自動售貨機原理

1、文檔編碼 : CK10V3B10U10O4 HH2X5K10K7L4 ZF5Q8H7K9K2. -目 錄 第 1 章緒論 1 1.1自動售貨機的理論背景與實際意義 1 1.2 自動售貨機設(shè)計的主要容 2 1.3 自動售貨機設(shè)計的根本思路 2 第 2 章 PLC 的概述 4 2.1 PLC的定義 4 2.2 PLC的簡介 4 2.3 PLC的工作原理 4 2.4 PLC的循環(huán)掃描工作 4 2.5 PLC的硬件組成 5 2.6 PLC的編程語言 6 2.7 PLC的特點 6 第 3 章自動售貨機的設(shè)計 8 3.1 自動售貨機設(shè)計軟元件 8 定時器 8 數(shù)學(xué)運算指令 8 3.2自動售貨機的根本功能

2、9 3.3 自動售貨機 I/O 點的支配 10 3.4 次序功能圖 SFC11 什么是次序功能圖 SFC11 所選擇的次序功能圖 SFC11 3.5 梯形圖 LAD 13 什么是梯形圖 LAD 13. 自動售貨機設(shè)計的梯形圖LAD 14. word.zl-. -3.6自動售貨機的相關(guān)說明22. word.zl-3.7自動售貨機的外部接線圖223.8自動售貨機仿真23. . -摘 要本設(shè)計的是基于西門子S7-200 系列 PLC 構(gòu)成的自動售貨機監(jiān)控系統(tǒng),本文闡述了自動售貨機的來源與開展,以及它在國外開展的現(xiàn)狀,對自動售貨機的方 案進(jìn)展了論證,介紹了 PLC 的根本組成、特點以及工作原理, 對基

3、于西門子 S7-200 系列 PLC 構(gòu)成的自動售貨機系統(tǒng)整體設(shè)計過程進(jìn)展較為細(xì)致的論述；文中詳盡地介紹了自動售貨機的各硬件組成,并完成了 PLC 外部接線圖； 在PLC 梯形圖的編寫時,文中接受的是西門子PLC 梯形圖專用編譯軟件STEP7 來進(jìn)展編寫；介紹了自動售貨機的根本原理以及工作流程,然后以一次交易過程為例,把交易過程分為幾個程序塊,然后分別對程序塊進(jìn)展編程；具體說明白可編程序把握器在自動售貨機中的作用；程序涉及到了自動售貨機工作的絕大局部過程；利用 PLC 把握的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)固性,穩(wěn)固運行；保證自動售貨機能夠長期關(guān)鍵詞智能搶答器； PLC；次序功能圖；梯形圖；I/O 點

4、的支配. word.zl-. . -第 1 章 緒論1.1 自動售貨機的理論背景與實際意義自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售形式,20 世紀(jì) 70 歲月自日本和歐美開展起來；它又被稱為 24小時營業(yè)的微型超市； 在日本, 70的罐裝飲料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 機；50 萬臺飲料自動售貨在中國 ,自動售貨機 1999 年開場進(jìn)人中國市場如今,在機場、地鐵、商場、公 園等客流較大的場所,已不難發(fā)覺自動售貨機的身影；從自動售貨機的開展趨勢來看,它的顯現(xiàn)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； 大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化,要求顯

5、現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生,人工費用也不斷上升； 再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約,無人自動售貨機作為一種必需的機器便應(yīng)運而生了 它的售貨領(lǐng)域特殊廣泛,是興盛國家商品零售的一種主要方式；近幾年,自 動售貨機逐步被越來越多的消費者所承擔(dān)；但由于售貨機分布零散、圍寬敞的特 點,自動售貨機在為消費者帶來便利的同時,也為經(jīng)營者在監(jiān)控、治理、愛惜等 方面帶來很大的不便； 目前售貨機運行的各種情形都需要由人工判定,包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機機械故障等,經(jīng)營者普遍接受人工定時巡回視察的管 理方法,既費時費勁,又無法準(zhǔn)時精確獵取自動售貨機狀態(tài)報告,

6、給經(jīng)營者增加 了治理本錢和難度,也有可能給消費者的正常消費造成不便；本系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)可以使自動售貨機的經(jīng)營者可以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計的銷售狀 況進(jìn)展商品銷售狀況分析,推測商品的銷售走勢,確定合理的選購和配送策略,. . word.zl-. -以期獲得最高的投資回報率；同時售貨機的一些故障信息和警報信息可以實時的傳送到相應(yīng)運營人員,從而可以在第一時間發(fā)覺并解決問題；1.2 自動售貨機設(shè)計的主要容1.此自動售貨機可以投入五角、一元的硬幣；2.假如顧客投入硬幣在限定的時間 仍所投硬幣；2 分鐘不按任何按鍵, 自動售貨機將退3.當(dāng)投入硬幣的總值等于或才超過物品價值時,對應(yīng)的物品指示燈亮綠燈；4.當(dāng)物品對應(yīng)的

7、指示燈亮綠燈時,按下按下相應(yīng)的按鍵,相應(yīng)的物品排出,同時指示燈綠燈閃爍；5.假如顧客投入硬幣總值超過所選物品的價值時,自動售貨時機自動將余款 退仍顧客；6.當(dāng)顧客成功購置完一件物品后 顧客；20 秒無操作, 自動售貨時機自動將余款退仍7.假如顧客投入硬幣后又不想買物品,按下退款按鍵,自動售貨時機自動將 余款退仍顧客；8.找零時顧客可選擇退一元的仍是五角的；9.當(dāng)物品缺乏時, 對應(yīng)的物品指示燈亮紅燈, 顧客按下相應(yīng)的按鍵無反響 不 出物品,不減余額,并向總部發(fā)送所缺物品；1.3 自動售貨機設(shè)計的根本思路本次設(shè)計的題目是自動售貨機, 主要是應(yīng)用西門子S7-200型 PLC 的梯形圖來設(shè)計把握程序,

8、 并簡潔介紹相關(guān)的學(xué)問, 如：PLC 的定義、PLC 的編程語言、 PLC 的硬件組成等； 依據(jù)設(shè)計容和把握要求畫出次序功能圖和梯形圖,再依據(jù) PLC 的 相關(guān)學(xué)問設(shè)計出它的外部接線圖,結(jié)合梯形圖和外部接線圖分析說明該設(shè)計的控 制原理過程；. . word.zl-. -本次設(shè)計的重要局部是第三章的設(shè)計局部,即自動售貨機梯形圖的設(shè)計；首先就得依據(jù)設(shè)計容和把握要求精確畫出它的次序功能圖,再依據(jù)所畫出的次序功能圖精確設(shè)計出它的梯形圖,這樣才能真正懂得本次智能搶答器的把握原理；. . word.zl-. -第 2 章 PLC 的概述2.1 PLC 的定義PLC 是一種特地為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字

9、運算操作的電子裝置；它采用可以編制程序的儲備器,用來在其部儲備執(zhí)行規(guī)律運算、次序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,把握各種類型的機械或生產(chǎn)過程；PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)當(dāng)按易于與工業(yè)把握系統(tǒng)形成一個整體,易于擴展其功能的原那么而設(shè)計；2.2 PLC 的簡介PLC 是以 CPU 為核心,綜合了運算機技術(shù)和通信技術(shù)開展起來的一種通用 的工業(yè)自動把握裝置, 是現(xiàn)代工業(yè)把握的三大支柱 PLC、機器人和 CAD/CAM 之一；目前,世界上生產(chǎn) PLC 的主要廠家有 65 個,其中最出名氣的廠家在日本、美國和德國；日本的幾個廠家為三菱、富士；日立、東芝、橫河

10、、立石、光洋、夏普等公司；美國的幾個廠家為食品公司、通用電器公司、歌德公司、數(shù)字設(shè) 備公司等；仍有德國的西門子,荷蘭的飛利浦,的鷹達(dá)等公司也是很出名氣的；日本三菱電機公司MITSUBISHI 于1971 年開場研制PLC,目前主要有F1,F2,FX,K,A 等十幾個系列幾十種產(chǎn)品, 在我國主要是華東和華南地區(qū) 的工 業(yè)把握領(lǐng)域具有確定的市場占有率；2.3 PLC 的工作原理PLC 的工作原理與運算機的工作原理根本是一樣的,可以簡潔地表述為在系統(tǒng)程序的治理下,通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)；PLC 通電后,第一對硬件和軟件作一些初始化操作,初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)見 圖 2-1；但

11、是 PLC 也有它自己的特點, PLC 在確定了工作任務(wù),裝入了專用程. . word.zl-. -序后成為一種專用機,它接受循環(huán)掃描工作方式,系統(tǒng)工作任務(wù)治理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的；. . word.zl-. -讀取輸入 讀取輸入 執(zhí)行用戶程序 處理通信要求 處理通信要求 自診斷檢查 自診斷檢查 改寫輸出 改寫輸出RUN 狀體 STOP 狀體圖 2-1 各階段處理任務(wù)2.4 PLC 的循環(huán)掃描工作對每個程序, CPU 從第一條指令開場執(zhí)行, 按指令步序號做周期性的程 序循環(huán)掃描,假如無跳轉(zhuǎn)指令,那么從那么從第一條指令開場逐條次序執(zhí)行 用戶程序,直至遇到完畢符后又返回第一條指令

12、,如此周而復(fù)始不斷循環(huán),每一個循環(huán)稱為一個掃描周期；PLC 的掃描全過程如圖2-2 所示；1 輸入刷新階段 在輸入刷新階段, CPU 掃描全部輸入端口, 讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài) 存放器；完成后關(guān)閉輸入端口,轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段；2 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段,依據(jù)用戶輸入的把握程序,從第一條開場逐條執(zhí)行,并將相應(yīng)的規(guī)律運算結(jié)果存入對應(yīng)的部幫忙存放器和輸出狀態(tài)存放器；3 輸出刷新階段 當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后,將輸出狀態(tài)存放器中的容,依次送到輸出鎖存 電路,并通過確定輸出方式輸出,驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作,這才形成. . word.zl-. -PLC 的實際輸出；圖 2-2 PLC 的掃描全過程2.

13、5 PLC 的硬件組成PLC 的硬件主要由中心處理器CPU、儲備器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等幾局部組成；其中,CPU 是 PLC 的核心；輸入單元 /輸出單元是 CPU 與現(xiàn)場輸入 / 輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位運算機等外部設(shè)備,其硬件構(gòu)成圖如圖 2-3；. word.zl-. . -圖 2-3 PLC 硬件構(gòu)造圖2.6 PLC 的編程語言PLC 為用戶供應(yīng)了完善的編程語言來中意編制用戶程序要求；它供應(yīng)的編程語言通常有以下 5 種：梯形圖 LAD 、語句表 STL、次序功能圖 SFC、功能塊圖 FBD和構(gòu)造文本 ST；2.7 PLC 的特點1抗干

14、擾才能強,牢靠性好I/O 系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道愛惜與信號調(diào)理電路；防塵、抗震等都有周到的考慮；2把握系統(tǒng)構(gòu)造簡潔,通用性強在構(gòu)造上對耐熱、 防潮、PLC 及外圍模塊品種多,可由各種組件靈敏組合成各種大小和不同要求的 把握系統(tǒng)；3編程便利,易于使用 PLC 程序的編制,接受梯形圖或面對工業(yè)把握的簡潔指令形式；4功能完善 在 PLC 部具有許多把握功能,諸如時序、運算機、主控繼電器以及移位存放器、中間存放器等；5設(shè)計、施工、調(diào)試、的周期短 PLC 接受模塊化積木式構(gòu)造,故僅需按性能、容量等選用組裝,因而縮短了設(shè)計周期,使設(shè)計和施工可同時進(jìn)展；6體積小,愛惜操作便利 PLC 體積小,質(zhì)量輕,便于安裝

15、；7易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC 可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；. . word.zl-. -8可實現(xiàn)三電一體化PLC 將電控規(guī)律把握 、電儀過程把握和電結(jié)運動把握這三電集于一體；. . word.zl-. -第 3 章 自動售貨機的設(shè)計3.1 自動售貨機設(shè)計軟元件定時器是 PLC 中重要的編程元件, 是累計時間增量的部器件； 定時器的工作過程與繼電器把握系統(tǒng)的時間繼電器根本一樣,但它沒有瞬動觸點,失電時,常閉觸點閉合,常開觸點翻開；定時器得電時,常閉觸點翻開,常開觸點閉合；定時器的當(dāng)前值、設(shè)定值均為 時器指令表見表 3-1；10 位有符號整數(shù) INT ,答應(yīng)的最大值為 32767；定表 3-1 定時器

16、指令語句 描述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BITIM OUT 起動間隔定時器CITIM IN,OUT 運算間隔定時器在梯形圖中,整數(shù)、雙整數(shù)與浮點數(shù)的加、減、乘、除指令見表 3-2分別執(zhí)行以下運算：IN1+IN2=OUT ,IN1 IN2=OUT ,IN1*IN2=OUT ,IN1/IN2=OUT；表 3-2 加減乘除指令梯形圖. 語句表描述梯形圖語句表描述ADD_I +I 整 數(shù) 加DIV_D/D 雙 整 數(shù) 除INT1,OUT 法I INT1,OUT 法. word.zl-. -SUB_I -I

17、整 數(shù) 減ADD_R +R 實數(shù)加法MUL_I INT1,OUT 法SUB_R INT1,OUT 實數(shù)減法*I 整 數(shù) 乘-R DIV_I INT1,OUT 法MUL_R INT1,OUT 實數(shù)乘法/I 整 數(shù) 除*R ADD_DINT1,OUT 法DIV_R INT1,OUT 實數(shù)除法+D 雙 整 數(shù)/R I INT1,OUT 加法MUL INT1,OUT 整 數(shù) 乘 法SUB_DI -D 雙 整 數(shù)MUL INT1,OUT 減法INT1,OUT 產(chǎn) 生 雙 整數(shù)MUL_DI *D 雙 整 數(shù)DIV DIV 帶 余 數(shù) 的INT1,OUT 乘法INT1,OUT 整數(shù)除法在語句表中,整數(shù)、雙整

18、數(shù)與浮點數(shù)的加、減、乘、除指令分別執(zhí)行以下運算：IN1+ OUT =OUT ,OUTIN1=OUT ,IN1* OUT =OUT ,OUT /IN2=OUT；3.2 自動售貨機的根本功能自動售貨機的各種動作功能和把握要求,給出了完整的自動售貨機操作規(guī)程 如圖 3-1,并介紹了自動售貨機運行系統(tǒng)中所包括的人工操作步驟；在實際生活中,我們見到的售貨機可以 銷售一些簡潔的日用品,如飲料、常用 藥品和小的生活保健用品等；售貨機的 根本功能就是對投入的貨幣進(jìn)展運算,并依據(jù)貨幣數(shù)值判定是否能夠購置某種 商品,并作出相應(yīng)的反響；例如：售貨 機中有 2 種商品, A 商品價格為 0.5元,B 商品為 1 元；

19、現(xiàn)投入 1 個 1 元硬幣,當(dāng)投入的貨幣超過 A 商品的價格時, A 商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化,提示可以 購置, B 商品也提示；當(dāng)按下選擇 A 商圖 3-1 自動售貨機工作流程圖 . . word.zl-. -品的價格時,售貨機進(jìn)展減法運算,從投入的貨幣總值中減去 A 商品的價格同時 啟動相應(yīng)的電機,提取 A 號商品到出貨口；此時售貨機連續(xù)進(jìn)展等待外部命令,如連續(xù)交易,那么同上,假如此時不再購置而按下退幣按鈕,售貨機那么要進(jìn)展 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,這是它的部功 能；仍要有貨幣識別系統(tǒng)

20、和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售貨、退幣功能；3.3 自動售貨機 I/O 點的支配輸入/ 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(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件；PLC 通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù),以這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對被把握對象進(jìn)展把握的依據(jù)；同時PLC 又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被把握對象,以實現(xiàn)把握目的；本次智能搶答器 I/O 點的支配如表 3-3 所示；表 3-3 自動售貨機 I/O 點的支配表序號 定義點 符號 功能1 I0.0 SB1 找零按鈕2 I0.1 SB2 食品五角按鈕3 I0.2 SB3 食品一元按鈕4 I0.3 SB4 飲料一元按鈕5 I0.

21、4 SB5 飲料二元按鈕6 I0.5 SB6 日用二元按鈕7 I0.6 SB7 日用三元按鈕8 I2.0 SB8 投五角硬幣9 I2.1 SB9 投一元硬幣10 I2.5 SB10 找零五角11 I2.6 SB11 找零一元12 I3.1 SB12 食品五角行程開關(guān)13 I3.2 SB13 食品一元行程開關(guān)14 I3.3 SB14 飲料一元行程開關(guān)15 I3.4 SB15 飲料二元行程開關(guān)16 I3.5 SB16 日用二元行程開關(guān). . word.zl-. -17 I3.6 SB17 日用三元行程開關(guān)18 Q3.1 食品五角紅燈 物品售完 19 Q3.2 食品一元紅燈 物品售完 20 Q3.3

22、 飲料一元紅燈 物品售完 21 Q3.4 飲料二元紅燈 物品售完 22 Q3.5 日用二元紅燈 物品售完 23 Q3.6 日用三元紅燈 物品售完 24 Q0.0 找零25 Q0.1 出食品五角26 Q0.2 出食品一元27 Q0.3 出飲料一元28 Q0.4 出飲料二元29 Q0.5 出日用二元30 Q0.6 出日用三元31 Q2.1 食品五角綠燈可以購置32 Q2.2 食品一元綠燈可以購置33 Q2.3 飲料一元綠燈可以購置34 Q2.4 飲料二元綠燈可以購置35 Q2.5 日用二元綠燈可以購置36 Q2.6 日用三元綠燈可以購置3.4 次序功能圖 SFC次序功能圖是一種位于其他編程語言 步

23、 1 之上的圖形語言,使用它可以對具有并發(fā)、轉(zhuǎn)換 1 步 2 動作 1選擇等復(fù)雜構(gòu)造的系統(tǒng)進(jìn)展編程；次序功能圖供應(yīng)了一種組織程序的圖形方法,在轉(zhuǎn)換 2 步 3 動作 2 次序功能圖中答應(yīng)和別的語言編程的程序嵌套；次序功能圖由步、轉(zhuǎn)換和動作三種圖 3-2 次序功能圖主要元件組成,如圖 3-2 所示；可以用順序功能圖來描述系統(tǒng)的功能,依據(jù)它可以很簡潔地設(shè)計出梯形圖程序；. . word.zl-. -由于次序功能圖 SFC有五種根本構(gòu)造：次序構(gòu)造、選擇性分支構(gòu)造、并發(fā)性分支構(gòu)造、循環(huán)構(gòu)造、復(fù)合構(gòu)造；本次自動售貨機的SFC圖,依據(jù)把握要求選用選擇性分支構(gòu)造和并發(fā)性分之構(gòu)造；由于選擇性分支構(gòu)造是一個把握

24、流 可以轉(zhuǎn)入多個可能的把握流中的某一個且不答應(yīng)多路分支同時執(zhí)行；具體進(jìn)入哪 個分支,取決于把握流前面的轉(zhuǎn)移條件哪一個為真；而并發(fā)性分之構(gòu)造是一個工 作步執(zhí)行完后,需要同時開啟假設(shè)干條分之,并接受雙水平線相連且要有一個公 共轉(zhuǎn)移條件,這兩種次序功能圖構(gòu)造符合本次自動售貨機的把握要求,所以選擇 這兩種構(gòu)造；本次自動售貨機的SFC圖如以下圖 3-3 所示：圖 3-3 自動售貨機次序功能圖. . word.zl-. -3.5 梯形圖 LAD 梯形圖是用的最多的PLC 圖形編程語言； 梯形圖語言是在傳統(tǒng)電器把握系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號的根底上演化而來的；它與電器把握線 路圖相像,如圖 3

25、-4 所示；繼承了傳統(tǒng)電器把握規(guī)律中使用的框架構(gòu)造、規(guī)律運 算方式和輸入輸出形式,具有形象、直觀、有用的特點；因此,這種編程語言為寬敞電氣技術(shù)人員所熟知,是應(yīng)用最廣泛的PLC 的編程語言,是PLC 的第一編程語言；圖 3-4 傳統(tǒng)繼電器把握線路圖和 PLC 梯形圖 a 傳統(tǒng)繼電器把握線路圖 b PLC 梯形圖在梯形圖中,有兩根豎直的直線,被稱為母線,現(xiàn)在許多 PLC 只儲存了左邊 的母線,而把右邊的母線略去不寫；在梯形圖中引入了“ 能流的概念；左邊的 母線就如電源的“ 正極,而右邊的母線就如電源的“ 負(fù)極；假如有“ 能流從左至右流向線圈,那么線圈被鼓勵；假如沒有能流,那么線圈未被鼓勵,“ 能 流在任何時刻都不會通過接點自右向左流；. . word.zl-. -自動售貨機設(shè)計的梯形圖LAD 本此設(shè)計自動售貨機主要銷售食品、飲料、日用三大類,而食品有五角和一 元,飲料有一元和二元,日用有二元和三元；本次自動售貨機的梯形圖如下所示：. . word.zl-. -. . word.zl-. -. . word.zl-. -