【文章內(nèi)容簡介】 電機退幣。 根據(jù)設(shè)計中對自動售貨機的要求，選擇平面式貯幣，電磁閥退幣。當(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。 送出機構(gòu) 目前，應(yīng)用于自動售貨機上的商品送出機構(gòu)種類較多，下面是一些較典型的送出機構(gòu)。 （ 1） 旋轉(zhuǎn)式送出機構(gòu) 此送出機構(gòu)把飲料放在螺旋導(dǎo)軌上，并在貨道底部開設(shè)出口槽，由電機帶動螺旋導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動，當(dāng)飲料轉(zhuǎn)到開口槽時便出槽下貨。這種送出機構(gòu)應(yīng)用最為廣泛，它要求電機的轉(zhuǎn)矩較大，造價成本較高。 （ 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。這種送出機構(gòu)也需要較大的轉(zhuǎn)矩來帶動和占用較大的空間，而且會 發(fā)生卡死現(xiàn)象。 （ 3） 滾筒送出機構(gòu) 該送出機構(gòu)由一個階梯梁和滾筒構(gòu)成，滾筒內(nèi)可以裝若干瓶飲料，通過步進(jìn)電機來帶動滾筒的轉(zhuǎn)動，利用梁的各階梯段與滾筒之間不同的開口距離控制商品掉落的順。這種機構(gòu)要求電機有較高的轉(zhuǎn)動精度。 （ 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。 根據(jù)設(shè)計中對自動售貨機的要求，選擇雙螺旋式送出機構(gòu)。 按鈕裝置 自動售貨機的按鈕裝置，其特征在于備有操作按鈕和基板，操作按鈕設(shè)置在面板上，基板設(shè)置在操 作按鈕側(cè)的相反側(cè)，具有顯示部分和檢測機構(gòu)，顯示部分顯示與操作按鈕對應(yīng)的信息，檢測機構(gòu)用于檢測操作按鈕的操作，顯示部分設(shè)在基板上的與操作按鈕不相向的位置。 12 顯示裝置 液晶顯示器 (LCD)是現(xiàn)在非常普遍的顯示器 ,廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品，具有體積小、重量輕、省電、輻射低、易于攜帶等優(yōu)點。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。液 晶顯示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通電時導(dǎo)通，使液晶排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時，排列則變得混亂，阻止光線通過。 13 第 4 章 自動售貨機 控制系統(tǒng) 設(shè)計 基于 PLC 的自動售貨機控制系統(tǒng) 自動售貨機硬件系統(tǒng)的組成部分及工作流程 （ 1） 組成部分 銷 售 模 塊人 機 模 塊通 訊 模 塊溫 控 模 板貨 幣 識 別 模 塊自動售貨機硬件系統(tǒng)主 控 制 板 圖 41 自動售貨機硬件系統(tǒng)組成部分 其中，溫控模塊包括溫度采集和加熱制冷控制；銷售模塊完成一個整體的銷售動作，一般都是電機 驅(qū)動特定的機構(gòu)實現(xiàn)；人機模塊包括鍵盤和顯示，有的機器還加上了顯示屏，可以投放廣告；目前僅部分高端機器有通訊模塊的功能，一般都是采用 GPRS 模塊，可以完成銷售統(tǒng)計、原料補給、廣告管理以及一些會員服務(wù)。 （ 2） 工作流程 首先開機后要自檢各個部件的狀態(tài)是否正常，若不正常要顯示錯誤信息，方便運營人員及時修復(fù)；若自檢通過，檢查商品信息，若缺少貨物，停止銷售該類商品；然后等待，等待消費者投錢和選擇商品，若有人選擇商品，等錢幣投入后就開始執(zhí)行銷售模塊，將產(chǎn)品送出，并找零錢。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。 自動售貨過程的控制子系統(tǒng)簡述 控制子系統(tǒng)由以下四個部分組成 : （ 1） 售貨價格系統(tǒng) 自動售貨機售出的同類商品可分若干品種，其售前設(shè)定價格須預(yù)先貯存在控制系統(tǒng)內(nèi)。售貨機的價格設(shè)置系統(tǒng)由按鍵和存儲器組成，通過按鍵選擇被設(shè)價商品的種類及價格，并將價格寫入存儲器，該存儲器本身具有掉電保護(hù)功能，屬于軟件設(shè)置方式。此外，在簡易型售貨機中，由于出售商品種類少，價格變化小，使用幣種單一，也可用硬件來設(shè)置價格，采用撥碼開關(guān)對應(yīng)方式，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。 （ 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(jìn)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(jìn)行累計，并通過串行擴(kuò)展口進(jìn)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(jìn)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。此時可按下購貨按鈕，由 CPU 檢測到購貨信號后，如金額累計存儲器中數(shù)值與預(yù)設(shè)價格相等，則通過并行擴(kuò)展接口驅(qū)動電磁閥或微電機驅(qū)動出商品，并將金額累計存儲器清零，完成一次售貨過程；如累計金額大于預(yù)設(shè)價格時，驅(qū)動 商品后，相減差額由信號驅(qū)動退幣，實現(xiàn)售貨和退幣找零功能。 （ 3） 檢測系統(tǒng) 在自動售貨機商品貯存道下方安有接觸行程開關(guān)，當(dāng)貯存道內(nèi)有商品時，壓下行程開關(guān)，售貨機正常工作 ； 當(dāng)商品出售完畢時，行程開關(guān)被釋放，向 CPU 發(fā)出無貨信號，經(jīng)檢測通過串行擴(kuò)展接口向相應(yīng)的售完指示燈發(fā)出信號，使機身外部 “ 售完 ” 指示燈亮，此種商品自動停售，即使投幣累計金額達(dá)到該道商品預(yù)設(shè)價格數(shù)值，可售按鈕仍然無啟動信號，金額累計存儲器也不清零。 （ 4） 累計及自測功能系統(tǒng) 自動售貨機 CPU 在每次售出商品后，向售出累計存儲器中累計售出數(shù) 15 據(jù)，通過售 貨機內(nèi)部的按鍵可在金額顯示窗中讀到累計結(jié)果。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。 基于 PLC 的自動售貨機控制 當(dāng)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(jìn)行詳細(xì)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)。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(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浪費，增加成本，所以要盡可能選擇相同等級和種類的負(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(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 （ 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(dāng)、 I/O 點數(shù)相當(dāng)?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(dāng)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。 16 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計編程要求及基本原則 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計編程要求 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則。 （ 1） 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計過程中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計之前就要深入現(xiàn)場進(jìn)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。同時還要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員等緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。 （ 2）保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程等方面要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。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。 （ 3）力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。 （ 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。這就要求在選擇 PLC、輸入/輸出模塊 、 I/O 點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。 17 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 （ 1）所編的程序要合乎所使用的 PLC 的有關(guān)的規(guī)定 主要是對指令要準(zhǔn)確地理解，正確地使用。各種 PLC 指令多有類似之處，但還有些差異。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(jìn)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。 （ 2）要使所編的程序盡可能簡潔 簡短的程序可以節(jié)省內(nèi)存，簡化調(diào)試，而且還可節(jié)省執(zhí)行指令的時間，提高對輸入的響應(yīng)速度。要使所編的程序簡短， 就要注意編程方法，用好指 令，用巧指令，還要能優(yōu)化結(jié)構(gòu)。要實現(xiàn)某種功能，一般而言，在達(dá)到目的 的 相同時，用功能強的指令比用功能單一的指令，程序步數(shù)可能會少些。 （ 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。要想使程序清晰，就要注意程序的層次，講究模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化。特別是在編制復(fù)雜的程序時，更要注意程序的層次，可積累自己的與吸收別人的經(jīng)驗，整理出一些標(biāo)準(zhǔn)的具有典型功能的程序，并盡可能使程序單元化，像計算機中的常用的一些子程序一樣，移來移去都能用，這樣，設(shè)計起來簡單，別人 也易了解。 （ 4）要使所編的程序合乎 PLC 的性能指標(biāo)及工作要求 所編程序的指令條數(shù)一定少于所選用的 PLC 內(nèi)存的容量，即程序在PLC 中能放得下，所用的輸入、輸出點數(shù)要在所選用 PLC 的 I/O 點數(shù)范圍之內(nèi)， PLC 的掃描時間要少于所選用 PLC 的程序運行監(jiān)測時間。 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。 （ 5）所編程序能夠循環(huán)運行 PLC 的工作特點是循環(huán)反復(fù)、不間斷地運行同一程序。它的運行從初始化后的狀態(tài)開始，待控制對象完成了工作循環(huán)（完整程序執(zhí)行一次） ，則又返回初始化狀態(tài)繼續(xù)運行。因為只有這樣才能使控制對象在新的工作周期中也得到相同的控制。 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(jìn)指令較為簡單。 （ 2） 本自動售貨機可使用 5 角硬幣，給計總金額數(shù)帶來麻煩，可對除5 角識別器以外的所對應(yīng) INC 指令的計數(shù)器中的值乘 2 計算來方便計算總錢數(shù)，即將所有 “元 ”轉(zhuǎn)化為多少個 “5 角 ”。 （ 3） 由于實驗室 PLC 型號三菱 FX2N48MR 對某些指令無法識別，所以需將所有用脈沖執(zhí)行型的功能指令都使用 PLS 指令進(jìn)行轉(zhuǎn)化 ，即通過PLS 指令驅(qū)動輔助繼電器 M，實現(xiàn)程序功能。 （ 4） 找余時，可找 1 元與 5 角，故需對剩余總金額寄存器中的數(shù)目除以 2 和取模 2，除 2 結(jié)果即為當(dāng)前要找 1 元的數(shù)目，取模 2 結(jié)果即為當(dāng)前要找 5 角數(shù)目。 （ 5） PLC 選用繼電器輸出型。 （ 6） 任務(wù)書要求實現(xiàn)顧客的循環(huán)購買，故需實現(xiàn)控制程序的跳轉(zhuǎn)（向后跳轉(zhuǎn)）。當(dāng)顧客再次購買時，余額寄存器（為了退幣，該寄存器中值已除 2）中值要先乘 2，以便與商品價格比較（商品價格已轉(zhuǎn)化為多少個 5角），再進(jìn)入下次購買 。 （ 7） 退幣結(jié)束時，使用 SET 指令恢復(fù)初始態(tài)，并置位所有寄存器，以準(zhǔn) 備下一個顧客購買飲料，防止出現(xiàn)錯誤。 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。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應(yīng)性差，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時