【正文】 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)售貨機(jī)的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 自動(dòng)售貨機(jī)的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 文摘 本文介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的基本原理以及工作流程，然后以一次交易過(guò)程為例，把交易過(guò)程分為幾個(gè)程序塊，然后分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。具體說(shuō)明了可編程序控制器在自動(dòng)售貨機(jī)中的作用。程序涉及到了自動(dòng)售貨機(jī)工作的絕大部分過(guò)程。利用 PLC控制的自動(dòng)售貨機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)售貨機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 關(guān)鍵詞 自動(dòng)售貨機(jī)；可編程序控制器；梯形圖 從自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，它的出現(xiàn)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及 消費(fèi)模式和銷(xiāo)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(gòu)物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再加上場(chǎng)地的局限性以及購(gòu)物的便利性等這些因素的制約，無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。 從廣義來(lái)講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷(xiāo)售商品的機(jī)械，從狹義來(lái)講就是自動(dòng)銷(xiāo)售商品的機(jī)械。從供給的條件看，自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化， 24 小時(shí)無(wú)人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要的資本少、面積小，有吸引人們購(gòu)買(mǎi)好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用 上升的問(wèn)題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。 據(jù)說(shuō)世界上最早的自動(dòng)售貨機(jī)出現(xiàn)在公元前 3世紀(jì)，那是埃及神殿里的投幣式圣水出售機(jī)。 17世紀(jì)，英國(guó)的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動(dòng)售貨機(jī)。在自動(dòng)售貨機(jī)歷史的長(zhǎng)河中，日本開(kāi)發(fā)出實(shí)用型的自動(dòng)售貨機(jī)，那是在進(jìn)入本世紀(jì)后的事。日本第一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)是 1904年問(wèn)世的 “ 郵票明信片自動(dòng)出售機(jī) ” ，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機(jī)器。自動(dòng)售貨機(jī)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(dòng)售貨機(jī) ” 大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來(lái)，由于美國(guó)的飲料大公司進(jìn)入日本市場(chǎng)， 1962年，出現(xiàn)了 以自動(dòng)售貨機(jī)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(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 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(guò)電話線路將自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的庫(kù)存信息及時(shí)地傳送各營(yíng)業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ)充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動(dòng)售貨機(jī)的開(kāi)發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動(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。 因經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇緩慢，社會(huì)對(duì)擴(kuò)大就業(yè)與工作場(chǎng)所提供茶點(diǎn)飲料的福利事業(yè)更為關(guān)注。自動(dòng)售貨機(jī)不僅保障了愜意的工休時(shí)間，也是最廉價(jià)、提高職工工作效率最有效的手段。特別是在 24小時(shí)無(wú)休工作狀態(tài)中的辦公場(chǎng)所，使用獨(dú)具魅力的迷你型飲料沖飲機(jī)，解決了不間斷提供咖啡飲品服務(wù)的問(wèn)題，這種服務(wù)加速了自動(dòng)售貨機(jī)與咖啡飲品服務(wù)的融合。 1999年的全美自動(dòng)售貨機(jī)協(xié)會(huì)和全美咖啡服務(wù)協(xié)會(huì)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(dòng)售貨機(jī)的天堂。除雞蛋、米飯之外，報(bào)紙、雜志、一次性相機(jī)、干電池、磁帶、電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)售貨機(jī)的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 刮胡刀、襪子、花及寵物食品等各種商品都通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行銷(xiāo)售。連熟知自動(dòng)售貨機(jī)的美國(guó)游客在日本看到 10 臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)排成一列的景象后，也是連聲稱(chēng)奇。 韓國(guó)大約有 78萬(wàn)臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，是除了日本、美國(guó)、英國(guó)之外自動(dòng)售貨機(jī)使用數(shù)量最多的國(guó)家。從不同的種類(lèi)來(lái)看，咖啡茶的自動(dòng)售貨機(jī)約占全部售貨機(jī)的 40%以上；另外，還有冰飲料自動(dòng)售貨機(jī)、聽(tīng)裝飲料自動(dòng)售貨機(jī)、辦公咖啡自動(dòng)售貨機(jī)和照片膠粘標(biāo)簽自動(dòng)售貨機(jī)、票類(lèi)自動(dòng)售貨機(jī)、手機(jī)充 電自動(dòng)售貨機(jī)、成人用品自動(dòng)售貨機(jī)、生活用品自動(dòng)售貨機(jī)、煙、方便面自動(dòng)售貨機(jī)等多種。主要的設(shè)置場(chǎng)所包括學(xué)校、樓房、公共機(jī)關(guān)、地鐵等，公共汽車(chē)站、公園、體育場(chǎng)、展示場(chǎng)、工廠等。運(yùn)營(yíng)自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的公司在全國(guó)大約有 800 余個(gè)，而銷(xiāo)售自動(dòng)售貨機(jī)原料、商品流通、機(jī)械銷(xiāo)售的公司大約達(dá)到了 1150個(gè)。 1 自動(dòng)售貨機(jī)介紹 自動(dòng)售貨機(jī)功能分析 這部分闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的各種動(dòng)作功能和控制要求，給出了完整的自動(dòng)售貨機(jī)操作規(guī)程，并介紹了自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。 自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能 在進(jìn)行 上、下位機(jī)程序編寫(xiě)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)。 在實(shí)際生活中，我們見(jiàn)到的售貨機(jī)可以銷(xiāo)售一些簡(jiǎn)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(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(gòu)買(mǎi)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(lái)說(shuō)明，例如：售貨機(jī)中有 8 中商品，其中01號(hào)商品（代表第一種商品）價(jià)格為 ， 02商品為 ，其余類(lèi)推?，F(xiàn)投入 1個(gè) 1元硬幣，當(dāng)投入的貨幣超過(guò) 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(gòu)買(mǎi)，其他商品同比。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)進(jìn)行等待外部命令，如繼續(xù)交易，則同上，如果此時(shí)不再購(gòu)買(mǎi)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。由此看來(lái)，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的除法運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。還要有貨幣識(shí)別系統(tǒng)和貨幣的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的售貨、退幣功能。 自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程圖如圖 1所示。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)售貨機(jī)的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 圖 1 自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖 PLC 的選型原則 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來(lái)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(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來(lái)，包括開(kāi)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(diǎn)的類(lèi)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(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類(lèi)和等級(jí)。所以一旦它們是交流 220V 的負(fù)載負(fù)載使用。則直流 24V 的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類(lèi)的負(fù)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(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出的 PLC 了。 對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，則有以下幾個(gè)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(duì)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(duì) PLC 與 PLC、 PLC 與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)?PLC 的計(jì)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(duì)市場(chǎng)上流行的 PLC 品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)售貨機(jī)的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 （ 2）價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類(lèi)似、質(zhì)量相當(dāng)、 I/O 點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價(jià)格能相差 40%以上。在使用 PLC 較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。 PLC 主機(jī)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(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器。定時(shí)器。接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)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(jiǎn)單。容易掌握。價(jià)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(dǎo)地位 .但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)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(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝 或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤(pán)就要更換，所以通用性和靈活性較差 . 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國(guó)的汽車(chē)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車(chē)型號(hào)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(duì)整個(gè)開(kāi)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求， 1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司公開(kāi)向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車(chē)流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來(lái)是： （ 1） 編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)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(pán) （ 5） 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) （ 6） 成本可與 繼電器控制盤(pán)競(jìng)爭(zhēng) （ 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(dòng)接觸器，電磁閥等 （ 9） 擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小 （ 10） 用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到 4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車(chē)裝配過(guò)程的需要） 十項(xiàng)指標(biāo)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 PLC 的定義 美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）在 1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 自動(dòng)售貨機(jī)的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 進(jìn) 行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？杀槌绦蚩刂破鳂O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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 定義強(qiáng)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(qiáng)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(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。 定義還強(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(zhuān)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”。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) PLC總的發(fā)展趨勢(shì)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(gè)方面。 （ 1）向小型化、專(zhuān)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(jià)格，使 PLC 結(jié)構(gòu)更為 湊，相當(dāng)與一本精裝本書(shū)的大小，操作使用十分方便。 PLC 的功能不斷增加，將 原來(lái)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(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)間很少，有利于提高 P