基于plc的自动售货机控制系统的研究与设计

基于plc的自动售货机控制系统的研究与设计内容摘要：

各种数据采集和控制功能，能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口，能够在恶劣的工业环境可靠运行的计算机系统。 工业控制机是由通用微机推广应用发展而来，硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速，实时性强，模型复杂的工业对象的控制占有优势。 但是，使用工业控制机的人员的技术水平要求较高，一般具有一定的计算机专业知识。 工业控制机在整机结构上尚不能适应恶劣的工作环境，因而，不如 PLC 那样容易推广。 PLC 是专为工厂现场应用环境而设计的，结构上采用 整体密封或插件组合型，并采用了一系列抗干扰措施，在工业现场使用有很高的可靠性； PLC 是由电气控制厂家研制出来的，采用梯形图语言编程，使熟悉电器控制的人员易学易懂，易于推广。 但是，由于 PLC 的运行方式不同于工业微机，微机的很多软件还不能直接应用；且 PLC 的标准化程度较低，各厂家的产品不通用，因此在开发上不如工业控制机那样有基础。 第三章 自动售货机的简介及设计要求 7 第三章 自动售货机的简介及设计要求 自动售货机简介 自动售货机是集声、光、机电一体化的高新智能化产品，在我国也开始得到应用。 在中国人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大 商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所。 自动售货机在中国有着广阔的发展前景。 从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。 大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。 从广义来讲自动售货机就是在投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械，从狭义来讲就是自动 销售商品的机械。 从供给的条件看，自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化， 24 小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。 自动售货机工作原理 （ 1）从投币口送入货币，然后经过传感器采集数据、识别器判别人民币的真伪并判别面值。 （ 2）识别器把信息数据传给通信模块。 （ 3）通信模块与售货机的主控系统通信，主控系统显示面值，启动售货机的面板键，显示出哪个货道有货，哪个货道已售完，并等待顾客按 键选择商品。 （ 4）顾客选择商品后，根据售出的商品包装类型的不同，采用不同的驱动技术把商品送出。 此次设计的售货机主要出售易拉罐装饮料，是利用电磁阀带动翻版驱动的。 （ 5）显示余额，如果金额足够多，顾客可以选择找币或继续买商品；如果款额不足，售货机经过延时予以退币。 退币时用一元硬币来完成退币。 （ 6）系统复零，完成售货。 自动售货机功能设计要求 接受三种面值的货币， 1 元、 5 元、 10 元。 投币后 60S 无操作则报警 5S，再过 10S 无人操作时报警 并自动退回用户所投货币。 在本次设计中只设有 4 种商品 ，即纯净水、果汁、营养快线、咖啡，价格分别为 2 元、 3 元、 5 元、 6 元。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 可以显示金额。 投入金额大于某件商品单价则对应的 LED 指示灯会点亮，选择该商品时，该商品指示灯就会闪烁，并且数码管会显示剩余的金额，按退币按钮退币。 自动售货机设计思路 本次设计的题目是自动售货机，主要是应用三菱 FX2N 型 PLC 的梯形图来设计控制程序，并简单介绍相关的知识，如： PLC 的编程语言、自动售货机的硬件组成等。 根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据 PLC 的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和外部 接线图分析说明该设计的控制原理过程。 本次设计的重要部分是自动售货机梯形图的设计。 首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图，再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图，并反复调试做到程序无误。 第四章 PLC 控制的自动售货机硬件选择 9 图 42 硬币识别器 第四章 PLC控制的自动售货机硬件选择 硬件电路组成框图 当售货机有钱币投入时，会经过硬币识别器和纸币识别器，在真币的情况下将信号送到 PLC 的输入端，此时，可以按下各选择按钮，选择按钮的信号送到PLC 后相应的输出端子得电 ，使输出继电器得电输出饮料。 同时七段数码管也会显示出实时的金额提醒顾客。 当购买完毕按下退币按钮退币。 若有顾客忘记退币，售货机会自动报警提醒顾客退币。 图 41 硬件电路组成框图 主要硬件选择 硬币识别器 硬币识别原理 主要识别指标：材质、厚度、直径。 材质是用电磁的方式测的，使用空心线圈或磁芯线圈，线圈组数少的只有一组，多的常见的是六组。 工作状态下，线圈及其外围电路会以一个特殊的频率振荡（多个线圈的话频率各不相同），当硬币以垂直或平行于线圈平面的方式穿过时（不同产品方式 不同），会引起振荡频率的淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 变化。 材质不同所引起的频率变化幅度和方向（增加、减少）也不同，对某种硬币的变化特征进行记录后，就成为使用中识别该种硬币的依据。 厚度是没有东西专门测的，实际上这个指标是和材质一起测。 因为即使相同材质的硬币，如果厚薄不同，导致的频率变化差异也较大。 直径 —— 老式的识别装置用光电管队列来识别直径，排列组合得当的话，识别精度也不低（可答 ）。 新一点的都用偏心或异形线圈来测量，依据是直径小的硬币与线圈的重合部分也少，由此也带来频率变化的不同。 产品型号 适用硬币：直径φ 18mmφ 32mm；厚度。 工作电压： DC+12V。 功耗：静能 ；动能 工作温度： 20℃～ +50℃ 纸币识别器 纸币识别原理 把正常的钞票在各传感器接收到的信号进行统计取样、识别，并寄存起来，作为检测的依据。 当识别纸币时，把在各通道接口接收到的信号参数与原寄存起来的信号参数进行比较、判断，若有明显差异时就立即送出报警信号并截停电机，同时送出对应的信号提示。 型号 电压： DC +12V +5% 电流：待机 工作 2A 工作温度： 0176。 C ～ 55176。 C 保存温度： 20176。 C ～ 60176。 C 湿度： 30% ～ 85% RH ( no condensation ) 重量： 插入方向：任意方向 识别时间： 秒 饮料出罐执行机构 本出罐机构主要由前侧板、后侧板、扭力弹簧、三根固定轴、旋转卡片、电机、曲柄、传感器、连杆和摆臂组成。 如图所示。 图 43 纸币识别器 第四章 PLC 控制的自动售货机硬件选择 11 图 44 出罐机构 结构图 出罐机构动作主要是通过电动机 7 带动与之紧配合的曲柄 8 转动，从而使与曲柄短轴连接的连杆 11 做来回往返 运动，连杆 11 的来回运动通过摇臂凸轴 12传递到摇臂 15 做前后摆动，电动机 7 转动一周，摆臂 15 前后各摆动一次，既出罐一次，同时传感器 9 动作一次，出罐机构就完成一个动作。 出罐机构的整个工作过程是：初始时摇臂 15 上的阻货工作面 16 处于挡住来罐位置如图 所示，当接受到出罐信号时电动机开始运行，随电机运行至前半周时，使摇臂向承货侧摆动，将前面的第一个罐体盛入摇臂 15 上的承货工作面17 内如图 所示电机继续下半周运行时摇臂 15 上的承货工作面 17 盛着罐体向出货侧摆动，此时摆臂 15 的阻货工作面 16 挡住后面一个罐 体如图 所示，最后，当电机运行至一周期时，摇臂摆动到载货工作面 17 将罐体可滚出工作面位置时，如图 此时传感器 9 开始动作，电机停止，出货完成。 图 45 出罐过程示意图 售完检测系统 在自动售货机商品贮存通道内下方安装有 传感器 ，当贮存道内有商品时， 传感器发出有货的信号 ，售货机正常工作当商品出售完毕时 ,传感器 向售货机发出 无货信号，相对应的商品指示灯在不亮，此种商品自动停售，即使投币累计金额达到该商品预设价格数值，可售按钮仍然无启动信号，金额累计存贮器也不清零。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 PLC 的选 型 （ 1）饮料自动售货机 控制系统 输入输出端的确定 根据饮料自动售货机的控制要求及功能，可知其输入输出信号如下： 假币传感器：假币传感器检测投入的是否为假币，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 一元硬币传感器：一元硬币传感器用来检测输入的一元硬币的数量，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 一元纸币传感器：一元纸币传感器用来检测输入的一元硬币的数量，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 五元传感器：五元传感器用来检测输入的五元硬币的数量，可直接连接在PLC 主机的数字量输入端口。 十元传感器：十元 传感器用来检测输入的十元硬币的数量，可直接连接在PLC 主机的数字量输入端口。 纯净水按钮：按下纯净水按钮，表示顾客选择购买纯净水，自动售货机将选择送出纯净水，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 果汁按钮：按下果汁按钮，表示顾客选择购买果汁，自动售货机将选择送出果汁，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 营养快线按钮：按下营养快线按钮，表示顾客选择购买营养快线，自动售货机将选择送出营养快线，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 咖啡按钮：按下。