自動售貨機控制系統(tǒng)設計-終稿

1、東華理工大學長江學院畢業(yè)設計題 目 自動售貨機控制系統(tǒng)設計 英文題目 Vending Machine Control System Design 學生姓名： 王 飛 申請學位門類： 工學學士 學 號： 09315221 專 業(yè)： 機械電子工程 系 別： 機械與電子工程系 指導教師： 趙 杰 職稱： 講 師 二零一三年六月摘 要隨著現(xiàn)代社會科技和經濟的飛速發(fā)展，人們已經邁進了一個高科技時代，同時人們也逐漸的學會享受生活，為了滿足人們的生活追求，自動售貨機開始迅速的普及。作為自動控制技術發(fā)展產物之一的PLC無人自動售貨機，在人們的日常生活中已經得到了廣泛的應用，已成為一種全新的商業(yè)零售形式。同時經

2、濟的快速增長使的人們的消費水平不斷提高，大量的消費品被生產出來，這需要大量的物品流通渠道來消費這些生產出來的消費品，在以前主要是通過超級市場來銷售，但現(xiàn)在自動售貨機使人們多了一種選擇。它的出現(xiàn)使消費模式和銷售環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，相對于超級市場、百貨購物中心等銷售模式而言，無人自動售貨機沒有場地上的局限，而且購物便利。本文簡要介紹了課題研究的意義，自動售貨機在國內外的研究動態(tài)，主要設計的是基于西門子S7-200 系列PLC構成的自動售貨機控制系統(tǒng)，包括自動售貨機控制系統(tǒng)硬件設計，軟件的設計，I/O分配，系統(tǒng)控制流程圖，PLC梯形圖程序的編寫和系統(tǒng)梯形圖的調試仿真。關鍵詞： PLC； 自動售貨機

3、控制系統(tǒng)； 梯形圖； 調試IABSTRACTWith the development of the modern technology and society's rapid economic, people have entered an era of high technology, but it also gradually learn to enjoy life, to pursue in order to meet people's lives, vending machines began to spread rapidly. Automatic control t

4、echnology development as one of the products of the PLC unattended vending machines, in people's daily life has been widely used, has become a new form of commercial retail. While rapid economic growth has enabled the continuous improvement of people's consumption level, a large number of co

5、nsumer goods were produced, which requires a large number of items to consume these distribution channels produced consumer goods, in the past mainly through supermarkets to sell, but now vending freighter make people more of a choice. It appears that consumption patterns and sales environment has u

6、ndergone tremendous change, as opposed to supermarkets, department stores, shopping centers, sales model, nobody no vending machines on site limitations and shopping convenience. This article briefly describes the significance of the research, the research of the vending machine at home and abroad,

7、the main design is design a vending machines control system consisting of PLC based on Siemens S7-200 series, including vending machine control system hardware design, software design , I / O assignment, the flow of the system control, write the PLC ladder program and the debug simulation of the sys

8、tem ladder.Keywords: PLC; vending machine control system; ladder; debuggingII目 錄摘 要IABSTRACTII緒論11.1 課題研究的意義11.2 國內外研究動態(tài)12 自動售貨機控制系統(tǒng)的整體設計方案32.1 自動售貨機的工作原理32.2 自動售貨機設計的基本思路32.3 自動售貨機控制系統(tǒng)設計的基本內容32.3.1 主要內容32.3.2 擬解決的關鍵性問題32.4 自動售貨機控制系統(tǒng)設計的步驟43 自動售貨機控制系統(tǒng)硬件的設計53.1 自動售貨機的控制要求分析53.2 PLC型號的選擇53.2.1 PLC的概念53

9、.2.2 PLC的工作原理63.2.3 PLC的循環(huán)掃描63.2.4 PLC的硬件組成73.2.5 PLC的編程語言83.2.6 PLC的主要特點83.3 感應器件的選擇103.4 錢幣的貯存和退幣機構103.5 商品送出機構的選擇114 自動售貨機控制系統(tǒng)軟件的設計124.1 PLC軟件系統(tǒng)設計的方法124.2 I/O口的分配124.3 自動售貨機I/O 接口圖134.4 自動售貨機控制流程圖設計144.5 自動售貨機控制梯形圖程序的設計154.5.1 計幣部分設計154.5.2 比較部分設計184.5.3 選擇部分設計194.5.4 余額計算部分設計204.5.5 退幣部分設計204.5.

10、6 報警部分設計225 自動售貨機控制系統(tǒng)的調試245.1 系統(tǒng)的仿真調試245.2 系統(tǒng)調試的方法245.3系統(tǒng)仿真運行分析25結論29致 謝30參考文獻31附錄一 自動售貨機控制系統(tǒng)的順序功能圖32附錄二 自動售貨機控制系統(tǒng)的梯形圖33附錄三 自動售貨機控制系統(tǒng)的語句表36東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 緒論緒論1.1 課題研究的意義隨著科學技術的發(fā)展和社會的進步,商業(yè)機械逐漸的變的越來越自動化, 其中被廣泛運用的是自動售貨機，它是自動化商業(yè)機械被廣泛用于公共場所的代表。通過自動售貨機人們可以買到很多的商品，像飲料、食品、香煙、報紙等。自動售貨機憑借和消費者 “一對一”的無店鋪自動售貨銷售模

11、式，成為在現(xiàn)有市場銷售模式下消費者的又一種選擇，自動售貨機讓商品的需求化和多樣化得以發(fā)展和實現(xiàn)。方便和快捷使越來越多的人喜歡上了這種購物，這既是現(xiàn)代化城市配套設施中所需求的，也方便了人們的生活。自動售貨機憑借著其別致、文明、高級、靈敏便利等特色受到了很多人的喜歡。自動售貨機可以依據(jù)消費者所投入的貨幣數(shù)值進行判斷和運算，判別消費者是不是可以采辦某種商品，而且做出相對應的反映。因而，售貨機除了可以辨識售貨機里邊一切的商品外，還要可以對消費者所投入的貨幣進行判別和累計， 并能夠根據(jù)消費者的選擇提供所要購買的商品。售貨機能夠根據(jù)所投入的幣值，通過消費者按下商品的選擇按鈕, 帶動電機工作，將商品傳送到出

12、貨口, 以便顧客取出商品, 完成此次交易。它的售貨功能是通過識幣系統(tǒng)、貨物和貨幣的傳送系統(tǒng)來實現(xiàn)的。所以本課題來設計解決自動售貨機的控制系統(tǒng)，采用可編程控制器, 用來在其內部存貯實行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令, 并通過數(shù)字和模擬的輸入和輸出, 來控制整個系統(tǒng)，并實現(xiàn)完整的售貨功能。1.2 國內外研究動態(tài)在中國，自動售貨機將變成一個潛力無窮的產業(yè)，從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于產業(yè)構造的轉變而產生的。隨著生產和消費的逐漸增多以及消費模式和銷售環(huán)境的逐漸變化，新的商品流通渠道需要出現(xiàn)以來適應市場的要求；相對于現(xiàn)在市場上其它的商品銷售模式人工費用的上升，受場地的

13、限制和購物的不方便等，無人自動售貨機作為一種適應市場的機器便應運而生了。它的其前景十分廣闊，相信在不久得將來它會在商品的銷售行業(yè)又一次掀起革命。自動售貨機出售的商品可以先根據(jù)其擺放的場所然后進行選擇，這里面包括飲料、零食、以及特色商品等。通過這種智能的售貨系統(tǒng)，客戶和管理人員可以準確的得到商品的存貨和銷售等信息。此外，還支持多種交易支付模式，同時方便實現(xiàn)較大金額的支付和交易結算。在2004年，在國內開始出現(xiàn)了可以通過手機購物的無線自動售貨機，天津南開戈德公司已經研發(fā)出了這種類型的自動1售貨機。這種新型的自動售貨機不僅更方便貨品的銷售，而且還是廣告使用非常普遍的一種媒介。自動售貨機在國外的發(fā)展相

14、對來說比較成熟。在日本的自動售貨業(yè)已經有超過2000種機型、可以售賣超過6000種商品，無處不在，而且24小時供應，因此非常受人們的歡迎。在美國，運營商就超過10000家，并且具有與大飲料商、大食品商的合作經驗。自動售貨機在全球一切關聯(lián)的范疇研討中，研討的關鍵技術主要包含以下幾個方面：1怎么完成系統(tǒng)內部的出售動作；2怎么完成出售信息的計算與資金結算的辦理；3怎么削減功耗。根據(jù)相關文獻資料，怎么完成系統(tǒng)內部的出售動作的研討現(xiàn)已基本上老練，如今最多的研討主要是在怎么完成出售信息的統(tǒng)計與資金結算的辦理和怎么削減功耗。38東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 自動售貨機控制系統(tǒng)的整體設計方案2 自動售貨機控制

15、系統(tǒng)的整體設計方案2.1 自動售貨機的工作原理自動售貨機的工作原理是：1、從投幣口送入貨幣，然后經過傳感器采集數(shù)據(jù)、識別器判別貨幣的面值。2、識別器把信息數(shù)據(jù)傳給通信模塊。3、通信模塊與售貨機的主控系統(tǒng)通信，主控系統(tǒng)顯示面值,啟動售貨機的面板鍵，顯示出哪個貨道有貨，哪個貨道已售完，并等待顧客按鍵選擇商品。4、顧客選擇商品后，售貨機自動把商品送出，等待顧客取走。5、如果余額足夠多，顧客可以選擇退幣或繼續(xù)買商品；如果余額不足，顧客可以選擇退幣或繼續(xù)投幣購買商品。退幣可以分為兩種情況：一種是由紙幣識別器完成退紙幣，另一種是由硬幣的通信模塊完成退硬幣。6、系統(tǒng)復零，完成售貨。2.2 自動售貨機設計的基

16、本思路本設計的目的是設計一個便利、方便的具有自動區(qū)分貨品的功用，并且能對所投的錢幣幣值進行累計，根據(jù)幣值選擇商品的自動售貨機。而且商品交易完成后會顯示余額并可以隨時退幣；當自動售貨機遭受到外界因素破壞時報警指示燈會閃爍報警。2.3 自動售貨機控制系統(tǒng)設計的基本內容2.3.1 主要內容1課題設計要求1）分析了解自動售貨機的工作原理2）完成對應的硬件和軟件設計3）完成自動售貨機的PLC控制2課題內容1）根據(jù)題意設計顯示電路，并按圖連接2）畫PLC I/O接口連線圖3）編制梯形圖及指令語句表4）完成系統(tǒng)調試，實現(xiàn)控制要求該設計主要包括硬件設計和軟件設計。其中，硬件設計包括：1.控制要求分析；2.PL

17、C類型的選擇；3.I/O點統(tǒng)計；4. 感應器的選擇；5. 傳送機構的選擇設計。系統(tǒng)軟件的設計包括： 1. I/O口的分配；2. 自動售貨機控制流程圖設計；3. 梯形圖程序設計；4. 對編好的梯形圖程序進行調試和仿真運行。2.3.2 擬解決的關鍵性問題1）設計基于PLC的控制系統(tǒng)方案；2）編寫PLC程序；3）利用PLC實現(xiàn)工作系統(tǒng)的控制。本次設計的題目是自動售貨機，主要是應用西門子S7-200型PLC的梯形圖來設計控制程序，并簡單介紹相關的知識，如：PLC的定義、PLC的編程語言、PLC的硬件組成等。根據(jù)設計內容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù)PLC的相關知識設計出它的外部接線圖，結合梯

18、形圖和外部接線圖分析說明該設計的控制原理過程。本次設計的重要部分是第三部分的設計部分，即自動售貨機梯形圖的設計。首先就得根據(jù)設計內容和控制要求準確畫出它的順序功能圖，再根據(jù)所畫出的順序功能圖準確設計出它的梯形圖，再對已經編好的梯形圖程序進行仿真調試，這樣才能真正理解本次自動售貨機的控制原理。2.4 自動售貨機控制系統(tǒng)設計的步驟（1）深入了解和分析自動售貨機控制系統(tǒng)的要求。（2）根據(jù)自動售貨機控制系統(tǒng)的要求確定所需要的輸入、輸出設備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。（3）根據(jù)I/O點數(shù)，選擇合適的PLC類型。（4）分配PLC的I/O點，畫出I/O連接圖。（5）根據(jù)自動售貨機控制系統(tǒng)的要求，進行自動售

19、貨機控制系統(tǒng)的梯形圖程序的設計。（6）對編制好的梯形圖程序進行調試，將編制好的程序輸入調試軟件當中，查找錯誤，使設計的梯形圖程序更加的完善。東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 自動售貨機控制系統(tǒng)硬件的設計3 自動售貨機控制系統(tǒng)硬件的設計 3.1 自動售貨機的控制要求分析由于對本次自動售貨機控制系統(tǒng)設計沒有給出特定的要求，所以在設計的時候給出一些特定的假設。假設本設計中自動售貨機控制過程如下所述：1. 自動售貨機出售A、B兩種商品。2. A、B兩種商品價格分別為6元，12元。3. 自動售貨機可識別1元硬幣，10元、5元、1元紙幣。4. 當投入的錢幣總值等于或超過相應的商品價值時、對應的商品指示燈亮。5

20、. 當顧客投入錢幣在1分鐘內不按任何按鈕，自動售貨機將會自動按照余額退還給顧客。6. 當對應的商品指示燈亮時，按下相應的按鈕，相應的商品將會排出。7. 當顧客選購完商品后，自動售貨機會計算余額，按下退錢按鈕，自動售貨機將按照余額退還給顧客。8. 當顧客買完一件商品后20秒無操作，自動售貨機將會按照余額自動退還給顧客。9. 如果顧客投入錢幣后又不想買物品，按下退錢按鈕，自動售貨機將會按照余額自動退還給顧客。10.自動售貨機在遭受到外力破壞時，自動售貨機報警指示燈閃爍。3.2 PLC型號的選擇3.2.1 PLC的概念可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱P

21、LC，是在電器控制技術和計算機技術的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。國際電工委員會(IEC) 于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿，在草案中對可編程控制器定義如下：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關外圍設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，易于其擴充功能的原則設計”。換言之，PLC是計算機技

22、術與傳統(tǒng)的繼電器控制技術相接合的產物，是在順序控制器和計算機控制器的基礎上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心來作為數(shù)字控制專用的計算機使用的。在現(xiàn)代工業(yè)自動化設備或系統(tǒng)中，廣泛應用著各種品牌和規(guī)格的可編程控制器，不同廠家的產品各有特點。它們雖有有一定程度的差異，但作為一個行業(yè)標準控制設備，不同廠家生產的可編程控制器在結構組成、工作原理和編程方法，以及許多其他方面基本上是相同的。3.2.2 PLC的工作原理PLC與計算機的工作原理基本上是相同的，你可以簡單地表示為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應用程序來完成用戶任務。PLC通電后，首先對硬件和軟件進行一些初始化操作，初始化反復不停地分階段

23、處理各種任務（見圖3-1）。但是PLC也有其本身的特點，PLC在確定了工作任務后，專用程序被加載裝入到一個特殊的機器，它采用循環(huán)掃描模式，系統(tǒng)的任務管理和應用的程序執(zhí)行都是通過循環(huán)掃描模式完成的。讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信請求自診斷檢查改寫輸出執(zhí)行用戶程序處理通信請求自診斷檢查改寫輸出STOP模式RUN模式圖3-1 掃描過程3.2.3 PLC的循環(huán)掃描對于每一個程序中，CPU從所述第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期的程序循環(huán)掃描，如果沒有一個跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到它終止執(zhí)行用戶程序然后返回到第一條指令，如此周而復始，每個周期被稱為一個掃描周期。PLC掃描的

24、整個過程如圖3-2所示。輸入端子輸入映像存儲器執(zhí)行程序輸出映像存儲器輸入鎖存電路輸出入端子用戶輸入設備寄存輸入狀態(tài)讀讀寫用戶輸入設備寄存執(zhí)行結果用戶輸入設備輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新圖3-2 程序執(zhí)行過程流程圖3.2.4 PLC的硬件組成PLC的硬件主要是由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源和其它部件組成。其中，CPU是PLC的核心部件；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設備之間的接口；通信接口用于連接編程器、主計算機等外部設備的接口，其硬件構成圖如圖3-3所示。編程器，打印機.接受現(xiàn)場信號 中央處理器CPU存儲器RAM ROM外設接口I/O擴展口

25、I/O擴展單元輸入接口輸出接口電源驅動被控設備圖3-3 PLC組成結構框圖3.2.5 PLC的編程語言PLC為用戶提供了一個完善的編程語言，以滿足編制用戶程序的要求。它提供的編程語言，通常有以下五類：梯形圖（LAD），語句表（STL），順序功能圖（SFC），功能塊圖（FBD），結構化文本（ST）。3.2.6 PLC的主要特點(1)運行穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強(2)設計、使用和維護方便(3)編程語言簡單直觀、易學易用 (4)系統(tǒng)配套齊全、功能完善、適用性強(5)與通信技術、網路技術相結合(6)體積小、重量輕、能耗低選擇適合自己設計要求的PLC是非常重要的?，F(xiàn)在，在國內和國外煩人可編程序控制器

26、的生產廠商生產的PLC已經達到上百個品種，其性能特點各不相同。因此，在設計中應該綜合考慮各方面因素，選出與本次設計最佳符合的PLC。對PLC的容量選擇既要符合設計的控制要求，又要考慮比適當?shù)亩嘁稽c空余，以防之后需要。一般來說，一條邏輯指令占存儲器一個字的記憶。定時，計數(shù)，移位和算術運算，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钚枰即鎯ζ鞯膬却婵臻g。在選擇存儲器容量時，通常按實際需要的10%到25%考慮內存容量的選擇。I/O點的數(shù)量應該比實際的需要多10%到15%的空余以防之后需求。用戶的存儲容量是指PLC的內部存儲空間在用戶程序存儲上的應用能力，用戶需要多大的存儲容量是要看用戶程序的長短。 I/O點數(shù)即PLC面板

27、上連接輸入、輸出信號用的端子的個數(shù)，通常被稱作為輸入點和輸出點的點數(shù),用輸入的點數(shù)和輸出的點數(shù)的和來表示。PLC的點數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求， I/O點的數(shù)量越多，它外部能夠接入的輸入器件和輸出器件就會越多，能夠控制的規(guī)模就會更大。所以，I/O點的數(shù)量常用來對PLC的性能進行衡量。全球對PLC規(guī)模的分類常以PLC的I/O點的數(shù)量來作為一個標準，I/O點的數(shù)量小于256的稱為小型PLC，小于等于64的稱為微型PLC，總I/O點的數(shù)量大于2048的稱為大型PLC。PLC的容量包括I/O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。存儲容量（字節(jié)）開關量IO點數(shù)×10 模擬量I/O通

28、道數(shù)×100。 通過本設計的自動售貨機系統(tǒng)的控制要求分析可以知道，本設計的主要有4個錢幣輸入，分別是1元硬幣投入、1元紙幣投入、5元紙幣投入和10元紙幣投入，3個按鈕開關，分別是A商品選擇按鈕、B商品選擇按鈕和退幣按鈕，以及1個能夠感應到自動售貨機遭到破壞的感應器，3個指示燈,分別為A商品指示燈、B商品指示燈和報警指示燈，3個輸出分別是A商品輸出、B商品輸出和余額輸出等。其中輸入設備有1元硬幣投入、1元紙幣投入、5元紙幣投入和10元紙幣投入，A、B兩種商品選擇按鈕，退錢按鈕,撞擊感應器；輸出設備有A、B兩種商品指示燈，報警指示燈，A商品輸出、B商品輸出和余額輸出。本設計采用的是小型電

29、動機來控制商品和錢幣的輸出，商品的指示燈采用的電是經過變壓器調制成的24V電壓，安全可靠。由此可知，系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為8點，輸出點數(shù)為6點。根據(jù)上面的分析，至少選用24點（14I/10）的PLC，現(xiàn)選用西門子公司的S7-2OO CPU 224型號為6ES7 214-1AD23-0XB 的PLC， 這種型號的PLC不僅能夠滿足設計的功能需要，還能夠減少經濟上支出，完全符合設計需求。3.3 感應器件的選擇目前自動售貨機行業(yè)選用的感應器主要有紅外線感應器。所以本設計也選用紅外線傳感器。紅外線感應器是對人員或物體的存在進行反應的。只要人員或物體處于感應器的掃描范圍之內，不管它們是否移動，感

30、應器都會對做出相應的反應，且其感應速度慢，若人員或物體移動較快，感應器就無法及時的做出反應。紅外線感應器還受溫度影響比較，當溫度過高時，其反應速度就極低，而且對于某些不慎飛進其掃描范圍內的物體也會做出反應，準確性不高。在本設計中，當投入的錢幣通過入幣口時會經過紅外線傳感器感應，對錢幣進行識別，錢幣經識別后進入儲存箱內，同時傳感器會將信號傳給PLC，使其進行錢幣的加法運算；當退幣時，退出的錢幣在通過出幣口時經過紅外線感應器的感應，信號傳給PLC，使其進行減法運算。3.4 錢幣的貯存和退幣機構目前在市場上流通的人民幣主要有紙幣和硬幣兩種，所以設計的自動售貨機既要能識別紙幣又要能識別硬幣。紙幣主要通

31、過檢測元件來對其識別，通過傳動機構來對其進行分類。檢測元件有熒光檢測元件、光敏電阻和紅外線感應器等；傳動機構主要由電機和捻紙皮帶組成。當有紙鈔通過進口投入時，入口處的紅通過外線就會被投入的紙幣所遮擋，紅外線接收管就會給電機發(fā)出信號使其正轉，紙鈔就會通過捻紙皮帶進入錢幣識別器內，在進入過程中，紙鈔會被各種檢測元件檢測和區(qū)分，如是真鈔則進入內部紙幣貯存箱內；如檢測結果不合格，微電機將會反轉，將投入的紙幣退出。硬幣的識別器有很多種，但貯幣和退幣的機構基本上可以分為兩種：一種是平面式貯幣，通過電磁閥進行退幣；另一種是圓筒式貯幣，通過步進電機進行退幣。當硬幣通過硬幣進口投入后，識別器會進行識別，如果是假

32、幣將會被排出，如果是真幣將會通過幾組不同電磁閥按面值分配到不同的貯幣腔內。當收到系統(tǒng)退幣的信號后，硬幣將通過退幣電磁閥將貯幣腔內部的硬幣輸出，完成自動售貨機的退幣。根據(jù)本設計中對自動售貨機的要求，選擇圓筒式硬幣多幣值識別器和平面式紙幣多幣值識別器。3.5 商品送出機構的選擇目前，各種各樣的商品輸出機構應用于自動售貨機上，但是典型的商品輸出機構主要有下面幾種：1旋轉式送出機構：這種送出機構主要運用于罐體商品的傳送，在商品底部開一個出口槽，罐體商品被放在螺旋通道上，當電機被驅動就會帶動螺旋通道轉動，轉到開口處罐體便會出槽售出。這種送出機構的主要缺點是電機的轉矩要求較大，造價成本相對較高；2轉盤式送

33、出機構：這種送出機構是由一個像喇叭一樣的罐體儲存容器和周邊布滿圓槽的一個轉盤組成，存儲容器在上面，轉盤在下面，當電機被驅動就會帶動轉盤的轉動，罐體一旦落入到轉盤上的槽內就會被售出。 這種送出機構的主要缺點是電機的轉矩也要求較大來帶動和并且占用的空間較大，而且還會發(fā)生卡死現(xiàn)象； 3滾筒式送出機構：該送出機構由滾筒和構成階梯梁構成，滾筒內多個罐體商品可以裝在上面，通過步進電機來帶動滾筒的轉動，利用梁的各階梯段與滾筒之間不同的開口距離控制商品掉落的順序。這種機構要求電機有較高的轉動精度；4)彈簧推動式送出機構：這種送出機構是由螺旋彈簧和電機構成的, 電機連著螺旋彈簧的一端，電機轉動一圈就帶動彈簧轉動

34、一圈，同時推出一個易拉罐.這種機構的缺點是每根彈簧能夠裝的數(shù)量有限，而且每根螺旋彈簧都需要由一個電機帶動，所以成本相對也較高。根據(jù)本設計中對自動售貨機的要求，選擇彈簧推動式送出機構。東華理工大學長江學院畢業(yè)設計 自動售貨機控制系統(tǒng)軟件的設計4 自動售貨機控制系統(tǒng)軟件的設計4.1 PLC軟件系統(tǒng)設計的方法PLC軟件系統(tǒng)設計的方法主要有圖解法編程、經驗法編程、計算機輔助設計編程。圖解法編程主要是通過畫梯形圖來對PLC程序進行設計。經驗法編程主要是運用自己和別人的設計經驗來進行設計。設計前先選擇和自己設計要求相視的程序，然后結合自己的設計要求情況，對梯形圖程序進行適當?shù)男薷模顾献约旱脑O計要求。

35、計算機輔助設計編程主要是在計算機上通過PLC編程軟件進行程序設計和編程、在線仿真調試等。在本次設計中，采用的是梯形圖法編程。4.2 I/O口的分配輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產現(xiàn)場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以收到被控對象的各種數(shù)據(jù)，然后以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理的結果傳送給被控制對象，從而達到控制目的。I/O口分配如表4-1所示。表4-1 I/O口的分配表輸入單元符號PLC地址輸出單元符號PLC地址I 0.0S1投入一元硬幣Q 0.0L1報警指示燈I 0.1S1投入一元紙幣Q 0.1L2A物品指示

36、燈I 0.2S5投入五元紙幣Q 0.2L3B物品指示燈I 0.3S10投入十元紙幣Q 0.3KM1A商品輸出I 0.4SB1購買A商品按鈕Q 0.4KM2B商品輸出I 0.5SB2購買B商品按鈕Q 0.5KM3余額輸出I 0.6S破壞感應I 0.7SB3退錢按鈕4.3 自動售貨機I/O 接口圖圖4-1 自動售貨機I/O 接口外部接線圖投入錢幣錢幣計數(shù)A商品指示燈選擇商品商品輸出錢幣比較B商品指示燈報警余額計算是否退幣退幣結束工作遭受外部破壞圖4-2 自動售貨機控制流程圖是錢幣不足大于等于6元大于等于12元是否4. 4 自動售貨機控制流程圖設計4.5 自動售貨機控制梯形圖程序的設計根據(jù)自動售貨機

37、控制系統(tǒng)流程我們可以將自動售貨機控制系統(tǒng)任務分成幾個主要部分來進行設計，主要包括：計幣部分的設計，比較部分的設計，選擇部分的設計，余額計算部分的設計，退幣部分的設計以及報警部分的設計。4.5.1 計幣部分設計當消費者投入錢幣時，錢幣經過紅外感應器的感應，然后由紅外感應器驅動錢幣識別器對錢幣進行識別，如果是假幣，錢幣會自動退出來，如果是真幣，系統(tǒng)則會進入下一個環(huán)節(jié)，系統(tǒng)會將錢幣自動傳送到錢幣貯存腔，然后在PLC內自行運算。在梯形圖的計幣部分設計中，會運用到一些數(shù)學的加法、減法、乘法、除法運算指令。下面對這些指令來進行初步的了解。1. 加法指令：加法指令就是將兩個輸入端（IN1、IN2）指定的數(shù)據(jù)

38、相加，其結果送到輸出端指定的存儲單元中。加法指令可以分為整數(shù)加法（ADD_I）指令（16位數(shù)）、雙整數(shù)加法（ADD_DI）指令（32位數(shù)）、實數(shù)加法（ADD_R）指令（32位數(shù)）。加法指令格式為：+I IN1，OUT，整數(shù)加法；+D IN1，OUT,雙整數(shù)加法；+R IN1，OUT，實數(shù)加法指令。2. 減法指令減法指令就是將兩個輸出端（IN1、IN2）指定的數(shù)據(jù)相減，其結果送到輸出端指定的存儲單元中。加法指令可以分為整數(shù)減法（SUB_I）指令（16位數(shù)）、雙整數(shù)減法（SUB _DI）指令（32位數(shù)）、實數(shù)減法（SUB _R）指令（32位數(shù)）。減法指令格式為：-I IN2，OUT，整數(shù)減法；-D

39、 IN2，OUT，雙整數(shù)減法；-R IN2，OUT，實數(shù)減法。3. 乘法指令：乘法指令就是將兩個輸入端（IN1、IN2）指定的數(shù)據(jù)相乘，其結果送到輸出端指定的存儲單元中。乘法指令可以分為整數(shù)乘法（MUL_I）指令（16位數(shù)）、雙整數(shù)乘法（MUL_DI）指令（32位數(shù)）、實數(shù)乘法（MUL_R）指令（32位數(shù)）、完全整數(shù)乘法（MUL）指令（16相乘為32位的積）。整數(shù)乘法（MUL_I）指令是16位數(shù)與16位數(shù)相乘產生一個16位數(shù)的結果，其指令格式為：*R IN1， OUT。雙整數(shù)乘法（MUL_DI）指令、實數(shù)乘法（MUL_R）指令分別是32位數(shù)與32位數(shù)相乘產生一個32位數(shù)的結果，其指令格式分別為

40、：*D IN1，OUT，雙整數(shù)乘法指令：*R IN1，OUT。以上3個指令影響的特殊寄存器位有SM1.0（零）；SM1.1（溢出）；SM1.2（負）SM1.3（被零除）。整數(shù)完全乘法（MUL）指令是16位數(shù)與16位數(shù)相乘產生一個32位數(shù)的結果，其指令格式為：MUL IN1，OUT。4. 除法指令除法指令就是將兩個輸出端（IN1、IN2）指定的數(shù)據(jù)相除，其結果送到輸出端指定的存儲單元中。除法指令可以分為整數(shù)除法（DIV_I）指令、雙整數(shù)除法（DIV _DI）指令（32位數(shù)）、實數(shù)除法（DIV _R）指令（32位數(shù)）、整數(shù)完全除法（DIV）指令（16位相除為32位的結果）。整數(shù)除法（DIV_I）指

41、令是16位與16位相除產生一個16位的結果，其指令格式為：/I IN2， OUT。雙整數(shù)乘法（DIV_DI）指令、實數(shù)乘法（DIV_R）指令分別是32位數(shù)與32位數(shù)相除產生一個32位數(shù)的結果，其指令格式分別為：/D IN2，OUT，雙整數(shù)乘法指令；/R IN2，OUT實數(shù)除法。整數(shù)完全除法（DIV）指令是16位數(shù)與16位數(shù)相除產生一個32位數(shù)的結果，其中商存入低16位，余數(shù)存入高1位中。在梯形圖中，整數(shù)、雙整數(shù)與實數(shù)的加法、減法、乘法、除法指令運算分別如下：IN1+IN2=OUT，IN1IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。表4-2 加減乘除指令表梯形圖指令格式指令名

42、稱梯形圖指令格式指令名稱ADD_I+I IN1，OUT整數(shù)加法SUB_I-I IN2， OUT整數(shù)減法ADD_DI+D IN1，OUT雙整數(shù)加法SUB_DI-D IN2，OUT雙整數(shù)減法ADD_R+R IN1， OUT實數(shù)加法SUB_R-R IN2， OUT實數(shù)減法MUL_I*R IN1，OUT整數(shù)乘法DIV_I/I IN1，OUT整數(shù)除法MULMUL IN1，OUT完全整數(shù)乘法DIVDIV IN2，OUT完全整數(shù)除法MUL_DI*D IN1，OUT雙整數(shù)乘法DIV_DI/D IN2，OUT雙整數(shù)除法MUL_R*R IN1，OUT實數(shù)乘法DIV_R/R IN2，OUT實數(shù)除法減、乘、

43、除、指令的操作數(shù)范圍和加法指令的操作數(shù)范圍相同，如表4-3所示。表4-3 加、減、乘、除指令操作范圍輸入輸出數(shù)據(jù)類型操作數(shù)IN1、IN2INTIW、QW、VW、MW、SW、SMW、SW、T、C、LW、AC、AIW、*VD、*AC、*LD、常數(shù)DINTID、QD、VD、MD、SD、SMD、LD、AC、HC、*VD、*AC、*LD、常數(shù)REALID、QD、VD、MD、SD、SMD、LD、AC、*VD、*AC、*LD、常數(shù)OUTINTIW、QW、VW、MW、SW、SMW、SW、T、C、LW、AC、*VD、*AC、*LD、常數(shù)DINT、REALID、QD、VD、MD、SD、SMD、LD、AC、HC、*

44、VD、*AC、*LD根據(jù)表編制計幣部分程序如下圖所示：圖4-3硬幣投入計幣梯形圖梯形圖4-3 中I0.0表示投入一元硬幣的計幣，當每投入一元硬幣，系統(tǒng)會自動讀取信號，把它疊加存儲在AC0中。圖4-4紙幣投入計幣梯形圖圖4-4中I0.1，I0.2， I0.3分別表示投入一元，五元和十元紙幣的計幣，每次投入，系統(tǒng)會自動讀取信號，把它疊加存儲在AC0中。圖4-3，圖4-4中是表示脈沖正跳變。4.5.2 比較部分設計在整個售貨過程中，價格的比較要貫穿整個過程的始終，只要當余額大于等于某種商品價格時，就需要輸出一個信號，提示哪些商品可以購買。這里通過指示燈來代表此信號。所以在編寫梯形圖時我們要用到一些比

45、較指令，下面我們來對比較指令進行一定的了解。比較指令由比較數(shù)1（INl）、比較數(shù)2（IN2）、比較關系符和比較觸點構成。該指令由比較操作碼（LD加上數(shù)據(jù)類型B、W、D、R）、比較關系符（等于=、大于>、大于等于>=、小于<、小于等于<=）、比較數(shù)1（INl）和比較數(shù)2（IN2）構。用于比較兩個有符號數(shù)或無符號數(shù)的大小，其類型包括字節(jié)比較、整數(shù)比較、雙整數(shù)比較、實數(shù)比較。比較指令的運行原理是：當比較數(shù)1和比較數(shù)2的關系符號比較符的條件時比較觸點閉合，后面的電路就被接通；否者比較觸點斷開，后面的電路就不接通。換句話說，比較觸點相當于一個有條件的動合觸點，當比較關系成立時，觸

46、點閉合；不成立時，觸點斷開。（1）字節(jié)比較該指令用于比較兩個無符號字節(jié)型整數(shù)值的大小，比較時可以采用LDB、AB或OB后直接加比較運算符構成。如：LDB=、AB<>、OB<=等。所比較整數(shù)的尋址范圍：VB、IB、QB、MB、SB、SMB、LB、*VD、*AC、*LD和常數(shù)。指令格式舉例： OB<= AC1，100 。 （2）整數(shù)比較該指令用于比較兩個有符號整數(shù)值的大小，比較時可以采用LDW、AW或OW后直接加比較運算符構成。如：LDW=、AW<>、OW<=等。整數(shù)INl和IN2的尋址范圍：VW、IW、QW、MW、SW、SMW、LW、AIW、T、C、AC

47、、*VD、*AC、*LD和常數(shù)。指令格式舉例： AD<>MD2，MD8 。 （3）雙字整數(shù)比較 該指令用于比較兩個有符號雙字長整數(shù)值的大小，比較時可以采用LDD、AD或OD后直接加比較運算符構成。如：LDD=、AD<>、OD<=等。雙字整數(shù)INl和IN2的尋址范圍：VD、ID、QD、MD、SD、SMD、LD、*VD、*AC、*LD和常數(shù)。指令格式舉例： OD<= AC0，1860 。 （4）實數(shù)比較該指令用于比較兩個有符號雙字長實數(shù)值的大小，比較時可以采用LDR、AR或OR后直接加比較運算符構成。如：LDR=、AR<>、OR<=等。尋址范圍

48、：VD、ID、QD、MD、SD、SMD、LD、AC、*VD、*AC、*LD和常數(shù)。指令格式舉例： OR<= AC1，128.573 。綜上所述，可以知道比較部分梯形圖中， 是數(shù)據(jù)比較符號，用它來比較余額和商品的價格，是大于等于價格的標志。一般當余額大于等于某種商品價格而且時，程序使相應的指示燈亮表示可以購買該種商品，但是這應該是在當顧客買完一件商品后20秒內操作，否者系統(tǒng)會自動退幣。如果是顧客投入錢幣在1分鐘內不按任何按鈕或按退幣按鈕，自動售貨機也將會自動按照余額退還給顧客。當有達到了這些條件的話，指示燈就會滅了，所以用幾個常閉的定時器T37,T38,T39和一個常閉的退幣按鈕I0.7來

49、和比較符號進行串聯(lián)，如圖4-5所示。圖4-5比較部分梯形圖4.5.3 選擇部分設計當投入的幣值可以購買某種商品時，按下相應的“選擇”按紐即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時也將扣除已消費的幣值，接著余額繼續(xù)與價格相比較，判斷是否能繼續(xù)購買。對應的梯形圖程序如梯形圖4-6所示。 圖4-6選擇部分梯形圖4.5.4 余額計算部分設計當顧客選擇了一種商品后，自動售貨機系統(tǒng)會自動的減去相應的商品價值，顯示出所剩的余額。根據(jù)加減乘除指令表余額計算部分編寫梯形圖如下：圖4-7余額計算部分梯形圖4.5.5 退幣部分設計本設計退幣部分有好幾種情況，具體可以分為以下幾種：（1）.當顧客投入的錢幣總值超過所購選商品的價

50、值時，自動售貨機會計算出余額，按下退錢按鈕，自動售貨機將按照余額退還給顧客。（2）.當顧客投入錢幣在1分鐘內不按任何按鈕，自動售貨機將會自動按照余額退還給顧客。（3）.當顧客買完一件商品后20秒無操作，自動售貨機將會自動按照余額退還給顧客。（4）如果顧客投入錢幣后又不想買物品，按下退錢按鈕，自動售貨機將會自動按照余額退還給顧客。從這幾種情況可以知道設計過程需要用到定時器。定時器是由集成電路構成，是PLC中重要的硬件編程元件之一。在編程時，定時器需要提前輸入時間預設值，當定時器的輸入條件滿足時開始計時。當前值從0開始按照一定的時間單位增加，當定時器的當前值達到了預設值時，定時器動作，發(fā)出中斷請求

51、，以便PLC響應而作出相應的動作。此時它對應的動作觸點閉合，動斷觸點斷開。利用定時器的輸入輸出觸點就可以得到控制所需的延時時間。定時指令有3種類型：通電延時型（TON），有記憶通電延時型（TONR），斷開延時定時器指令（TOF）。S7-200 PLC定時器有1ms、10ms和100ms三種分辨率，分辨率取決于定時器號，其關系如表4-4所示。表4-4 定時器精度與編號定時器類型分辨率（ms）計時范圍（s）定時器號TONTOF132.767T32,T9610327.67T33-T36,T97-T1001003276.7T37-T63,T101-T255TONR132.767T0,T6410327.

52、67T1-T4,T65-T681003276.7T5-T31,T69-T951. 接通延時定時器指令（TON） 接通延時定時器使能輸入接通時開始計時，此時定時器位為OFF，當前值從0開始計數(shù)時間，當前值達到設定值時，定時器位變?yōu)镺N，當前值連續(xù)計數(shù)到32767時，使能輸入斷開，定時器自動復位，即定時器位為OFF，當前值為0。2. 有記憶接通延時定時器指令（TONR）有記憶接通延時定時器使能輸入接通時，定時器位為OFF，當前值從0開始計時。使能輸入斷開，定時器位和當前值保持最后狀態(tài)。使能輸入接通時，當前值從上次保持值繼續(xù)計數(shù)，當累計當前值達到設定值時，定時器位變?yōu)镺N，當前值可以連續(xù)計數(shù)到327

53、67。有記憶接通延時定時器只能用復位指令進行復位操作，讓當前值清零。3. 斷開延時定時器指令（TOF）斷開延時定時器使能輸入接通時，定時器位為ON，當前值為0。當使能輸入由接通到斷開時，定時器開始計數(shù)，當前值達到設定值時，定時器位OFF，停止計數(shù)。TOF復位后，如果使能輸入再有從ON到OFF的負跳變，則可實現(xiàn)再次啟動。表4-5 定時器指令表指令格式指令名稱TON Txxx，PT接通延時定時器TOF Txxx，PT斷開延時定時器TONR  Txxx，PT保持型接通延時定時器本設計中退幣包含三種情況，一種是按退幣按鈕I0.7退幣，一種是顧客投入錢幣在1分鐘內不按任何按鈕或買完一件商品后20秒內操作，自動售貨機自動按照余額退還給顧客。退幣部分梯形圖如下：圖4-8退幣部分梯形圖4.5.6 報警部分設計自動售貨機在遭到外力破壞時，自動售貨機報警指示燈閃爍。這主要用到了一個閃爍電路，因此，可以編寫出其梯形圖，如下圖4-9所示：圖4-9報警部分梯形圖通過計幣部分的設計，比較部分的設計，選擇部分的設計，余額計算部分的設計，退幣部分的設計以及報警部分的設計我們就可以整理得到完整的自動售貨機控制系統(tǒng)梯形圖。 整理得到的完整自動售貨機控制系統(tǒng)梯形圖可見附錄二。 東