器裕量為10%至25%,I/O點數(shù)裕量為10%至15%。現(xiàn)在可供選擇的PLC有三菱、西門子、歐姆龍、施耐德等多種品牌,但是根據(jù)現(xiàn)有實際情況與學(xué)校可供模擬實驗臺的情況,我選擇了三菱FX-2N系列的PLC來完成此次設(shè)計,之前已經(jīng)計算過I/O口數(shù)量所以本次設(shè)計選擇PLC的型號為FX-2N-48MR,具體的I/O分配如下表:表2-1 I/O接口分配表輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸出0.5元硬幣SB1X001礦泉水指示燈HL6Y0061元硬幣SB2X002可樂指示燈HL7Y0071元紙幣

22、SB3X003雪碧指示燈HL10Y0105元紙幣SB4X004冰紅茶指示燈HL11Y01110元紙幣SB5X005果粒橙指示燈HL12Y012礦泉水按鈕SB6X006純牛奶指示燈HL13Y013可樂按鈕SB7X007咖啡指示燈HL14Y014雪碧按鈕SB10X010礦泉水出貨閥YV6Y016冰紅茶按鈕SB11X011可樂出貨閥YV7Y017果粒橙按鈕SB12X012雪碧出貨閥YV10Y020純牛奶按鈕SB13X013冰紅茶出貨閥YV11Y021咖啡按鈕SB14X014果粒橙出貨閥YV12Y022退幣按鈕SB15X015純牛奶出貨閥YV13Y023咖啡出貨閥YV14Y0240.5元退幣口YV1Y

23、0011元退幣口YV2Y002退幣指示燈HL3Y003貨幣不足指示燈HL4Y004取物口指示燈HL5Y005我們已經(jīng)根據(jù)需要確定了PLC的型號,并完成了對各個接口的分配,接下來需要設(shè)計PLC與外部設(shè)備的連接,具體接線圖如下:圖 2-4 PLC 的I/O接口接線圖2.4貨幣識別器選型自動售貨機的投幣只有硬幣和紙幣兩種,因此需要選擇兩種貨幣識別器分別進行硬幣識別和紙幣識別,因為現(xiàn)在市場上已有貨幣識別器的相對我的本次設(shè)計來說已經(jīng)足夠使用且更加合適,因此我此次選用了現(xiàn)成的貨幣識別器。2.4.1硬幣識別硬幣識別主要分為投幣、進幣和退幣三個階段,其主要識別原理是當(dāng)真假幣通過兩種傳感器時電容和電感的改變量不

24、同,通過改變量可以辨別硬幣的真假?，F(xiàn)在市場上已經(jīng)出現(xiàn)多種硬幣識別器可供我們選擇,但是根據(jù)多種比較與各方面考慮,我選擇了復(fù)合式硬幣識別器這種價格便宜、功能穩(wěn)定可靠的識別器來完成硬幣識別工作。復(fù)合式硬幣識別器主要是由感應(yīng)線圈、平板電容傳感器,通過對貨幣的材料、大小厚薄等各個要素進行檢測,來辨別硬幣的真?zhèn)魏蛶胖荡笮?當(dāng)然其中還要單片機、交流電橋、A/D轉(zhuǎn)換器等協(xié)助工作,共同完成信號的采集、轉(zhuǎn)換與最后的識別和任務(wù)的分配完成。當(dāng)硬幣識別完成后,已經(jīng)通過識別的硬幣根據(jù)幣值的不同將會被單片機控制系統(tǒng)來利用電磁閥分配到不同的硬幣儲存裝置中留作備用,當(dāng)顧客在完成購買操作且錢幣有剩余的時候按下退幣按鈕,硬幣識別器

25、收到退幣信號將會控制電磁閥將之前儲存的硬幣根據(jù)退幣信號來退還多余的錢幣,此時硬幣識別器就完成了自主退幣找零的功能。硬幣識別器通過設(shè)備之間的通信將相應(yīng)的信號送達(dá)到PLC。在本次設(shè)計中所選用的硬幣識別器經(jīng)過多方面考慮,最終選擇儲存硬幣數(shù)為500枚的BD-8G型的復(fù)合式硬幣識別器來完成一元、五角硬幣的識別。該硬幣識別器相關(guān)信息如下表:表2-2 硬幣識別器選型硬幣識別器工作電壓工作電流工作溫度BD-8GDC +12V2A-20°C60°C2.4.2紙幣識別紙幣識別跟硬幣識別相似,但是只有投幣和進幣兩個階段,因為紙幣易磨損且退幣麻煩,所以在選擇退幣時只設(shè)計了硬幣退幣功能。紙幣識別器在

26、硬件構(gòu)成上與硬幣識別器大部分相似,也需要傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、外部存儲等部分,同時也是單片機控制系統(tǒng),但是紙幣識別器需要紫外、紅外、磁性穿透裝置來通過對投入紙幣進行各種取樣,并將投入紙幣的各部分信號參數(shù)與已經(jīng)設(shè)置存儲的真的紙幣信號參數(shù)樣本進行比較來判斷投入紙幣的真假。當(dāng)然我國人民幣的制作也是相當(dāng)復(fù)雜,無論是紙還是印刷材料都與假鈔有很大區(qū)別,關(guān)于紙幣識別器的工作原理在這里也不多加贅述。另外紙幣識別器與PLC之間也是通過通信連接。紙幣識別器的類型也多樣,根據(jù)價格等多方面因素,我此次選擇的是型號為TCN-7-3B,紙幣儲存容量為400的紙幣識別器來識別1元、5元、10元紙幣。該型號紙幣識別器的相關(guān)信

27、息見下表:表2-3 紙幣識別器選型紙幣識別器工作電壓工作電流工作溫度TCN-7-3BDC +12V2A0°C 55°C2.5 送出機構(gòu)從市場來看目前自動售貨機上應(yīng)用的送出機構(gòu)種類繁多,較為典型的有旋轉(zhuǎn)送出機構(gòu)、轉(zhuǎn)盤式送出機構(gòu)、滾筒式送出機構(gòu)、彈簧推送式機構(gòu)。因為旋轉(zhuǎn)式送出機構(gòu)雖說應(yīng)用廣泛但是相應(yīng)的成本較高,轉(zhuǎn)盤式送出機構(gòu)需要較大的轉(zhuǎn)矩來帶動和占用較大的空間容易發(fā)生卡死現(xiàn)象,滾筒式送出機構(gòu)對電機的轉(zhuǎn)動精度要求較高,所以比較而言我選擇了彈簧推送式送出機構(gòu)。2.6電機選擇自動售貨機上需要多個電機來驅(qū)動,因此需要選擇合適的電機。對自動售貨機來說,電動機的功率參數(shù)要求不大,但是要使用

28、直流減速電機,因為使用直流減速電機可以增大扭矩保證飲料的輸出。雖然說現(xiàn)在一般使用的是交流電動機,但是在自動售貨機上使用直流電機比較好,因為其自動售貨時間很短,電動機的啟動和制動時間都比較短,因此直流電機比較容易滿足這些要求。選擇的電動機相關(guān)參數(shù)見下表:表2-4 電動機選型減速電機額定電壓額定功率轉(zhuǎn)速減速比XINX-37JSDC +12V3W16R.P.M1：102.7 按鈕與指示燈選擇在自動售貨機上按鈕是為了方便消費者選擇自己所需商品而設(shè)置,按鈕一般都嵌裝在操作基板上的,按鈕按防護方式也分為多種類型,因為無人自動售貨機一般無人看管,只是定期維護,因此在選擇具有保護作用的按鈕來進行操作。指示燈的

29、種類多樣,自動售貨機上的指示燈是給予消費者提示信息的,因此從經(jīng)濟適用性方面考慮的話,尋常LED指示燈就可以滿足要求,當(dāng)指示燈沒有接收到相關(guān)信號是顯示綠色或者不顯示,當(dāng)接收到顯示信號的時候就顯示出紅色,提醒消費者可以購買,或者進行其他操作。2.8 顯示裝置在自動售貨機部需要設(shè)置顯示裝置用于輸入商品價格、數(shù)量、銷售量、銷售金額等,現(xiàn)在市場上多用的是液晶(LCD)顯示裝置,因為液晶顯示裝置經(jīng)濟方便,顯示效果好,所以此次設(shè)計中部的顯示裝置我也選用液晶類型的。本章小結(jié):在本章中主要是對硬件結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,并且選擇合適的型號，有些硬件已經(jīng)進行清楚的介紹與選型,但是有些沒有進行過多描述,在這方面有欠缺。第3章

30、 自動售貨機軟件設(shè)計3.1 自動售貨機控制流程圖根據(jù)自動售貨機所需要實現(xiàn)的功能,自動售貨機控制系統(tǒng)需要完成幣值累加,幣值比較,貨物選擇與退幣過程,則具體的流程圖如下：圖3-1 自動售貨機控制流程圖3.2 自動售貨機程序設(shè)計所謂自動售貨機的軟件設(shè)計實質(zhì)上就是運用PLC規(guī)定的編程語言,將控制對象的控制條件將控制對象的控制跳進啊與動作要求轉(zhuǎn)化成PLC可識別的指令的過程,三菱系列PLC可使用的編程語言有指令表、梯形圖和SFC編程3類,此次設(shè)計中我選用梯形圖來編程。3.2.1 程序中所需要用到的部分主要指令1、比較指令指令格式：（D）CMP(P)(S1.)(S2.)(D.)比較指令CMP是將兩個源操作數(shù)

31、(S1.)和(S2.)進行比較,比較的結(jié)果送到目的操作數(shù)中(D.)去。例如圖3-2所示的梯形圖,當(dāng)X001接通時執(zhí)CMP指令通電執(zhí)行,D10中的數(shù)據(jù)和K23(數(shù)值23)比較,比較結(jié)果存放于M3開始的連續(xù)3個元件中。當(dāng)D10>23時,M3=1;當(dāng)D10=23時,M4=1;當(dāng)D10<23,M5=1。圖3-2 CMP指令使用說明2、加法運算指令格式:(D)ADD(P)(S1.)(S2.)(D.)加法操作指令是將源操作數(shù)(S1.)、(S2.)相加,結(jié)果送到目標(biāo)操作數(shù)(D.)中去。如圖3-3所示梯形圖,當(dāng)X001接通時,(D1)+(D2)=(D3),運算是代數(shù)運算。圖3-3加法運算使用說明3

32、、減法運算指令格式:(D)SUB(P)(S1.)(S2.)(D.)減法指令SUB將源操作數(shù)(S1.)減去源操作數(shù)(S2.),結(jié)果送到指定的目標(biāo)操作數(shù)(D.)中去。如圖3-4所示梯形圖,當(dāng)X001接通時,(D12)+(D13)=(D10),運算為代數(shù)運算。圖3-4 減法運算使用說明4、除法運算指令格式:(D)DIV(P)(S1.)(S2.)(D.)除法指令DIV將源操作數(shù)(S1.)除以源操作數(shù)(S2.),結(jié)果送到指定的目標(biāo)操作數(shù)中,其中商送到(D.)中,余數(shù)送到(D.)的下一個元件中。如圖3-5所示的梯形圖,當(dāng)X001為1時,K123除以K30,即123÷30,商為4存到D0中,余數(shù)為

33、3存到D1中。圖3-5 除法運算說明5、循環(huán)指令圖3-6 單層循環(huán)指令說明它由FOR和NEXT兩條指令組成,配對使用。FOR為循環(huán)開始,而NEXT為循環(huán)結(jié)束,其功能是,使這兩條指令中間的指令,按指定的次數(shù)循環(huán)執(zhí)行,重復(fù)多少次在FOR指令中說明。該指令可循環(huán)嵌套,但是層數(shù)有限制,限制的約定隨PLC的型號而定。如圖3-6所示梯形圖,由FOR指令開始,執(zhí)行2次“M5接通時,Y002輸出”的指令,到NEXT指令時結(jié)束循環(huán),繼續(xù)執(zhí)行后邊的指令即可。3.2.2 自動售貨機的控制程序程序部分可分為啟動部分、投幣部分、可購買顯示部分、飲料選擇部分、貨幣相減部分和退幣部分等5個重要組成部分。1、 啟動部分圖3-

34、7 啟動程序在啟動部分,我使用了特殊輔助繼電器中的初始化脈沖繼電器M8002作為開始元件,該繼電器僅在PLC開始運行時的一個掃描周期為ON。2、 投幣與幣值累加部分圖3-8 投幣累加程序投幣時,只要錢幣通過貨幣識別器相應(yīng)的幣值繼電器就如按鈕一樣按下置1,錢幣經(jīng)過貨幣識別器后就自動置0,定時器T10 代表在30秒連續(xù)投幣有效,可使幣值累加,由于執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)累加寄存器需要實現(xiàn)斷電保持功能,所以選用D200數(shù)據(jù)寄存器。3、 幣值比較部分圖3-9 幣值比較程序在該部分程序中使用了運行監(jiān)視繼電器M8000,該繼電器在PLC運行時為ON,PLC停止時為OFF,在PLC運行過程中投入的貨幣總值與已經(jīng)設(shè)定好

35、的飲料的價格進行比較,發(fā)出相應(yīng)的信號,控制飲料的指示燈,提示消費者可以購買哪種飲料。4、可購買飲料顯示與輸出圖3-10 礦泉水的顯示與輸出程序飲料的指示燈與選擇程序基本類似只需要轉(zhuǎn)換相應(yīng)輸入輸出即可,以礦泉水為例做解釋。當(dāng)投入的錢幣總值大于或者等于礦泉水價錢時,輔助繼電器M0或者M1就會為ON,礦泉水的指示燈亮,當(dāng)確定選擇礦泉水的時候,按下礦泉水的選擇按鈕,T3定時器計時開始,飲料開始送出,T3定時器為8秒,是飲料送出的時間。T3定時時間結(jié)束后T3常開觸頭接通,長閉出頭斷開,飲料送出結(jié)束,在此期間,可購買的飲料的指示燈閃亮,由定時器T1控制實現(xiàn)。因為飲料選擇按鈕操作是即時性的,所以需要借助輔助

36、繼電器實現(xiàn)自鎖功能。4、 飲料的選擇與貨幣相減圖3-11 礦泉水選擇與貨幣相減程序每種飲料該部分程序相似,具體原理一樣,以礦泉水程序為例,該部分主要用到減法指令,如上圖,在選擇礦泉水的時候數(shù)據(jù)寄存器D200中的投幣金額直接將礦泉水金額減去再次存入到D200中方便下次使用。6、 定時器定時部分圖 3-12 定時器定時程序該部分程序主要是為了實現(xiàn)飲料選擇時指示燈閃爍的目的。7、 取物口燈亮部分與飲料輸出時間控制程序圖3-13 取物口燈亮程序圖3-14 飲料輸出時間控制程序8、 退幣程序圖3-15退幣部分程序圖3-16退幣部分程序圖3-17 退幣復(fù)位部分程序以上三部分程序共同組成退幣復(fù)位部分,當(dāng)購物

37、完成后,貨幣多余按下退幣按鈕就要執(zhí)行退幣程序,由于紙幣容易磨損,在本次設(shè)計中退幣時至退出1元和5角硬幣。退幣后數(shù)據(jù)寄存器自動復(fù)位,PLC一次周期掃描執(zhí)行完畢。本章小結(jié):在本章節(jié)主要就是進行梯形圖的編寫,在編寫過程中是基于已有的自動售貨機的梯形圖的基礎(chǔ)上,參考所借閱的書籍再次熟悉梯形圖設(shè)計方面的要求與各語言指令的使用,先讀懂原有的梯形圖,再根據(jù)自己所設(shè)計的自動售貨機的功能進行修改和調(diào)整,來實現(xiàn)所要求的功能,而且在本章中只給出了部分重要的梯形圖,完整的梯形圖程序見附錄。第4章 程序的調(diào)試與仿真4.1 梯形圖調(diào)試在梯形圖設(shè)計時,我選擇了GX Developer編程軟件來進行本次設(shè)計梯形圖的設(shè)計與調(diào)試

38、。因為在電腦上調(diào)試時沒有可編程控制器來進行連接,我選擇了GX Developer軟件中的調(diào)試部分軟件GXSimulator來進行梯形圖的調(diào)試。運用梯形圖邏輯測試功能來進行梯形圖調(diào)試,驗證梯形圖的正確性,簡單方便。4.1.1調(diào)試前期準(zhǔn)備首先,按下GX Developer工具條上的梯形圖邏輯測試啟動按鈕,開始PLC的寫入,寫入完成后PLC就進入了運行階段,因為我使用的是M8002初始化脈沖繼電器,所以要與時進行錢幣的投入,進行錢幣投入時先暫停梯形圖調(diào)試,即將調(diào)試控制面板上的RUN改為STOP。如下圖4-1：圖4-1 梯形圖邏輯測試控制面板點擊工具條中的“在線調(diào)試軟元件測試”功能,出現(xiàn)下面的界面,如

39、圖4-2所示,利用為軟元件的強制功能進行軟元件調(diào)試。圖4-2 軟元件調(diào)試提示框根據(jù)按鈕功能先強制ON再強制OFF代表錢幣投入過程,或者按鈕操作。4.1.2梯形圖調(diào)試過程我選擇進行調(diào)試“投入一個5角和51元紙幣,購買雪碧”的功能。投入一個5角即是將X001強制ON然后強制OFF,投入51元紙幣即將X003強制ON再強制OFF五次,投幣時間必須在30秒鐘之,投幣完成后除了咖啡指示燈不亮其余飲料指示燈都亮。(下圖只為部分梯形圖調(diào)試結(jié)果展示。)圖 4-3當(dāng)PLC開始運行未投幣時的狀態(tài)圖4-4 投幣5角后梯形圖狀態(tài)圖4-5 投入5個一元紙幣后的梯形圖狀態(tài)圖 4-6投幣完成后礦泉水燈Y006亮圖 4-7

40、投幣完成后可樂指示燈Y007亮圖 4-8 投幣完成后果粒橙指示燈Y012亮當(dāng)按下雪碧選擇按鈕即X010強制ON然后強制OFF,此時可購買的飲料指示燈閃亮,Y020亮代表雪碧電磁閥打開送出雪碧,共計時8秒。圖4-9 按下雪碧選擇按鈕雪碧指示燈閃亮買過之后,按下退幣按鈕即X015先強制ON再強制OFF,退幣開始執(zhí)行,之后進行復(fù)位。圖4-10 未按下退幣按鈕之前的狀況圖4-11 按下退幣按鈕之后狀況圖 4-12 退幣后復(fù)位的狀況4.2 基于組態(tài)王的自動售貨機仿真進行動態(tài)實時仿真的軟件很多,此次我選擇的仿真軟件是組態(tài)王6.55,組態(tài)王是亞控科技開發(fā)的一款上位機軟件,能在電腦上快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系

41、統(tǒng),可與多種品牌的PLC進行通訊,功能齊全,功能強大,頁面簡單,操作簡捷。此次采用組態(tài)王6.55來進行自動售貨機的仿真。4.2.1 建立組態(tài)畫面打開組態(tài)王軟件,點擊工程瀏覽器工具條上的“工程新建”,出現(xiàn)以下向?qū)崾?根據(jù)向?qū)崾窘⑿碌墓こ?命名為“自動售貨機”。圖4-13 新建工程向?qū)崾救缓笤O(shè)置設(shè)備,選擇需要連接的設(shè)備為亞控仿真PLC。完成后點擊“畫面”建立新的組態(tài)畫面并命名為“自動售貨機”。在組態(tài)畫面建立過程中,簡單的按鈕、指示燈等都可在圖庫中自主選擇,但是需要的飲料圖片需要自己加載。先利用其他圖片處理軟件將需要的圖片截成組態(tài)畫面中需要的合適的大小并保存到一個文件夾中,然后打開組態(tài)王,點

42、擊畫面中工具箱里的“點位圖”圖標(biāo),在畫面上選擇好點位圖位置,然后再點擊鼠標(biāo)右鍵,之后點擊“從文件中加載”之后選擇需要添加的圖片即可,圖片直接覆蓋在點位圖之上。選用此方法將七種飲料的圖片加載到動態(tài)畫面中,然后選擇合式的按鈕、指示燈等共同組成所需要的組態(tài)畫面。如下圖所示:圖 4-14 自動售貨機效果圖4.2.2參數(shù)設(shè)置制作好組態(tài)效果圖之后需要根據(jù)所實現(xiàn)的功能與大概的命令語言需要用到的變量進行參數(shù)設(shè)置?；氐焦こ虨g覽器界面,打開數(shù)據(jù)庫,點擊“數(shù)據(jù)詞典”定義新變量,如下圖4-15。新變量定義過后,對各元件進行設(shè)置,左鍵雙擊所選元件圖片,出現(xiàn)設(shè)置提示框,選擇設(shè)定的變量名。圖 4-15 定義新變量圖片圖4-

43、16 定義指示燈變量名向?qū)D可利用類似方法指示燈與按鈕進行變量名設(shè)置,在進行按鈕參數(shù)設(shè)置的時候,有些按鈕可在旁邊添加文本注釋,對此類文本注釋,可進行動畫,雙擊注視的文本,出現(xiàn)動畫指示框,根據(jù)所需要實現(xiàn)的功能進行命令語言的連接,點擊按下時,出現(xiàn)命令輸入框,進行命令語言的編寫即可如下圖4-17所示。然后右鍵點擊效果圖畫面任何空白位置,進行畫面屬性命令語言的鍵入,返回工程瀏覽器頁面點擊“命令語言”,鍵入“應(yīng)用程序命令語言”,之后進行仿真調(diào)試。圖 4-17 動畫連接指示圖本次設(shè)計的仿真調(diào)試沒有成功,因為我沒有將正確完整的命令程序?qū)懗鰜?所以導(dǎo)致調(diào)試失敗。本章小結(jié):梯形圖的動態(tài)調(diào)試完成的較好,但是組態(tài)王

44、形象的仿真并沒有調(diào)試成功,自身的編程能力有欠缺,另外就是自己最后時間也不足,在這方面需要多加學(xué)習(xí)。結(jié)論此次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)與目的是利用PLC設(shè)計實現(xiàn)自動售貨機的功能,滿足時下消費人群的需要。設(shè)計容早就經(jīng)過查閱資料等手段定好,但是在設(shè)計過程中各種狀況都會出現(xiàn)。本次設(shè)計需要用到CAD畫圖軟件、GX Developer梯形圖編程軟件、GX-Simulator梯形圖調(diào)試軟件、組態(tài)王軟件進行動態(tài)仿真,這些軟件使用的都很少也不熟練,但是在畢業(yè)設(shè)計過程中,不斷學(xué)習(xí)已經(jīng)對各種軟件的應(yīng)用熟練掌握,為以后積累了經(jīng)驗。此次設(shè)計的重點是PLC編程與組態(tài)王的動態(tài)仿真。在設(shè)計過程中到本次設(shè)計結(jié)束,已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動售貨機

45、的梯形圖調(diào)試,根據(jù)梯形圖調(diào)試可以實現(xiàn)相關(guān)功能的演示,如貨幣投入、累加、與比較,也可以進行商品的選擇與退幣找零功能,操作簡單方便。但是在此次梯形圖設(shè)計與調(diào)試中沒有能夠?qū)崿F(xiàn)商品銷售金額、商品銷售量的累加與顯示,另外是沒能成功實現(xiàn)自動售貨機的動態(tài)仿真,不能進行實際的仿真實踐就無法說明此次設(shè)計的自動售貨機在具體功能上的優(yōu)缺點,無法預(yù)測投放市場后的反應(yīng)。本次設(shè)計結(jié)果基本滿足了設(shè)計需求,且有明顯的效果,對理論進行了驗證,證明它的可行性,可基本滿足購物需求。另外在設(shè)計功能上也有很多不足,沒有設(shè)置外部顯示裝置,識別的貨幣面值種類少,希望在此基礎(chǔ)上可以更加完善,滿足消費者的多樣化需求。 辭為期兩個多月的畢業(yè)設(shè)計

46、即將完成,從畢業(yè)設(shè)計的選題、資料的收集到最后的論文編寫,這是一個稍微漫長且由于專業(yè)知識不扎實會導(dǎo)致焦慮的過程,在論文完成之際,我首先要感我的畢業(yè)設(shè)計輔導(dǎo)老師老師。從開始選題的迷茫到最后論文完成期間,老師對我們慶祝了頗多心血,幫助我們選題,在具體的設(shè)計要求方面給予專業(yè)意見,另外是在我們遇到困難的時候不斷提醒我們,幫助我們找到解決問題的突破口,但是又不會過多提示,讓我們學(xué)會自己探索,靠自己的力量解決問題。很感老師在這一路上的各種幫助,在這里 謹(jǐn)以此表達(dá)我誠摯的意。在畢業(yè)設(shè)計期間各種軟件的使用也是一件頭痛的事,但是有了同學(xué)的幫助這條路就會好走許多。在動態(tài)仿真的時候,程序語言的設(shè)計是我的弱項,已經(jīng)到畢

47、業(yè)設(shè)計的的緊要關(guān)頭,但是身邊的同學(xué)依舊抽出了時間來幫助我進行仿真的設(shè)計與調(diào)試,雖然最后依舊沒有成功完成動態(tài)仿真,我依舊很感同學(xué)們的幫助。四年的大學(xué)生活在畢業(yè)答辯之后就要結(jié)束了,感在這四年之間所有老師的無私幫助,讓我學(xué)到了很多書本上的知識,也學(xué)到了很多為人處事的經(jīng)驗,為我們步入社會打下堅實的基礎(chǔ),!參考文獻(xiàn)1 廖常初.FX系列PLC編程與應(yīng)用M.機械工業(yè)，2005.2 云敏，郭貴中，黨保華.電氣與可編程控制技術(shù).：交通大學(xué)，2012.3 錢銳.PLC應(yīng)用技術(shù)M.:科學(xué)，2006.1121134 宋伯生.PLC編程實用指南，第二版.：機械工業(yè)，2012.125 龔仲華.三菱FX系列PLC應(yīng)用技術(shù).

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50、ity grew, so did the need for a more sophisticated control system. This system contained wired relay and switch control elements. These elements were wired as required to provide the control logic necessary for the particular type of machine operation. This was acceptable for a machine that never ne

51、eded to be changed or modified, but as manufacturing techniques improved and plant changeover to new products became more desirable and necessary, a more versatile means of controlling this equipment had to be developed. Hardwired relay and switch logic was cumbersome and time consuming to modify. W

52、iring had to be removed and replaced to provide for the new control scheme required. This modification was difficult and time consuming to design and install and any small "bug" in the design could be a major problem to correct since that also required rewiring of the system. A new means t

53、o modify control circuitry was needed. The development and testing ground for this new means was the U.S. auto industry. The time period was the late 1960's and early 1970's and the result was the programmable logic controller, or PLC. Automotive plants were confronted with a change in manuf

54、acturing techniques every time a model changed and, in some cases, for changes on the same model if improvements had to be made during the model year. The PLC provided an easy way to reprogram the wiring rather than actually rewiring the control system.The PLC that was developed during this time was

55、 not very easy to program. The language was cumbersome to write and required highly trained programmers. These early devices were merely relay replacements and could do very little else. The PLC has at first gradually, and in recent years rapidly developed into a sophisticated and highly versatile control system component. Units today are capable of performing complex math functions including numerical integration and differentiation and operate at the fast microprocessor speeds now available. Older PLCs were capable of only handling discrete inputs and