【正文】 ................................................................................................ 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) 。指示裝置用 以指示顧客所選商品的品種。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(guó)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]。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]。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。在美國(guó)，運(yùn)營(yíng)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]。 課題來源及意義 在中國(guó)，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?？删幊绦蚩刂破?( 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。 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。 （ 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。 最后完成了自動(dòng)售貨機(jī)的 組態(tài)圖 設(shè)計(jì) 與仿真 。 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)。 PLC 廣泛地應(yīng)用于汽車、航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。在今后的 工業(yè)應(yīng)用中，PLC 會(huì)有更大的發(fā)展。 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。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)。 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。 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。 中央處理器 CPU 是由控制器和運(yùn)算器組成的。 （ 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。 編 程 器輸入單元用 戶 程 序 存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng) 程 序 存 儲(chǔ) 器中 央 處 理 單 元電 源輸出單元繼 電 器 觸 點(diǎn)按 鈕行 程 開 關(guān)接 觸 器 線 圈指 示 燈電 磁 閥 線 圈圖 21 PLC 硬件結(jié)構(gòu)圖 第 6 頁 共 35 頁 存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器分為 兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 電源 PLC 的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。這部分由用戶根據(jù)實(shí)際的控制要求編寫程序組成，其作用是按 用戶程序的控制要對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算處理，判斷哪些信號(hào)需要輸出，并將得到的結(jié)果輸出給負(fù)載。 可編程控制器的工作方式 PLC 采用的是串行循環(huán)掃描的工作方式，大致分為三個(gè)階段： （ 1）輸入采樣階段 。 （ 3）輸出刷新階段。 歐姆龍 CP1H 可編程控制器的介紹 經(jīng)過從功能方面和價(jià)格方面兩個(gè)方面的考慮，發(fā)現(xiàn)歐姆龍可變成序控制器產(chǎn)品 CP1H 比較適合自動(dòng)售貨機(jī)。 現(xiàn)在就對(duì) 歐姆龍 CP1H 可編程控制器 的特點(diǎn)和基本性能做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。 （ 2）程序容量與 I./O 容量大 CP1H PLC 的程序存儲(chǔ)容量 20K 字，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ DM）的存儲(chǔ)最大容量32K 字，這些為復(fù)雜程序和各接口單元、通信及數(shù)據(jù)處理提供了充足的內(nèi)存。 （ 5）高速性能 CP1H PLC 的 cpu 單元具有模擬輸入 /輸出功能，高速中斷輸入功能，高速計(jì)數(shù)功能和可調(diào)占空比的高頻脈沖輸出功能，可實(shí)現(xiàn)模 /數(shù)與數(shù) /模轉(zhuǎn)換。每個(gè)模塊提供 2 種模擬輸入和 1 種模擬輸出，所以連接 7 個(gè)模擬 I/O 模塊就能得到最多 14種模擬輸入和 7 種 模擬 輸出。模擬輸出范圍可以設(shè)定為 010VDC、 1010VDC 或 420mA， 分辨率為 1/256。 間隔定時(shí)器中斷 ， 間隔定時(shí)器可以設(shè)定在 和 319,968 ms 之間，而且能設(shè)定只產(chǎn)生一次中斷 (單次模式 )或 定時(shí)中斷 (預(yù)定中斷模式 )。在上位連接模式下連接之個(gè)人計(jì)算機(jī)或人機(jī)界面，可以使用在如讀 /寫 PLC 的I/O 內(nèi)存內(nèi)之?dāng)?shù)據(jù)或讀取 /改變 PLC 操作模式之操作 [12]。 咖啡指示燈亮 時(shí) ，按咖啡按鈕，則咖啡自動(dòng)排出 5S 后自動(dòng)停止，同時(shí)，咖啡指示燈閃爍 5S 后自動(dòng)停止。 為了方便分析，我們 以一次交易過程為例。取走飲品后則飲品消失。 首先，應(yīng)該明確上位機(jī)與下位機(jī)之間的任務(wù)分工；上位機(jī)主要用來完成組態(tài)界面的制作工作，而下位機(jī)則主要用來完成 PLC(可編程序控制器 )程序的編寫，和相關(guān)數(shù)據(jù)的上傳。 另外，上位機(jī)與下位機(jī)的設(shè)計(jì)工作是密切配合的。 PLC 的 I/O 地址分配 開關(guān)量 I/O 模塊的不同，直接關(guān)系到 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，對(duì) PLC 的應(yīng)用范圍會(huì)產(chǎn)生影響，選擇時(shí)主要考慮點(diǎn)數(shù)、外部電路的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、電壓的形式和范 第 11 頁 共 35 頁 圍等。在選擇時(shí)應(yīng)注意，模塊與外部接線的方式、輸出電壓的額定限度、外部輸出點(diǎn)同時(shí)接通的影響、選擇輸 出方式等 [13]。 表 31 I/O 分配表 地址 輸入 地址 輸出 投入 1 元 人民幣 橙汁指示燈 投入 5 元 人民幣 咖啡指示燈 投入 10 元 人民幣 橙汁 排出口 選擇橙汁按鈕 咖啡排出口 選擇咖啡按鈕 退幣指示燈 退幣按鈕 退幣排出口 復(fù)位按鈕 自動(dòng)售貨機(jī) 的 PLC 程序 設(shè)計(jì) 下位機(jī)程序的編制是利用歐姆龍專用編程軟件 CXProgrammer 完成的。自動(dòng)售貨機(jī) 的工作過程可分為以下幾個(gè)主要部分： (1)余額比較過程； (2)投幣過程； (3)飲品價(jià)格比較過程； (4)選擇商品過程； (5)退幣過程； (6)強(qiáng)制復(fù)位過程。 表 32 價(jià)格比較的變量定 義 PLC 程序接點(diǎn) 對(duì)應(yīng)地址 退幣指示燈 編制程序 余額比較過程的梯形圖如圖 33 所示。 表 33 投幣過程變量定義 PLC程序接點(diǎn) 對(duì)應(yīng)地址 投入 1元 人民幣 投入 5元 人民幣 投入 10元 人民幣 編制程序 根據(jù)上表所列出的變量進(jìn)行編程，其梯形圖如圖 34 所示。之所以用一個(gè)上升沿微分指令，就是要保證按下投入一元 人民幣 第 15 頁 共 35 頁 時(shí)只檢測(cè)一次，而不是循環(huán)執(zhí)行加法動(dòng)作。只是加數(shù)分別是整數(shù) 5（五元）和整數(shù) 10（十元）。 圖 35A 飲品價(jià)格比較過程梯形圖 第 16 頁 共 35 頁 圖 35B 飲品價(jià)格比較過程梯形圖 程序解釋 在這段程序中，為了要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)比較，我們用了 CMP 數(shù) 據(jù)比較指令、CF005 大于標(biāo)志位和 CF006 等于標(biāo)志位。該飲品的指示燈同時(shí)也會(huì)閃爍，提示消費(fèi)者飲品正在排出。 表 35 選擇商品的變量定義 PLC程序接點(diǎn) 對(duì)應(yīng)地址 選擇橙汁按鈕 選擇咖啡按鈕 橙汁 排出口 咖啡排出口 編制程序 選擇商品的梯形圖如圖 36 所示。此時(shí)按下橙汁選擇按鈕，通過保持繼電器 KEEP，使繼電器 工作，這時(shí)橙汁排出 點(diǎn)亮。當(dāng)繼電器 沒有工作的時(shí)候 第 18 頁 共 35 頁 （即沒有按下選擇橙汁按鈕的時(shí)候），通過常閉 觸電使橙汁指示燈 常亮。 咖啡的工作過程與橙汁的工作過程相同。 程序解釋 當(dāng)按下退幣按鈕 時(shí)，通過保持繼電器 KEEP,使 繼電器 工作。同時(shí)將零送給 DR15 通道。 第 20 頁 共 35 頁 圖 38 強(qiáng)制復(fù)位過程梯形圖 程序解釋 當(dāng)按下強(qiáng)制復(fù)位按鈕 時(shí)，通過一個(gè)上升沿微分指令 DIFU，從而使數(shù)據(jù)傳送指令 MOV 接通，將零送到 DR15 通道中。 組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)功能 使企業(yè)的基層和其它部門建立起聯(lián)系，現(xiàn)場(chǎng)操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。 組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件開發(fā)系統(tǒng) TouchExplorer 是其應(yīng)用程序的集成開發(fā) 環(huán)境。 運(yùn)行系統(tǒng) TouchVew 是組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示開發(fā)系統(tǒng)中建立的動(dòng)畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫與 I/O 服務(wù)程序的數(shù)據(jù)交換。冗余技術(shù)是利用冗余資源來克服故障影響從而增加系統(tǒng)的可靠性的技術(shù)，冗余資源是指在系統(tǒng)完成正常工作所需資源以外的附加資源。 IEC611313 規(guī)定了五種編程語言標(biāo)準(zhǔn)（梯形圖、機(jī)構(gòu)化文本語言、 第 23 頁 共 35 頁 功能塊、指令語言、順序功能圖）。由于使用習(xí)慣的原因，早期進(jìn)入市場(chǎng)的軟件在用戶意識(shí)中已形成一些不成文的標(biāo)準(zhǔn)，成為某些用戶判斷另一種產(chǎn)品的“標(biāo)準(zhǔn)”。然后選 擇 “歐姆龍 ”，“ C 系列” “HOST LINK 系列 ”的串口協(xié)議 。 圖 43 選擇串口號(hào) 在彈出的窗口中選擇串口號(hào)“ COM1”后單擊“下一步”，如圖 44 所示。在 TouchVew 運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。組態(tài)王本身所帶的類似 C語言的命令語言來驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序，而且系統(tǒng)在定義動(dòng)畫連接時(shí)支 持動(dòng)畫連接表達(dá)式。分別為： 設(shè)計(jì)者基本信息 、 設(shè)計(jì)題目和系統(tǒng)日期與時(shí)間 、 售貨機(jī)界面 、 主機(jī)控制 、 售貨機(jī)監(jiān)控、投幣窗口與銷售額。 如圖 410所示。當(dāng) 畫面進(jìn)入 運(yùn)行狀態(tài)是投幣指示燈被點(diǎn)亮 。也節(jié)省了因?yàn)榻?jīng)常查看水量而浪費(fèi) 人力 資源 自動(dòng)售貨機(jī)仿真圖 圖 411 投幣組態(tài)圖 第 30 頁 共 35 頁 圖 412 退幣組態(tài)圖 圖 413 購買 組態(tài)圖 圖 414 剩余水量報(bào)警 組態(tài)圖 第 31 頁 共 35 頁 結(jié) 論 本文詳細(xì)的介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的背景、發(fā)展前景及對(duì)現(xiàn)在人們生活的影響，并且又對(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。本設(shè)計(jì)是以 PLC 電氣控制 為基礎(chǔ) ，通過對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的功能進(jìn)行分析，制定出具體的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)步驟。希 望學(xué)弟學(xué)妹能設(shè)計(jì)出更完善的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)，使它能更好的在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用。 最后，再次對(duì)我人生最難忘的這大學(xué)四年生涯中所有幫助過我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝！ 第 34 頁 共 35 頁 聲 明