機電一體化畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC的自動售貨機設(shè)計

1、麗水學(xué)院機電信息分院畢 業(yè) 設(shè) 計基于plc的自動售貨機設(shè)計 學(xué)生學(xué)號： 學(xué)生姓名： 513工作室 導(dǎo)師姓名： 班級 機電0810 專業(yè)名稱 機電一體化技術(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的自動售貨機的設(shè)計摘 要本設(shè)計是由微機-plc構(gòu)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(nèi)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(gòu)成的自動售貨機系統(tǒng)整體設(shè)計過程進行較為細致的論述。設(shè)計重點放在plc各硬件部分的設(shè)計和介紹、plc梯形圖的編寫。在整體設(shè)計過程

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

3、44.6plc程序154.7運行調(diào)試16五、總結(jié)評價17致謝18參考文獻18附錄19一、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，更方便了游客的需要。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

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(chǎn)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象征！二、plc技術(shù)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(yīng)的反應(yīng)。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?，F(xiàn)投入1個1元硬幣，當投入的

5、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(yīng)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(yīng)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(nèi)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(shè)計由于各種原因，無法達到此效果）。2.2自動售貨機控制方案選擇盡管自動售貨機

6、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(shè)計基于plc的自動售貨機具有廣泛的市場前景，本設(shè)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(nèi)部所設(shè)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(yīng)完成自動出杯、自動計量、計數(shù)等功能。2.3本設(shè)計系統(tǒng)功能的要求1本設(shè)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

7、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(shè)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(shè)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(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

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實施控制，其實質(zhì)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(shè)計的輸入/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；內(nèi)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(jīng)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(jīng)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(yīng)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

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，cp1h滿足本次設(shè)計所需要的輸入輸出點，因此本人在做此設(shè)計選此型號的plc。3.3本設(shè)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。1.輸入信號本設(shè)計中的自動售貨機的輸入信號有：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 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. 輸出信號本設(shè)計的自動售貨機的輸出信號有：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。其輸出信號及電氣符號表如表3.2所示。表3.2 自動售貨機控制系統(tǒng)的輸出信號代碼表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

12、器開始定時，定時時間到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、制動控制本設(shè)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)裝置圖四、程序的設(shè)計4.1控制程序介紹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(yīng)系統(tǒng)和退幣系統(tǒng)。(1)計幣系統(tǒng):當有顧客買飲料時,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

13、d2中。(2)比較系統(tǒng):投入錢幣完畢后,系統(tǒng)會把d2內(nèi)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y 0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(yīng)的指示燈轉(zhuǎn)為1秒為周期的閃爍。當相應(yīng)的飲料供應(yīng)完畢后,閃爍同時停止。(4)飲料供應(yīng)系統(tǒng):當按下選擇按鈕時,相應(yīng)的電機y 3或y 4啟動。在飲料輸出的同時,減去相應(yīng)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?fù)觑?/p>

14、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d 2中的錢幣退回。4.2計幣系統(tǒng)設(shè)計貨幣的識別：在硬幣通道口設(shè)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(shè)置的3個第二電感檢測器及與之對應(yīng)的比較器、ad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(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入由電容電感的組成高頻電路所產(chǎn)生的磁場時，金屬材質(zhì)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

15、檢測頻率的變化，與設(shè)定值進行比較，確定硬幣的種類。4.3飲料供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計按下選擇按鈕時，相應(yīng)的電動機(y3或y5)同時起動，飲料輸出的同時減去相應(yīng)的購買幣數(shù)。當飲料輸出達到8 s時，電磁閥首先關(guān)斷，小電動機繼續(xù)工作0.5 s后停機。完成一次售貨過程;如累計金額大于預(yù)設(shè)價格時,驅(qū)動商品后,相減差額由信號驅(qū)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。圖3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y00

16、3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(zhuǎn)來實行的，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現(xiàn)電機的長動正轉(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線圈失電一一實現(xiàn)電機的反轉(zhuǎn)和自鎖。4.4退幣系統(tǒng)設(shè)計系統(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(yīng)器開始計數(shù)，當感應(yīng)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(zhuǎn)，如果大于找出幣數(shù)則報警。圖44.5程序流程圖4.6plc程序4.7運行調(diào)試 按下sa1（0.00），機器啟動，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，當投入錢時，系統(tǒng)中的加法指令會分別按所按的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

18、于的常開接點就會閉合，給選擇的飲料燈一個反饋，燈（100.01）、（100.02）會按錢的數(shù)額分別亮起。 當飲料指示燈亮?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，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(jié)束了。找零結(jié)束后，計數(shù)器c1常開點閉合，

19、mov指令將d1清零，等待下次交易。五、總結(jié)評價經(jīng)過幾個月的學(xué)習(xí)、研究以及經(jīng)過高老師的指導(dǎo)。終于按時完成了畢業(yè)設(shè)計.設(shè)計主要研究的是自動售貨機中有關(guān)于plc的部分。自動售貨機是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應(yīng)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。致謝本論文是在高老師的悉心指導(dǎo)下完成的，高老師對學(xué)術(shù)的嚴謹和精益求精的工作作風(fēng)給我留