基于西門子s7-200的自動售貨機設(shè)計

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畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 摘要 本文闡述了自動售貨機的設(shè)計概論、研究意義以及它的發(fā)展歷史，對自動售貨機的方案進行了論證。本設(shè)計采用西門子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。文中詳盡地介紹了自動售貨機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)合進行人機交互，以完成交易。本設(shè)計編程部分采用了西門子專用編譯軟件進PLC梯形圖的編寫?；谖鏖T子s7-200系列PLC控制的自動售貨機具有很高的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期運行。 關(guān)鍵詞：PLC，自動售貨機，梯形圖  Abstract This paper expounds the introduction to the design of the vending machine, the research significance and the development history of it, and demonstrates the scheme of it. This design scheme adopts the Siemens s7-200 series PLC as the control system, and introduces the basic structure, development and characteristics of the PLC. This paper introduces the principle of the vending machine and the hardware composition and PLC external wiring diagram, and combined with buttons and indicator lights for human interaction in order to complete the transaction. This design programming part adopts Siemens compiler software into the writing of the PLC ladder diagram. The Siemens PLC control-based vending machine has high stability to ensure the vending machine can run for a long time. Keywords: PLC, vending machine, ladder diagram  目錄 1 緒論 1 1.1課題研究背景、目的以及意義 1 1.2自動售貨機的歷史沿革與發(fā)展前景 1 1.3本設(shè)計的基本要求 3 1.4 自動售貨機設(shè)計的基本思路 3 2 PLC概述 5 2.1 PLC的產(chǎn)生以及定義 5 2.2 PLC發(fā)展趨勢 6 2.3 PLC的硬件組成與工作原理 8 2.4 PLC的編程語言 9 3 自動售貨機的整體設(shè)計 10 3.1自動售貨機控制面板圖 10 3.2電機的選擇 11 3.4錢幣識別器 12 3.5電磁閥的選擇 16 4控制系統(tǒng)設(shè)計 17 4.1 控制電路硬件組成框圖 17 4.2 工作流程圖 17 4.3自動售貨機I/O點分配 19 4.4自動售貨機的接線圖 20 5 PLC程序設(shè)計 21 結(jié)論 25 致謝 26 參考文獻 27 附錄 程序圖 29 第 III頁 1 緒論 1.1課題研究背景、目的以及意義 近年來，中國的經(jīng)濟發(fā)展十分迅猛，隨著人們生活水平的提高，人們對物質(zhì)與精神的需求越來越高，所以很需要一些能提高人們生活品質(zhì)的東西，譬如在營業(yè)時間外的時候，我很需要一瓶飲料來止渴，這時候如果有一臺制動售貨機，那將很大的提升我的幸福感。在中國，自動售貨機就算在大城市也并不是十分多見，而且主要集中在地鐵、學校、車站等人員密集的地方。在2008年北京奧運會的時候，我國的自動售貨機市場開始萌芽，并且數(shù)量快速的增長。隨著人們對自動售貨機的認可度與滿意度的提高，我國每年新增加的自動售貨機數(shù)量也迅猛增長，在2011年增加的數(shù)量為一萬臺，而在2013年增加數(shù)量為三萬臺，據(jù)我預計在未來幾年里的增長速度至少在一萬臺每年甚至更多。自動售貨機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景線。 自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售模式，20世紀70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。其特點是科技含量高，集光、機、電、防偽識別、數(shù)字密碼、智能軟件等技術(shù)于一體；24小時服務，售貨便利，無需專人盯守，省人工，省成本；售貨范圍廣，人們通過自動售貨機不僅可以買到食品、香煙、飲料、報紙、票、卡，甚至鮮花和小寵物等物品；此外它還是一種新穎獨特的廣告媒體。在日本，70%的罐裝飲料是通過自動售貨機售出的，根據(jù)日本麒麟啤酒公司調(diào)查，一臺自動售貨機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；在西班牙，全國通過自動售貨機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。；全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料。中國是在自動售貨機市場公認的最具有市場潛力的國家，有著增長速度最快的市場，所以對自動售貨機的設(shè)計勢在必行。 1.2自動售貨機的歷史沿革與發(fā)展前景 公元1世紀，希臘人希羅制造的自動出售圣水的裝置是世界上最早的自動售貨機。1925年美國研制出售香煙的自動售貨機，此后又出現(xiàn)了出售郵票、車票 的各種現(xiàn)代自動售貨機?，F(xiàn)代自動售貨機的種類會因為所出售的物品不同而有不同的功能，主要有糖果、飲料、報紙等自動售貨機。一般的情況下自動售貨機主要有這幾個部分，貨幣系統(tǒng)、指示系統(tǒng)、出貨系統(tǒng)。貨幣系統(tǒng)是售貨機的核心，它的主要功能是驗鈔辨?zhèn)?，計算投幣的?shù)量金額等。指示系統(tǒng)可以給消費者各種操作提示等。出貨系統(tǒng)可以儲存物品，等待信號傳過來，把消費者選擇的物品送到出貨口。一般來說售貨機的貨幣系統(tǒng)由投幣口、選別部分、驗鈔的部分、統(tǒng)計貨幣金額裝置和找零裝部分成。1970年之后，陸續(xù)出現(xiàn)了各種以計算機微控制系統(tǒng)的新型的自動售貨機和增加了刷銀行卡的功能并與網(wǎng)絡(luò)連接的更大規(guī)模的無人售貨系統(tǒng)，如無人自選商場、車站的自動售票和檢票系統(tǒng)、銀行的現(xiàn)金自動支付機等。 17世紀，英國的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動售貨機。在自動售貨機歷史的長河中，而日本人所開發(fā)的自動售貨機是在這個世紀里面發(fā)生的事情。1904年發(fā)明的“郵票明信片自動售貨機”是第一臺日本的自動售貨機，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)以后自動售貨機才被廣泛的使用起來。在50年代期間里，“噴水型果汁自動售貨機”獲得了人們的高度認可，出售的果汁被放入紙杯中來售賣。后來，由于美國的飲品巨頭企業(yè)如可口可樂等闖入到日本市場里，1962年，在流通領(lǐng)域爆發(fā)的革命就是以自動售貨機為主力軍的。再1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進了自動售貨機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(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。由于銷售環(huán)境的大幅度變化比如大量的生產(chǎn)和大量的消費以及消費模式，急需要一種新的銷售流通渠道；而和大型超市、百貨大樓等新興的銷售方式的流行，極大地加大了銷售成本，費用不斷地上升；而且有著它這種模式固有的弊端，例如場地的局限性和購物的便利性等問題的制約，所以無人自動售貨機這種新型的銷售機器就應運而生了。 以廣義的角度來講這種機器就是投入貨幣或者信用卡刷卡后就可以售賣貨物的一種機械，以狹義角度來說就是自動銷售商品的機械。從售貨的方式上來說這種機器可以大大的彌補人力資源緊缺的問題而且減少了費用成本，更加的適合消費模式和消費環(huán)境的改變，全天24小時的無人自動售貨的系統(tǒng)可以使銷售更便捷，銷售所需的成本低廉、并且占地非常的小，可以有效地吸引到消費者的購買欲望，并且完美的解決掉了人工費太高的問題。 自動售貨機產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。比如說使用了機機相連的方式，通過某些線路將自動售貨機內(nèi)的貨物剩余量等信息及時地傳送各營業(yè)點的計算機中，從而確保了貨物的發(fā)貨、補給以及物品選擇的快速進行。并且，為了低碳環(huán)保，自動售貨機的開發(fā)更加注重能源的節(jié)省，節(jié)能型飲料自動售貨機在行業(yè)中成為了主流。在夏季電力使用非常大的高峰時期，節(jié)能型自動售貨機即使在切斷制冷裝置的時候也能保持相當?shù)偷臏囟?，與老式的自動售貨機比，它可以節(jié)約掉10－15%的電能。在新的世紀里面，自動售貨機將會進一步地向節(jié)省資源以及能源和高效率化多功能化的方向發(fā)展。 自動化是未來的發(fā)展趨勢，不論是制造業(yè)、服務業(yè)還是零售業(yè)。我們都將看到更多的設(shè)備取代人工。在這樣一個大的趨勢下，自動售貨機行業(yè)的前景時光明的。 1.3本設(shè)計的基本要求 本設(shè)計的目的是設(shè)計一個基于西門子s7-200系列PLC的可靠性強、方便快捷的自動售貨機，該售貨機具有自動辨別若干種飲料，并對投幣幣值進行累計，根據(jù)幣值選擇商品。而且商品并可以隨時退幣。具體內(nèi)容如下： （1）自動售貨機有兩種類型的進幣口，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，飲料種類如下：康師傅礦泉水（1元）、農(nóng)夫山泉（2元）、可口可樂（3元）、果汁（3元）、佳得樂（四元）和雀巢咖啡（5元）。投幣總量等于或大于商品價格時，對應商品指示燈亮，表示可以選擇該商品。 （3）按下要買的食品按鈕，則相對應的指示燈閃爍，自動售貨機開始動作，進行飲料的吐出。 （4）動作停止后余額會顯示在7段數(shù)碼管上。 （5）當對應商品售光時，對應紅燈亮。 （6）按退幣鈕，則可以退出余額，交易完成。 。 1.4 自動售貨機設(shè)計的基本思路 對于自動售貨機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 首先利用相關(guān)圖形軟件對自動售貨機的外觀構(gòu)造進行模型設(shè)計。然后對內(nèi)部的各個裝置，如投幣口、選別裝置、確認錢幣真?zhèn)蔚臋z查裝置、計算金額的計算裝置和找錢裝置等進行粗略的介紹。 對于PLC控制部分（本設(shè)計重點部分） 本次采用的是西門子公司的S7—200系列PLC，它可以提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元，它的系統(tǒng)構(gòu)成主要有下面幾個部分：基本的單元、擴展的單元、存儲卡、編程器、文本的顯示器和寫入器等。 PLC控制部分包括以下幾個部分。 （1）自動售貨機控制流程圖設(shè)計 （2）控制電路硬件組成框圖 （3）工作流程圖 （4）I/O點統(tǒng)計與分配 （5）外部接線圖設(shè)計 （6） 程序梯形圖設(shè)計。  2 PLC概述 2.1 PLC的產(chǎn)生以及定義 20世紀60年代，在汽車生產(chǎn)的領(lǐng)域中還在使用著以繼電器為核心的控制裝置，由于汽車的每一次的升級換代、更改外觀部件等都要使當時的繼電器控制系統(tǒng)重新的設(shè)計連接和安裝。隨著生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展，汽車升級換代的頻率越來越快，這樣下來繼電器控制系統(tǒng)就要頻繁的大幅度更改，既要重新的設(shè)計又要重新的安裝連接，十分的不方便，而且耗費的人力和物力十分的巨大，非常的不經(jīng)濟，甚至這會拖慢了汽車更新的速度。所以工廠上十分的迫切地改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即： （1）編程方便，現(xiàn)場可修改程序。 （2）便于修理，使用模塊化模式。 （3）相比于繼電器來說可靠性大大增強。 （4）相比于繼電器來說體積大幅度減小。 （5）可直接與計算機相連，方便數(shù)據(jù)傳輸。 （6）性價比較于繼電器來說并無劣勢。 （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）擴展十分方便，不需要大幅度改動系統(tǒng)。 （10）用戶存儲器容量能擴大到4KB以及以上（適應當時汽車裝配過程的需要）。 在上世紀六十年代末，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）開發(fā)并且制作出了地球上第一臺可編程邏輯控制器,并且成功地試用到了美國通用汽車的自動化生長線上面。這種可編程邏輯控制器控制系統(tǒng)憑借著簡單易懂、操作便捷、高可靠性、通用性靈活、超小的體積、超長的使用壽命等一系列優(yōu)勢，快速的應用到了各種工業(yè)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)方面。以后幾年已經(jīng)成功地應用于視頻、飲料、冶金及造紙等行業(yè)。 圖2.1 西門子S7-200系列PLC 可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller,縮寫PLC,簡稱可編程控制器），是在科學技術(shù)飛速的進步與目前社會的聲場銷售方式的改變的大環(huán)境下，為滿足品類多、批量小、能耗低、性能高的發(fā)展需要，開發(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年問世開始算起只有短短的五十余年，但由于具有良好的性能價格和穩(wěn)定的工作狀態(tài)以及簡單的操作性，已經(jīng)廣泛應用于生產(chǎn)實際中。 可編程序控制器具有對開關(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用于實際生產(chǎn)中。以往人們習慣的是以繼電器-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、存儲器為核心，采用存儲邏輯，具有信息存儲能力、軟件編程能力和擴展性強等優(yōu)勢，通過編程可以實現(xiàn)不同的控制功能，在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中得到廣泛應用，已經(jīng)成為工業(yè)自動化支柱之一。 2.2 PLC發(fā)展趨勢 PLC自問世以來，經(jīng)過近40年的發(fā)展，已成為很多發(fā)達國家的重要產(chǎn)業(yè)， PLC在國際市場中已成為最受歡迎的工業(yè)控制產(chǎn)品。隨著科學技術(shù)的發(fā)展及市場需求量的增加，PLC的結(jié)構(gòu)和功能在不斷改進，生產(chǎn)廠家不停地將功能更強的PLC推入市場，平均3~5年就更新一次，而升級換代的方向基本上為以下幾個方向。 (1) 體積更小，速度更快?，F(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不斷地向前發(fā)展，這都會使它變得越來越小，以后甚至可以安裝到各種各樣的小型設(shè)備里面進行實現(xiàn)控制的功能，其速度也會隨著電子電路技術(shù)的不斷發(fā)展實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，這樣下來可以使控制系統(tǒng)的控制作用更加的及時以及精準。 （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Mitsubishi Group的ANA系列可編程控制器使用了世界上第一個順序控制專用芯片。掃描一條基本指令的時間為0.15us。松下公司的FP10SH系列PLC采用32位5級流水線RISC結(jié)構(gòu)的CPU，可以同時處理5條指令，順序指令的執(zhí)行速度高達0.04us，高級功能指令的執(zhí)行速度也有很大的提高。對于關(guān)于模擬量控制的這一個部分，在閉環(huán)控制的PID模塊這種專業(yè)應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發(fā)，已經(jīng)研制出了含有模擬量的模糊控制、自適應以及參數(shù)自整定功能的可編程控制器，運用起來十分的便捷，所需調(diào)試時間大大縮短，控制的準確程度大大的提升。 （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)中計算機和PLC在應用功能方面互相補充做到了一加一大于二，讓控制系統(tǒng)的價格便宜，效率更高。目前工業(yè)控制系統(tǒng)的趨勢是采用開放式的應用平臺，所以各個廠家所生產(chǎn)的PLC就能在同一個網(wǎng)絡(luò)中運行。 20世紀八十年代末美國的AB集團與DEC集團聯(lián)合開發(fā)的金字塔集成器，讓PLC能與PC機緊密的結(jié)合在一起，開發(fā)出了一種新型的IPLC型可編程控制器。他能運行WINDOWS系統(tǒng)，而本質(zhì)上就是以梯形圖用語言控制的計算機。通過PC機和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?shù)谋憬?，這樣既擁有PLC的簡單、易用和可靠的優(yōu)勢，又有強大的數(shù)據(jù)處理更了。 2.3 PLC的硬件組成與工作原理 PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、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、上位計算機等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如圖 圖2.2 PLC硬件構(gòu)成圖 PLC的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應用程序完成用戶任務。PLC通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復不停地分階段處理各種不同的任務，基本流程如圖所示。但是PLC也有它自己的特點，PLC在確定了工作任務，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務管理及應用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。 對于每一條程序，CPU都是默認從第一條到最后一條指令的先后順序來逐步執(zhí)行的，按照相應的順序排列做周期性的程序循環(huán)掃描工作，如果沒有跳轉(zhuǎn)的指令，就會從第一條指令開始到最后一條結(jié)束的順序執(zhí)行用戶所寫的程序，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)，每一個循環(huán)被稱作一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖所示。 圖2.3 PLC掃描過程圖 （1） 輸入的刷新過程 在輸入刷新過程中，輸入端口的信號會被CPU掃描完全，讀取它的狀態(tài)后寫入到輸入狀態(tài)寄存器里面。完成寫入后關(guān)閉掉輸入端口，進入到下一個過程中去。 （2） 程序的執(zhí)行過程 在程序執(zhí)行過程，根據(jù)用戶所寫入的控制程序，從第一條開始一個一個的掃描，并將相應的邏輯運算結(jié)果存儲到與之對應的內(nèi)部輔助寄存器中和輸出狀態(tài)寄存器中去并且進入到下一過程。 （3） 輸出的刷新過程 如果全部的指令執(zhí)行結(jié)束以后，會把輸出狀態(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，并且通過某一輸出方式輸出，驅(qū)動外部與之相對應的執(zhí)行元件工作，這就完成了PLC最后的輸出。 2.4 PLC的編程語言 PLC為用戶提供了完善的編程語言來滿足編制用戶程序要求。它提供的編程語言通常有以下5種：梯形圖（LAD）、語句表（STL）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)文本（ST）。 3 自動售貨機的整體設(shè)計 3.1自動售貨機控制面板圖 自動售貨機控制面板圖如下，商品展示窗內(nèi)有六款飲料，每種飲料對應有選擇按鈕、一個紅色指示燈和一個綠色指示燈。展示窗右側(cè)是一個硬幣投放口和一個紙幣投放口，下方是兩個找零按鈕和一個退幣口。出貨口位于整體下方。 圖3.1自動售貨機控制面板圖 3.2電機的選擇 自動售貨機上有多個電動機，在飲料的輸出部分，是由電動機帶動彈簧旋轉(zhuǎn)一圈將飲料轉(zhuǎn)出，每種飲料輸出都要有一個電動機驅(qū)動， 因此，需要選擇適當?shù)碾妱訖C。但是在自動售貨機上使用的電動機一般功率不大，像小罐的飲料自動售貨機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，這樣可以增大扭矩，使飲料的彈出得到保證。 雖然現(xiàn)在一般使用的電動機大部分為交流電機，但在自動售貨機上，售貨的時間很短，因此需要在很短的時間內(nèi)啟動，也需要在很短的時間內(nèi)制動，交流電機不能滿足這些要求，因此使用直流電動機比較好。 表3.1 電機參數(shù)圖 減速電機 額定電壓 額定功率 轉(zhuǎn)速 減速比 XINX-37JS DC +12V 3W 16R.P.M 1:10 3.3自動售貨機的送出結(jié)構(gòu) 目前，應用于自動售貨機上的商品送出機構(gòu)種類較多，下面是一些較典型的送出結(jié)構(gòu) （1）旋轉(zhuǎn)式送出機構(gòu) 此送出機構(gòu)把飲料放在螺旋導軌上，并在貨道底部開設(shè)出口槽，由電機帶動螺旋導軌轉(zhuǎn)動，當飲料轉(zhuǎn)到開口槽時便出槽下貨。這種送出機構(gòu)應用最為廣泛，它要求電機的轉(zhuǎn)矩較大，造價成本較高。 （2）轉(zhuǎn)盤式送出機構(gòu) 上面是一個很大的喇叭狀罐體存儲容器，下面是一個周邊有若干個圓槽的轉(zhuǎn)盤，通過轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動使罐體落入轉(zhuǎn)盤周邊的槽內(nèi)而被售出。這種送出機構(gòu)也需要較大的轉(zhuǎn)矩來帶動和占用較大的空間，而且會發(fā)生卡死現(xiàn)象。 （3）滾筒送出機構(gòu) 該送出機構(gòu)由一個階梯梁和滾筒構(gòu)成，滾筒內(nèi)可以裝若干瓶飲料，通過步進電機來帶動滾筒的轉(zhuǎn)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。這種機構(gòu)要求電機有較高的轉(zhuǎn)動精度。 （4）彈簧推動式送出機構(gòu) 這種機構(gòu)是由螺旋式彈簧和連在彈簧一端的電機構(gòu)成的，電機轉(zhuǎn)動一圈就帶動彈簧轉(zhuǎn)動一圈，同時推出一瓶飲料。 本文所設(shè)計的飲料傳送裝置主要由槽輪、推拉桿、推拉銷、直線步進電機和前后兩邊側(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.如下送出機構(gòu)示意圖所示。 圖3.2送出機構(gòu)示意圖 送出機構(gòu)主要通過直線步進電機帶動推拉桿和推拉銷 ,促使槽輪繞著轉(zhuǎn)動中心作往返轉(zhuǎn)動.直線步進電機運作一次 ,使槽輪上下各擺動一次.同時 ,在前后兩邊的側(cè)板上有導向槽 ,推拉銷在導向槽內(nèi)來回運動 ,導向槽的作用是限定推拉桿的運動方向和槽輪擺動角度。 送出機構(gòu)的工作過程如圖8所示 ,在等待售貨的時候 ,槽輪的槽開口朝下 ,利用圓輪的完整部分來阻擋上面的飲料.當有售貨信號傳過來時 ,直線步進電機開始運轉(zhuǎn)帶動推拉桿 ,推拉桿讓輪槽做一次上下擺動。在槽輪轉(zhuǎn)動的前一半 ,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 ,同時槽輪的完整圓面又卡住后面的飲料 ,電機停止工作 ,這樣就完成一瓶飲料的售出。 3.4錢幣識別器 貨幣識別器有硬幣識別器和紙幣識別器。貨幣識別器是自動售貨機中的重要部分，幾乎所有的操作都是在識別器工作正常的前提下才能發(fā)生的。硬幣識別器分為三部分，一是投幣段，二是進幣段，再是退幣段。紙幣識別器沒有退幣段。 3.4.1 硬幣識別器 （1）硬幣識別原理 主要識別指標：材質(zhì)、厚度、直徑。 材質(zhì)是用電磁的方式測的，使用空心線圈或磁芯線圈，線圈組數(shù)少的只有一組，多的常見的是六組。工作狀態(tài)下，線圈及其外圍電路會以一個特殊的頻率振蕩（多個線圈的話頻率各不相同），當硬幣以垂直或平行于線圈平面的方式穿過時（不同產(chǎn)品方式不同），會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，對某種硬幣的變化特征進行記錄后，就成為使用中識別該種硬幣的依據(jù)。 厚度是沒有東西專門測的，實際上這個指標是和材質(zhì)一起測。因為即使相同材質(zhì)的硬幣，如果厚薄不同，導致的頻率變化差異也較大。 直徑——老式的識別裝置用光電管隊列來識別直徑，排列組合得當?shù)脑?，識別精度也不低（可答0.5mm）。新一點的都用偏心或異形線圈來測量，依據(jù)是直徑小的硬幣與線圈的重合部分也少，由此也帶來頻率變化的不同。 （2）產(chǎn)品型號 本次設(shè)計使用現(xiàn)成的硬幣識別器 圖3.3 硬幣識別器 表3.2硬幣識別器參數(shù)表 工作電壓 適用溫度 規(guī)格 包裝 DC12V20% -15～60℃ 137mm 寬：71mm 高：124mm 60 PCS/箱 產(chǎn)品特點： 1．采用最新微電腦技術(shù)，能快速、準確的分辨出一元和五角硬幣的真?zhèn)巍? 2．獨特的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，可防釣魚、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)整投幣器的精準度，適合搖擺機、洗衣機、咖啡機、游戲機、 自動售貨機等不同場所的需要。 5．結(jié)構(gòu)合理，安裝方便。 3.4.2紙幣識別器 （1）紙幣識別原理 紙幣識別器是由主控部分、傳感器、去等組件、A/D轉(zhuǎn)換器、外部存儲、電機、模式選擇、電源版等組成的一個單片機控制系統(tǒng)。通過多個接口把紫外、磁性、紅外穿透引入主控器。把正常鈔票在個傳感器中的信號進行統(tǒng)計取樣、識別，并寄存下來，作為檢測的依據(jù)。當識別紙幣時，把在各通道接口接收到的信號參數(shù)與原來寄存的信號進行比較、判斷。若有較大差異，則使電機反轉(zhuǎn)。 紙幣相對于硬幣來說，識別會麻煩一些，紙幣中常常會出現(xiàn)一些假幣，所以能夠識別貨幣的真假時之比識別器的一項重要功能。人民幣的制作一般采用的時專門的紙張，假鈔通常是采用經(jīng)過漂白處理的普通紙張。經(jīng)過漂白處理的紙張在紫外線的照射下通常會有熒光反映，而人民幣則沒有。因此，紫外線可以檢測紙幣真?zhèn)巍? 紙幣識別器由雙向微型電機和捻紙皮帶組成傳動機構(gòu)，檢測則由熒光檢測、光敏電阻和紅外線對管等組成。當由紙幣投入時，入口處紅外線被遮擋，接受管發(fā)出信號電機正轉(zhuǎn)，捻紙皮帶將紙幣送入，在此過程中，各種檢測元件對紙幣進行全面檢測，如果被判定與原有儲存參數(shù)不符，則電機反轉(zhuǎn)，將紙鈔退出，如果符合內(nèi)部參數(shù)信息，則進入紙鈔進入內(nèi)部貯鈔箱。也通過通信傳達給PLC以實現(xiàn)控制。 （2）產(chǎn)品型號 本次設(shè)計使用現(xiàn)成的紙幣識別器 圖3.4 紙幣識別器 表3.3 紙幣識別器參數(shù)表 電源 運作環(huán)境 消耗功率 重量 插入方向 12v DC5% 運作溫度： 0～55℃ 存儲溫度： -20～70℃ 濕度： 30% ～ 85% RH 待機電流： 0.2～0.3A 運作電流： 1.2～1.8A 1.13KG 任意方向 產(chǎn)品特點 1.紙幣機能接收人民幣面額1元，5元，10元.20元的紙幣。 2.紙幣四個方向插入都可接收，接受率高達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，具備防偽識別功能的光感應器，能識別紙幣兩面的防偽點。 5.自動感應系統(tǒng)能自動校對、識別插入的紙幣。 6.帶防釣魚功能、防強制抽鈔技術(shù)。 7.安裝在任何形式的機器上都可使用，廣泛用于游戲機、自動換幣機、娃娃機、手機充值機、自動售貨機、彩票機等。 3.5電磁閥的選擇 國內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類(即：直動式、分步直動式、先導式)，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個分支小類(直動膜片結(jié)構(gòu)、分步膜片結(jié)構(gòu)、先導式膜片結(jié)構(gòu)、直動活塞結(jié)構(gòu)、分步活塞結(jié)構(gòu)、先導活塞結(jié)構(gòu)) 。 本設(shè)計主要采用的是直動勢電磁閥。它的原理是：通電的時候，線圈產(chǎn)生磁力吸住關(guān)閉器件，閥門會被打開；斷電時，線圈不再產(chǎn)生磁力，彈簧就把關(guān)閉器件彈到相應位置并壓住，閥門就會關(guān)閉。他可以在很多嚴酷條件下正常工作。  4控制系統(tǒng)設(shè)計 4.1 控制電路硬件組成框圖 整個控制系統(tǒng)以PLC為核心來實現(xiàn)自動售貨機的各種功能，用戶投幣后通過硬幣選擇器或者紙幣選擇器轉(zhuǎn)換成輸入信號加給PLC，按下各種選擇按鈕和退幣按鈕加給PLC信號，然后PLC根究具體情況來控制各種指示燈閃爍、常量或者常滅和各種接觸器的開斷以控制電機等裝置。控制電路硬件組成框圖如圖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)工作流程從投幣開始，投幣結(jié)束后，如果選擇不進行交易可以選擇退幣結(jié)束，如果選擇交易則進行到下一階段。用戶通過累計加幣，來獲得相應商品的購買能力，通過比較與對應商品的價格，即大于或者等于商品價格，自動售貨機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繼續(xù)進行交易直到用戶決定交易結(jié)束。飲料自動售貨機工作流程圖如圖4.2所示： 圖4.2自動售貨機工作流程圖 4.3自動售貨機I/O點分配 序號 定義點 符號 功能 1 I0.0 SB1 找零按鈕 2 I0.1 SB2 康師傅礦泉水按鈕 3 I0.2 SB3 農(nóng)夫山泉按鈕 4 I0.3 SB4 可口可樂按鈕 5 I0.4 SB5 果汁按鈕 6 I0.5 SB6 佳得樂按鈕 7 I0.6 SB7 雀巢咖啡按鈕 8 I2.0 SB8 投一元硬幣 9 I2.1 SB9 投五元紙幣 10 I2.2 SB10 投十元紙幣 11 I2.5 SB11 找零五元 12 I2.6 SB12 找零一元 13 I3.1 SB13 康師傅礦泉水行程開關(guān) 14 I3.2 SB14 農(nóng)夫山泉行程開關(guān) 15 I3.3 SB15 可口可樂行程開關(guān) 16 I3.4 SB16 果汁行程開關(guān) 17 I3.5 SB17 佳得樂行程開關(guān) 18 I3.6 SB18 雀巢咖啡行程開關(guān) 19 Q3.1 康師傅礦泉水紅燈（售完） 20 Q3.2 農(nóng)夫山泉紅燈（售完） 21 Q3.3 可口可樂紅燈（售完） 22 Q3.4 果汁紅燈（售完） 23 Q3.5 佳得樂紅燈（售完） 24 Q3.6 雀巢咖啡紅燈（售完） 25 Q0.0 找零 26 Q0.1 出康師傅礦泉水 27 Q0.2 出農(nóng)夫山泉 28 Q0.3 出可口可樂 29 Q0.4 出果汁 30 Q0.5 出佳得樂 31 Q0.6 出雀巢咖啡 32 Q2.1 康師傅礦泉水綠燈（可以購買） 33 Q2.2 農(nóng)夫山泉綠燈（可以購買） 34 Q2.3 可口可樂綠燈（可以購買） 35 Q2.4 果汁綠燈（可以購買） 36 Q2.5 佳得樂綠燈（可以購買） 37 Q2.6 雀巢咖啡綠燈（可以購買） 表4.1 自動售貨機I/O點分配表 4.4自動售貨機的接線圖 自動售貨機的接線圖如下圖所示，SB2~SB7為物品選擇按鈕，當投入貨比物品綠燈亮（Q2.1~Q2.6），按下SB2~B7其中一個，對應的KM線圈得電，電動灰機轉(zhuǎn)動出相應的物品（Q0.1~Q0.6），當所有物品銷售完，其行程開關(guān)斷開，物品紅燈亮并同時向總部發(fā)送物品銷售完的信息；當收買物品總值低于投入總值時，可按找零按鈕SB1選擇找五元還是一元，KM1得電電機轉(zhuǎn)動找零（Q0.0）。 圖4.3 自動售貨機接線圖  5 PLC程序設(shè)計 以下程序銷售康師傅礦泉水（一元）、農(nóng)夫山泉（二元）、可口可樂（三元）、果汁（三元）、佳得樂（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介 （1） 投幣計數(shù)部分 通過投入錢幣控制第一個開關(guān)，后接一個上升沿觸發(fā)器，保證反應速度。一元對應數(shù)字1，五元對應數(shù)字5，以此類推，通過加法器累計加到VD4上。 （2）以康師傅礦泉水為例，介紹送貨過程、燈光控制以及內(nèi)部運算方法。 當余額大于或等于一元時，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。當無康師傅礦泉水時按下對應按鍵，則不減余額，不出商品。 程序通過一個比較器來判斷余額問題，通過減法器來進行運算。 康師傅礦泉水閃爍控制 當余額大于或者等于一元時，如果沒按下康師傅礦泉水鍵，則對應綠燈常亮，如果在出商品，則綠燈閃爍，當沒有康師傅礦泉水時，對應綠燈不亮不閃爍。 當無康師傅礦泉水時，對應紅燈亮 （3）無操作時程序設(shè)計 2min無操作計時 無人操作計時 無操作找零燈亮 （4）找零程序設(shè)計 本次設(shè)計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。 通過比較器來確定余額是否大于五元，如果小于五元則不執(zhí)行后面的減法運算。找零后如還有余額則存到VD4上面，再通過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，當投入一元時加1，投入五元時加5；SUB_DI是雙整數(shù)減法，當成功購買物品時就會減去物品對應的數(shù)；T37~T56表示通電延時定時器，按下物品按鈕時T37~T42延時8s，無操作時T43啟動計時20s，T44與T43配合組成投幣2min無操作后找零，T46~T56兩兩配合形成閃爍電路。  結(jié)論 這次畢業(yè)設(shè)計我的主要任務是用PLC實現(xiàn)自動售貨機的功能。一個平?？此坪唵问褂梅奖愕淖詣邮圬洐C，其實并不是那么容易就做成的。設(shè)計中使用Visio畫圖，使用step7-microwin設(shè)計程序。在此過程中不斷的學習改進，從中學習到好多有用的知識和經(jīng)驗。 設(shè)計的自動售貨機的功能主要是對飲料進行自動交易，通過對PLC的程序輸入達到自動售貨的目的。這次設(shè)計課題的效果是：當投入錢幣時，根據(jù)投入錢幣的多少，自動售貨機會自動判斷，然后做出相應的結(jié)果即燈亮的變化，根據(jù)顧客的選擇，會自動輸出要選擇的飲料，并退還余額。 本設(shè)計的優(yōu)點與缺點是：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)計出的自動售貨機裝置簡單、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用：本設(shè)計的缺點有識別的錢幣種類也有些限制，退幣需要自己手動選擇余額，人機交互方面做得不夠。 本設(shè)計的結(jié)果能夠滿足設(shè)計需求，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，以滿足人們在生活中的需求！ 這種售貨機適合放在工廠或?qū)W校的餐廳。短時間人流比較大的時候，它可以起到很大的作用，而且，服務范圍不大，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。  致謝 在此答辯之際，我首先感謝學院為我提供的學習機會和條件，以及對我的悉心教育。然后要感謝我的導師，因為無論從論文選題，到編寫過程，直到完成，陳輝老師無不傾注著心血和辛勞，這點讓我們深受感動。陳老師認真的求學精神、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的專業(yè)學識、敏銳的學術(shù)眼光、深邃的學術(shù)思想、勤勉塌實的治學作風、誨人不倦的精神無不讓人感動。我在這里說一聲，老師，辛苦了！ 同時，我還要感謝其他給我指導幫助的各位老師，他們都在我做設(shè)計的時候無私的幫助過我，給我提出很多很好的建議，讓我獲益匪淺。 四年大學生活轉(zhuǎn)眼即逝。在這四年學習期間，湖北工業(yè)大學的老師們無私耕耘、孜孜教誨，讓我們學到了很多書里和書外的知識，為我們即將進入社會打下了良好的基礎(chǔ)。在這里我向所有老師們表示深深得謝意和崇高的敬意。你們辛苦了！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師！忠心地祝愿各位身體健康、工作順利。  參考文獻 [1] 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