【正文】 保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。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。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(shè)計復(fù)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。 本文設(shè)計一套基于 PLC 的自動售貨機控制系統(tǒng)，闡述了自動售貨機的發(fā)展背景與前景，詳細分析其功能和特點，提出了總體設(shè)計方案；選用型號為 L293D 的步進驅(qū)動電機，設(shè)計了平面式貯幣、電磁閥退幣的貨幣處理裝置，雙螺旋式的送出機 構(gòu)，為降低成本和開發(fā)周期，創(chuàng)造性的選用了集成鍵盤、顯示、設(shè)置功能的控制面板；以三菱 FX2N48MR 型 PLC 為主控制器，基于 FXGP/WINC 編程軟件，采用順序控制的程序設(shè)計思路，設(shè)計了系統(tǒng)控制程序，包括投幣程序、比較選擇購買程序和退幣程序。 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。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。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。自動售貨機不受任何場地限制，方便快捷，可以每天 24 小時售貨，因此深受上班族的歡迎。常見的自動售貨機如圖 11 所示。隨著自動售貨機數(shù)量的增加、商品包裝的定量化和標(biāo)準(zhǔn)化、出售商品的多樣化， 自動售貨的便利性日益顯現(xiàn)。 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。進入 21 世紀(jì)后，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。現(xiàn)投入 1 個 1 元硬幣，當(dāng)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，其他商品同此。 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 12 自動售貨機工作流程圖 自動售貨機前景分析 自動售貨機是現(xiàn)代社會中的一種商務(wù)工具， 2021 年以后，中國的自動售貨機產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了快速增長，奧運會和世博會為自動售貨機市場帶來了巨大商機， 2021 年后進入了發(fā)展期，自動售貨即將在中國零售業(yè)掀起繼百貨 5 商店、超市之后的第三次零售業(yè) 革命。對我國自動售貨機產(chǎn)品的市場環(huán)境、生產(chǎn)經(jīng)營、產(chǎn)品市場、品牌競 爭、產(chǎn)品進出口、行業(yè)投資環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展等問題進行了詳實系統(tǒng)地分析和預(yù)測，并在此基礎(chǔ)上，對行業(yè)發(fā)展趨勢做出了定性與定量相結(jié)合的分析預(yù)測，為企業(yè)制定發(fā)展戰(zhàn)略、進行投資決策和企業(yè)經(jīng)營管理提供了權(quán)威、充分、可靠的決策依據(jù)。用數(shù)字鍵代替商品按鍵，就能在某種商品缺貨的時候能及時地補上其他的商品種類，并且不會使顧客混淆，使人機界 面更加友好。 (4) 設(shè)計 13 個按鍵選擇，其中 9 個是貨物選擇， 2 個多選鍵，還有一個確定鍵和一個取消鍵，如果沒有按流程進行按鍵，自動售貨機將啟動報警系統(tǒng)，等待再次正確的按鍵選擇。另外，上位機與下位機的設(shè)計工作是密切配合的，它們無論在通信中使用的變量，還是在仿真中控制的對象都應(yīng)該是一致的。 8 由此繪出系統(tǒng)組成框圖如 22所示。 顯示機構(gòu)：顯示購買的瓶數(shù)、投入的錢數(shù)以及剩余的錢數(shù)。 (2) 比較系統(tǒng)：投入錢幣完畢后，系統(tǒng)會把 D9 內(nèi)的錢幣數(shù)據(jù)和可以購買飲料的價格進行比較，當(dāng)投入的錢幣總值超過 1 元小于 2 元時，西瓜汁、橙汁、葡萄汁的指示燈亮；當(dāng)投入的錢幣總值超過 2 元小于 3 元時，西瓜汁、橙汁、葡萄汁、 綠茶、紅茶、奶茶的指示燈亮；當(dāng)投入的錢幣總值超過 3 元時， 9 種飲料的指示燈都亮，并且多選鍵 “2”也亮；當(dāng)投入的錢幣總值超過 5 元時，所有的指示燈都亮，此時可以選擇飲料或選擇退幣。 (4) 飲料供應(yīng)系統(tǒng)：當(dāng)按下選擇按鈕時，相應(yīng)的電機 Y3—Y7 啟動。由于電機都是電感性負載，在停轉(zhuǎn)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(qū)動信號隔離開來，然后用 L293D 步進驅(qū)動電機，電機驅(qū)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(qū)動電機。 目前投入試用的 “ 貨幣識別機 ” 設(shè)置有感應(yīng)線圈，通過對貨幣的材料、大小尺寸等各個 要素進行感應(yīng)并探明真?zhèn)巍．?dāng)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(dāng)收到退幣找零電信號后，通 11 過退幣電磁閥或退幣電機拉桿，將貯幣腔內(nèi)下部貨幣依電信號程序推出，完成自動售貨機的 退幣找零功能。 （ 2） 轉(zhuǎn)盤式送出機構(gòu) 上面是一個很大的喇叭狀罐體存儲容器，下面是一個周邊有若干個圓槽的轉(zhuǎn)盤，通過轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動使罐體落入轉(zhuǎn)盤周邊的槽內(nèi)而被售出。 （ 4） 彈簧推動式送出機構(gòu) 這種機構(gòu)是由螺旋式彈簧和連在彈簧一端的電機構(gòu)成的，電機轉(zhuǎn)動一圈就帶動彈簧轉(zhuǎn)動一圈，同時推出一瓶飲料。液晶顯示器（ LCD）的原理與陰極射線管顯示器（ CRT）大不相同， LCD 是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件，包括段顯示方式的字符段顯示器件，矩陣顯示方式的字符、圖形、圖像顯示器件，矩陣顯示方式的大屏幕液晶投影電視液晶屏等。這是最基本的功能描述，在實際的設(shè)計中，有很多的因 素需要考慮，一定要保 14 證機器工作的可靠性和穩(wěn)定性。 （ 2） 累計、 可售指示和退幣系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的核心 CPU 對識幣、退幣、無貨檢測及購貨信號進行巡回檢查，當(dāng)有識幣信號后，將金額數(shù)值送入金額累計存儲器中進行累計，并通過串行擴展口進行顯示，同時將金額累計存儲器中的數(shù)值與預(yù)設(shè)價格存儲器中的數(shù)值進行比較，如金額累計數(shù)值等于或大于預(yù)設(shè)價格數(shù)值，則通過串行接口使可售指示燈亮，提示購貨。此外，在按下自測功能鍵后，出現(xiàn)自測功能信號，由外部按鍵操作，可檢測各商品貯存道的驅(qū)動商品功能。控制系統(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交 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)有可能大于實際點數(shù)。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。 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。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計之前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究， 充分收集控制現(xiàn)場的資料，同時收集相關(guān)國內(nèi)、國外相關(guān)的資料。例如：應(yīng)該保證 PLC 控制程序不僅能在正常條件下運行，而且要在非正常情況下，也能正常工作。 （ 4）適應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。對于有 PLC 使用經(jīng)驗的人，當(dāng)選用另一種不太熟悉的型號進行編程設(shè)計時，一定要對新型號 PLC 的指令重新理解一遍，否則容易出錯。 （ 3）要使所編的程序盡可能清晰 這樣既便于程序的調(diào)試、修改或補充，也便于別人了解和讀懂程序。 PLC 的掃描時間不僅包括運行用戶程序所需的時間，而且還包括運行系統(tǒng)程序，如I/O 處理、自監(jiān)測所需的時間。 18 自動售貨機 PLC 控制方案設(shè)計 （ 1） 通過分析，由于程序內(nèi)部的聯(lián)鎖、互動關(guān)系較為復(fù)雜，故采取步進指令較為簡單。 （ 5） PLC 選用繼電器輸出型。 PLC 選型 PLC 概述 （ 1） PLC 的由來 在 PLC 問世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。 （ 2） PLC 的定義 在 PLC 的發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會（ NEMA）經(jīng)過 4 年的調(diào)查，于 1980 年 把這 種 新 型 的 控 制 器 正 式 命 名 為 可 編程 序 控 制 器（ Programmable Controller），英文縮寫為 PC，并作如下 定義： “可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝置。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式 的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 （ 2）定時 /記數(shù)控制功能 定時 /記數(shù)控制功能指用 PLC 提供的定時器、計數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或計數(shù)控制，以取代時間繼 電器和計數(shù)繼電器。 （ 6）運動控制功能 運動控制功能是指通過高速計數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。 （ 10）通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過 PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)、 PLC 與上位機的鏈 接等，實現(xiàn)遠程 I/O 控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 了解各個控制對象的 驅(qū)動要求，分析對象的控制要求，確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量、模擬量的控制等，完成 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置。而三菱 FX 系列是中小型機， FX2N 系列又是三菱 FX 家族中最先進的 PLC 系 列 ， 適 用 于 本 設(shè) 計 中 的 控 制 要 求 ， 其 基 本 單 位 有16/32/48/64/80/128 點，六個基本 FX2N 單元中的每一個單元都可以通過I/O 擴展單元擴充為 256 I/O 點，其基本單元如表 所示： 表 42 三菱 FX2N 系列 PLC 型號 輸 入 點數(shù) 輸出點數(shù) 擴展模塊點數(shù) 繼電器輸入 可 挖 硅 輸出 晶體管輸出 FX2N—16MR001 FX2N—16MS FX2N—16MT 8 8 24—32 FX2N—32MR00FX2N—32MS FX2N—32MT 16 16 24—32 22 1 FX2N—48MR001 FX2N—48MS FX2N—48MT 24 24 48—64 FX2N—64MR001 FX2N—64MS FX2N—64MT 32 32 48—64 FX2N—80MR001 FX2N—80MS FX2N—80MT 40 40 48—64 FX2N—128MR001 FX2N—128MT 64 64 48—64 程序設(shè)計 I/O 地址設(shè)計 一般講，配置好的 PLC 其輸入點數(shù)與控制對象的輸入信號數(shù)總是相應(yīng)的，輸出點數(shù)與輸出的控制回路數(shù)也是相應(yīng)的（如果有模擬量，則模擬量的路數(shù)與實際的也要 相當(dāng)），故 I/O 的分配實際上是把 PLC 的入、出點號分給實際的 I/O 電路，編程時按點號建立邏輯或控制關(guān)系，接線時按點號“對號入坐 ”進行接線。 在下圖 46 中，主要是數(shù)據(jù)傳輸程序和數(shù)據(jù)累加程序。出現(xiàn)在出貨口的商品在沒有取走前，一直保持顯示狀態(tài)，用鼠標(biāo)點擊該商品代表已經(jīng)取走，出貨口中的商品隱藏。 29 T 2 K 1 0 0Y 0 0 4S T LS 2 3T 2S 0Y 0 1 0S 2 1T 2P L S M 2 8M 2 8S U B D 9 K 6 D 9 P L S M 2 9M 2 9C M P D 9 K 0 M 3 0M 3 1M 3 0R S T Y 0 1 0S E T Y 0 0 0S E T S 3 1S T LS 3 1 M 8 0 1 3X 0 0 0 X 0 1 0S E T S 3 4S 3 1P L S M 3 3M 3 3D I V D 9 K 2 D 9X 0 1 0 X 0 0 0P L S M 4 9M 4 9M U L D 9 K 2 D 1 3A D D D 1 3 D 1 0 D 9剩 余 錢 數(shù)繼 續(xù) 購 買T 1 K 1 0 0Y 0 0 3S 0Y 0 0 7S 2 1S T LS 2 2T 1T 1P L S M 2 2M 2 2S U B D 9 K 5 D 9P L S M 2 3M 2 3C M P D 9 K 0 M 2 4M 2 5M 2 4R S T Y 0 0 7S E T Y 0 0 0S E T S 3 0S T LS 3 0 M 8 0 1 3X 0 00X 0 10S E T S 3 4S 3 0P L S M 2 7M 2 7D I V D 9 K 2 D 9X 0 10X 0 00P L S M 4 8M 4 8M U L D 9 K 2 D 1 1A D D D 1 1 D 1 0 D 9剩 余 錢 數(shù)西 瓜 汁指 示 燈繼 續(xù) 購 買 圖 47 比較、選擇、購買程序設(shè)計 相應(yīng)的指令為： STL S21 PLS M6 LD M6 CMP K5 D9 M7