【正文】 ............................................................... 38 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 39 致 謝 ........................................................................................................................... 40 附 錄 ............................................................................................................................ 41 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 1 第 1 章 緒論 課題研究背 景 自動(dòng)售貨機(jī)是可完成無人自動(dòng)售貨 ,集光、機(jī)、電一體化的商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。隨 著當(dāng)前城市規(guī)模的增大，很多公共場(chǎng)合都放置有自動(dòng)售貨機(jī) ， 極大的滿足了人們的即時(shí)性需求，為人們進(jìn)行簡(jiǎn)單物品的采購提供了一種便利。 自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)長(zhǎng)期以來在美國(guó)、日本等國(guó)家得到迅猛發(fā)展，目前已在 45個(gè)國(guó)家得到廣泛普及。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，中國(guó)的自動(dòng)售貨機(jī)擁有量?jī)H有 2萬臺(tái)，相對(duì)于 13億的人口大國(guó)和零售業(yè)態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)而言，中國(guó)自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)的發(fā)展空間將更加廣闊。 傳統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)多采用單片機(jī)控制方案，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，抗干擾能力相對(duì)較差，很難保證系統(tǒng)的 可靠性和穩(wěn)定性，維護(hù)維修困難。 可編程序控制器 ( PLC)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 ， 它具有可靠性高 、 程 序 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 。 利用三菱 FX2N PLC 控制的自動(dòng)售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 本文就詳細(xì)地介紹一種用 三菱 FX2N PLC 實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) ， 并編寫了系 統(tǒng)程序總框圖和一個(gè)具體的梯形圖 ， 經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證該控制系統(tǒng)是可行 的。 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)目的和意義 面對(duì)當(dāng)前快速商品社會(huì)，人們的時(shí)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(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展越來越呈現(xiàn)出多元化及個(gè)性化的需求。通過自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行自助購物正逐漸成為市民的一種新的消費(fèi)時(shí)尚，快捷方便的購物方式滿足了人們?cè)诋?dāng)今科技高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)追求高品質(zhì)生活的需要。自動(dòng)售貨機(jī)在城市商業(yè)區(qū)、寫字樓大廳、風(fēng)景區(qū)、車站、碼頭、繁華街道等公共 場(chǎng)所的布設(shè)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(fēng)景線。自動(dòng)售貨機(jī) 已 在國(guó)內(nèi)普及，并成為城市現(xiàn)代文明程度的一種象征性標(biāo)志 。 PLC 的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，這些高新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了 PLC 的發(fā)展，而 PLC得發(fā)展又對(duì)這些高新技術(shù)提出了更高更新的要求，促進(jìn)了他們的發(fā)展。本次設(shè)計(jì)河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 2 就在于結(jié)合 PLC 的種種優(yōu)點(diǎn)聯(lián)系實(shí)際情況來彌補(bǔ)原有系統(tǒng)的不足，利用 PLC 控制的自動(dòng)售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證了自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。 在進(jìn)行上、下位機(jī)程序編寫之前，首先要做的工作是確定自動(dòng)售貨機(jī)本身所具備的功能及在進(jìn)行某種操作后所具有的狀態(tài)。 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，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來說明，例如：售貨機(jī)中有 8種商品，其中 01號(hào)商品（代表第一種商品）價(jià)格為 ， 02商品為 元，其余類推。現(xiàn)投入 1個(gè) 1元硬幣，當(dāng)投入的貨幣超過 01商品的價(jià)格時(shí)， 01商品的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購買，其他商品同此。當(dāng)按下選擇 01商品的價(jià)格時(shí)，售貨 機(jī)進(jìn)行減法運(yùn)算，從投入的貨幣總值中減去 01商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取 01號(hào)商品到出貨口。此時(shí)售貨機(jī)繼續(xù)等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時(shí)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。自動(dòng)售貨機(jī)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(dòng)售貨機(jī)工作流程 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 現(xiàn)在，自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過電話清涼飲料自動(dòng)售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費(fèi)高峰時(shí) ，這種機(jī)型的自動(dòng)售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動(dòng)售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約 10－ 15％的電力。進(jìn)入 21世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)也將進(jìn)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(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來看，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，在加上場(chǎng)地的局限性和購物的便利性等這些因素的制約，無人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器也就有了其相當(dāng)可觀的前景 。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 4 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)售貨機(jī)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 第 2章 自動(dòng)售貨機(jī)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 的硬件組成 PLC 的硬件主要由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)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(chǎng)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(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件結(jié)構(gòu)圖如 圖 21 硬件結(jié)構(gòu)圖 21 電機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī) 選擇的參考因素主要包括：電動(dòng)機(jī)型式、電壓與轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)型式種類；電動(dòng)機(jī)防護(hù)型式的選擇；電動(dòng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速。 電動(dòng)機(jī)型式、電壓與轉(zhuǎn)速的選擇 合理選擇電動(dòng)機(jī)型式、電壓與轉(zhuǎn)速的具體內(nèi)容及一般步驟 首先要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電力傳動(dòng)提出的要求，如起動(dòng)與制動(dòng)的頻繁程度，有無調(diào)速要求等等來選擇電動(dòng)機(jī)的電流種類，即選用交流電動(dòng)機(jī)還是選用直流電動(dòng)河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)售貨機(jī)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 機(jī)；其次應(yīng)結(jié)合電源情況選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓的大??；再由生產(chǎn)機(jī)械所要求的轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)設(shè)備的要求選取它的額定轉(zhuǎn)速；然后根據(jù) 電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的安裝位置和周圍環(huán)境情況來決定電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和防護(hù)型式；最后由生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率大小來決定電動(dòng)機(jī)的額定功率（容量）。綜合以上方面考慮，最后在 電機(jī) 產(chǎn)品目錄中選擇與要求相符的電動(dòng)機(jī)，如果產(chǎn)品目錄中所列電動(dòng)機(jī)不能滿足生產(chǎn)機(jī)械的某些特殊要求，則可向電機(jī)生產(chǎn)廠家單獨(dú)定制。 選擇電動(dòng)機(jī)是從交流和直流、機(jī)械特性、調(diào)速 與起動(dòng)性能、維護(hù)及價(jià)格等方面來考慮的，所以選擇時(shí)要遵循下列原則： ① 首先考慮選用三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樗哂泻?jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、工作可靠、價(jià)格低廉和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但是它的缺點(diǎn)是調(diào)速困難、功率因數(shù)低、起動(dòng)電流較大和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。因此主要適用于作為機(jī)械特性較硬而無特殊調(diào)速要求的一般生產(chǎn)機(jī)械和拖動(dòng)，如一般的機(jī)床和功率小于 100KW 的水泵或通風(fēng)機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械。 ② 繞線型電動(dòng)機(jī)的價(jià)格較籠型電動(dòng)機(jī)高，但是它的機(jī)械特性可通過轉(zhuǎn)子外加電阻的辦法加以調(diào)節(jié)，因而能限制起動(dòng)電流并提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故它可適用于電源容量 較小，電動(dòng)機(jī)功率較大或有調(diào)速要求的場(chǎng)合，如某些起重設(shè)備、卷揚(yáng)提升設(shè)備、鍛壓機(jī)及重型機(jī)床的橫梁移動(dòng)等。 ③ 當(dāng)調(diào)速范圍低于 1： 10，且又要求能平滑調(diào)速的場(chǎng)合，可先選用滑差電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸是水平安裝的，立式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸則是與地面垂直安裝的，故兩種電機(jī)不可以更換對(duì)調(diào)使用。在一般情況下應(yīng)盡量選用臥式電動(dòng)機(jī)，只有在需要垂直運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合（如立式深井水泵以及鉆床等），為了簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置時(shí)才考慮采用立式電動(dòng)機(jī)（因?yàn)樗膬r(jià)格較貴）。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)售貨機(jī)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 選擇 電動(dòng)機(jī)的防護(hù)型式有多種，實(shí)用中選擇時(shí)必須根據(jù)不同的工作環(huán)境選擇適宜的防護(hù)型式電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的防護(hù)型式有開啟式、防護(hù)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?yàn)樗阋?，但它只適用于干燥清潔的環(huán)境，對(duì)于潮濕、易受風(fēng)雨侵蝕、多灰塵、易燃、腐蝕性的環(huán)境應(yīng)選用封閉式，而在灰塵多對(duì)電機(jī)絕緣無害且易被壓縮空氣吹凈時(shí)，可選用防護(hù)式。至于潛水泵用電機(jī)，則應(yīng)采用完全密封式，以保證在水中工作時(shí)不被潮氣侵入，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在有火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中時(shí)，應(yīng)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(jī)械選配電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)與工廠配電電壓一致，新建工廠的電動(dòng)機(jī)，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(jí)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)決定。 我國(guó)規(guī)定的低電壓標(biāo)準(zhǔn)為 220/380V，高壓配電電壓大多數(shù)為 10KV。一般中小容量的電動(dòng)機(jī)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(dāng)電動(dòng)機(jī)容量超過約 200KW 時(shí)，建議使用者選擇 3KV、 6KV 或 10KV 的高壓電機(jī)。 （ 2）電動(dòng)機(jī)的（額定）轉(zhuǎn)速選擇 ，要根據(jù)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的要求及傳動(dòng)裝置的配比情況來考慮。電動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)通常有 3000、 1500、 1000、 750及 600等多種，異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速由于存在轉(zhuǎn)差率，一般要比上述轉(zhuǎn)速低 2％～ 5%。從電動(dòng)機(jī)制造角度講，同樣功率的電動(dòng)機(jī)若額定轉(zhuǎn)速越高，其電磁轉(zhuǎn)矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量亦輕，并且高速電機(jī)的功率因數(shù)及效率比低速電機(jī)都高。若能選擇轉(zhuǎn)速愈高的電動(dòng)機(jī)，則經(jīng)濟(jì)性愈好，但若由此而引起電動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)械間的轉(zhuǎn)速相差過大時(shí)，所需裝設(shè)減速裝置的傳動(dòng)級(jí)數(shù)就越多，這就會(huì)加大設(shè)備成本及傳動(dòng)的能量損耗。故要經(jīng)過分析 比較擇優(yōu)選定。我們通常應(yīng)用的電機(jī)大部分是選用 4極 1500r/min 的電機(jī)，因?yàn)檫@種額定轉(zhuǎn)速的電機(jī)適應(yīng)范圍廣，而且其功率因數(shù)和工作效率也較高。 自動(dòng)售貨機(jī)吐出飲料的過程實(shí)際為電機(jī)動(dòng)作推飲料下來。綜合考慮選擇電機(jī)為L(zhǎng)293D步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于電機(jī)都是電感性負(fù)載，在停轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)有反向電流，所以需要用 PC847光電隔離器把控制和驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離開來，然后用 L293D步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)需 24 V電壓，控制信號(hào)經(jīng)過 L293D后變?yōu)?24 V左右的電源信號(hào)才可驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 電機(jī)有三根線：電源、地線和反饋信號(hào) (電機(jī)轉(zhuǎn)一圈 送出一個(gè)低電平 )。在機(jī)械制作中使電機(jī)轉(zhuǎn)一圈剛好推出一瓶飲料，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈同時(shí)產(chǎn)生一反饋信號(hào)，此信號(hào)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，另外一種情況是紅外檢測(cè)到有貨物落下則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)售貨機(jī)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 貨幣處理裝置 貨幣處理裝置包括：檢測(cè)貨幣投入狀態(tài)的投入狀態(tài)檢測(cè)裝置；檢測(cè)有無貨幣退還操作的退還操作檢測(cè)裝置；在投入狀態(tài)及投入貨幣退還操作的有無達(dá)到規(guī)定的基準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，將說得到的基準(zhǔn)狀態(tài)信號(hào)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(shí)別機(jī) ” 設(shè)置有感應(yīng)線圈，通過對(duì)貨幣的材料、大小尺寸等各個(gè)要素進(jìn) 行感應(yīng)并探明真?zhèn)?。不同的材質(zhì)具有不同的磁場(chǎng)變化，可以通過電子技術(shù)進(jìn)行分析、探查和識(shí)別，更高級(jí)的檢測(cè)還可以運(yùn)用頻譜分析。 貨幣識(shí)別器種類繁多 ,但貯幣退幣機(jī)構(gòu)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(jìn)電機(jī)退幣。 根據(jù)設(shè)計(jì)中對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的要求，選擇平面式貯幣，電磁閥退幣。當(dāng)貨幣投入后經(jīng)過識(shí)別識(shí)出電信號(hào)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(dāng)收到退幣找