【正文】 小時(shí)無間斷的營(yíng)業(yè)方式，適應(yīng)各類人群對(duì)商品的購(gòu)買需求。它的小巧、方便既能作為城市的一道風(fēng)景裝飾又能為消費(fèi)者人群解決對(duì)商品的需求。久而久之，這樣一個(gè)銷售方式得到人們的認(rèn)同，在許多熱鬧的街道，辦公樓下，甚至住宅小區(qū)都可隨處可見。 自動(dòng)售貨 機(jī) 控制系統(tǒng) 的研究 現(xiàn)狀 在中國(guó)，自動(dòng)售貨機(jī)具有廣泛的發(fā)展前途。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、行業(yè)運(yùn)作的變革和入世的到來，自動(dòng)售貨機(jī)在中國(guó)的普及和應(yīng)用是必然趨勢(shì)?？v觀近年來國(guó)內(nèi)自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)，從 92 年開始從日、韓等國(guó)引進(jìn)舊機(jī)器擺放國(guó)內(nèi)市場(chǎng)以來，到自行研制和生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)化自動(dòng)售貨機(jī)，各廠家、商家蹣跚起步、艱難守業(yè)，已為國(guó)內(nèi)零售業(yè)撐起一片蔚藍(lán)的晴空。由于我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)與美國(guó)、日本和歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大距離，我國(guó)現(xiàn)有城市人口約 4億多人，如果按平均 500 人擁有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)的話，那么，中國(guó)的自動(dòng)售貨機(jī)潛在市場(chǎng)需要量就要 80 萬臺(tái)。 據(jù)有關(guān)資料介紹，在天津，一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)每天銷售額平均為 200元，在大連平均為 280 元。如以每臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)每天銷售額為 200元計(jì)，全年通過自動(dòng)售貨機(jī)的銷售額就可達(dá)到 600 億元。自動(dòng)售貨機(jī)的高（高技術(shù)）、新（新銷售方式）、大（市場(chǎng)潛力巨大）、真（商品貨真價(jià)實(shí)）等優(yōu)點(diǎn)，決定了其具有廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)有關(guān)專家測(cè)算，在中國(guó)，自動(dòng)售貨機(jī)的市場(chǎng)容量最保守的估計(jì)也可達(dá) 47萬臺(tái)之巨。 所以自動(dòng)售貨機(jī)，在中國(guó)會(huì)越來越受到廣大消費(fèi)者的熱捧，在這么如此巨大的一個(gè)數(shù)字面前，我們?nèi)绻哟髮?duì)自動(dòng)售貨機(jī)的研究，并通過自己的技術(shù)，制造和維護(hù) 自動(dòng)售貨機(jī)，這將是一項(xiàng)很可觀的利潤(rùn)獲取。也能體現(xiàn)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)能力和快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù) [3]。 論文 的 結(jié)構(gòu) 本文主要分章節(jié)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行介紹及設(shè)計(jì)，第 1 章主要介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的研究現(xiàn)狀及研究意義；第 2章則是對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的方案選擇的及所選方案的論證；第 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 4 3章就是控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及選擇，通過分小節(jié)介紹硬件的構(gòu)成、選擇、上位機(jī)的選擇與設(shè)計(jì)以及對(duì) PLC的選型；第 4章是說明下位控制系統(tǒng)的的實(shí)現(xiàn)，其中包括 I/O地址的分配、 PLC 控制程序的設(shè)計(jì)、 PLC 控制程序的仿真調(diào)試；最后一章，也就是第五章的自動(dòng)售貨機(jī)上位 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，在組態(tài)王 上設(shè)計(jì)仿真界面，將上下位系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)所能達(dá)到的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 5 第 2 章 自動(dòng)售貨機(jī)的控制方案論證及選擇 簡(jiǎn)介 初始狀態(tài)投幣狀態(tài)購(gòu)買狀態(tài)是否滿足購(gòu)買要求 ？是否有剩余錢幣 ？退幣選擇投幣是 ， 選擇購(gòu)買否 ， 繼續(xù)投幣否是是不購(gòu)買 ， 則可選擇直接退幣 圖 自動(dòng)售貨機(jī)的 售貨流程 本設(shè)計(jì)采用三菱 PLC 編程軟件編寫了自動(dòng)售貨機(jī)的售貨過程的控制程序 ，實(shí)現(xiàn)邏輯的運(yùn)算及選擇可行性，不涉及自動(dòng)售貨機(jī)硬件的選型和連接。然后再通過與組態(tài)王 進(jìn)行上下位聯(lián)機(jī)仿真，實(shí)現(xiàn)整個(gè)仿真過程中模 擬交易的動(dòng)態(tài)顯示。 自動(dòng)售貨機(jī)的售貨過程 如圖 所示。 （ MC/MCR）來實(shí)現(xiàn)啟 /停控制的； 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 6 ，通過加法運(yùn)算上升沿有效指令 (ADDP)來實(shí)現(xiàn)錢幣累加； D2 中， 通過比較指令（ CMP）進(jìn)行投幣數(shù)與商品價(jià)格的對(duì)比； ，符合購(gòu)買要求后則可以選擇購(gòu)買對(duì)應(yīng)的商品，而通過減法指令上升沿有效（ SUBP），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)減去所購(gòu)買商品的價(jià)格，然后回到 3步驟重新比較，或者選擇退幣； ，通過指令（ ZRST）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清零； 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 60秒無任何操作自動(dòng)退幣的功能。 自動(dòng)售貨機(jī)的 控制要求 本次設(shè)計(jì)是主要應(yīng)用三菱 FX2N 型 PLC 來編寫控制程序的，并根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求畫出順序功能圖和梯形圖，再根據(jù) PLC 與組態(tài)王 的相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的仿真界面，其中通過 PLC將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇M態(tài)王上，在組態(tài)界面上完成模擬的購(gòu)物過程。 對(duì)于本次設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確無誤的梯形圖是最主要的，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)完梯形圖之后，要在三菱 FX2N型 PLC 上進(jìn)行仿真，有錯(cuò)則要修改，在確保程序無誤的情況下，才能下載到 PLC內(nèi)與組態(tài)聯(lián)機(jī)調(diào)試。 本 設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)所要滿足的要求如下： （ 1） 自動(dòng)售貨機(jī)能出售 2元、 元、 元、 12 元的 4種商品； （ 2）顧客可投入的面值最大不超過 20 元的紙幣； （ 3）投幣結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)將錢幣數(shù)據(jù)與可以購(gòu)買的價(jià)格進(jìn)行比較，比較后大于或等于其中任 意商品價(jià)值后，可以選擇購(gòu)買或退幣，當(dāng)比較后小于其中最低商品價(jià)值時(shí) ，可以選擇繼續(xù)投幣或者退幣； （ 4）當(dāng)顧客購(gòu)買商品后，售貨機(jī)自動(dòng)結(jié)算所剩余額 （送出的貨物用相應(yīng)的圖片來顯示 模擬），這時(shí)可以選擇繼續(xù)購(gòu)買或者按退幣按鈕選擇退幣； （ 5）顧客一次只能購(gòu)買一種商品的一個(gè)，若需要更 多商品，需要重復(fù)操作； （ 6）當(dāng)顧客投入金額大于等于最低價(jià)商品，小于等于最高價(jià)商品時(shí)，其指示燈 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 7 對(duì)應(yīng)亮起，可以選擇指示燈對(duì)應(yīng)按鈕，購(gòu)買該價(jià)值區(qū)間內(nèi)的任意一件商品 。 自動(dòng)售貨機(jī)的 控制 方案 論證及選擇 自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)中，必須考慮到自動(dòng)售貨機(jī)開發(fā)成本、可靠性、可維護(hù)性、執(zhí)行速率及程序的易修改性方面進(jìn)行售貨機(jī)的最終方案的選擇。而從控制方式來說，可采用繼電器控制、單片機(jī)控制和可編程控制器控制對(duì)售貨機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，而以下就是對(duì)各方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，并最終確定所選方案。 控制 方案論證及比較 它的控制思想是以繼電器為核心，采用硬接線方式把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按照一定邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制相關(guān)機(jī)械工作 。 在控制系統(tǒng)過程中，繼電器只能作為一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是一個(gè)控制器件。 圖 繼電器 分布接線圖 由 圖 ， 繼電器控制，所需要復(fù)雜的接線和數(shù)量相當(dāng)龐大的繼電器。 相對(duì)于 繼電器控制系統(tǒng) 而言 ，雖然對(duì)外界的抗干擾能力比較強(qiáng)，但是 在設(shè)計(jì)中 使用的機(jī)械觸點(diǎn)比較多，從而連線較為復(fù)雜，并且這些機(jī)械觸點(diǎn)在開關(guān)閉合或斷開時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 8 弧，電弧對(duì)元 件損害很大，會(huì)嚴(yán)重影響 元器件的使用壽命，從而降低了系統(tǒng)的可靠性；并且它的控制方式是并行控制，吸合和不吸合都要受到某種限制才能完成，再加上每個(gè)繼電器只有 48個(gè)觸點(diǎn)，在完成售貨機(jī)設(shè)計(jì)的過程中，我使用的輸入 /輸出點(diǎn)較多，從而也需要用到許多的觸點(diǎn)，如果選擇繼電器控制，則需要大量的繼電器，就會(huì)加大實(shí)際投入，反而降低了設(shè)計(jì)中性價(jià)比較高的要求。 總體而言，繼電器控制不適合運(yùn)用到多觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，連接線路也很復(fù)雜，增加了施工的難度而且施工完成，卻很難再做修整，針對(duì)這些可以說明其穩(wěn)定性、可靠性及程序執(zhí)行速率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。不能滿足售貨機(jī)設(shè)計(jì)中所要滿足 性能要求。 單片機(jī) 控制系統(tǒng)是基于芯片級(jí)的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，需要先設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，畫硬件電路圖，制作印刷電路板，購(gòu)置各種所需的電子元器件，焊接電路板，進(jìn)行硬件調(diào)試，進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)和測(cè)試的大量工作；需要使用專門的開發(fā)裝置和低級(jí)編程語(yǔ)言編制控制程序，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 單片機(jī)控制自動(dòng)售貨機(jī)的基本實(shí)現(xiàn)連接，如圖 所示。 AT 89 CS 2 單片機(jī)最小系統(tǒng)錢幣輸入選擇商品輸入選擇退幣復(fù)位商品售出錢幣結(jié)算錢幣不足提示 圖 單片機(jī)控制系統(tǒng) 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 9 基于單片機(jī)控制，雖然它本身價(jià)格不貴，但需要購(gòu)入單片機(jī)開發(fā)裝置 （如仿真器、燒錄 器、電源）和模擬制板等等，都需要不少的費(fèi)用，再加上開發(fā)過程中所投入的人力物力 ，其開發(fā)成本會(huì)相當(dāng)大，而且單片機(jī)的控制抗干擾能力較差；對(duì)于每塊單片機(jī)而言，所持有的 I/O 總數(shù)也嚴(yán)重性不足，在自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)中，同樣需要大規(guī)模的擴(kuò)展，這樣也是系統(tǒng)電路更加的復(fù)雜，從而降低了系統(tǒng)的可靠性；從開發(fā)周期上講，單片機(jī)控制從電路設(shè)計(jì)、模擬制板、編程、仿真、調(diào)試等都要經(jīng)歷非常長(zhǎng)的周期，在設(shè)計(jì)的過程中需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間在硬件設(shè)計(jì)和編程調(diào)試上， 對(duì)于自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)而言，應(yīng)該把大量時(shí)間花在工藝過程的分析上，但單片機(jī)控制 卻對(duì)最為重要的工藝 過程沒有太多的時(shí)間考慮 ，且單片機(jī)控制對(duì)程序修改或者維修都相對(duì)復(fù)雜，因?yàn)樗拈_發(fā)基本上是專用的特殊設(shè)備， 在市場(chǎng)很難找到替代的配件 。 從整體設(shè)計(jì)可行而言，單片機(jī)控制雖然控制速度達(dá)到了要求，但是其可靠性，抗干擾能力相對(duì)較差，而且設(shè)計(jì)所需費(fèi)用較高，修改和維護(hù)起來都比較復(fù)雜。 它的控制思想是采用可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。 相對(duì)可編程控制器控制，有 硬件的可靠性高 、 接線簡(jiǎn)單 、 通用 性好 、 可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 、 編程簡(jiǎn)單 、 使用方便 、 易于安裝 和 便于維護(hù) 等諸多優(yōu)勢(shì)，基本滿足了售貨機(jī)設(shè)計(jì)過程中所需要達(dá)到的要求 [45]。 方案選擇 根據(jù) PLC與繼電器控制和單片機(jī)控制的比較可知， PLC 在性能上比繼電器控制和單片機(jī)控制邏輯都有一定的優(yōu)勢(shì)，特別是可靠性高、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，我們決定選擇 PLC 作為控制核心來設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的工作運(yùn)行程序。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 10 本章小結(jié) 本章主要對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，了解其能實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能，并對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)做出了方案的論證，最終通過對(duì)比論證，選擇了可編程控制作為自動(dòng)售貨機(jī)的程序設(shè)計(jì)；簡(jiǎn)單的闡述了所設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)所要實(shí)現(xiàn)的基本控制要求。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 11 第 3 章 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及選型 自動(dòng)售貨機(jī) 控制系統(tǒng) 的硬件構(gòu)成 其系統(tǒng)硬件組成如圖 所示。 投幣紙幣識(shí)別P L C商品選擇按鈕退幣選擇按鈕復(fù)位按鈕商品選擇指示燈投幣顯示器各輸出繼電器 各電動(dòng)閥 圖 硬件電路組成框圖 當(dāng)售貨機(jī)有錢投入時(shí)，會(huì)經(jīng)過紙幣識(shí)別器，通過識(shí)別，確定是真幣和面值大小的情況下，會(huì)將該信號(hào)傳輸給 PLC， PLC 就會(huì)做出相應(yīng)的控制 ，確定輸入信號(hào)是觸動(dòng) PLC控制程序內(nèi)的哪個(gè)投幣按鈕閉合，表示投入了相應(yīng)的錢幣并在顯示屏上顯示出所投金額。當(dāng)所投錢幣滿足購(gòu)物要求時(shí)，對(duì)應(yīng)購(gòu)物提示燈會(huì)亮起，這時(shí)可選擇對(duì)應(yīng)按鈕購(gòu)物或者選擇退幣。 PLC 的選型 現(xiàn)在世界上 PLC的生產(chǎn)廠家有 200多家 ， 提供 400 多個(gè)品種的 PLC供用戶 選擇 ，目前我國(guó)市場(chǎng)上主要的 PLC 產(chǎn)品有 ： 西門子公司的 S7400/300/200 系列 ， 施奈德 昆明理工大學(xué) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 12 公司的 momentum 等 ， 還有就是日本的歐姆龍 、 三菱 、 松下等公司的產(chǎn)品 。 西門子公司生產(chǎn)的 PLC 可靠性高 ， 特別適用 于大的工業(yè)控制系統(tǒng) ， 造價(jià)比較高 ， 對(duì)于小型的自動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)來說成本過高 。 相反 ， 目前我國(guó)市場(chǎng)上主流的小型的三菱 PLC 就比較合適 ， 三菱公司生產(chǎn)的小型 PLC 的代表為 FX2N 系列的 PLC， 它具有豐富的內(nèi)部資源 ： 程序存儲(chǔ)器具有 16K 步的最大存儲(chǔ)容量 ， 128 種應(yīng)用指令 ， 還具有 184 點(diǎn) 8 進(jìn)制編號(hào)的輸入點(diǎn)數(shù) ， 184 點(diǎn) 8 進(jìn)制編號(hào)的輸出點(diǎn)數(shù) ， 普通型 ， 掉電保持性和賦予特殊用途型三種內(nèi)部繼電器 ， 以及狀態(tài)寄存器 、 定時(shí)器 、 計(jì)數(shù)器 、 數(shù)據(jù)寄存器 、 常數(shù)與指針等功能與資源 。 可靠性高造價(jià)低 ， 對(duì)于自動(dòng)售貨機(jī)的 控制中心就特別的合適 。因此 ， 本次設(shè)計(jì)采用的 PLC為三菱公司生產(chǎn)的 FX2N 系列 可編程控制器 。 1. 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) 在本次設(shè)計(jì)中