【基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計7600字（論文）】

PAGE38 基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計TOC\o"1-3"\h\u21099引言 3114021自動售貨機的背景與意義 3252631.1自動售貨機的發(fā)展背景 326651.1.1自動售貨機的歷史 3116941.1.2自動售貨機的前景 4188671.2自動售貨機的設(shè)計目的和意義 493641.3自動售貨機的設(shè)計內(nèi)容 514912簡介PLC 5205792.1PLC的定義 566462.2PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理 594482.3PLC的部分功能介紹 6252852.4PLC的發(fā)展趨勢 730752.5PLC的特點 7109973自動售貨機的功能分析 8298383.1自動售貨機的售貨方法 82933.3自動售貨機的功能 9187324自動售貨機軟硬件設(shè)計 10271104.1自動售貨機硬件設(shè)計 1058184.2自動售貨機的軟件設(shè)計 11140574.2.1自動售貨機的控制系統(tǒng) 11100544.2.2自動售貨機的程序設(shè)計 12216644.3自動售貨機的仿真實驗 17157934.3.1仿真軟件介紹 17107054.3.2仿真結(jié)果顯示 1816230結(jié)論 1816629參考文獻 20引言自動售貨機是一種不需要人工售貨的銷售方式，相比較傳統(tǒng)的收貨方式，它不受場所的限制使購物更加的便利，提高生活效率和生活質(zhì)量。目前自動售貨機已經(jīng)在美國、日本等發(fā)達國家得到了快速發(fā)展，遍及很多歐美國家，但是在我國自動售貨機的普及率遠遠低于那些發(fā)達國家，所以自動售貨機在我國的發(fā)展前景還是很好的。但是自動售貨機的工作環(huán)境多樣并且工作周期很長，在日常的工作當中自動售貨機不能夠輕易被外界所打擾，運行的過程中控制系統(tǒng)要時刻保持穩(wěn)定的狀態(tài)。以PLC為控制系統(tǒng)的自動售貨機，操作起來極為方便并且不小心損壞的話，維修也十分方便。在設(shè)計控制系統(tǒng)的時候，主要是根據(jù)售貨機的售貨的方式還有它所可能要包含的功能的要求所設(shè)計的。首先通過編程軟件畫出設(shè)計所需要的梯形圖，然后進行調(diào)試，沒有發(fā)現(xiàn)問題就進行仿真，最后檢查實驗效果與自己的設(shè)計預期是否有出入，如果有出入再進行修改。1自動售貨機的背景與意義1.1自動售貨機的發(fā)展背景1.1.1自動售貨機的歷史探究自動售貨機的源頭，會發(fā)現(xiàn)早在古埃及就處出現(xiàn)過類似于當代的自動售貨機的機器，這在當時的一名科學家創(chuàng)作的書籍《氣體裝備》中出現(xiàn)過關(guān)于這方面的記錄。書中記錄到只要將當時的貨幣投放到該機器中，機器就會噴灑出一定量的水。這個設(shè)備主要出現(xiàn)在在當時的神殿當中，用于向當時的信徒提供他們所祈求的“神圣之水”。自動售貨機使人們?nèi)粘Ｙ徫锔臃奖憧旖荨９?15年出現(xiàn)的只是自動化售貨機的雛形，真正成熟的售貨機是在上世紀五六十年代才出現(xiàn)的，主要出現(xiàn)在歐洲的西部地區(qū)。在1945年以后，隨著經(jīng)濟不斷地復蘇，當時發(fā)展較快的國家開始創(chuàng)造出更加先進的飲料自動售貨機。在當時，自動售貨機這種售貨方式還是非常新奇的，因此吸引了不少的消費者駐足，所以自動售貨機當時還是非常受歡迎的。當時的售貨機一開始主要還是以瓶裝飲料自動售貨機為主，隨后出現(xiàn)的還有其他小型商品自動售貨機。在1967年之后,很多國家將小額貨幣都制作成了硬幣,大幅度加快了自動售貨機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？萍疾粩噙M步，經(jīng)濟水平迅速提升，人們對生活的追求越來越高，由此自動售貨機被迅速推廣。從最開始到現(xiàn)在，自動售貨機已經(jīng)被全球四十多個國家引進使用，其中普及率最高的要屬日本和美國這兩個國家。現(xiàn)如今有超過1800萬臺的自動售貨機被運營使用，自動售貨機在制作的過程中就已經(jīng)產(chǎn)生了許多的收入，加上銷售商品的收入，所有自動售貨機的年銷售額已經(jīng)達到了2500億美元以上。最近的幾年以來，在我國東部沿海發(fā)達地區(qū)也已經(jīng)廣泛運用了自動售貨機，在商店、學校、車站等多個公共場合可以看見自動售貨機被投入使用。自動售貨機使人們的生活更加方便，它逐漸成為大城市的標桿，我國所有的發(fā)達地區(qū)的城市都離不開它。1.1.2自動售貨機的前景自動售貨機是一種新型的零售方式，相比較傳統(tǒng)的銷售方式，它不需要占用大量的空間去擺放商品，同時不需要雇傭工人，大大節(jié)約了銷售成本。近幾年電子商務爆炸式增長，我們的生活被京東、淘寶等電子商務包圍著，當時我們理所當然認為總有一天線上購物會徹底代替線下購物。但是經(jīng)過對數(shù)據(jù)的分析，我們可以看出線下零售的比例始終是占大部分的，同時線上銷售的優(yōu)勢正在逐步減小，線下銷售仍然占著銷售的上風。自動售貨機在市場中所呈現(xiàn)的模式：相比較其他兩種自動售貨的方式，自動售貨機行業(yè)是發(fā)展得最快最好（開放式貨架和無人售貨全自主的便利店是近幾年才出現(xiàn)的，不成熟）。目前自動售貨機的盈利能力沒有人能夠精準預判，它的前景是充滿未知的。雖然現(xiàn)在的自動售貨機的數(shù)量已經(jīng)非?？捎^了，但是它的數(shù)量還是以約每年50%的速度在增長。自動售貨機已經(jīng)占據(jù)了一個不需要銷售員的售貨市場的大部分的比例，它所有的商品都是出于密封的狀態(tài)，所以它能夠受到的外界的影響十分有限，并且它的利潤也非?？捎^?，F(xiàn)在的自動售貨機的規(guī)模已經(jīng)非常大了，但是它仍然可以保持著快速發(fā)展的趨勢，近幾年來，它一直以每年40%~50%的速度持續(xù)增長，并且它的增長空間也非常的大，自動售貨機終將成為零售行業(yè)的主流方式。1.2自動售貨機的設(shè)計目的和意義在對自動售貨機的發(fā)展歷程進行了深入探究之后，會發(fā)現(xiàn)自動售貨機是用來對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行修改的。現(xiàn)在人們對生產(chǎn)商品還有銷售商品有著非常嚴格的要求，人們消費的模式不斷改進，銷售環(huán)境不斷變好，自然會涌現(xiàn)出許多的流通渠道以適應當今社會的發(fā)展；現(xiàn)有的超市、百貨商場和自動售貨機比起來，人力費用正在不斷地上漲；同時，普通超市和商場都受著場地的制約，而自動售貨機卻沒有這個問題。最初，自動售貨機在歐美等發(fā)達國家得到廣泛運用，后來延伸至全球40多個國家。相比較其他發(fā)達國家而言，中國的自動售貨機的數(shù)量還是非常少的。中國作為世界上人口第一的大國，消費者眾多，自動售貨機在中國的發(fā)展?jié)摿€是很大的。近年來，自動售貨機得到了越來越多的人的認可，尤其是在我國的發(fā)達地區(qū)，在各個城市的公交車站、地鐵站、商場、街道里等公共場所到處都充斥著自動售貨機的身影。自從使用了自動售貨機，人們的生活變得越來越高效了，生活的水平也越來越高了，自此自動售貨機也漸漸成為了我國發(fā)達進步城市的標志之一。隨著我國的零售業(yè)的不斷發(fā)展，為無人售貨提供了良好的條件，自動售貨機行業(yè)也因此得到刺激和帶動。1.3自動售貨機的設(shè)計內(nèi)容自動售貨機是一種全自動的銷售設(shè)備，可以24小時超長待機工作，它不斷地方便我們的生活，受到廣大消費者的喜愛。和用單片機作為控制中心的自動售貨機相比，PLC控制的自動售貨機抵抗外來因素的影響的抵抗能力更強，系統(tǒng)的穩(wěn)定能力更強，設(shè)備維修起來更為方便，程序設(shè)計更為簡單，更能夠適應在在各個公共地方使用。具體的研究內(nèi)容主要分為以下幾個部分：硬件設(shè)計：需要先對自動售貨機本身的功能還有工作原理進行剖析，從而得出硬件的結(jié)構(gòu)組成。軟件設(shè)計：軟件設(shè)計方面同樣需要對售貨機的工作原理進行剖析，同時思考系統(tǒng)的每個模塊，對每個模塊進行剖析，當然在設(shè)計的過程中也需要熟悉整體系統(tǒng)功能，在最后根據(jù)設(shè)計所需要的要求進行程序的編輯，從而實現(xiàn)自動售貨機所需要的的功能。仿真模擬：在硬件和軟件的設(shè)計都完成了后，然后用編程軟件將我們所需要的梯形圖畫出來，檢查程序是否有問題，如果沒有問題就將程序?qū)С?。導出的程序用于仿真軟件的仿真模擬，同時檢查設(shè)計的程序是否正確是否滿足要求，然后對有問題的地方進行修改完善。在確定系統(tǒng)沒有錯誤后，對實驗進行最后檢驗，確保可行性。2自動售貨機的功能分析2.1自動售貨機的售貨方法縱觀現(xiàn)在世界上被投入使用的自動售貨機，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的自動售貨機主要有三種形式的。第一種是內(nèi)含彈簧的自動售貨機，它的使用方法是旋轉(zhuǎn)取貨按鈕，按鈕轉(zhuǎn)動時彈簧也會跟著轉(zhuǎn)動，這樣商品就會被彈簧帶出貨道，消費者就可以取到想要的商品。另一種自動售貨機主要依靠裝卸車道中待售貨物后面的推力機器人。所有銷售活動均由精確的傳感器控制，這個售貨機的銷售過程相對而言出錯率較低并且是最為智能的。但是同時它也有缺陷，它只能夠銷售尺寸和質(zhì)量比較的大的商品，并且商品的輪廓需要規(guī)整。第三種是升降式的自動售貨機，它主要是用來幫助分配商品的系統(tǒng)，可減少掉落時的損壞，它與彈簧分配方法和機器人推動方法一起出售易碎的商品。這次設(shè)計的分配器使用雙螺旋進給機構(gòu)，即雙彈簧出貨機構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使客戶可以輕松選擇一種產(chǎn)品，使他們一眼就能知道哪些產(chǎn)品線包含，哪些產(chǎn)品線不包含。在設(shè)計軟件的部分不需要設(shè)置不能夠使用的報警系統(tǒng)。這個結(jié)構(gòu)一般都包含了驅(qū)使機器的馬達、形狀為螺旋式的吊輪還有螺旋體等部分。螺旋體在使用的各個步驟的間隙當中被商品充滿了，此時螺旋體會以旋轉(zhuǎn)式的方法將商品運輸出來。但是雙螺旋是向上旋轉(zhuǎn)的，所以作用在商品上的力通常是從頂部、兩邊還有前方傳來，以確保穩(wěn)定的輸送。在以后的使用中，就算自動售貨機出售那種不規(guī)則的液體的產(chǎn)品，也不會出現(xiàn)“卡貨”的可能性。2.2自動售貨機的空間結(jié)構(gòu)自動售貨機中存儲有一定數(shù)量的飲料，不同的飲料都由它固定的貨道排出機器。該設(shè)計根據(jù)銷售的飲料的種類數(shù)決定分配器擁有幾個貨道，并且每個貨道都是單貨道。也就是說，一個貨道只會對應一種飲料，因此更加方便。如果售貨商想要增加銷售商品的種類，只要根據(jù)已有的結(jié)構(gòu)增加輸出商品的貨道并且裝上幾個雙推彈簧就可以了。當消費者購買某個飲料時，電動機會自動旋轉(zhuǎn)彈簧的按鈕使貨道打開，取出飲料，然后將其放入分配通道，然后向下進入收集孔。自動售貨機存放商品的結(jié)構(gòu)都是根據(jù)商品本身的形狀進行改變的，商品貨道中所使用的彈簧的尺寸也是與商品相匹配的，因此無論商品是什么的形狀，商品正常情況下都不會隨便掉落的。雖然自動售貨機的商品存放的種類可以有很多，但是由于機器的大小有限，所以每種商品能夠存放的數(shù)量有限，因此自動售貨機的貨物需要及時補給。自動售貨機的外部結(jié)構(gòu)示意圖如下圖3-1。圖3-1自動售貨機的空間示意圖2.3自動售貨機的功能自動售貨機可以算出輸入貨幣的面值的總和。貨幣識別設(shè)備提供自動售貨機的最基本功能，該功能是從硬幣槽中取錢，然后通過傳感器收集數(shù)據(jù)以識別并確定面值。然后將憑據(jù)傳遞到自動售貨機，自動售貨機根據(jù)所插入硬幣的面值確定是否可以購買特定飲料并做出相應的響應。當需要的飲料所對應的按鈕被消費者觸碰，對應的發(fā)動機被激活，控制飲料的彈簧旋轉(zhuǎn)，飲料從貨道中滑落到取貨口，顧客從機器中拿出飲料并完成交易。該設(shè)備配備了硬幣操作系統(tǒng)、對使用的貨幣與數(shù)值進行比較、飲料的種類的選擇的系統(tǒng)還有將硬幣退還給消費者的系統(tǒng)，由此形成整個商品銷售的環(huán)節(jié)。自動售貨機的功能是識別消費投入的貨幣，然后根據(jù)貨幣的面值來判斷可以購買那些商品，并且對此作出對應的反應。如果自動售貨機現(xiàn)在賣8種飲料，分別是可樂、雪碧、牛奶、東方葉、芬達、王老吉還有雀巢咖啡。其中可樂雪碧還有芬達是一個價格都是2元，東方葉還有王老吉為3.5元，最后剩下的牛奶還有雀巢咖啡同價位4.5元。插入零件，當貨幣的面值大于可樂的售價時，與可樂同價的商品所對應的的指示燈將亮起，向消費者表示該商品可以選擇。當投入的貨幣的總面值是大于東方葉的價格但是小于牛奶的價格，則除了牛奶和雀巢咖啡的燈是暗的以外，其他的燈都將會亮起。如果貨幣的面值大于等于牛奶的價格，所有商品的燈都會亮起，即表示此刻所有的商品都是符合購買條件的。當其中一種飲料被選擇，剩余貨幣的價值將會被自動計算出來，此時高于剩余貨幣的飲料的燈將會自動熄滅。如果還需要購買商品重復上面的操作即可，如若不商品購買完畢，則使用退出貨幣的按鈕，自動售貨機將會退還剩余貨幣，由此一個完整的交易過程結(jié)束了。由以上的銷售商品的過程發(fā)現(xiàn)，自動售貨機在交易的過程中需要時刻計算消費者剩余的貨幣值，這必定要求售貨機有最基本的加減法的最基本的運算能力。同時在此之前它還需要具備貨幣面值的識別能力，以此完成商品銷售和退換貨幣的功能?？赏ㄟ^操作屬性把把自動售貨機分為四個過程：(1)投幣過程(2)價格比較過程 (3)選擇商品過程 (4)退幣過程在初始狀態(tài)下，分配器的所有內(nèi)部組件都處于重置狀態(tài)，內(nèi)部電動機停止工作并等待硬幣插入操作。投入貨幣的狀態(tài)，當貨幣投入的瞬間，自動售貨機將會自動識別消費者投入的貨幣的面值大小。自動售貨機將面值識別出來以后將會將面值與商品價格一一對比，價格低于面值的商品的指示燈將會亮起。購買狀態(tài)，當按下可購買的選擇按鈕時，所選產(chǎn)品的燈將保持點亮，而其他可選產(chǎn)品的燈將關(guān)閉。驅(qū)動電動機啟動，商品通過裝貨道落到取貨口。退款按鈕，自動售貨機計算要退還的金額并退還貨幣。至此，自動售貨機的整個工作過程已經(jīng)完成。2.4自動售貨機的使用流程在自動售貨機上購物時，您可以先按開始按鈕來放置硬幣。如果您在插入硬幣后未選擇飲料，請立即按硬幣退款按鈕，硬幣將被全部取出。如果要購買飲料，請在要購買飲料的地方按住按鈕，然后等待物品被拿起。取到商品后，觸碰“退款”的按鈕機器將自動退還余額。提取的零錢由硬幣組成，因為鈔票很容易損壞、弄皺和潮濕。如果要設(shè)計成找紙幣零錢，難度和成本會非常大。硬幣比紙幣更加堅硬，不容易被損壞，可以多次反復使用。因此，在售貨機退款過程中，僅使用1元和5角硬幣。使用流程。3自動售貨機軟硬件設(shè)計3.1自動售貨機硬件設(shè)計自動售貨機的硬件部分一般有兩個部分組成的，分別為主電路的部分還有控制電路的部分。在設(shè)計控制電路的時候，選擇使用的PLC的類型是至關(guān)重要的。在設(shè)計硬件部分時，需要根據(jù)I/O分配表來確定選擇的PLC的類型，并且畫出自動售貨機的與外部設(shè)備的接線情況的圖。在設(shè)計最后，為自動售貨機的主電路選擇適合的材料。自動售貨機的控制部分器件包括PLC、識別貨幣面值的器件、各種按鈕、各種指示燈和連接各設(shè)備的器件。開始開始紙幣識別器硬幣識別器紙幣識別器硬幣識別器各選擇按鈕各選擇按鈕各指示燈PLC各指示燈PLC退幣按鈕退幣按鈕各接觸器各接觸器圖3-1自動售貨機控制部分器件設(shè)備圖3.2自動售貨機的軟件設(shè)計在自動售貨機的設(shè)計過程中除了有一個硬件組成部分,而且有一個軟件組成部分。首先需要繪制一個可以很好地滿足電腦和自動售貨機需要的梯形圖,然后進行調(diào)試,最后使用一個仿真軟件對該梯形圖進行了仿真。3.2.1自動售貨機的控制系統(tǒng)開始開始投幣投幣比較幣值比較幣值否否否貨幣不足>=2>=3.5>=4.5否否否貨幣不足>=2>=3.5>=4.5雀巢咖啡燈亮純牛奶燈亮王老吉燈亮東方樹葉燈亮芬達燈亮可樂燈亮雀巢咖啡燈亮純牛奶燈亮王老吉燈亮東方樹葉燈亮芬達燈亮可樂燈亮雪碧燈亮雪碧燈亮不選擇商品選擇商品不選擇商品選擇商品減法運算減法運算順序退幣順序退幣結(jié)束結(jié)束圖3-2自動售貨機控制系統(tǒng)流程圖上面的流程圖顯示了自動售貨機工作時程序?qū)⒖赡艹霈F(xiàn)的操作。在使用時，通常先按開始按鈕然后放入貨幣。在貨幣插入時間過去之后，系統(tǒng)會根據(jù)硬幣數(shù)量比較不同飲料的價格。根據(jù)價格可購買的商品的燈會自動點亮，按退款按鈕則會退還貨幣。3.2.2自動售貨機的程序設(shè)計程序設(shè)計主要是5個方面：開始部分，貨幣與價格進行對比的部分，顯示可選擇的商品部分，貨幣的加減運算部分和退還多余貨幣的部分。開始部分：設(shè)置開始按鈕。按下時，X000設(shè)置為1，釋放后斷開連接。圖3-3開始程序圖3-4投幣程序貨幣比較部分：插入貨幣后，將使用貨幣識別設(shè)備來識別貨幣類型。插入貨幣和按下按鈕的功能相同。T10表示將在10秒內(nèi)插入硬幣，并且可以累積貨幣值。因此，使用的數(shù)據(jù)寄存器為D200停電保持類型。圖3-5比較程序貨幣插入會有可購買的飲料的燈亮起。這意味著當投入一定金額的貨幣時，價格小于或者等于該貨幣的面值的商品的指示燈會亮起。T2、T11、T12、T13、T14、T15、T16、T17均為計時器，計算的時間通常設(shè)置在2~3秒。它們每個都可以由線圈T1供電。因此，當消費者選擇了想要購買的飲料，其發(fā)光時間將比其他飲料長4秒。圖3-6飲料的顯示和輸出（a）圖為飲料的選擇的程序梯形圖圖3-7（a）選擇飲料和貨幣的加減（b）圖為貨幣的加減程序梯形圖圖3-7(b)選擇飲料和貨幣的加減貨幣加減部分：當選擇了想要購買的飲料及數(shù)量時，對應的飲料的個數(shù)在存儲器里儲存的數(shù)值也會跟著改變，并且在數(shù)據(jù)寄存器D200的結(jié)果將會被存儲。貨幣面值的加減的程序如上圖3-7所示。在貨幣插入售貨機后，售貨機將自動打開定時器，定時器的圖如下圖4-8所示。圖3-8定時器的定時程序當商品選中后，取物口的燈將自動打開，等商品被取出后，取物口的燈也會隨之關(guān)閉。燈亮的程序如下圖3-9所示。圖3-9取物口的燈亮程序商品輸出也是有一定的時間的，商品輸出時間的控制程序如下圖4-10所示。圖3-10商品輸出時間控制程序退款部分：如果購買商品后需要退款，請單擊退款按鈕。紙幣比硬幣脆弱，因此售貨機將只使用硬幣進行退款。退款后，數(shù)據(jù)寄存器將自動復位。退款程序如下圖4-11所示。圖3-11退款程序4.3自動售貨機的仿真實驗4.3.1仿真軟件介紹MCGS是一個適用于Windows的軟件，它可以以一個極快的速度形成對上機位進行監(jiān)控的系統(tǒng)的組態(tài)軟件。MCGS可以幫助用戶解決實際的工程上的困難，為這些困難提供解決方案和開發(fā)的平臺。使用MCGS，不要求用戶具備這方面的基礎(chǔ)知識，所以使用起來非常的簡單方便。用戶可以在非常短的時間內(nèi)，完成他們想要達成的設(shè)計預想。4.3.2仿真結(jié)果顯示在仿真軟件上畫出自動售貨機最大的問題是圖庫里沒有可以直接使用的圖片，所以需要先在網(wǎng)上找到相應的飲料的圖片，將找到的圖片保存在電腦里?；氐絼赢嬙O(shè)置的界面，在工具箱欄目里找到位圖，在自動售貨機的畫面里選擇適應的位置畫出適當大小的位圖，隨后將繪制的位圖保存在文件夾當中。接著去繪制需要售賣的飲料的圖片，同樣點擊工具箱欄目，選擇標準按鈕，雙擊按鈕則可以修改按鈕的標題。接著在工具箱欄目找到插入，將在網(wǎng)上找到的圖片插入到自動售貨機當中，并且插入燈光，當飲料被選擇時會亮起對應顏色的燈光。最后在總體根據(jù)設(shè)計要求調(diào)整每個部分的結(jié)構(gòu)和位置，創(chuàng)建最后的效果圖，最后的效果圖如圖4-12所示。圖3-12自動售貨機的仿真圖結(jié)論設(shè)計的自動售貨機的功能主要是進行自動飲料交易。該設(shè)計項目的有效性如下：當插入硬幣時，自動售貨機會根據(jù)硬幣數(shù)量自動進行判斷，并執(zhí)行相應的結(jié)果。根據(jù)客戶的選擇，所選飲料將自動取出，余額退還。此設(shè)計的優(yōu)點如下：借助自動鎖定和程序嵌套，可以根據(jù)消費者的購物意愿采取措施并交付結(jié)果。所設(shè)計的自動售貨機裝置簡單、易用、結(jié)構(gòu)易于安裝、能耗低，在部分商店和工廠中，老年人和兒童均可使用，無需銷售人員即可滿足銷售需求。雖然這此設(shè)計相比較傳統(tǒng)銷售而言已經(jīng)有了巨大的進步，但是仍舊有需要改進的地方。這雖然是自動售貨機，但是只是在銷售商品的時候不需要銷售人員，當售貨機出現(xiàn)故障時，依舊需要人員來對它進行維修，所以它擺放的位置還是要在維修人員能夠盡快達到的地方?？萍荚絹碓?/p>