【正文】 電氣信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 自動售貨機的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計 1 自動售貨機的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計 文摘 本文介紹了自動售貨機的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過程為例，把交易過程分為幾個程序塊，然后分別對程序塊進行編程。具體說明了可編程序控制器在自動售貨機中的作用。程序涉及到了自動售貨機工作的絕大部分過程。利用 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。 關(guān)鍵詞 自動售貨機；可編程序控制器；梯形圖 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。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；再加上場地的局限性以及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便應(yīng)運而生了。 從廣義來講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機械，從狹義來講就是自動銷售商品的機械。從供給的條件看，自動售貨機可以充分補充人力資源的不足，適應(yīng)消費環(huán)境和消費模式的變化， 24 小時無人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運營時需要的資本少、面積小，有吸引人們購買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費用 上升的問題等各項優(yōu)點。 據(jù)說世界上最早的自動售貨機出現(xiàn)在公元前 3世紀，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機。 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，日本開發(fā)出實用型的自動售貨機，那是在進入本世紀后的事。日本第一臺自動售貨機是 1904年問世的 “ 郵票明信片自動出售機 ” ，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機器。自動售貨機的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。 50 年代， “ 噴水型果汁自動售貨機 ” 大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來，由于美國的飲料大公司進入日本市場， 1962年，出現(xiàn)了 以自動售貨機為主體的流通領(lǐng)域的革命。 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。 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，通過電話線路將自動售貨機內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型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(guān)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。 因經(jīng)濟復蘇緩慢，社會對擴大就業(yè)與工作場所提供茶點飲料的福利事業(yè)更為關(guān)注。自動售貨機不僅保障了愜意的工休時間，也是最廉價、提高職工工作效率最有效的手段。特別是在 24小時無休工作狀態(tài)中的辦公場所，使用獨具魅力的迷你型飲料沖飲機，解決了不間斷提供咖啡飲品服務(wù)的問題，這種服務(wù)加速了自動售貨機與咖啡飲品服務(wù)的融合。 1999年的全美自動售貨機協(xié)會和全美咖啡服務(wù)協(xié)會的合并使人們更直觀地看到了這種融合現(xiàn)象。 日本是自動售貨機的天堂。除雞蛋、米飯之外，報紙、雜志、一次性相機、干電池、磁帶、電氣信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 自動售貨機的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計 2 刮胡刀、襪子、花及寵物食品等各種商品都通過自動售貨機進行銷售。連熟知自動售貨機的美國游客在日本看到 10 臺自動售貨機排成一列的景象后，也是連聲稱奇。 韓國大約有 78萬臺自動售貨機，是除了日本、美國、英國之外自動售貨機使用數(shù)量最多的國家。從不同的種類來看，咖啡茶的自動售貨機約占全部售貨機的 40%以上；另外，還有冰飲料自動售貨機、聽裝飲料自動售貨機、辦公咖啡自動售貨機和照片膠粘標簽自動售貨機、票類自動售貨機、手機充 電自動售貨機、成人用品自動售貨機、生活用品自動售貨機、煙、方便面自動售貨機等多種。主要的設(shè)置場所包括學校、樓房、公共機關(guān)、地鐵等，公共汽車站、公園、體育場、展示場、工廠等。運營自動售貨機產(chǎn)業(yè)的公司在全國大約有 800 余個，而銷售自動售貨機原料、商品流通、機械銷售的公司大約達到了 1150個。 1 自動售貨機介紹 自動售貨機功能分析 這部分闡述了自動售貨機的各種動作功能和控制要求，給出了完整的自動售貨機操作規(guī)程，并介紹了自動售貨機運行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。 自動售貨機的基本功能 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)。 在實際生活中，我們見到的售貨機可以銷售一些簡單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。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(yīng)的反應(yīng)。舉一個簡單的例子來說明，例如：售貨機中有 8 中商品，其中01號商品（代表第一種商品）價格為 ， 02商品為 ，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(yīng)有變化，提示可以購買，其他商品同比。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(yīng)的電機，提取 01 號商品到出貨口。此時售貨機繼續(xù)進行等待外部命令，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(yīng)的貨幣，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，售貨機一次交易要涉及加法運算、減法運算以及在退幣時的除法運算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識別系統(tǒng)和貨幣的傳動來實現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。 自動售貨機的工作流程圖如圖 1所示。 電氣信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 自動售貨機的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計 3 圖 1 自動售貨機工作流程圖 PLC 的選型原則 當某一個控制任務(wù)決定由 PLC 來完成后，選擇 PLC 就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的 PLC ,另一方面是選擇什么公司的 PLC 及外設(shè)。 對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進行詳細的分析，把所有的 I/O 點找出來，包括開關(guān)量 I/O和模擬量 I/O 以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥，又有 24V 的指示燈，則最后選用的 PLC 的輸出點數(shù)有可能大于實際電數(shù)。因為 PLC 的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流 220V 的負載負載使用。則直流 24V 的負載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，比如使用交流 220V 的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的 PLC 使用最多，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的 PLC 了。 對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮： （ 1）功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能 ，但對某些特殊要求，就要知道所選用的 PLC是否有能力控制任務(wù)。如對 PLC 與 PLC、 PLC 與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或?qū)?PLC 的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)?PLC 的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的 PLC 品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。 電氣信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 自動售貨機的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計 4 （ 2）價格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當、 I/O 點數(shù)相當?shù)?PLC 的價格能相差 40%以上。在使用 PLC 較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數(shù)。 PLC 主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則 相應(yīng)的配套模塊也就選定了。 PLC的概述 PLC 的產(chǎn)生 20 世紀 20 年代起，人們把各種繼電器。定時器。接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng) .由于它結(jié)構(gòu)簡單。容易掌握。價格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導地位 .但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設(shè)備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現(xiàn)較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復雜，當生產(chǎn)工藝 或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差 . 20 世紀 60 年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(tǒng)重新配置 .為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求， 1968年美國通用汽車公司公開向社會招標，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： （ 1） 編程方便，可現(xiàn)場修改程序 （ 2） 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) （ 3） 可靠性高于繼電器控制裝置 （ 4） 體積小于繼電器控制盤 （ 5） 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機 （ 6） 成本可與 繼電器控制盤競爭 （ 7） 輸入可以是交流 150V以上 （ 8） 輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等 （ 9） 擴展時原系統(tǒng)改變最小 （ 10） 用戶存儲器至少能擴張到 4KB（適應(yīng)當時汽車裝配過程的需要） 十項指標的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 PLC 的定義 美國國際電工委員會（ IEC）在 1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部電氣信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 自動售貨機的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計 5 進 行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可遍程序控制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 定義強調(diào)了 PLC 應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。 定義還強調(diào)了 PLC 是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“ 面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等操作，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“擴充”。 PLC 的發(fā)展趨勢 PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。 （ 1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使 PLC 結(jié)構(gòu)更為 湊，相當與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。 PLC 的功能不斷增加，將 原來大、中型 PLC才有的功能部分地移植到小型 PLC上。 （ 2）向大容量、高速度方向發(fā)展 大型 PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了 32 位微處理器，可同時進行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。 （ 3）智能型 I/O 模塊的發(fā)展 智能型 I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的 CPU與 PLC的主 CPU并行工作，占用主 CPU的時間很少，有利于提高 P