【正文】 ............................................................... 38 參考文獻 ...................................................................................................................... 39 致 謝 ........................................................................................................................... 40 附 錄 ............................................................................................................................ 41 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒論 1 第 1 章 緒論 課題研究背 景 自動售貨機是可完成無人自動售貨 ,集光、機、電一體化的商業(yè)自動化設備。隨 著當前城市規(guī)模的增大，很多公共場合都放置有自動售貨機 ， 極大的滿足了人們的即時性需求，為人們進行簡單物品的采購提供了一種便利。 自動售貨機行業(yè)長期以來在美國、日本等國家得到迅猛發(fā)展，目前已在 45個國家得到廣泛普及。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計，中國的自動售貨機擁有量僅有 2萬臺，相對于 13億的人口大國和零售業(yè)態(tài)發(fā)展的趨勢而言，中國自動售貨機行業(yè)的發(fā)展空間將更加廣闊。 傳統(tǒng)的自動售貨機多采用單片機控制方案，系統(tǒng)硬件設計復雜，抗干擾能力相對較差，很難保證系統(tǒng)的 可靠性和穩(wěn)定性，維護維修困難。 可編程序控制器 ( PLC)是綜合了計算機技術 、自 動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置 ， 它具有可靠性高 、 程 序 簡單 、維 護方便等優(yōu)點 ， 已在工業(yè)控制領域得到廣泛地應 用， 因為自動售貨機作為社會上完成商品零售和綜合服務的獨立設施 ， 要求它的結構必須可靠 、穩(wěn) 定和執(zhí)行效率高 。 利用三菱 FX2N PLC 控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行。 本文就詳細地介紹一種用 三菱 FX2N PLC 實現(xiàn)的自動售貨機控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計 ， 并編寫了系 統(tǒng)程序總框圖和一個具體的梯形圖 ， 經(jīng)實踐驗證該控制系統(tǒng)是可行 的。 自動售貨機設計目的和意義 面對當前快速商品社會，人們的時間觀念越來越重，如何才能更快的購買到顧客自己所需的商品，這都是顧客和商家共同面臨的問題。 隨著科技的發(fā)展及人們生活水平的提高，自動售貨機市場的發(fā)展越來越呈現(xiàn)出多元化及個性化的需求。通過自動售貨機進行自助購物正逐漸成為市民的一種新的消費時尚，快捷方便的購物方式滿足了人們在當今科技高速發(fā)展的現(xiàn)代社會追求高品質生活的需要。自動售貨機在城市商業(yè)區(qū)、寫字樓大廳、風景區(qū)、車站、碼頭、繁華街道等公共 場所的布設能夠美化亮化城市環(huán)境，方便群眾生活，已經(jīng)成為城市各角落的一道亮麗風景線。自動售貨機 已 在國內(nèi)普及，并成為城市現(xiàn)代文明程度的一種象征性標志 。 PLC 的發(fā)展與計算機技術、半導體技術、控制技術、數(shù)字技術、通信網(wǎng)絡技術等高新技術的發(fā)展息息相關，這些高新技術的發(fā)展推動了 PLC 的發(fā)展，而 PLC得發(fā)展又對這些高新技術提出了更高更新的要求，促進了他們的發(fā)展。本次設計河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒論 2 就在于結合 PLC 的種種優(yōu)點聯(lián)系實際情況來彌補原有系統(tǒng)的不足，利用 PLC 控制的自動售貨機提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證了自動售貨機能夠長期穩(wěn)定的運行。 在進行上、下位機程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動售貨機本身所具備的功能及在進行某種操作后所具有的狀態(tài)。 售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應的反應。舉一個簡單的例子來說明，例如：售貨機中有 8種商品，其中 01號商品（代表第一種商品）價格為 ， 02商品為 元，其余類推?，F(xiàn)投入 1個 1元硬幣，當投入的貨幣超過 01商品的價格時， 01商品的選擇按鈕處應有變化，提示可以購買，其他商品同此。當按下選擇 01商品的價格時，售貨 機進行減法運算，從投入的貨幣總值中減去 01商品的價格同時啟動相應的電機，提取 01號商品到出貨口。此時售貨機繼續(xù)等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時不再購買而按下退幣按鈕，售貨機則要進行退幣操作，退回相應的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。自動售貨機的工作流程圖如圖 所示。 初 始 狀 態(tài)投 幣 狀 態(tài)購 買 狀 態(tài)退 幣 狀 態(tài)按 下退 幣按 鈕投 入 硬 幣按 下 選 擇 按 鈕是 否 有 剩 余NY 圖 11自動售貨機工作流程 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒論 3 現(xiàn)在，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。例如實行聯(lián)機方式，通過電話清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時 ，這種機型的自動售貨機即使在關掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)約 10－ 15％的電力。進入 21世紀時，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展 。 從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，大量生產(chǎn)，大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道，而相對的超市，百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升，在加上場地的局限性和購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器也就有了其相當可觀的前景 。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒論 4 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 自動售貨機硬件結構設計 5 第 2章 自動售貨機硬件結構設計 的硬件組成 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備，其硬件結構圖如 圖 21 硬件結構圖 21 電機的選擇 電動機 選擇的參考因素主要包括：電動機型式、電壓與轉速；電動機型式種類；電動機防護型式的選擇；電動機電壓和轉速。 電動機型式、電壓與轉速的選擇 合理選擇電動機型式、電壓與轉速的具體內(nèi)容及一般步驟 首先要根據(jù)生產(chǎn)機械對電力傳動提出的要求，如起動與制動的頻繁程度，有無調速要求等等來選擇電動機的電流種類，即選用交流電動機還是選用直流電動河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 自動售貨機硬件結構設計 6 機；其次應結合電源情況選擇電動機額定電壓的大?。辉儆缮a(chǎn)機械所要求的轉速及傳動設備的要求選取它的額定轉速；然后根據(jù) 電動機和生產(chǎn)機械的安裝位置和周圍環(huán)境情況來決定電動機的結構型式和防護型式；最后由生產(chǎn)機械所需要的功率大小來決定電動機的額定功率（容量）。綜合以上方面考慮，最后在 電機 產(chǎn)品目錄中選擇與要求相符的電動機，如果產(chǎn)品目錄中所列電動機不能滿足生產(chǎn)機械的某些特殊要求，則可向電機生產(chǎn)廠家單獨定制。 選擇電動機是從交流和直流、機械特性、調速 與起動性能、維護及價格等方面來考慮的，所以選擇時要遵循下列原則： ① 首先考慮選用三相鼠籠型異步電動機。因為它具有簡單、堅固耐用、工作可靠、價格低廉和維護方便等優(yōu)點，但是它的缺點是調速困難、功率因數(shù)低、起動電流較大和起動轉矩較小。因此主要適用于作為機械特性較硬而無特殊調速要求的一般生產(chǎn)機械和拖動，如一般的機床和功率小于 100KW 的水泵或通風機等生產(chǎn)機械。 ② 繞線型電動機的價格較籠型電動機高，但是它的機械特性可通過轉子外加電阻的辦法加以調節(jié)，因而能限制起動電流并提高起動轉矩，故它可適用于電源容量 較小，電動機功率較大或有調速要求的場合，如某些起重設備、卷揚提升設備、鍛壓機及重型機床的橫梁移動等。 ③ 當調速范圍低于 1： 10，且又要求能平滑調速的場合，可先選用滑差電動機。該電動機的結構型式按其安裝位置的不同可分為臥式和立式兩種。臥式電動機的轉軸是水平安裝的，立式電動機的轉軸則是與地面垂直安裝的，故兩種電機不可以更換對調使用。在一般情況下應盡量選用臥式電動機，只有在需要垂直運轉的場合（如立式深井水泵以及鉆床等），為了簡化傳動裝置時才考慮采用立式電動機（因為它的價格較貴）。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 自動售貨機硬件結構設計 7 選擇 電動機的防護型式有多種，實用中選擇時必須根據(jù)不同的工作環(huán)境選擇適宜的防護型式電動機。電動機的防護型式有開啟式、防護式、封閉式、防爆式、潛水式等數(shù)種。通常情況下選用開啟式，因為它便宜，但它只適用于干燥清潔的環(huán)境，對于潮濕、易受風雨侵蝕、多灰塵、易燃、腐蝕性的環(huán)境應選用封閉式，而在灰塵多對電機絕緣無害且易被壓縮空氣吹凈時，可選用防護式。至于潛水泵用電機，則應采用完全密封式，以保證在水中工作時不被潮氣侵入，當電動機在有火災或爆炸危險的環(huán)境中時，應注意必須選用防爆式。 選擇 （ 1） 現(xiàn)有工廠企業(yè)的生產(chǎn)機械選配電動機時，電動機的額定電壓應與工廠配電電壓一致，新建工廠的電動機，其電壓選擇要與工廠供配電電壓的選擇一起考慮，根據(jù)不同電壓等級經(jīng)技術經(jīng)濟比較后擇優(yōu)決定。 我國規(guī)定的低電壓標準為 220/380V，高壓配電電壓大多數(shù)為 10KV。一般中小容量的電動機大都是低壓的，其額定電壓分別為 220/380V（ D/Y 接法）和 380/660V(D/Y接法 )兩種。當電動機容量超過約 200KW 時，建議使用者選擇 3KV、 6KV 或 10KV 的高壓電機。 （ 2）電動機的（額定）轉速選擇 ，要根據(jù)拖動生產(chǎn)機械的要求及傳動裝置的配比情況來考慮。電動機每分鐘的轉數(shù)通常有 3000、 1500、 1000、 750及 600等多種，異步電動機額定轉速由于存在轉差率，一般要比上述轉速低 2％～ 5%。從電動機制造角度講，同樣功率的電動機若額定轉速越高，其電磁轉矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量亦輕，并且高速電機的功率因數(shù)及效率比低速電機都高。若能選擇轉速愈高的電動機，則經(jīng)濟性愈好，但若由此而引起電動機與被拖動機械間的轉速相差過大時，所需裝設減速裝置的傳動級數(shù)就越多，這就會加大設備成本及傳動的能量損耗。故要經(jīng)過分析 比較擇優(yōu)選定。我們通常應用的電機大部分是選用 4極 1500r/min 的電機，因為這種額定轉速的電機適應范圍廣，而且其功率因數(shù)和工作效率也較高。 自動售貨機吐出飲料的過程實際為電機動作推飲料下來。綜合考慮選擇電機為L293D步進驅動電機。由于電機都是電感性負載，在停轉的時候會有反向電流，所以需要用 PC847光電隔離器把控制和驅動信號隔離開來，然后用 L293D步進驅動電機，電機驅動需 24 V電壓，控制信號經(jīng)過 L293D后變?yōu)?24 V左右的電源信號才可驅動電機。 電機有三根線：電源、地線和反饋信號 (電機轉一圈 送出一個低電平 )。在機械制作中使電機轉一圈剛好推出一瓶飲料，電機轉一圈同時產(chǎn)生一反饋信號，此信號使電機停止轉動，另外一種情況是紅外檢測到有貨物落下則電機停止轉動。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 自動售貨機硬件結構設計 8 貨幣處理裝置 貨幣處理裝置包括：檢測貨幣投入狀態(tài)的投入狀態(tài)檢測裝置；檢測有無貨幣退還操作的退還操作檢測裝置；在投入狀態(tài)及投入貨幣退還操作的有無達到規(guī)定的基準狀態(tài)時，將說得到的基準狀態(tài)信號利用所外部；連接裝置向投入外部裝置輸出的狀態(tài)輸出裝置。 目前投入試用的 “ 貨幣識別機 ” 設置有感應線圈，通過對貨幣的材料、大小尺寸等各個要素進 行感應并探明真?zhèn)?。不同的材質具有不同的磁場變化，可以通過電子技術進行分析、探查和識別，更高級的檢測還可以運用頻譜分析。 貨幣識別器種類繁多 ,但貯幣退幣機構基本上分為兩類：一類是平面式貯幣，電磁閥退幣；另一類是圓筒式貯幣，步進電機退幣。 根據(jù)設計中對自動售貨機的要求，選擇平面式貯幣，電磁閥退幣。當貨幣投入后經(jīng)過識別識出電信號后，偽幣和異物被排出，真幣按面值由幾組分布電磁閥分配到不同貯幣腔體內(nèi)備用；當收到退幣找