【正文】 ................................................................................ 27 結(jié) 論 ........................................................................................................................ 31 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 32 致 謝 ........................................................................................................................ 33 聲 明 ........................................................................................................................ 34 第 1 頁 共 35 頁 1 引言 課題背景 自動(dòng)售貨機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)和功能依出售的物品而異，主要有 食品 、 飲料 、香煙 、 郵票 、 車票 、 日用品 等自動(dòng)售貨機(jī) 。 一般的自動(dòng)售貨機(jī)由錢幣裝置、指示裝置、貯藏售貨裝置等組成。錢幣裝置是售貨機(jī)的核心，其主要功能是確認(rèn)投入錢幣的真?zhèn)危诌x錢幣的種類，計(jì)算金額。如果投入的金額達(dá)到購買物品的數(shù)值即發(fā)出售貨信號(hào)，并找出余錢。指示裝置用 以指示顧客所選商品的品種。貯藏售貨裝置保存商品，接收出售指示信號(hào)，把顧客選擇的商品送至付貨口。一般售貨機(jī)的錢幣裝置由投幣口、選別裝置、確認(rèn) 錢幣 真?zhèn)蔚臋z查裝置、計(jì)算金額的計(jì)算裝置和找錢裝置組成 [1]。 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。自動(dòng)售貨機(jī)不受任何場(chǎng)地限制，方便快捷，可以每天 24h 售貨，近年來，我國的自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)突飛猛進(jìn)，在汽車總站、商廈、 醫(yī)院、小區(qū)、學(xué)校等地區(qū)紛紛涌現(xiàn)出自動(dòng)售貨機(jī)的蹤跡 [2]。這種方便快捷的購物方式越來越受到人們的青睞，同時(shí)也是現(xiàn)代化城市配套設(shè)施的需求 。自動(dòng)售貨機(jī)的控制方式很多，但隨著 PLC 技術(shù)逐步發(fā)展，使得它的運(yùn)行穩(wěn)定，為此提出 基于 PLC 的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)這個(gè)課題。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自動(dòng)售貨機(jī)作為一種集聲、光、機(jī)電一體化的高智能化的產(chǎn)品，一般由識(shí)別系統(tǒng)、退幣系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)、制冷、應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。隨著防偽技術(shù)、數(shù)碼技術(shù)、軟件技術(shù)、制冷技術(shù)的發(fā)展，其可靠性大大提高，進(jìn)一步提升了自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)的深度與廣度 [3]。 從 目前來看，國內(nèi)外自動(dòng)售貨機(jī)的監(jiān)控管理均不成熟，它組要分為有線和無線監(jiān)控：有線的主要是電話線、 ADSL 或?qū)＞€接入 Inter 的方式進(jìn)行管理。也可采用 485 總線連接各售貨機(jī)終端，而控制主機(jī)再接入 Inter 進(jìn)行監(jiān)控。無線的則采用 GPRS、 GSM、和 CDMA 等方式，再接入 Inter 進(jìn)行監(jiān)控。隨著技術(shù)的發(fā)展，智能化的售貨機(jī)更是陸續(xù)登臺(tái)，擁有無線通信技術(shù)的實(shí)時(shí)庫存管理系統(tǒng)，電子結(jié)算， LCD 互動(dòng)廣告等，它集商品銷售、廣告展示、數(shù)據(jù)采集、交易結(jié)算多功能于一體。 自動(dòng)售貨機(jī)的控制方式很多，目前采用單片機(jī)、 EDA、FPGA、 IC 卡、 PLC、 VHDL 等等。但是 PLC 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性使 PLC 作為售貨機(jī)的控制器成為最好的選擇 [4]。 如今， 日本的自動(dòng)售貨業(yè)已經(jīng)有 2021 多種機(jī)型、 6000 多種商品。在美國，運(yùn)營商就多達(dá) 10800 家，并且具有與大飲料商、大食品商的合作經(jīng)驗(yàn) [5]。在日本，由于其無所不在， 24h 供應(yīng)，自動(dòng)售貨機(jī)很受特別忙碌的人歡迎 [6]。 自動(dòng)售貨機(jī)科技含量越來越高，完全沒有找錢幣的苦惱，即使你身無分文， 第 2 頁 共 35 頁 你大可以通過無線電話付費(fèi)。芬蘭街頭有一款朱古力機(jī)，只要你下指令，然后打電話到一指定戶口，帳目就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到電 話費(fèi)帳單里，即使沒有現(xiàn)金，也可以吃到朱古力。 課題來源及意義 在中國，自動(dòng)售貨機(jī)將成為一個(gè)潛在的巨大產(chǎn)業(yè)，繼百貨商店、超市之后掀起第三次零售業(yè)革命，其前景非常廣闊 ,除了在故障診斷領(lǐng)域，在控制、建模、預(yù)測(cè)、綜合評(píng)價(jià)、知識(shí)獲取等領(lǐng)域， SVM 也得到很多應(yīng)用，說明其應(yīng)用非常廣泛，是一項(xiàng)很有發(fā)展前途的分類方法。 自動(dòng)售貨機(jī)不僅可以更方便售賣貨品，還可以作為一種傳播廣泛的廣告宣傳和信息宣傳媒介。自動(dòng)售貨機(jī)的機(jī)身有著天然的廣告位，可以進(jìn)行招商，收取廣告費(fèi)，為投資者增加額外收益。 傳統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī) 或者 FPGA 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。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、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。本文就詳細(xì)地介紹一種用 PLC 實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的 軟件設(shè)計(jì) 與組態(tài)仿真 。 課題研究方法 本課題通過對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的 了解，制定了控制方式 ，采用歐姆龍 PLC 作為主控制器，并用亞控組態(tài)王對(duì)其運(yùn)行全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過仿真使售貨機(jī)的售貨過程直觀的展現(xiàn)出來。 通過對(duì)控制要求的分析， I/O 點(diǎn)的分配，選用 CP1H PLC 作為主控制器，利用 CXprogrammer 作為程序編程軟件，程序采用梯形圖的方式， 并對(duì)程序進(jìn)行在運(yùn)行線調(diào)試， 程序直觀，簡(jiǎn)潔，容易理解。通過 RS232 連接 PLC 于監(jiān)控軟件組態(tài)王，采集 PLC 的 I/O 數(shù)據(jù)，對(duì)售貨機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)售貨過程進(jìn)行仿真。 文章 內(nèi)容 （ 1）文中 首先 介紹 了 自動(dòng)售貨機(jī) 控制系統(tǒng)的 發(fā)展 背景， 又對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的基 本功能及工作過程做了比較詳細(xì)的分析 。 （ 2） 接下來 ，通過對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的功能分析和現(xiàn)在居民的生活狀況，而制定出了本設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)方案。 （ 3）在 詳細(xì) 分析了自動(dòng)售貨機(jī) 的 設(shè)計(jì)方案后 ， 繪制出了 自動(dòng) 售貨機(jī) 系統(tǒng)的工作 流程圖。再 根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程 圖 從而完成了 PLC 程序 的 編寫 與程 第 3 頁 共 35 頁 序功能的在線運(yùn)行調(diào)試 。 （ 4） 文 中 最后介紹了 自動(dòng)售貨機(jī)的組態(tài)王組態(tài)界面的設(shè)計(jì) 。首先詳細(xì)論述了組態(tài)王的各種窗口的應(yīng)用，并編寫出了 自動(dòng)售貨機(jī)控制 系統(tǒng)的命令語言。 最后完成了自動(dòng)售貨機(jī)的 組態(tài)圖 設(shè)計(jì) 與仿真 。 2 PLC技術(shù)的簡(jiǎn)介 PLC的概述 PLC 的定義 在 1987 年國際電工委員會(huì)頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義：PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì) [7]。 定義 強(qiáng)調(diào)了 PLC 是 “數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) ”，他也是一種計(jì)算機(jī)， 它是“專為在工業(yè) 環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 ”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用 “面向用戶的指令 ”， 因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還 具有 “數(shù)字量和模擬量輸入和輸出 ”的能力，并且非常容易與 “工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體 ”，易于 “擴(kuò)充 ”[8]。 PLC 的發(fā)展 世界上第一臺(tái) PLC 由美國數(shù)字設(shè)備公司研究成功的，上世紀(jì) 80 年代至 90年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為 3040%。 PLC 廣泛地應(yīng)用于汽車、航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。目前中國 PLC 市場(chǎng) 95%以上被國外產(chǎn)品占領(lǐng)，目前國產(chǎn) PLC 的市場(chǎng)占有率還不到 3%，歐美產(chǎn)品在大中型PLC 領(lǐng)域占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，日本產(chǎn)品在小型 PLC 領(lǐng)域占有優(yōu)勢(shì)，中國本土自主品牌 PLC 的市場(chǎng)影響非常小，很難形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。如今 PLC 的指令越來越豐富，從單一的邏輯控制向時(shí)時(shí)通訊發(fā)展， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 今后將朝著體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價(jià)格更低的微小型 PLC發(fā)展，另外一個(gè)方向?qū)⑾虼笮?、高速、多功能方向發(fā)展。在今后的 工業(yè)應(yīng)用中，PLC 會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè) 計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn) ；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu) 第 4 頁 共 35 頁 成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用 [9]。 PLC 的特點(diǎn) PLC 之所以越來越受自動(dòng)控制界人士的重視，主要是由于它具有讓通用計(jì)算機(jī)望塵莫及的特點(diǎn)： 抗干擾能力強(qiáng) PLC 在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。 I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 PLC 及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 易于使用 PLC 是面向用戶的設(shè)備， PLC 的設(shè)計(jì)者充 分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣， PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。 功能完善 PLC 的輸出 /輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入 /輸出。在 PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制 I/O 等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。 設(shè)計(jì)周期短 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 維護(hù)操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 PLC 的輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn) 第 5 頁 共 35 頁 場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 PLC 的 硬件 結(jié)構(gòu)及作用 PLC 結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元 CPU、存儲(chǔ)器 RAM 和 ROM、輸入輸出接口電路、電源、 I/O 擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 PLC 硬件結(jié)構(gòu) 如圖 21 所示， 是用微處理器實(shí)現(xiàn)的許多電子式繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的組合體。 中央處理器 CPU 是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。控制器的作用是控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件 有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： （ 1）診斷 PLC 電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。 （ 2）采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入 PLC 的寄存器中。 （ 3）按用戶程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定