基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 摘要 隨著科技的不斷發(fā)展，PLC在工程中的應(yīng)用大家有目共睹，PLC在各個(gè)領(lǐng)域已占得一席之地，并將有更好的發(fā)展。我國人口數(shù)量龐大，自動(dòng)售貨機(jī)在人們的生活中扮演越來越重要的角色，從長遠(yuǎn)來看其具有廣闊的發(fā)展空間。本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)為飲料自動(dòng)售貨機(jī)，販賣的商品性質(zhì)明確，適于放置在短時(shí)間人口流動(dòng)比較大的地方，比如餐廳。首先通過與單片機(jī)和液壓等控制的對(duì)比，確定采用PLC來控制自動(dòng)售貨機(jī)，然后分析自動(dòng)售貨機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，明白自動(dòng)售貨機(jī)的販賣過程，以便為硬件的選擇做準(zhǔn)備。通過自動(dòng)售貨機(jī)的功能分析作出硬件框圖，根據(jù)硬件框圖選擇所需要的PLC、貨幣識(shí)別器、電動(dòng)機(jī)和接觸器。根據(jù)I/O分配表對(duì)PLC選型，并畫出外部接線圖。根據(jù)控制系統(tǒng)流程圖編寫符合自動(dòng)售貨機(jī)功能的程序。如果購物后有剩余金額，則可按退幣按鈕退幣。梯形圖的編寫通過GX Developer來完成，完成梯形圖后可以在三菱PLC仿真軟件 GX Simulator 6c進(jìn)行調(diào)試和仿真。最后用MCGS作出組態(tài)效果。組態(tài)仿真圖中自動(dòng)售貨機(jī)包括按鈕、指示燈、投幣口、取物口、退幣口等部分。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)售貨機(jī)； PLC； 梯形圖； MCGS ABSTRACT With the development of science and technology, the application of PLC in engineering everybody be obvious to people, PLC has occupied a space for one person in every field, and will have a better development. Because of the large number of population, the vending machine is playing a more and more important role in peoples life, in the long run it has broad space for development. The design of the automatic vending machine for beverage vending machine, the nature of the goods sold in the clear, adapted to be placed in a short time population flow of relatively large areas, such as restaurant. First, by comparing with the single chip microcomputer and hydraulic control, and adopt PLC to control the vending machine, then analyzes the structure and working principle of automatic vending machines selling process, understand the vending machine, to prepare for the selection of hardware. Through vending machine function analysis to make the hardware block diagram, according to the hardware block diagram, select the desired PLC currency recognizer, motor and contactor. According to the I/O distribution list on the PLC selection, and draw the external wiring diagram. According to the flow chart of control system prepared with vending machine program. If the shopping after the remaining amount, then press the coin button coin. Trapezoidal chart compilation done by GX Developer, complete ladder diagram can be debugged and simulated in Mitsubishi PLC simulation software GX Simulator 6c. Finally, MCGS made the configuration effect. Configuration simulation diagram of the vending machine comprises a button, indicator light, the slot, fetching port, a coin refund part. Keywords: vending machine; PLC; ladder diagram; MCGS 目 錄 1 緒論 1 1.1 自動(dòng)售貨機(jī)的研究背景及意義 1 1.2 研究自動(dòng)售貨機(jī)的目的 1 1.3 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容 2 2 自動(dòng)售貨機(jī)的功能分析 3 2.1 自動(dòng)售貨機(jī)主控單元的確定 3 2.1.1 PLC的部分功能 3 2.1.2 確定自動(dòng)售貨機(jī)的主控單元為PLC 4 2.2 自動(dòng)售貨機(jī)的售貨方法 5 2.3 自動(dòng)售貨機(jī)的空間結(jié)構(gòu) 6 2.4 自動(dòng)售貨機(jī)的功能 6 2.5 自動(dòng)售貨機(jī)的購物使用流程 8 3 自動(dòng)售貨機(jī)的硬件部分 9 3.1 控制電路硬件組成框圖 9 3.2 確定自動(dòng)售貨機(jī)使用的PLC類型 10 3.3 貨幣識(shí)別器選型 12 3.3.1 硬幣的識(shí)別原理 13 3.3.2 紙幣的識(shí)別原理 13 3.4 自動(dòng)售貨機(jī)電機(jī)及其它選擇 14 4 自動(dòng)售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 16 4.1 自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)流程圖 16 4.2 自動(dòng)售貨機(jī)的程序部分 17 4.2.1 程序中用到的部分指令 17 4.2.2 自動(dòng)售貨機(jī)的控制程序 18 4.3 程序的調(diào)試部分 26 4.3.1 GX Developer 26 4.3.2 程序調(diào)試 26 4.4 基于MCGS組態(tài)的自動(dòng)售貨機(jī)仿真 28 4.4.1 建立組態(tài)畫面 28 4.4.2 設(shè)置各元件的參數(shù) 29 結(jié)論 34 參考文獻(xiàn) 35 致謝 36 附錄 系統(tǒng)硬件連接圖 37 IV 1 緒論 1.1 自動(dòng)售貨機(jī)的研究背景及意義 自動(dòng)售貨機(jī)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代的歐美，當(dāng)時(shí)在美國的地鐵系統(tǒng)中。人們可以用1美分在自動(dòng)售貨機(jī)上購買到一塊口香糖。這便是最早的自動(dòng)售貨機(jī)。 作為一種全新的零售方式，20世紀(jì)80年代以來，自動(dòng)售貨機(jī)在美、日等發(fā)達(dá)國家得到了迅速的普及和發(fā)展。其產(chǎn)品特點(diǎn)是科技含量高，集光、機(jī)、電、防偽識(shí)別、數(shù)字密碼、智能軟件等技術(shù)于一體；24小時(shí)服務(wù)，售貨便利，無需專人盯守，省人工，省成本；售貨范圍廣，人們通過自動(dòng)售貨機(jī)不僅可以買到食品、香煙、飲料、報(bào)紙、票、卡，甚至鮮花和小寵物等物品；此外它還是一種新穎獨(dú)特的廣告媒體。目前，自動(dòng)售貨機(jī)已經(jīng)在許多個(gè)國家和地區(qū)使用。根據(jù)美國《自動(dòng)世代》統(tǒng)計(jì)，日本每23人擁有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)、美國每40人一臺(tái)、歐洲每60人一臺(tái)。在鄰國日本，全國市場(chǎng)70%的罐裝飲料是通過自動(dòng)售貨機(jī)售出的，每個(gè)人一年投入自動(dòng)售貨機(jī)用于購物的貨幣高達(dá)400多美元；根據(jù)日本麒麟啤酒公司調(diào)查，一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)每年可售出上萬罐清涼飲料，比一般不太繁忙的小商品銷量還要大，美國可口可樂公司則擁有分布于世界各地的幾十萬飲料售貨機(jī)；在西班牙，全國通過自動(dòng)售貨機(jī)售出的商品銷售額占全國零售業(yè)的六成以上，并以每年10%的速度遞增。全世界約有1800萬臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)處于運(yùn)營中，包括自動(dòng)售貨機(jī)制造與運(yùn)營在內(nèi)的整個(gè)行業(yè)年銷售額超過2500億美元，自動(dòng)售貨業(yè)已成為零售業(yè)增長最快的行業(yè)之一。 近幾年，自動(dòng)售貨機(jī)在我國的大中城市發(fā)展勢(shì)頭非常迅猛，車站、碼頭、酒店賓館、大學(xué)校園、繁華的街道等地方隨處可見自動(dòng)售貨機(jī)的身影。據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣州市區(qū)就擺放了各種品牌的自動(dòng)售貨機(jī)，而這還不足以滿足地鐵和公交車站的需要。自動(dòng)售貨機(jī)不但給人們的生活帶來了極大的方便，而且也成為現(xiàn)代化城市的一道亮麗的風(fēng)景線。隨著我國零售業(yè)態(tài)的不斷發(fā)展和2010年上海世博會(huì)舉行的過程中，我國無店鋪銷售業(yè)態(tài)的發(fā)展獲得了良好的環(huán)境和契機(jī)。尤其是跨國企業(yè)的加入，進(jìn)一步刺激和帶動(dòng)我國自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 1.2 研究自動(dòng)售貨機(jī)的目的 從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來看，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。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對(duì)的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再加上場(chǎng)地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約。自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)長期以來在美國、日本等國家得到迅猛發(fā)展，目前已在多個(gè)國家得到廣泛普及。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，但中國的自動(dòng)售貨機(jī)擁有量還不太多，相對(duì)于13億的人口大國和零售業(yè)態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)而言，中國自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)的發(fā)展空間將更加廣闊。 1.3 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容 本課題采用三菱FX2N系列PLC對(duì)飲料自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （1） 通過與單片機(jī)、繼電器、液壓在各個(gè)方面的比較，確定自動(dòng)售貨機(jī)的主控單元是PLC。 （2） 通過對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的售貨方法分析確定采用雙彈簧出貨機(jī)構(gòu)，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 （3） 根據(jù)系統(tǒng)需要確定飲料自動(dòng)售貨機(jī)的硬件，通過硬件框圖選擇硬件部分。根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)的功能選擇貨幣識(shí)別器和電動(dòng)機(jī)以及接觸器的選擇。通過I/O列表確定PLC類型，做出硬件連接圖。 （4） 根據(jù)控制功能圖進(jìn)行性梯形圖設(shè)計(jì)，軟件這幾中要結(jié)合硬件的性質(zhì)選擇合適的數(shù)據(jù)寄存器以及根據(jù)功能使用合適的算法。并在軟件中調(diào)試運(yùn)行，用組態(tài)軟件作出仿真。 2 自動(dòng)售貨機(jī)的功能分析 2.1 自動(dòng)售貨機(jī)主控單元的確定 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)到的售貨功能最主要的是依靠主控單元?？梢宰鳛橹骺貑卧脑泻芏?，但最適合的要通過比較才能確定。 2.1.1 PLC的部分功能 PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。因此，它的組成與一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)，它們相輔相成，缺一不可。 PLC的硬件系統(tǒng)主要有主機(jī)、輸入/輸出擴(kuò)展單元、外部設(shè)備組成，各部分之間通過總線連接。其中主機(jī)由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出電路、外部設(shè)備接口、電源幾大部分組成。 中央處理單元是PLC的核心部件，它的功能是： （1）接受、存儲(chǔ)用戶通過變編程器等輸入設(shè)備輸入的程序和數(shù)據(jù)。 （2）以掃描方式接收來自輸入單元的輸入變量、狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) （3）利用錯(cuò)誤校驗(yàn)技術(shù)監(jiān)控存儲(chǔ)和通信狀態(tài)、診斷內(nèi)部電路的工作狀態(tài)、電源狀態(tài)和用戶編程中的語法錯(cuò)誤。 (4)執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)處理、傳輸和存儲(chǔ)，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志的狀態(tài)位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，產(chǎn)生相應(yīng)內(nèi)的內(nèi)部控制信號(hào)，以完成用戶指令規(guī)定的各種操作。 （5）響應(yīng)各種外圍設(shè)備的要求。 存儲(chǔ)器是PLC的另一主要部分，存儲(chǔ)器主要用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)。根據(jù)存儲(chǔ)器在在系統(tǒng)中的作用，可將其分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來存放制造商為用戶提供的監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其他關(guān)，管理程序。系統(tǒng)程序直接影響著PLC的整機(jī)性能。系統(tǒng)程序需要永久保存在PLC中，不能因關(guān)機(jī)、停電或其它部分出現(xiàn)故障而改變其內(nèi)容。因此，系統(tǒng)程序需固化在只讀存儲(chǔ)器ROM中，作為PLC 的一部分提供給用戶，用戶無法改變系統(tǒng)程序的內(nèi)容。 用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是專門提供給用戶存放程序和數(shù)據(jù)的，用戶存儲(chǔ)器游客分成用戶程序存儲(chǔ)器和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。用戶程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)用戶編寫的程序，用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)控制過程成中不斷改變的信息，如輸入/輸出信號(hào)、各種工作狀態(tài)、計(jì)數(shù)值、定時(shí)值、運(yùn)算的中間結(jié)果等。 輸入模塊用來接受和采集輸入信號(hào)，輸入信號(hào)有兩類：一類是按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、接近開關(guān)、壓力繼電器等提供的開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是從電位器、熱電、測(cè)速電機(jī)、各種變送器變送來的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。輸入模塊還需要將這些不同的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。 輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件能接收的信號(hào)，用來控制接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等，控制的另一類負(fù)載是指示燈數(shù)字顯示器和報(bào)警裝置等。 2.1.2 確定自動(dòng)售貨機(jī)的主控單元為PLC 單片機(jī)可以作為自動(dòng)售貨機(jī)的核心結(jié)構(gòu)，價(jià)格也不太高，但如果電壓不穩(wěn)的話，單片機(jī)就有可能被損壞，所以雖然價(jià)格是選擇方案的一個(gè)因素，而可靠性是選擇時(shí)需要考慮的又一個(gè)因素。從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期長短考慮，不論是老設(shè)備改造，還是設(shè)計(jì)新的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，毫無疑問，生產(chǎn)、設(shè)計(jì)周期越短越好，甚至希望能夠邊設(shè)計(jì)、邊安裝、邊調(diào)試和生產(chǎn)，特別是產(chǎn)品更新?lián)Q代，生產(chǎn)工藝改造，不需改動(dòng)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備及其外部接線，就能馬上組織生產(chǎn)，這不僅節(jié)約了勞動(dòng)力，而且新產(chǎn)品能盡快投入市場(chǎng)。這無疑給企業(yè)增加了活力，提高了經(jīng)濟(jì)效益。如果把這些要求得以實(shí)現(xiàn)，繼電器或半導(dǎo)體都不能滿足，而PLC則完全可以實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)槿粲肞LC不必改動(dòng)外部設(shè)備接線，只要在軟件上做文章就可以了。也就是說只要改變梯形圖，按照新工藝要求重新輸入新程序或修改原程序即可。這既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)捷，可以達(dá)到事半功倍的目的。 眾所周知，目前我國75%的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，都是采用繼電器控制，除了可靠性差外，設(shè)計(jì)程序也很繁雜。從方案的確立到技術(shù)、設(shè)計(jì)以及施工、圖面等方面，工作量很大，這勢(shì)必造成設(shè)計(jì)周期長。而采用PLC控制可以大大縮短設(shè)計(jì)周期，甚至有些文件資料也不必繪制成圖。設(shè)計(jì)人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準(zhǔn)確無誤地反映生產(chǎn)要求。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲(chǔ)在EEPROM模塊中去，需要加工哪個(gè)產(chǎn)品的程序，操作人員可以隨時(shí)調(diào)用，這既方便、簡(jiǎn)單又可保密。開發(fā)這種軟件對(duì)優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，非常具有實(shí)際意義。僅此一點(diǎn)也深受生產(chǎn)及設(shè)計(jì)者的歡迎。 在現(xiàn)在科技成果迅猛發(fā)展的今天，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)就是利用最小的投資獲取最大的利潤，為了使人們?cè)谏钯徫镏械玫椒奖?，就出現(xiàn)了自動(dòng)售貨機(jī)。對(duì)于一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，如果采用電力機(jī)械來進(jìn)行控制，會(huì)造成售貨機(jī)有用價(jià)值空間少，浪費(fèi)不必要的動(dòng)力資源；如果采用液壓系統(tǒng)控制，由于液壓系統(tǒng)控制要求技術(shù)高，各種閥體和設(shè)備的組裝較高，反應(yīng)速度相對(duì)較慢，用于控制售貨機(jī)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值消費(fèi)高，從利潤價(jià)值觀來考慮不適宜用于控制售貨機(jī)。采用單片機(jī)作為控制核心，這樣不僅會(huì)在輸入輸出接口上做大量的工作，而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差。但是PLC（即可編程序控制器）是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置，它不但可實(shí)現(xiàn)類似控制功能，還具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因?yàn)樽詣?dòng)售貨機(jī)作為社會(huì)上完成商品零售和綜合服務(wù)的獨(dú)立設(shè)施，要求它的結(jié)構(gòu)必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高?？梢钥闯觯捎肞LC對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 因此選擇PLC為自動(dòng)售貨機(jī)的主控單元。 2.2 自動(dòng)售貨機(jī)的售貨方法 目前自動(dòng)售貨機(jī)常用的售貨方法有三種。一種是彈簧出貨型售貨機(jī)，主要通過貨道彈簧的旋轉(zhuǎn)來出貨，是最為常見的商品輸出方式。出貨準(zhǔn)確率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。只要商品尺寸與出貨彈簧匹配，就可以采用這種出貨方式。另一種使機(jī)械手推貨型售貨機(jī)，主要依靠貨道商品后面的機(jī)械手推貨裝置進(jìn)行售賣。每個(gè)售貨動(dòng)作均由精確的傳感器來控制，整個(gè)收獲過程精確、高效、自動(dòng)化。該出貨方式適合售賣尺寸和重量比較大，形狀較為規(guī)則，可以用于正立放置的商品。第三種是升降臺(tái)出貨型售貨機(jī)，是一種輔助出貨系統(tǒng)，可以與彈簧出貨方式或者機(jī)械手推貨方式組合使用，減少商品掉貨時(shí)的損傷，用于易碎商品的售賣。 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)采用的是雙螺旋體出貨機(jī)構(gòu)，即雙彈簧出貨機(jī)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以一目了然哪個(gè)貨道有貨無貨，既方便顧客選貨，又方便工作人員即使發(fā)現(xiàn)貨物剩余情況,在軟件部分也不用設(shè)置無貨報(bào)警。這種結(jié)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、螺旋體掛輪，螺旋體、貨道等組成。左右兩個(gè)螺旋體通過一對(duì)齒輪嚙合，一個(gè)螺旋體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)則另一個(gè)螺旋體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)螺旋體每個(gè)螺距間隔放滿貨物后，螺旋體旋轉(zhuǎn)一圈，即可退出一個(gè)貨物。由于采用雙螺旋體向上旋轉(zhuǎn)，對(duì)貨物的作用力除了有向前推力外還有向上和向貨到兩側(cè)的分力，能夠保證出貨的可靠性。即使將來自動(dòng)售貨機(jī)售賣液體軟包裝的貨物，也不容易出現(xiàn)“卡貨”的現(xiàn)象。 2.3 自動(dòng)售貨機(jī)的空間結(jié)構(gòu) 自動(dòng)售貨機(jī)中儲(chǔ)存有一定量的飲料，每種飲料都要通過貨道而出去，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)中售8種飲料，所以該售貨機(jī)可設(shè)置成8個(gè)貨道，而且為單貨道，即每種飲料占用一個(gè)貨道，這樣比較方便，如果以后需要擴(kuò)展賣更多種商品的話，根據(jù)商品的擺放設(shè)置多個(gè)雙推進(jìn)彈簧。當(dāng)需要夠買某種飲料時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)帶動(dòng)彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，將飲料轉(zhuǎn)出，掉如道出貨通道中，滑落到取物口。飲料在售貨機(jī)種的存放形式為每個(gè)彈簧間隔固定一個(gè)單位飲料，并且每種飲料都要與彈簧螺距尺寸匹配，這樣可將飲料卡緊不致自動(dòng)掉落。在自動(dòng)售貨機(jī)上可以儲(chǔ)藏多種飲料，但總體數(shù)量是有限的，所以自動(dòng)售貨機(jī)也需要及時(shí)的補(bǔ)貨。 圖2-1 自動(dòng)售貨機(jī)的空間結(jié)構(gòu)示意圖 2.4 自動(dòng)售貨機(jī)的功能 自動(dòng)售貨機(jī)能夠?qū)λ度氲膸胖颠M(jìn)行累計(jì)，貨幣識(shí)別器提供該自動(dòng)售貨機(jī)最基本的功能即從投幣口送入貨幣，然后經(jīng)過傳感器采集數(shù)據(jù)、識(shí)別判斷人民幣的面值；然后，識(shí)別器把信息傳給PLC；PLC根據(jù)所投入的硬幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種飲料，做出相應(yīng)的反應(yīng)。當(dāng)按下選擇飲料的按鈕時(shí)，相應(yīng)的電電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，飲料開始供應(yīng)，提取飲料到取物口，顧客取出飲料，完成此次交易。它具有投幣系統(tǒng)、比較系統(tǒng)、選擇和飲料供應(yīng)系統(tǒng)、退幣系統(tǒng)等來實(shí)現(xiàn)完整的售貨功能。售貨機(jī)的基本功能就是對(duì)投入的貨幣進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。 售貨機(jī)中有8種商品，可樂2元，雪碧2元，純牛奶4.5元，東方樹葉3.5元，芬達(dá)2元，加多寶3.5元，健力寶2元，雀巢咖啡4.5元?，F(xiàn)投入錢幣，當(dāng)投入的貨幣超過可樂的價(jià)格時(shí)，可樂、雪碧、芬達(dá)、健力寶指示燈亮，提示可以購買，當(dāng)投入的貨幣超過3.5元但小于4.5元時(shí)，只有純牛奶和雀巢咖啡的等不亮，當(dāng)投入的貨幣超過4.5元時(shí)，所有商品的等都亮，提示可以購買。當(dāng)按下可樂按鈕時(shí)，售貨機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去可樂的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取可樂到出貨口。買其它商品時(shí)也一樣。操作完成后不再購買而按下退幣按鈕，售貨機(jī)則要進(jìn)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，自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。 可通過操作屬性把把自動(dòng)售貨機(jī)分為四個(gè)過程： (1) 投幣過程 (2) 價(jià)格比較過程 (3) 選擇商品過程 (4) 退幣過程 可把自動(dòng)售貨機(jī)工作過程分為5個(gè)狀態(tài)： (1) 啟動(dòng)狀態(tài) (2) 投幣狀態(tài) （3）可購買顯示狀態(tài) (4) 購買狀態(tài) (5) 退幣狀態(tài) 初始狀態(tài)，自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)部各元件都處于復(fù)位狀態(tài)，內(nèi)部電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，等待投幣操作。 投幣狀態(tài)。自動(dòng)售貨機(jī)可以識(shí)別硬幣1元和5角，識(shí)別紙幣5元、10元、20元紙幣，投入錢幣后，自動(dòng)售貨機(jī)會(huì)進(jìn)入貨幣比較狀態(tài)，能夠購買的飲料燈亮。 購買狀態(tài)。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品燈仍然亮，其它可選商品燈滅掉。驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，商品通過貨道掉落到取物口。 退幣按鈕。自動(dòng)售貨機(jī)計(jì)算退幣錢數(shù)并退幣。 到此為止，自動(dòng)售貨機(jī)的一個(gè)完整工作過程結(jié)束。 2.5 自動(dòng)售貨機(jī)的購物使用流程 在自動(dòng)售貨機(jī)上購物時(shí)，首先按下開始按鈕，就可以接著投幣了，如果，投幣后，不選擇飲料，可以直接按退幣按鈕，將會(huì)全額出幣。如果買飲料，則按下所需購買飲料的按鈕，按下后等待取物，取物后若需找?guī)牛侔聪峦藥虐粹o即可。退出的錢都為硬幣，因?yàn)榧垘湃菀灼茡p、褶皺、潮濕。若想設(shè)計(jì)成找紙幣的情況，在體積、難度、成本會(huì)很大。而硬幣有規(guī)則，不易損壞，而且能循環(huán)使用。因此本次設(shè)計(jì)中只退1元和5角的硬幣。 圖2-2 自動(dòng)售貨機(jī)的使用流程 3 自動(dòng)售貨機(jī)的硬件部分 自動(dòng)售貨機(jī)的硬件部分包括主電路部分和控制電路部分的硬件。控制部分中PLC的選型和貨幣識(shí)別器的選型的最重要的。根據(jù)I/O分配表選擇出PLC，并列出外部接線圖。根據(jù)之前對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的功能介紹，選擇貨幣識(shí)別器。最后選擇自動(dòng)售貨機(jī)上的主電路部分的硬件。 3.1 控制電路硬件組成框圖 自動(dòng)售貨機(jī)的控制部分硬件包括PLC、貨幣識(shí)別器、各種按鈕、各種指示燈和接觸器。 圖3-1 自動(dòng)售貨機(jī)控制部分硬件組成框圖 3.2 確定自動(dòng)售貨機(jī)使用的PLC類型 表3-1 PLC的I/O分配表 輸入 輸出 設(shè)備 輸入 設(shè)備 輸出 開始按鈕 SB0 X000 0.5元燈 HL1 Y001 0．5元 SB1 X001 1元燈 HL2 Y002 1元 SB2 X002 5元燈 HL3 Y003 5元 SB3 X003 10元燈 HL4 Y004 10元 SB4 X004 20元燈 HL5 Y005 20元 SB5 X005 可樂燈 HL6 Y006 可樂按鈕 SB6 X006 雪碧燈 HL7 Y007 雪碧按鈕 SB7 X007 純牛奶燈 HL10 Y010 純牛奶按鈕 SB10 X010 東方樹葉燈 HL11 Y011 東方樹葉按鈕 SB11 X011 芬達(dá)燈 HL12 Y012 芬達(dá)按鈕 SB12 X012 加多寶燈 HL13 Y013 加多寶按鈕 SB13 X013 健力寶燈 HL14 Y014 健力寶按鈕 SB14 X014 雀巢咖啡燈 HL15 Y015 雀巢咖啡按鈕 SB15 X015 可樂出口 YV1 Y016 退幣按鈕 SB16 X016 雪碧出口 YV2 Y017 —— —— —— 純牛奶出口 YV3 Y020 —— —— —— 東方樹葉出口 YV4 Y021 —— —— —— 芬達(dá)出口 YV5 Y022 —— —— —— 加多寶出口 YV6 Y023 —— —— —— 健力寶出口 YV7 Y024 —— —— —— 雀巢咖啡出口 YV8 Y025 —— —— —— 1元退幣 YV13 Y026 —— —— —— 0.5元退幣口 YV14 Y027 —— —— —— 退幣口燈 HL16 Y030 —— —— —— 貨幣不足燈 HL17 YO31 —— —— —— 取物口燈 HL18 Y032 PLC控制在邏輯上方便、控制速度高、更靈活且便于維護(hù)。PLC是建立在單片機(jī)上的產(chǎn)品。單片機(jī)是一種集成電路，不具可比性。單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)特例。從工程角度上說：對(duì)于單項(xiàng)或重復(fù)極少的項(xiàng)目，采用PLC是更明智、快捷的途徑。功率高，可靠性好！通過對(duì)各種控制的優(yōu)缺點(diǎn)分析，各適用于不同控制要求的場(chǎng)合。對(duì)于自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)來說。要求控制速度快、靈活、可靠性高、易于維護(hù)和改動(dòng)、屬于單項(xiàng)重復(fù)數(shù)少的項(xiàng)目。用PLC來控制是最好的選擇。它少了幾點(diǎn)繼電器控制的笨重和單片機(jī)控制的復(fù)雜性。但分析各種廠家生產(chǎn)的PLC。西門子PLC多用于大型、超大型的場(chǎng)合。所以我選用了三菱型PLC來進(jìn)行自動(dòng)售貨機(jī)的控制。又根據(jù)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的I/O分配表確定該自動(dòng)售貨機(jī)有15個(gè)輸入點(diǎn)和26個(gè)輸出點(diǎn)，15個(gè)輸入包括開始按鈕、貨幣識(shí)別按鈕和飲料選擇按鈕以及退幣按鈕。輸出點(diǎn)包括5個(gè)貨幣識(shí)別指示燈、8個(gè)飲料指示燈、8個(gè)飲料輸出、2個(gè)退幣以及3個(gè)特殊的指示燈。因此選用FX2N-64MR型的PLC。關(guān)于PLC的具體分配如上表3-1所示。 因?yàn)镻LC的輸入端內(nèi)部本身有24V的電源，所以輸入部分不用外接電源，而在輸出端需要外接電源。各種指示燈和接觸器可以用同一個(gè)電源，因此，不用將各個(gè)輸出分開個(gè)供電。選擇的電源是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓選的，詳見3.4節(jié)。 雖然PLC輸出端有多個(gè)COM口，但由于各個(gè)點(diǎn)所接電壓相同，所以，圖中未顯示所有的COM口。 因?yàn)樵诖卧O(shè)計(jì)中使用的是現(xiàn)有的貨幣識(shí)別器，貨幣識(shí)別器識(shí)別幣種后，將各種不同的幣放在不同的部位。X01、X02、X03、X04、X05分別為代表0.5元、1元硬幣和5元、10元、20元紙幣的投入。貨幣識(shí)別器每識(shí)別一次，開關(guān)接通一次， 相當(dāng)于投入一個(gè)幣。 該P(yáng)LC自動(dòng)售貨機(jī)I/O接線圖中， PLC元件X006，X007，X010，X011、X012、X013、X014、X015是選擇控制按鈕，選擇可樂，雪碧，純牛奶、東方樹葉、芬達(dá)、加多寶、健力寶、雀巢咖啡。線圈Y006，Y007，Y010，Y011、Y012、Y013、Y014、Y015，是作為指示燈的輸出線圈。當(dāng)投幣，選擇可樂、雪碧、純牛奶、東方樹葉、芬達(dá)、加多寶、健力寶、雀巢咖啡時(shí)的指示引導(dǎo)購物作用。按鈕和指示燈，直接明了，方便簡(jiǎn)單，易于操作。 確定了PLC的類型，又完成了對(duì)各個(gè)點(diǎn)的分配，那么PLC的外部接線圖如下3-2所示。 圖3-2 外部接線圖 3.3 貨幣識(shí)別器選型 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。貨幣識(shí)別器本來可以自己設(shè)計(jì)，但由于時(shí)間緊張，本次設(shè)計(jì)都采用現(xiàn)成的。 硬幣識(shí)別器分為三部分，一是投幣段，一是進(jìn)幣段，再是退幣段。紙幣識(shí)別器沒有退幣段。 3.3.1 硬幣的識(shí)別原理 硬幣識(shí)別器的總體思想是通過真假硬幣通過兩種傳感器時(shí)電容和電感參數(shù)的改變量不同來辨別。在硬幣識(shí)別器中復(fù)合式硬幣識(shí)別器價(jià)格便宜，識(shí)別可靠，所以選用此種硬幣識(shí)別器來完成硬幣方面的識(shí)別。 復(fù)合式硬幣識(shí)別器的原理：復(fù)合式硬幣識(shí)別器主要是由平板電容傳感器、和電感線圈傳感器、檢測(cè)電路、單片機(jī)控制電路組成。電容傳感器是通過檢驗(yàn)硬幣的厚度來辨別真?zhèn)蔚?，?dāng)硬幣通過投幣口進(jìn)入平板電容傳感器時(shí)會(huì)引起傳感器電容的變化，這個(gè)傳感器也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬幣材質(zhì)的檢測(cè)。通過與電容傳感器配用的交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓D(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再通過放大電路將信號(hào)放大進(jìn)入單相橋式整流濾波電路將交流變?yōu)橹绷鞑V去干擾信號(hào)在通過電壓比較器后輸入AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳入控制電路。 而電感線圈傳感器是通過不同的金屬材質(zhì)通過線圈時(shí)電感改變量不同來檢測(cè)的。當(dāng)硬幣通過電感線圈時(shí)也會(huì)使電感量改變，通過電感式傳感器配用的交流電橋電路使電感的改變轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，由于硬幣通過傳感器的時(shí)間比較短，所以所獲得的信號(hào)比較微弱，因此需要在信號(hào)輸出口連接一個(gè)放大電路使信號(hào)放大。在復(fù)合硬幣識(shí)別器中需要用到單片機(jī)，而傳入單片機(jī)的信號(hào)必須是直流信號(hào)，所以在放大電路的末端我們需要連接一個(gè)單相橋式整流濾波電路是將交流變?yōu)橹绷髟賯魅雴纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)。在整個(gè)過程中也需要連接有濾波電路輸入單片機(jī)。 當(dāng)硬幣識(shí)別器識(shí)別硬幣后，硬幣按面值被電磁閥分配到不同的貯幣腔內(nèi)備用，當(dāng)收到退幣找零信號(hào)后，通過退幣電磁閥拉桿，將貯幣腔內(nèi)下部的硬幣依電信號(hào)程序退幣，完成自動(dòng)售貨機(jī)的退幣找零功能。找零功能的完成與貯幣腔的機(jī)械設(shè)計(jì)有關(guān)。 當(dāng)硬幣識(shí)別器識(shí)別硬幣后將會(huì)把不同的硬幣分別派發(fā)在不同的腔內(nèi)。貨幣識(shí)別器通過通信傳達(dá)信息給PLC。 本次使用的現(xiàn)有硬幣識(shí)別器的容量為500枚，可識(shí)別5角與1元硬幣。 表3-2 硬幣識(shí)別器選型 硬幣識(shí)別器 工作電壓 工作電流 工作溫度 BD-8G DC +12V 2A -20C～60C 3.3.2 紙幣的識(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，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)于硬幣來說，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)專門的紙張，假鈔通常是采用經(jīng)過漂白處理的普通紙張。經(jīng)過漂白處理的紙張?jiān)谧贤饩€的照射下通常會(huì)有熒光反映，而人民幣則沒有。因此，紫外線可以檢測(cè)紙幣真?zhèn)?。利用紅外激光照射人民幣上的熒光字，會(huì)使熒光字產(chǎn)生一定波長的激光，透過對(duì)此激光的檢測(cè)可辨出紙幣的真?zhèn)巍? 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。也通過通信傳達(dá)給PLC以實(shí)現(xiàn)控制。 此次使用的現(xiàn)有紙幣識(shí)別器的容量為300張，可識(shí)別5元、10元和20元。 表3-3 紙幣識(shí)別器選型 紙幣識(shí)別器 工作電壓 工作電流 工作溫度 TCN-7-3B DC +12V 2A 0C ～55C 3.4 自動(dòng)售貨機(jī)電機(jī)及其它選擇 （1）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，因此使用之路電動(dòng)機(jī)比較好。 表3-4 電動(dòng)機(jī)選型 減速電機(jī) 額定電壓 額定功率 轉(zhuǎn)速 減速比 XINX-37JS DC +12V 3W 16R.P.M 1：10 （2）接觸器的選擇 因?yàn)槭褂玫氖侵绷麟姍C(jī)，所以選用24V直流接觸器。直流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)無渦流和磁滯損耗，鐵心由整塊軟鋼組成，端面上無需裝短路環(huán)，采用磁吹式滅弧裝置，線圈匝數(shù)多。直流接觸器的操作頻率較高。 圖3-3 主要接線圖 4 自動(dòng)售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中最重要的部分是軟件部分。首先做出能完成自動(dòng)售貨機(jī)要求的梯形圖，然后對(duì)梯形圖調(diào)試，最后，MCGS組態(tài)軟件仿真。 4.1 自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng) 圖4-1 自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)流程圖 以上流程圖表示的是程序可以實(shí)現(xiàn)的功能，按下開始按鈕后，就可以開始進(jìn)行投幣操作了，投幣時(shí)間結(jié)束后，系統(tǒng)根據(jù)投幣的多少，與各種飲料的價(jià)格進(jìn)行比較。 顯示可購買，按下退幣按鈕可退幣。 4.2 自動(dòng)售貨機(jī)的程序部分 4.2.1 程序中用到的部分指令 比較指令在PLC控制系統(tǒng)中是一條十分重要的功能指令，它將[S1]、[S2]中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，比較結(jié)果送到目的操作數(shù)[D]中，如下圖4-2所示，當(dāng)X000為OFF時(shí)，不執(zhí)行CMP指令，M10，M11，M12保持不變；當(dāng)X000為ON時(shí)，執(zhí)行CMP指令，[S1]、[S2]中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即C10計(jì)數(shù)器值與K10（數(shù)值K10）比較。如果C10當(dāng)前值小于10，則M10=1；如果C10當(dāng)前值大于10，則M12=1；如果C10當(dāng)前值等于10，則M11=1。 圖4-2 CMP 指令使用說明 加法運(yùn)算：加法運(yùn)算指令是把指定的源元件中的二進(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中。 當(dāng)X000為1時(shí)，（D0）+（D5）=（D6），運(yùn)算是代數(shù)運(yùn)算 圖4-3 加法運(yùn)算使用說明圖 減法運(yùn)算：減法運(yùn)算指令是把指定的源元件中的二進(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中，如圖3-3所示。當(dāng)X000為1時(shí)，（D10）-（D12）=（D14），運(yùn)算為代數(shù)運(yùn)算。 圖4-4 減法運(yùn)算使用說明圖 4.2.2 自動(dòng)售貨機(jī)的控制程序 程序部分可分為5個(gè)部分。分別為：?jiǎn)?dòng)部分、投幣比較部分、可購買顯示部分和飲料選擇部分、貨幣相減部分和退幣部分。 啟動(dòng)部分：設(shè)置啟動(dòng)按鈕，當(dāng)按下時(shí)，X000置1，松開時(shí)斷開。 圖4-5 啟動(dòng)部分程序 圖4-6 投幣部分程序 投幣比較部分：投幣的時(shí)候由貨幣識(shí)別器識(shí)別幣種，投入的一個(gè)幣相當(dāng)于按一次按鈕，T10表示在10s投幣，可累加幣值，所以使用的數(shù)據(jù)寄存器為停電保持型D200。 圖4-7 比較部分程序 可購買顯示部分和飲料選擇部分：即當(dāng)投入的總金額購買某種飲料時(shí)，飲料所對(duì)應(yīng)的指示燈亮。T2、T11、T12、T13、T14、T15、T16、T17都為定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為2s，它們中的任何一個(gè)都可以是T1線圈得電，因此，當(dāng)選擇某種飲料后，該種飲料對(duì)指示燈比其它飲料的指示燈多亮4s。因?yàn)檫x擇飲料時(shí)都是按鈕操作，所以選擇部分的輔助繼電器要自鎖。 圖4-8（a） 飲料的顯示與輸出 圖4-8(b) 飲料的顯示與輸出 圖4-8(c) 飲料的顯示與輸出 圖4-8(d) 飲料的顯示與輸出 圖4-9(a) 飲料的選擇與貨幣相減 圖4-9(b) 飲料的選擇與貨幣相減 圖4-9(c) 飲料的選擇與貨幣相減 圖4-9(d) 飲料的選擇與貨幣相減 圖4-10 定時(shí)器定時(shí)部分 貨幣相減部分：即在選擇每種飲料時(shí)，在數(shù)據(jù)寄存器中減去其相應(yīng)的金額，然后將結(jié)果再存到數(shù)據(jù)寄存器D200中。如上圖4-9所示。 圖4-11 取物口燈亮部分 圖4-12 飲料輸出時(shí)間控制部分 退幣部分：當(dāng)購物完成后，如果需要找錢，則按下退幣按鈕。由于紙幣容易磨損，所以退幣只推1元和5角的硬幣。退幣后數(shù)據(jù)寄存器自動(dòng)復(fù)位。 圖4-13(a) 退幣復(fù)位部分 圖4-13(b) 退幣復(fù)位部分 4.3 程序的調(diào)試部分 4.3.1 GX Developer GX Developer是三菱PLC的編程軟件。Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST、及FB、Label語言從程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。 在調(diào)試時(shí)不用和可編程控制器連接，不用制作按條使用的順序程序，因?yàn)檫\(yùn)用了梯形圖邏輯測(cè)試功能，能夠更加簡(jiǎn)單的進(jìn)行調(diào)試作業(yè)。在幫助中有CPU錯(cuò)誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對(duì)于在線中發(fā)生錯(cuò)誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時(shí)間能夠大幅度縮短。 此次使用到的調(diào)試軟件是GX-Simulator6-c，它是GX Developer的一部分。 4.3.2 程序調(diào)試 以投入5個(gè)1元，買雀巢咖啡為例進(jìn)行程序調(diào)試。 按下梯形圖邏輯測(cè)試啟動(dòng)/結(jié)束按鈕，等待程序?qū)懭隤LC中，然后梯形圖中就會(huì)顯示有藍(lán)色部分，一般常閉觸點(diǎn)都為藍(lán)色，表示接通，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為顯示為0 圖4-14 進(jìn)入調(diào)試數(shù)據(jù)寄存器的初始狀態(tài) 在菜單欄的“在線”欄中選擇調(diào)試-軟元件測(cè)試。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)上都是按鈕設(shè)置，所以當(dāng)按鈕按下去為1，松開即為0，因此要在軟元件測(cè)試中的位軟元件中寫入X000后強(qiáng)制ON（表示開始按鈕接通）然后再強(qiáng)制OFF（表示松開按鈕）。在10s內(nèi)迅速按X001按鈕5次（標(biāo)志投入5元），再按下X015按鈕（表示買雀巢咖啡）。 圖4-15 X001接通5次后狀態(tài) 圖4-16 按下雀巢咖啡按鈕后狀態(tài) 圖4-17 選擇雀巢咖啡部分 操作完之后還有剩余的錢，按下退幣按鈕X016，然后再強(qiáng)制off，因?yàn)橥藥? 按鈕也是按下為1接通，松開為0斷開。 圖4-18 退幣前的狀態(tài) 圖4-19 退幣后狀態(tài) 4.4 基于MCGS組態(tài)的自動(dòng)售貨機(jī)仿真 MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。MCGS組態(tài)軟件包括三個(gè)版本，分別是網(wǎng)絡(luò)版、通用版、嵌入版。此次使用的是通用版。包括MCGS組態(tài)環(huán)境和MCGS運(yùn)行環(huán)境。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 這種軟件一般應(yīng)用于工程上，像瀝青庫自動(dòng)控制系統(tǒng)、天然氣CIMS系統(tǒng)。雖然軟件中有圖庫，庫里面都是工程商用的設(shè)備，比如電機(jī)，閥、儲(chǔ)藏罐。因此自動(dòng)售貨機(jī)所用的道的圖片都要自己做好，加載進(jìn)去。使用組態(tài)軟件做自動(dòng)售貨機(jī)，最后想要得到的效果是，按下一個(gè)按鈕時(shí)，相應(yīng)的指示燈亮。 4.4.1 建立組態(tài)畫面 因?yàn)樵谲浖袥]有自動(dòng)售貨機(jī)所用的圖片，因此要先建立圖片。打開MCGS組態(tài)環(huán)境后新建工程。在新建的工程中點(diǎn)擊用戶窗口，然后點(diǎn)擊新建窗口0，選中窗口0，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇屬性，在窗口名稱處更改名字為自動(dòng)售貨機(jī)。設(shè)計(jì)好自動(dòng)售貨機(jī)的格局，點(diǎn)擊動(dòng)畫組態(tài)按鈕，開始創(chuàng)建畫面。 創(chuàng)建自動(dòng)售貨機(jī)畫面的主要難題在于圖庫中沒有所需要的圖。需要自己創(chuàng)建。在百度上搜索相關(guān)飲料的圖片，放到ACDSee軟件中，調(diào)整大小后保存為256色位圖*bmp格式，將所有需要的圖片制作好放到一個(gè)文件夾中。回到動(dòng)畫組態(tài)界面，點(diǎn)擊工具箱中的位圖選項(xiàng)，在自動(dòng)售貨機(jī)窗口中畫大小合適的位圖，選中畫好得位圖，點(diǎn)擊右鍵選擇裝載位圖，存放制作圖片的文件夾，將圖片加載進(jìn)去。以此方法將8種可選飲料的圖片做好。接下來為各種飲料配置按鈕，選用工具箱種的標(biāo)準(zhǔn)按鈕，畫好按鈕后雙擊該按鈕，更改按鈕標(biāo)題即可。工程中所用的燈可以在工具箱中的插入元件中選擇。根據(jù)設(shè)想，調(diào)整各個(gè)部分的位置，最后做出效果圖如下圖 4-20 自動(dòng)售貨機(jī)的組態(tài)下效果圖 4.4.2 設(shè)置各元件的參數(shù) 制作好效果圖之后，對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行參數(shù)設(shè)置?；氐街暗墓ぷ髋_(tái)頁面，點(diǎn)擊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，點(diǎn)擊新增對(duì)象，將所有的元件命名并注釋。因?yàn)楹笃溥x擇通道時(shí)不能用漢字作為首字符，所以為每個(gè)元件命一個(gè)名，如燈就按HLx命名，其余輸出以YVx命名，因?yàn)檩斎攵际前粹o性質(zhì)，以SBx命名。 圖4-21 工作臺(tái) 設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫如下圖所示 圖4-22（a） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)置 圖4-22（b） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)置 對(duì)按鈕和燈進(jìn)行設(shè)置。以可樂為例，在動(dòng)畫組態(tài)中電機(jī)可樂指示燈，其設(shè)置如下圖 圖4-23 可樂指示燈參數(shù) 在動(dòng)畫組態(tài)中點(diǎn)擊可樂按鈕，在基本操作欄設(shè)置按鈕屬性為按1松0，點(diǎn)擊其后面的“？”，選擇SB6。其它按鈕以此為參照設(shè)置。 圖4-24 可樂按鈕設(shè)置 在工作臺(tái)頁面點(diǎn)擊設(shè)備窗口，進(jìn)入后點(diǎn)擊設(shè)備工具箱，點(diǎn)擊設(shè)備管理，要先選擇通用串口父設(shè)備，然后再選相應(yīng)擇PLC設(shè)備。 圖4-25 設(shè)備窗口的選擇 點(diǎn)擊進(jìn)入三菱系列串口，對(duì)設(shè)備屬性進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)PLC的I/O分配表對(duì)通道連接進(jìn)行設(shè)計(jì)。通道的設(shè)置中要注意輸入和輸出通道不能混淆。點(diǎn)擊進(jìn)入設(shè)備0后在點(diǎn)擊設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性后的帶有三個(gè)點(diǎn)的按鈕即可增加通道的數(shù)量。 圖4-26 通道量設(shè)置 圖4-27 通道設(shè)計(jì) 至此，參數(shù)設(shè)置完畢，打開MCGS運(yùn)行環(huán)境，點(diǎn)擊下相應(yīng)按鈕，觀察變化情況?？赡軕?yīng)為其中有些參數(shù)的設(shè)置有誤，沒有顯示相應(yīng)的動(dòng)作。 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畫圖，使用抓圖軟件抓圖，在制作組態(tài)時(shí)還用到ACDSee軟件制作位圖。在此過程中不斷的學(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)。本次設(shè)計(jì)所做的重點(diǎn)是PLC編程部分，通過調(diào)試以實(shí)現(xiàn)它的功能。 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)投入錢幣時(shí)，根據(jù)投入錢幣的多少，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)有售貨品種較少，自動(dòng)售貨機(jī)容量較小，識(shí)別的錢幣種類也有些限制。沒有顯示器顯示所投入的錢幣總值。 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，雖然售貨數(shù)量較少，但是理論明確且統(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钪械男枨螅? 此次設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)還有很多地方不完善，比如沒有貨幣顯示部分，識(shí)別的幣種也比較少。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)性問題都可以向工作人員反映。 參考文獻(xiàn) [1] 廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1～127 [2] 高勤.可編程控制器原理及應(yīng)用（三菱機(jī)型）[M].北京電子工業(yè)出版社，2006.41～46 [3] 錢銳.PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社，2006.112～113 [4] 董淑玲.PLC在自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,36(2):47～51 [5] 王國海.《可編程序控制器及其應(yīng)用》第二版[M].中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.2007.56～78 [6] 瞿彩萍.《PLC應(yīng)用技術(shù)》（三菱）[M].中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.2006.32～127 [7] 程周.可編程序控制器原理與應(yīng)用[M].北京高等教育出版社,2003.56～83 [8] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M] .北京北京航空航天大學(xué)出版社，2000.47～81 [9] 周美蘭，周封，忘岳宇.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)[M].北京科學(xué)出版社，2003.76～43 [10] 吳建強(qiáng)，姜三勇.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000.82～86 [11] 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一個(gè)人思考不出來的時(shí)候，就會(huì)和同學(xué)討論，大家集思廣益，有時(shí)候就會(huì)豁然開朗。他們?cè)谖铱酂o頭緒之時(shí)幫我找資料，在我有疑難時(shí)耐心給予解答，并一直給予我鼓勵(lì)和支持，支持我認(rèn)真細(xì)致的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我也要向他們致以謝意?？梢哉f，沒有同學(xué)們的無私幫助幫助，很難在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我向各位同學(xué)表示由衷的感謝！ 最后，再次向幫助我完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的韓素敏老師和同學(xué)們表示最誠摯的感謝。 附錄 系統(tǒng)硬件連接圖 37