基于西門(mén)子s7-200的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)

第第頁(yè)摘要本文闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)概論、研究意義以及它的發(fā)展歷史，對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的方案進(jìn)行了論證。本設(shè)計(jì)采用西門(mén)子s7-200系列PLC作為控制系統(tǒng)，介紹了PLC的基本組成、發(fā)展以及特點(diǎn)。文中詳盡地介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的原理以及各硬件組成，PLC外部接線圖，并與按鈕指示燈相結(jié)合進(jìn)行人機(jī)交互，以完成交易。本設(shè)計(jì)編程部分采用了西門(mén)子專(zhuān)用編譯軟件進(jìn)PLC梯形圖的編寫(xiě)?；谖鏖T(mén)子s7-200系列PLC控制的自動(dòng)售貨機(jī)具有很高的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期運(yùn)行。關(guān)鍵詞：PLC，自動(dòng)售貨機(jī)，梯形圖

AbstractThispaperexpoundstheintroductiontothedesignofthevendingmachine,theresearchsignificanceandthedevelopmenthistoryofit,anddemonstratestheschemeofit.ThisdesignschemeadoptstheSiemenss7-200seriesPLCasthecontrolsystem,andintroducesthebasicstructure,developmentandcharacteristicsofthePLC.ThispaperintroducestheprincipleofthevendingmachineandthehardwarecompositionandPLCexternalwiringdiagram,andcombinedwithbuttonsandindicatorlightsforhumaninteractioninordertocompletethetransaction.ThisdesignprogrammingpartadoptsSiemenscompilersoftwareintothewritingofthePLCladderdiagram.TheSiemensPLCcontrol-basedvendingmachinehashighstabilitytoensurethevendingmachinecanrunforalongtime.Keywords:PLC,vendingmachine,ladderdiagram

貨機(jī)。1925年美國(guó)研制出售香煙的自動(dòng)售貨機(jī)，此后又出現(xiàn)了出售郵票、車(chē)票的各種現(xiàn)代自動(dòng)售貨機(jī)?，F(xiàn)代自動(dòng)售貨機(jī)的種類(lèi)會(huì)因?yàn)樗鍪鄣奈锲凡煌胁煌墓δ?，主要有糖果、飲料、?bào)紙等自動(dòng)售貨機(jī)。一般的情況下自動(dòng)售貨機(jī)主要有這幾個(gè)部分，貨幣系統(tǒng)、指示系統(tǒng)、出貨系統(tǒng)。貨幣系統(tǒng)是售貨機(jī)的核心，它的主要功能是驗(yàn)鈔辨?zhèn)?，?jì)算投幣的數(shù)量金額等。指示系統(tǒng)可以給消費(fèi)者各種操作提示等。出貨系統(tǒng)可以儲(chǔ)存物品，等待信號(hào)傳過(guò)來(lái)，把消費(fèi)者選擇的物品送到出貨口。一般來(lái)說(shuō)售貨機(jī)的貨幣系統(tǒng)由投幣口、選別部分、驗(yàn)鈔的部分、統(tǒng)計(jì)貨幣金額裝置和找零裝部分成。1970年之后，陸續(xù)出現(xiàn)了各種以計(jì)算機(jī)微控制系統(tǒng)的新型的自動(dòng)售貨機(jī)和增加了刷銀行卡的功能并與網(wǎng)絡(luò)連接的更大規(guī)模的無(wú)人售貨系統(tǒng)，如無(wú)人自選商場(chǎng)、車(chē)站的自動(dòng)售票和檢票系統(tǒng)、銀行的現(xiàn)金自動(dòng)支付機(jī)等。17世紀(jì)，英國(guó)的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動(dòng)售貨機(jī)。在自動(dòng)售貨機(jī)歷史的長(zhǎng)河中，而日本人所開(kāi)發(fā)的自動(dòng)售貨機(jī)是在這個(gè)世紀(jì)里面發(fā)生的事情。1904年發(fā)明的“郵票明信片自動(dòng)售貨機(jī)”是第一臺(tái)日本的自動(dòng)售貨機(jī)，它不僅僅可以出售郵票以及明信片，還能作為一種郵筒方便人們投遞信件等。在世界第二次大戰(zhàn)以后自動(dòng)售貨機(jī)才被廣泛的使用起來(lái)。在50年代期間里，“噴水型果汁自動(dòng)售貨機(jī)”獲得了人們的高度認(rèn)可，出售的果汁被放入紙杯中來(lái)售賣(mài)。后來(lái)，由于美國(guó)的飲品巨頭企業(yè)如可口可樂(lè)等闖入到日本市場(chǎng)里，1962年，在流通領(lǐng)域爆發(fā)的革命就是以自動(dòng)售貨機(jī)為主力軍的。再1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，它的出現(xiàn)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。由于銷(xiāo)售環(huán)境的大幅度變化比如大量的生產(chǎn)和大量的消費(fèi)以及消費(fèi)模式，急需要一種新的銷(xiāo)售流通渠道；而和大型超市、百貨大樓等新興的銷(xiāo)售方式的流行，極大地加大了銷(xiāo)售成本，費(fèi)用不斷地上升；而且有著它這種模式固有的弊端，例如場(chǎng)地的局限性和購(gòu)物的便利性等問(wèn)題的制約，所以無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)這種新型的銷(xiāo)售機(jī)器就應(yīng)運(yùn)而生了。以廣義的角度來(lái)講這種機(jī)器就是投入貨幣或者信用卡刷卡后就可以售賣(mài)貨物的一種機(jī)械，以狹義角度來(lái)說(shuō)就是自動(dòng)銷(xiāo)售商品的機(jī)械。從售貨的方式上來(lái)說(shuō)這種機(jī)器可以大大的彌補(bǔ)人力資源緊缺的問(wèn)題而且減少了費(fèi)用成本，更加的適合消費(fèi)模式和消費(fèi)環(huán)境的改變，全天24小時(shí)的無(wú)人自動(dòng)售貨的系統(tǒng)可以使銷(xiāo)售更便捷，銷(xiāo)售所需的成本低廉、并且占地非常的小，可以有效地吸引到消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)欲望，并且完美的解決掉了人工費(fèi)太高的問(wèn)題。自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。比如說(shuō)使用了機(jī)機(jī)相連的方式，通過(guò)某些線路將自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的貨物剩余量等信息及時(shí)地傳送各營(yíng)業(yè)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)中，從而確保了貨物的發(fā)貨、補(bǔ)給以及物品選擇的快速進(jìn)行。并且，為了低碳環(huán)保，自動(dòng)售貨機(jī)的開(kāi)發(fā)更加注重能源的節(jié)省，節(jié)能型飲料自動(dòng)售貨機(jī)在行業(yè)中成為了主流。在夏季電力使用非常大的高峰時(shí)期，節(jié)能型自動(dòng)售貨機(jī)即使在切斷制冷裝置的時(shí)候也能保持相當(dāng)?shù)偷臏囟?，與老式的自動(dòng)售貨機(jī)比，它可以節(jié)約掉10－15%的電能。在新的世紀(jì)里面，自動(dòng)售貨機(jī)將會(huì)進(jìn)一步地向節(jié)省資源以及能源和高效率化多功能化的方向發(fā)展。自動(dòng)化是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，不論是制造業(yè)、服務(wù)業(yè)還是零售業(yè)。我們都將看到更多的設(shè)備取代人工。在這樣一個(gè)大的趨勢(shì)下，自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)的前景時(shí)光明的。1.3本設(shè)計(jì)的基本要求本設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)基于西門(mén)子s7-200系列PLC的可靠性強(qiáng)、方便快捷的自動(dòng)售貨機(jī)，該售貨機(jī)具有自動(dòng)辨別若干種飲料，并對(duì)投幣幣值進(jìn)行累計(jì)，根據(jù)幣值選擇商品。而且商品并可以隨時(shí)退幣。具體內(nèi)容如下：（1）自動(dòng)售貨機(jī)有兩種類(lèi)型的進(jìn)幣口，分別為1元硬幣，5元、10元紙幣。（2）售貨共有6種飲料供選擇，飲料種類(lèi)如下：康師傅礦泉水（1元）、農(nóng)夫山泉（2元）、可口可樂(lè)（3元）、果汁（3元）、佳得樂(lè)（四元）和雀巢咖啡（5元）。投幣總量等于或大于商品價(jià)格時(shí)，對(duì)應(yīng)商品指示燈亮，表示可以選擇該商品。（3）按下要買(mǎi)的食品按鈕，則相對(duì)應(yīng)的指示燈閃爍，自動(dòng)售貨機(jī)開(kāi)始動(dòng)作，進(jìn)行飲料的吐出。（4）動(dòng)作停止后余額會(huì)顯示在7段數(shù)碼管上。（5）當(dāng)對(duì)應(yīng)商品售光時(shí)，對(duì)應(yīng)紅燈亮。（6）按退幣鈕，則可以退出余額，交易完成。。1.4自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的基本思路對(duì)于自動(dòng)售貨機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先利用相關(guān)圖形軟件對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的外觀構(gòu)造進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。然后對(duì)內(nèi)部的各個(gè)裝置，如投幣口、選別裝置、確認(rèn)錢(qián)幣真?zhèn)蔚臋z查裝置、計(jì)算金額的計(jì)算裝置和找錢(qián)裝置等進(jìn)行粗略的介紹。對(duì)于PLC控制部分（本設(shè)計(jì)重點(diǎn)部分）本次采用的是西門(mén)子公司的S7—200系列PLC，它可以提供4種不同的基本單元和6種型號(hào)的擴(kuò)展單元，它的系統(tǒng)構(gòu)成主要有下面幾個(gè)部分：基本的單元、擴(kuò)展的單元、存儲(chǔ)卡、編程器、文本的顯示器和寫(xiě)入器等。PLC控制部分包括以下幾個(gè)部分。（1）自動(dòng)售貨機(jī)控制流程圖設(shè)計(jì)（2）控制電路硬件組成框圖（3）工作流程圖（4）I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)與分配（5）外部接線圖設(shè)計(jì)（6）程序梯形圖設(shè)計(jì)。

2PLC概述2.1PLC的產(chǎn)生以及定義20世紀(jì)60年代，在汽車(chē)生產(chǎn)的領(lǐng)域中還在使用著以繼電器為核心的控制裝置，由于汽車(chē)的每一次的升級(jí)換代、更改外觀部件等都要使當(dāng)時(shí)的繼電器控制系統(tǒng)重新的設(shè)計(jì)連接和安裝。隨著生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，汽車(chē)升級(jí)換代的頻率越來(lái)越快，這樣下來(lái)繼電器控制系統(tǒng)就要頻繁的大幅度更改，既要重新的設(shè)計(jì)又要重新的安裝連接，十分的不方便，而且耗費(fèi)的人力和物力十分的巨大，非常的不經(jīng)濟(jì)，甚至這會(huì)拖慢了汽車(chē)更新的速度。所以工廠上十分的迫切地改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車(chē)公司在1969年公開(kāi)招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即：（1）編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序。（2）便于修理，使用模塊化模式。（3）相比于繼電器來(lái)說(shuō)可靠性大大增強(qiáng)。（4）相比于繼電器來(lái)說(shuō)體積大幅度減小。（5）可直接與計(jì)算機(jī)相連，方便數(shù)據(jù)傳輸。（6）性價(jià)比較于繼電器來(lái)說(shuō)并無(wú)劣勢(shì)。（7）可以輸入交流150V以上。（8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可以直接與電磁閥、接觸器相連接，方便控制。（9）擴(kuò)展十分方便，不需要大幅度改動(dòng)系統(tǒng)。（10）用戶存儲(chǔ)器容量能擴(kuò)大到4KB以及以上（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車(chē)裝配過(guò)程的需要）。在上世紀(jì)六十年代末，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）開(kāi)發(fā)并且制作出了地球上第一臺(tái)可編程邏輯控制器,并且成功地試用到了美國(guó)通用汽車(chē)的自動(dòng)化生長(zhǎng)線上面。這種可編程邏輯控制器控制系統(tǒng)憑借著簡(jiǎn)單易懂、操作便捷、高可靠性、通用性靈活、超小的體積、超長(zhǎng)的使用壽命等一系列優(yōu)勢(shì)，快速的應(yīng)用到了各種工業(yè)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)方面。以后幾年已經(jīng)成功地應(yīng)用于視頻、飲料、冶金及造紙等行業(yè)。圖2.1西門(mén)子S7-200系列PLC可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController,縮寫(xiě)PLC,簡(jiǎn)稱(chēng)可編程控制器），是在科學(xué)技術(shù)飛速的進(jìn)步與目前社會(huì)的聲場(chǎng)銷(xiāo)售方式的改變的大環(huán)境下，為滿足品類(lèi)多、批量小、能耗低、性能高的發(fā)展需要，開(kāi)發(fā)出的一種新型的以CPU為核心的工業(yè)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)裝置?？删幊踢壿嬁刂破麟m然從1969年問(wèn)世開(kāi)始算起只有短短的五十余年，但由于具有良好的性能價(jià)格和穩(wěn)定的工作狀態(tài)以及簡(jiǎn)單的操作性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。可編程序控制器具有對(duì)開(kāi)關(guān)量和模擬量的多種控制給你，早期作為一種新型的順序控制裝置應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。以往人們習(xí)慣的是以繼電器-接觸器硬連線構(gòu)成的順序控制裝置，采用接線邏輯，控制要求不同，接線就不同，而可編程控制器以微處理器、存儲(chǔ)器為核心，采用存儲(chǔ)邏輯，具有信息存儲(chǔ)能力、軟件編程能力和擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)不同的控制功能，在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化支柱之一。2.2PLC發(fā)展趨勢(shì)PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，已成為很多發(fā)達(dá)國(guó)家的重要產(chǎn)業(yè)，PLC在國(guó)際市場(chǎng)中已成為最受歡迎的工業(yè)控制產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及市場(chǎng)需求量的增加，PLC的結(jié)構(gòu)和功能在不斷改進(jìn)，生產(chǎn)廠家不停地將功能更強(qiáng)的PLC推入市場(chǎng)，平均3~5年就更新一次，而升級(jí)換代的方向基本上為以下幾個(gè)方向。(1)體積更小，速度更快。現(xiàn)在的小型PLC體積已經(jīng)不大了，但是微電子技術(shù)及電子路裝配工藝會(huì)不斷地向前發(fā)展，這都會(huì)使它變得越來(lái)越小，以后甚至可以安裝到各種各樣的小型設(shè)備里面進(jìn)行實(shí)現(xiàn)控制的功能，其速度也會(huì)隨著電子電路技術(shù)的不斷發(fā)展實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，這樣下來(lái)可以使控制系統(tǒng)的控制作用更加的及時(shí)以及精準(zhǔn)。（2）高可靠性、大型化、兼容性高、多功能化?，F(xiàn)在大型的PLC控制系統(tǒng)，基本上都是CPU的結(jié)構(gòu)，如的MitsubishiGroup的ANA系列可編程控制器使用了世界上第一個(gè)順序控制專(zhuān)用芯片。掃描一條基本指令的時(shí)間為0.15us。松下公司的FP10SH系列PLC采用32位5級(jí)流水線RISC結(jié)構(gòu)的CPU，可以同時(shí)處理5條指令，順序指令的執(zhí)行速度高達(dá)0.04us，高級(jí)功能指令的執(zhí)行速度也有很大的提高。對(duì)于關(guān)于模擬量控制的這一個(gè)部分，在閉環(huán)控制的PID模塊這種專(zhuān)業(yè)應(yīng)付模擬量約束方式外，伴隨著模糊統(tǒng)治理論的提出以及不斷的開(kāi)發(fā)，已經(jīng)研制出了含有模擬量的模糊控制、自適應(yīng)以及參數(shù)自整定功能的可編程控制器，運(yùn)用起來(lái)十分的便捷，所需調(diào)試時(shí)間大大縮短，控制的準(zhǔn)確程度大大的提升。（3）能夠與其它控制系統(tǒng)結(jié)合使用。在某些大型控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)和PLC在應(yīng)用功能方面互相補(bǔ)充做到了一加一大于二，讓控制系統(tǒng)的價(jià)格便宜，效率更高。目前工業(yè)控制系統(tǒng)的趨勢(shì)是采用開(kāi)放式的應(yīng)用平臺(tái)，所以各個(gè)廠家所生產(chǎn)的PLC就能在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。20世紀(jì)八十年代末美國(guó)的AB集團(tuán)與DEC集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的金字塔集成器，讓PLC能與PC機(jī)緊密的結(jié)合在一起，開(kāi)發(fā)出了一種新型的IPLC型可編程控制器。他能運(yùn)行WINDOWS系統(tǒng)，而本質(zhì)上就是以梯形圖用語(yǔ)言控制的計(jì)算機(jī)。通過(guò)PC機(jī)和PLC相結(jié)合的這種新的思路方法，使之后的生產(chǎn)和管理相當(dāng)?shù)谋憬?，這樣既擁有PLC的簡(jiǎn)單、易用和可靠的優(yōu)勢(shì)，又有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理更了。2.3PLC的硬件組成與工作原理PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等幾部分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場(chǎng)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、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖圖2.2PLC硬件構(gòu)成圖PLC的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的，可以簡(jiǎn)單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過(guò)運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC通電后，首先對(duì)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)，基本流程如圖所示。但是PLC也有它自己的特點(diǎn)，PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專(zhuān)用程序后成為一種專(zhuān)用機(jī)，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。對(duì)于每一條程序，CPU都是默認(rèn)從第一條到最后一條指令的先后順序來(lái)逐步執(zhí)行的，按照相應(yīng)的順序排列做周期性的程序循環(huán)掃描工作，如果沒(méi)有跳轉(zhuǎn)的指令，就會(huì)從第一條指令開(kāi)始到最后一條結(jié)束的順序執(zhí)行用戶所寫(xiě)的程序，直至遇到結(jié)束符后就返回到第一條指令，就像這樣一周一周的循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)被稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。PLC的掃描全過(guò)程如圖所示。圖2.3PLC掃描過(guò)程圖輸入的刷新過(guò)程在輸入刷新過(guò)程中，輸入端口的信號(hào)會(huì)被CPU掃描完全，讀取它的狀態(tài)后寫(xiě)入到輸入狀態(tài)寄存器里面。完成寫(xiě)入后關(guān)閉掉輸入端口，進(jìn)入到下一個(gè)過(guò)程中去。程序的執(zhí)行過(guò)程在程序執(zhí)行過(guò)程，根據(jù)用戶所寫(xiě)入的控制程序，從第一條開(kāi)始一個(gè)一個(gè)的掃描，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)到與之對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器中和輸出狀態(tài)寄存器中去并且進(jìn)入到下一過(guò)程。輸出的刷新過(guò)程如果全部的指令執(zhí)行結(jié)束以后，會(huì)把輸出狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)，一條一條依次送入到輸出鎖存電路中去，并且通過(guò)某一輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部與之相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行元件工作，這就完成了PLC最后的輸出。2.4PLC的編程語(yǔ)言PLC為用戶提供了完善的編程語(yǔ)言來(lái)滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語(yǔ)言通常有以下5種：梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（STL）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)文本（ST）。3自動(dòng)售貨機(jī)的整體設(shè)計(jì)3.1自動(dòng)售貨機(jī)控制面板圖自動(dòng)售貨機(jī)控制面板圖如下，商品展示窗內(nèi)有六款飲料，每種飲料對(duì)應(yīng)有選擇按鈕、一個(gè)紅色指示燈和一個(gè)綠色指示燈。展示窗右側(cè)是一個(gè)硬幣投放口和一個(gè)紙幣投放口，下方是兩個(gè)找零按鈕和一個(gè)退幣口。出貨口位于整體下方。圖3.1自動(dòng)售貨機(jī)控制面板圖3.2電機(jī)的選擇自動(dòng)售貨機(jī)上有多個(gè)電動(dòng)機(jī)，在飲料的輸出部分，是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)彈簧旋轉(zhuǎn)一圈將飲料轉(zhuǎn)出，每種飲料輸出都要有一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此，需要選擇適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)。但是在自動(dòng)售貨機(jī)上使用的電動(dòng)機(jī)一般功率不大，像小罐的飲料自動(dòng)售貨機(jī)一般使用額定電壓為12~24V，額定功率為3W。但是要使用直流減速電機(jī)，這樣可以增大扭矩，使飲料的彈出得到保證。雖然現(xiàn)在一般使用的電動(dòng)機(jī)大部分為交流電機(jī)，但在自動(dòng)售貨機(jī)上，售貨的時(shí)間很短，因此需要在很短的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，也需要在很短的時(shí)間內(nèi)制動(dòng)，交流電機(jī)不能滿足這些要求，因此使用直流電動(dòng)機(jī)比較好。表3.1電機(jī)參數(shù)圖減速電機(jī)額定電壓額定功率轉(zhuǎn)速減速比XINX-37JSDC+12V3W16R.P.M1:103.3自動(dòng)售貨機(jī)的送出結(jié)構(gòu)目前，應(yīng)用于自動(dòng)售貨機(jī)上的商品送出機(jī)構(gòu)種類(lèi)較多，下面是一些較典型的送出結(jié)構(gòu)（1）旋轉(zhuǎn)式送出機(jī)構(gòu)此送出機(jī)構(gòu)把飲料放在螺旋導(dǎo)軌上，并在貨道底部開(kāi)設(shè)出口槽，由電機(jī)帶動(dòng)螺旋導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)飲料轉(zhuǎn)到開(kāi)口槽時(shí)便出槽下貨。這種送出機(jī)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛，它要求電機(jī)的轉(zhuǎn)矩較大，造價(jià)成本較高。（2）轉(zhuǎn)盤(pán)式送出機(jī)構(gòu)上面是一個(gè)很大的喇叭狀罐體存儲(chǔ)容器，下面是一個(gè)周邊有若干個(gè)圓槽的轉(zhuǎn)盤(pán)，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)使罐體落入轉(zhuǎn)盤(pán)周邊的槽內(nèi)而被售出。這種送出機(jī)構(gòu)也需要較大的轉(zhuǎn)矩來(lái)帶動(dòng)和占用較大的空間，而且會(huì)發(fā)生卡死現(xiàn)象。（3）滾筒送出機(jī)構(gòu)該送出機(jī)構(gòu)由一個(gè)階梯梁和滾筒構(gòu)成，滾筒內(nèi)可以裝若干瓶飲料，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用梁的各階梯段與滾筒之間不同的開(kāi)口距離控制商品掉落的順。這種機(jī)構(gòu)要求電機(jī)有較高的轉(zhuǎn)動(dòng)精度。（4）彈簧推動(dòng)式送出機(jī)構(gòu)這種機(jī)構(gòu)是由螺旋式彈簧和連在彈簧一端的電機(jī)構(gòu)成的，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈就帶動(dòng)彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，同時(shí)推出一瓶飲料。本文所設(shè)計(jì)的飲料傳送裝置主要由槽輪、推拉桿、推拉銷(xiāo)、直線步進(jìn)電機(jī)和前后兩邊側(cè)板構(gòu)成,其中槽輪上槽弧的半徑為飲料的半徑,貨道的寬度為飲料罐的直徑.如下送出機(jī)構(gòu)示意圖所示。圖3.2送出機(jī)構(gòu)示意圖送出機(jī)構(gòu)主要通過(guò)直線步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)推拉桿和推拉銷(xiāo),促使槽輪繞著轉(zhuǎn)動(dòng)中心作往返轉(zhuǎn)動(dòng).直線步進(jìn)電機(jī)運(yùn)作一次,使槽輪上下各擺動(dòng)一次.同時(shí),在前后兩邊的側(cè)板上有導(dǎo)向槽,推拉銷(xiāo)在導(dǎo)向槽內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng),導(dǎo)向槽的作用是限定推拉桿的運(yùn)動(dòng)方向和槽輪擺動(dòng)角度。送出機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程如圖8所示,在等待售貨的時(shí)候,槽輪的槽開(kāi)口朝下,利用圓輪的完整部分來(lái)阻擋上面的飲料.當(dāng)有售貨信號(hào)傳過(guò)來(lái)時(shí),直線步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)推拉桿,推拉桿讓輪槽做一次上下擺動(dòng)。在槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的前一半,槽口從向下變換到向上,這樣就使飲料掉落到輪槽里面；在槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)的后一半,槽口又從上轉(zhuǎn)到下面,并且攜帶著飲料轉(zhuǎn)向出貨口,同時(shí)槽輪的完整圓面又卡住后面的飲料,電機(jī)停止工作,這樣就完成一瓶飲料的售出。3.4錢(qián)幣識(shí)別器貨幣識(shí)別器有硬幣識(shí)別器和紙幣識(shí)別器。貨幣識(shí)別器是自動(dòng)售貨機(jī)中的重要部分，幾乎所有的操作都是在識(shí)別器工作正常的前提下才能發(fā)生的。硬幣識(shí)別器分為三部分，一是投幣段，二是進(jìn)幣段，再是退幣段。紙幣識(shí)別器沒(méi)有退幣段。3.4.1硬幣識(shí)別器（1）硬幣識(shí)別原理主要識(shí)別指標(biāo)：材質(zhì)、厚度、直徑。材質(zhì)是用電磁的方式測(cè)的，使用空心線圈或磁芯線圈，線圈組數(shù)少的只有一組，多的常見(jiàn)的是六組。工作狀態(tài)下，線圈及其外圍電路會(huì)以一個(gè)特殊的頻率振蕩（多個(gè)線圈的話頻率各不相同），當(dāng)硬幣以垂直或平行于線圈平面的方式穿過(guò)時(shí)（不同產(chǎn)品方式不同），會(huì)引起振蕩頻率的變化。材質(zhì)不同所引起的頻率變化幅度和方向（增加、減少）也不同，對(duì)某種硬幣的變化特征進(jìn)行記錄后，就成為使用中識(shí)別該種硬幣的依據(jù)。厚度是沒(méi)有東西專(zhuān)門(mén)測(cè)的，實(shí)際上這個(gè)指標(biāo)是和材質(zhì)一起測(cè)。因?yàn)榧词瓜嗤馁|(zhì)的硬幣，如果厚薄不同，導(dǎo)致的頻率變化差異也較大。直徑——老式的識(shí)別裝置用光電管隊(duì)列來(lái)識(shí)別直徑，排列組合得當(dāng)?shù)脑?，識(shí)別精度也不低（可答0.5mm）。新一點(diǎn)的都用偏心或異形線圈來(lái)測(cè)量，依據(jù)是直徑小的硬幣與線圈的重合部分也少，由此也帶來(lái)頻率變化的不同。（2）產(chǎn)品型號(hào)本次設(shè)計(jì)使用現(xiàn)成的硬幣識(shí)別器圖3.3硬幣識(shí)別器表3.2硬幣識(shí)別器參數(shù)表工作電壓適用溫度規(guī)格包裝DC12V±20%-15～60℃137mm寬：71mm高：124mm60PCS/箱產(chǎn)品特點(diǎn)：1．采用最新微電腦技術(shù)，能快速、準(zhǔn)確的分辨出一元和五角硬幣的真?zhèn)巍?．獨(dú)特的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可防釣魚(yú)、防彎刀。3．產(chǎn)品內(nèi)設(shè)有CPU系統(tǒng)，是防假幣、防電擊、防高頻高手，性能穩(wěn)定。4．可調(diào)整投幣器的精準(zhǔn)度，適合搖擺機(jī)、洗衣機(jī)、咖啡機(jī)、游戲機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)等不同場(chǎng)所的需要。5．結(jié)構(gòu)合理，安裝方便。3.4.2紙幣識(shí)別器（1）紙幣識(shí)別原理紙幣識(shí)別器是由主控部分、傳感器、去等組件、A/D轉(zhuǎn)換器、外部存儲(chǔ)、電機(jī)、模式選擇、電源版等組成的一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。通過(guò)多個(gè)接口把紫外、磁性、紅外穿透引入主控器。把正常鈔票在個(gè)傳感器中的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)取樣、識(shí)別，并寄存下來(lái)，作為檢測(cè)的依據(jù)。當(dāng)識(shí)別紙幣時(shí)，把在各通道接口接收到的信號(hào)參數(shù)與原來(lái)寄存的信號(hào)進(jìn)行比較、判斷。若有較大差異，則使電機(jī)反轉(zhuǎn)。紙幣相對(duì)于硬幣來(lái)說(shuō)，識(shí)別會(huì)麻煩一些，紙幣中常常會(huì)出現(xiàn)一些假幣，所以能夠識(shí)別貨幣的真假時(shí)之比識(shí)別器的一項(xiàng)重要功能。人民幣的制作一般采用的時(shí)專(zhuān)門(mén)的紙張，假鈔通常是采用經(jīng)過(guò)漂白處理的普通紙張。經(jīng)過(guò)漂白處理的紙張?jiān)谧贤饩€的照射下通常會(huì)有熒光反映，而人民幣則沒(méi)有。因此，紫外線可以檢測(cè)紙幣真?zhèn)?。紙幣識(shí)別器由雙向微型電機(jī)和捻紙皮帶組成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)則由熒光檢測(cè)、光敏電阻和紅外線對(duì)管等組成。當(dāng)由紙幣投入時(shí)，入口處紅外線被遮擋，接受管發(fā)出信號(hào)電機(jī)正轉(zhuǎn)，捻紙皮帶將紙幣送入，在此過(guò)程中，各種檢測(cè)元件對(duì)紙幣進(jìn)行全面檢測(cè)，如果被判定與原有儲(chǔ)存參數(shù)不符，則電機(jī)反轉(zhuǎn)，將紙鈔退出，如果符合內(nèi)部參數(shù)信息，則進(jìn)入紙鈔進(jìn)入內(nèi)部貯鈔箱。也通過(guò)通信傳達(dá)給PLC以實(shí)現(xiàn)控制。（2）產(chǎn)品型號(hào)本次設(shè)計(jì)使用現(xiàn)成的紙幣識(shí)別器圖3.4紙幣識(shí)別器表3.3紙幣識(shí)別器參數(shù)表電源運(yùn)作環(huán)境消耗功率重量插入方向12vDC±5%運(yùn)作溫度：0～55℃存儲(chǔ)溫度：-20～70℃濕度：30%～85%RH待機(jī)電流：0.2～0.3A運(yùn)作電流：1.2～1.8A1.13KG任意方向產(chǎn)品特點(diǎn)1.紙幣機(jī)能接收人民幣面額1元，5元，10元.20元的紙幣。2.紙幣四個(gè)方向插入都可接收，接受率高達(dá)98%以上，接收3成新以上的紙幣。3.交易速度快，完成交易只需2秒。4.安全性高，具備防偽識(shí)別功能的光感應(yīng)器，能識(shí)別紙幣兩面的防偽點(diǎn)。5.自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)能自動(dòng)校對(duì)、識(shí)別插入的紙幣。6.帶防釣魚(yú)功能、防強(qiáng)制抽鈔技術(shù)。7.安裝在任何形式的機(jī)器上都可使用，廣泛用于游戲機(jī)、自動(dòng)換幣機(jī)、娃娃機(jī)、手機(jī)充值機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、彩票機(jī)等。3.5電磁閥的選擇國(guó)內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類(lèi)(即：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式)，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個(gè)分支小類(lèi)(直動(dòng)膜片結(jié)構(gòu)、分步膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)式膜片結(jié)構(gòu)、直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、分步活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu))。本設(shè)計(jì)主要采用的是直動(dòng)勢(shì)電磁閥。它的原理是：通電的時(shí)候，線圈產(chǎn)生磁力吸住關(guān)閉器件，閥門(mén)會(huì)被打開(kāi)；斷電時(shí)，線圈不再產(chǎn)生磁力，彈簧就把關(guān)閉器件彈到相應(yīng)位置并壓住，閥門(mén)就會(huì)關(guān)閉。他可以在很多嚴(yán)酷條件下正常工作。

4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1控制電路硬件組成框圖整個(gè)控制系統(tǒng)以PLC為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的各種功能，用戶投幣后通過(guò)硬幣選擇器或者紙幣選擇器轉(zhuǎn)換成輸入信號(hào)加給PLC，按下各種選擇按鈕和退幣按鈕加給PLC信號(hào)，然后PLC根究具體情況來(lái)控制各種指示燈閃爍、常量或者常滅和各種接觸器的開(kāi)斷以控制電機(jī)等裝置?？刂齐娐酚布M成框圖如圖4.1所示圖4.1控制電路硬件組成框圖4.2工作流程圖系統(tǒng)工作流程從投幣開(kāi)始，投幣結(jié)束后，如果選擇不進(jìn)行交易可以選擇退幣結(jié)束，如果選擇交易則進(jìn)行到下一階段。用戶通過(guò)累計(jì)加幣，來(lái)獲得相應(yīng)商品的購(gòu)買(mǎi)能力，通過(guò)比較與對(duì)應(yīng)商品的價(jià)格，即大于或者等于商品價(jià)格，自動(dòng)售貨機(jī)判斷是否出貨及減幣，出貨后可以選擇退幣結(jié)束交易或者返回上一級(jí)繼續(xù)進(jìn)行交易直到用戶決定交易結(jié)束。飲料自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖如圖4.2所示：圖4.2自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖4.3自動(dòng)售貨機(jī)I/O點(diǎn)分配序號(hào)定義點(diǎn)符號(hào)功能1I0.0SB1找零按鈕2I0.1SB2康師傅礦泉水按鈕3I0.2SB3農(nóng)夫山泉按鈕4I0.3SB4可口可樂(lè)按鈕5I0.4SB5果汁按鈕6I0.5SB6佳得樂(lè)按鈕7I0.6SB7雀巢咖啡按鈕8I2.0SB8投一元硬幣9I2.1SB9投五元紙幣10I2.2SB10投十元紙幣11I2.5SB11找零五元12I2.6SB12找零一元13I3.1SB13康師傅礦泉水行程開(kāi)關(guān)14I3.2SB14農(nóng)夫山泉行程開(kāi)關(guān)15I3.3SB15可口可樂(lè)行程開(kāi)關(guān)16I3.4SB16果汁行程開(kāi)關(guān)17I3.5SB17佳得樂(lè)行程開(kāi)關(guān)18I3.6SB18雀巢咖啡行程開(kāi)關(guān)19Q3.1康師傅礦泉水紅燈（售完）20Q3.2農(nóng)夫山泉紅燈（售完）21Q3.3可口可樂(lè)紅燈（售完）22Q3.4果汁紅燈（售完）23Q3.5佳得樂(lè)紅燈（售完）24Q3.6雀巢咖啡紅燈（售完）25Q0.0找零26Q0.1出康師傅礦泉水27Q0.2出農(nóng)夫山泉28Q0.3出可口可樂(lè)29Q0.4出果汁30Q0.5出佳得樂(lè)31Q0.6出雀巢咖啡32Q2.1康師傅礦泉水綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)）33Q2.2農(nóng)夫山泉綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)）34Q2.3可口可樂(lè)綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)）35Q2.4果汁綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)）36Q2.5佳得樂(lè)綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)）37Q2.6雀巢咖啡綠燈（可以購(gòu)買(mǎi)）表4.1自動(dòng)售貨機(jī)I/O點(diǎn)分配表4.4自動(dòng)售貨機(jī)的接線圖自動(dòng)售貨機(jī)的接線圖如下圖所示，SB2~SB7為物品選擇按鈕，當(dāng)投入貨比物品綠燈亮（Q2.1~Q2.6），按下SB2~B7其中一個(gè)，對(duì)應(yīng)的KM線圈得電，電動(dòng)灰機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)出相應(yīng)的物品（Q0.1~Q0.6），當(dāng)所有物品銷(xiāo)售完，其行程開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，物品紅燈亮并同時(shí)向總部發(fā)送物品銷(xiāo)售完的信息；當(dāng)收買(mǎi)物品總值低于投入總值時(shí)，可按找零按鈕SB1選擇找五元還是一元，KM1得電電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)找零（Q0.0）。圖4.3自動(dòng)售貨機(jī)接線圖

5PLC程序設(shè)計(jì)以下程序銷(xiāo)售康師傅礦泉水（一元）、農(nóng)夫山泉（二元）、可口可樂(lè)（三元）、果汁（三元）、佳得樂(lè)（四元）以及雀巢咖啡（五元）共六種商品。以下為程序梯形圖以部分程序簡(jiǎn)介投幣計(jì)數(shù)部分通過(guò)投入錢(qián)幣控制第一個(gè)開(kāi)關(guān)，后接一個(gè)上升沿觸發(fā)器，保證反應(yīng)速度。一元對(duì)應(yīng)數(shù)字1，五元對(duì)應(yīng)數(shù)字5，以此類(lèi)推，通過(guò)加法器累計(jì)加到VD4上。（2）以康師傅礦泉水為例，介紹送貨過(guò)程、燈光控制以及內(nèi)部運(yùn)算方法。當(dāng)余額大于或等于一元時(shí)，如按下康師傅礦泉水按鍵，余額減1，并出康師傅礦泉水，8s后停止。當(dāng)無(wú)康師傅礦泉水時(shí)按下對(duì)應(yīng)按鍵，則不減余額，不出商品。程序通過(guò)一個(gè)比較器來(lái)判斷余額問(wèn)題，通過(guò)減法器來(lái)進(jìn)行運(yùn)算?？祹煾档V泉水閃爍控制當(dāng)余額大于或者等于一元時(shí)，如果沒(méi)按下康師傅礦泉水鍵，則對(duì)應(yīng)綠燈常亮，如果在出商品，則綠燈閃爍，當(dāng)沒(méi)有康師傅礦泉水時(shí)，對(duì)應(yīng)綠燈不亮不閃爍。當(dāng)無(wú)康師傅礦泉水時(shí)，對(duì)應(yīng)紅燈亮（3）無(wú)操作時(shí)程序設(shè)計(jì)2min無(wú)操作計(jì)時(shí)無(wú)人操作計(jì)時(shí)無(wú)操作找零燈亮（4）找零程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)找零有五元和一元兩種，需要用戶自己選擇并按下按鈕，以五元為例介紹下面梯形圖。通過(guò)比較器來(lái)確定余額是否大于五元，如果小于五元?jiǎng)t不執(zhí)行后面的減法運(yùn)算。找零后如還有余額則存到VD4上面，再通過(guò)以后的一元找零程序找零。在以上梯形圖中，ADD_DI是雙整數(shù)加法，當(dāng)投入一元時(shí)加1，投入五元時(shí)加5；SUB_DI是雙整數(shù)減法，當(dāng)成功購(gòu)買(mǎi)物品時(shí)就會(huì)減去物品對(duì)應(yīng)的數(shù)；T37~T56表示通電延時(shí)定時(shí)器，按下物品按鈕時(shí)T37~T42延時(shí)8s，無(wú)操作時(shí)T43啟動(dòng)計(jì)時(shí)20s，T44與T43配合組成投幣2min無(wú)操作后找零，T46~T56兩兩配合形成閃爍電路。

結(jié)論這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的主要任務(wù)是用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的功能。一個(gè)平?？此坪?jiǎn)單使用方便的自動(dòng)售貨機(jī)，其實(shí)并不是那么容易就做成的。設(shè)計(jì)中使用Visio畫(huà)圖，使用step7-microwin設(shè)計(jì)程序。在此過(guò)程中不斷的學(xué)習(xí)改進(jìn)，從中學(xué)習(xí)到好多有用的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)的功能主要是對(duì)飲料進(jìn)行自動(dòng)交易，通過(guò)對(duì)PLC的程序輸入達(dá)到自動(dòng)售貨的目的。這次設(shè)計(jì)課題的效果是：當(dāng)投入錢(qián)幣時(shí)，根據(jù)投入錢(qián)幣的多少，自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)自動(dòng)判斷，然后做出相應(yīng)的結(jié)果即燈亮的變化，根據(jù)顧客的選擇，會(huì)自動(dòng)輸出要選擇的飲料，并退還余額。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)是：通過(guò)程序的自鎖與互鎖，能夠正確的做出判斷，給出結(jié)果，設(shè)計(jì)出的自動(dòng)售貨機(jī)裝置簡(jiǎn)單、易操作，結(jié)構(gòu)線路設(shè)置容易，耗能低，能夠滿足在一些商店和工廠無(wú)人售貨的需要，老人和孩子都能夠運(yùn)用：本設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)有識(shí)別的錢(qián)幣種類(lèi)也有些限制，退幣需要自己手動(dòng)選擇余額，人機(jī)交互方面做得不夠。本設(shè)計(jì)的結(jié)果能夠滿足設(shè)計(jì)需求，課題的效果明確，理論明確且統(tǒng)一，在此基礎(chǔ)上可以增加貨道及商品的數(shù)量，以滿足人們?cè)谏钪械男枨?！這種售貨機(jī)適合放在工廠或?qū)W校的餐廳。短時(shí)間人流比較大的時(shí)候，它可以起到很大的作用，而且，服務(wù)范圍不大，離工作人員的視線范圍比較近，許多突發(fā)性問(wèn)題都可以向工作人員反映。

致謝在此答辯之際，我首先感謝學(xué)院為我提供的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和條件，以及對(duì)我的悉心教育。然后要感謝我的導(dǎo)師，因?yàn)闊o(wú)論從論文選題，到編寫(xiě)過(guò)程，直到完成，陳輝老師無(wú)不傾注著心血和辛勞，這點(diǎn)讓我們深受感動(dòng)。陳