【文章內(nèi)容簡介】 萬日元，為世界第一。在售貨機(jī)的顯示屏幕上進(jìn)行操作，輸入商品號碼和購買數(shù)量，并投入錢幣后，商品就會從取貨口出來，甚至從食品自動售貨機(jī)上還能買到熱呼呼的面條和米飯團(tuán)。雖然日本的自動售貨機(jī)總臺數(shù)低于 美國 （據(jù) 1997 年的統(tǒng)計為 689 萬臺），但是，從人口占有數(shù)來看卻是世界上最高的，美國平均 35 人占有一臺，而日本為 23 人占有一臺。 從自動售貨機(jī)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， 13 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(jī)作為一種必須的機(jī)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(jī)械，從狹義來講就是自動銷售商品 的機(jī)械。從供給的條件看，自動售貨機(jī)可以充分補(bǔ)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。 目的和意義 本次設(shè)計的主要目的能夠?qū)崿F(xiàn)自動售貨機(jī)的自動控制系統(tǒng)的 PLC 設(shè)計，進(jìn)一步增強(qiáng)和完善學(xué)生自我的創(chuàng)新與動手能力。主要內(nèi)容是首先整個控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，從硬件到軟件的資料收集，對一些硬件以及自動售貨機(jī)內(nèi)部接線電路都逐一進(jìn)行了研究學(xué)習(xí)。 14 第三章 方案論證與設(shè)計 總體方案設(shè)計分析 控制系統(tǒng)設(shè)計原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）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對象。設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。 (2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。 （ 3） 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 （ 4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn)，在選擇 PLC 容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 方案的選擇與設(shè)計 繼電控制 利用具有繼電特性的元件進(jìn)行控制的 自動控制系統(tǒng) 。所謂繼電特性是指在輸入信號作用下輸出僅為通、斷等幾個狀態(tài)的特性。繼電控制也稱通斷控制。例如，電爐溫度調(diào)節(jié)中根據(jù)爐溫是否超過規(guī)定值而斷開或接通電源。這種只有通、斷兩個狀態(tài)的控制又稱雙位式控制。對于繼電控制型 伺服系統(tǒng) ，繼電控制是指驅(qū)動電源的全部電壓按照控制偏差值符號的正負(fù)，正向或反向地加到執(zhí)行電動機(jī)上。為避免正反向之間的持續(xù)振蕩，在正向和反向之間常設(shè)置一個死區(qū)。繼電控制中使用的元件并不限于電磁式繼電器，也可用別的手段來實現(xiàn)繼電特性。例如，在雙位式溫度調(diào)節(jié)中，常采用雙金屬片作為敏感元件，溫度變化時雙金屬片因兩 15 部分金屬的膨脹系數(shù)不同而彎曲變形，接通或斷開觸點。其他如液壓和氣動閥等也是具有繼電特性的元件。繼電控制 系統(tǒng)的主要分析方法有相平面法和 描述函數(shù)法 。 繼電控制的缺點： 繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。再者，對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運載的情況下，大的 繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。 單片機(jī)控制 目前 單片機(jī) 滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。 導(dǎo)彈 的導(dǎo)航裝置 ，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC 卡 ，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)， 錄像機(jī) 、 攝像機(jī) 、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開 單片機(jī) 。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此， 單片機(jī) 的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機(jī) 廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航 天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng) 域， PLC 控制 在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可編程控制器 (PLC)作為自動控制以成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)，同時也給工業(yè)控制帶來了前所未有的非凡變化。使用 PLC 的工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的用繼電器的工業(yè)控制系統(tǒng)相比，在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有無法比擬的優(yōu)點。雖然在工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的繼電器控制設(shè)備不會被完全淘汰，但是由于 PLC 的出現(xiàn)已經(jīng)改變了工業(yè)控制設(shè)計者的設(shè)計思 16 想。 可編程序控制器的優(yōu)勢、特點及功能 ： 可編程控制器以體積小功能強(qiáng)大所著稱，它不 但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來，擴(kuò)展了 PLC 的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。 順序控制 閉環(huán)過程控制 運動位置控制 生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理 網(wǎng)絡(luò)特性 方案確定 PLC 控制比繼電控制在邏輯上更改方便、控制速度更高、更靈活且便于維護(hù)。PLC 是建立在單片機(jī)上的產(chǎn)品。單片機(jī)是一種集成電路， 不具可比性。單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可， PLC 是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個特例。從工程角度上說：對于單項或重復(fù)極少的項目，采用 PLC是更明智、快捷的途徑。功率高，可靠性好！ 通過對各種控制的優(yōu)缺點分析，各適用于不同控制要求的場合。對于自動售貨機(jī)的設(shè)計來說。要求控制速度快、靈活、可靠性高、易于維護(hù)和改動、屬于單項重復(fù)數(shù)少的項目。用 PLC 來控制是最好的選擇。它少了幾點控制的笨重和單片機(jī)控制的復(fù)雜性。但分析各種廠家生產(chǎn)的 PLC。西門子 PLC 多用于大型、超大型的場合。所以我選用了 三菱 FX2N32MR型 plc來進(jìn)行自動售貨機(jī)的控制。 17 第 4 章 自動售貨機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 硬件電路設(shè)計 硬件系統(tǒng)組成 1）主控制板 2）溫控模版 溫度采集加熱制冷等 3） 貨幣識別模塊 在投入貨幣之后，系統(tǒng)會用紅外線識別器識別貨幣的面額。 4） 銷售模塊 在顧客選擇商品時，用電機(jī)驅(qū)動相關(guān)的硬件設(shè)施送出相應(yīng)的商品。在退幣時驅(qū)動電機(jī)完成退幣動作。完成銷售過程。 電氣設(shè)備的選擇 在整個硬件控制中包括各種電氣設(shè)備：斷路器、接觸器、繼電器、隔離開關(guān)、熱繼電器、和電 動機(jī)。 繼電器的選用原則： (1)按使用類別選用： 中小型工廠的生產(chǎn)實際， 90kW 及以下的籠型電動機(jī)占全廠電機(jī)總數(shù)的 90％以上，基本屬于按 AC3 使用類別選用。 (2)確定容量等級： 接觸器的容量即主觸頭在額定電壓等技術(shù)條件下，其額定電流的確定，應(yīng)注意如下幾點： ① 工作制及工作頻率的影響： 選用接觸器時，應(yīng)注意其控制對象是長期工作制，還是重復(fù)短時工作制。在操作頻率高時，還必須考慮電弧能量的影響。在水泥廠屬于長期工作制，但操作頻率 18 不高，應(yīng)盡可能選用銀、銀合金或鑲銀觸頭的接觸器，如 CJ20 型系列產(chǎn)品。 ② 環(huán)境 條件的影響： 在水泥廠，生產(chǎn)流程的環(huán)境是比較惡劣的，粉塵污染嚴(yán)重，通風(fēng)條件差，工作場所溫度較高。因此，對接觸器的選擇宜采取降容使用的技術(shù)措施。 熱繼電器的選用原則： 熱繼電器主要用于保護(hù)電動機(jī)的過載，為了保證電動機(jī)能夠得到既必要又充分的過載保護(hù)，就必須全面了解電動機(jī)的性能，并給其配以合適的熱繼電器，進(jìn)行必要的整定。一般涉及到電動機(jī)的情況有工作環(huán)境、起動電流、負(fù)載性質(zhì)、工作制、允許的過載能力等。原則上應(yīng)使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動機(jī)的過載特性，或者在電動機(jī)的過載特性之下，同時在電動機(jī)短時過載和起 動的瞬間，熱繼電器應(yīng)不受影響 (不動作 )。 熱繼電器的正確選用．與電動機(jī)的工作制有密切關(guān)系。當(dāng)熱繼電器用以保護(hù)長期工作制或間斷長期工作制的電動機(jī)時，一般按電動機(jī)的額定電流來選用。例如，熱繼電器的整定值可等于 — 倍電動機(jī)的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電動機(jī)的額定電流，然后進(jìn)行調(diào)整。 當(dāng)熱繼電器用以保護(hù)反復(fù)短時工作制的電動機(jī)時，熱繼電器僅有一定范圍的適應(yīng)性。如果每小時操作次數(shù)很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。 對于正反轉(zhuǎn)相通斷頻繁的特殊工作制電動機(jī)，不 宜采用熱繼電器作為過載保護(hù)裝置，而應(yīng)使用埋入電動機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護(hù)。 電動機(jī)的選用原則： 1）電動機(jī)的機(jī)械特性、啟動、制動、調(diào)速及其它控制性能應(yīng)滿足機(jī)械特性和生產(chǎn)工藝過程的要求，電動機(jī)工作過程中對電源供電質(zhì)量的影響（如電壓波動、謝波干擾等），應(yīng)在容許的范圍內(nèi)； 2）按預(yù)定的工作制、冷卻方法基輔在情況所確定的電動機(jī)功率，電動機(jī)的溫升應(yīng)在限定的范圍內(nèi)； 3）根據(jù)環(huán)境條件、運行條件、安裝方式、傳動方式，選定電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、安裝、防護(hù)形式，保證電動機(jī)可靠工作； 4）綜合考慮一次投資幾運行費用，整個驅(qū) 動系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、合理、可靠和安全。 19 軟件設(shè)計 自動售貨機(jī)控制要求 1. 投幣類型分為 1 元、 5 元、 10 元、 20 元、 50 元 2. 各種紙幣各一個投錢處 3. 分為五種飲料汽水、可樂、牛奶、咖啡、紅茶。 價格分別為 3 元、 4元、 5 元、 6 元、 7 元 4. 當(dāng)錢數(shù)大于 3 時汽水燈亮 5. 當(dāng)錢數(shù)大于 4 時汽水、可樂燈亮 6. 當(dāng)錢數(shù)大于 5 時汽水、可樂、牛奶燈亮等等 7. 按下飲料的按鈕，電動機(jī)得電指示燈亮，相應(yīng)飲料的燈閃。錢數(shù)減去飲料錢數(shù)，等閃爍 3 秒，出貨結(jié)束。 1 元硬幣 20 三菱 FX2N32 型 PLC 自動售貨機(jī)流程圖 21 I/O 分配表 輸入 符號 功能 地址 輸出 符號 功能 地址 SB1 1 元 X0 HL1 汽水顯示燈 Y0 SB2 5 元 X1 HL2 可樂顯示燈 Y1 SB3 10 元 X2 HL3 牛奶顯示燈 Y2 SB4 20 元 X3 HL4 咖啡顯示燈 Y3 SB5 50 元 X4 HL5 紅茶顯示燈 Y4 SB6 汽水按鈕 X5 YV1 汽水電磁閥 Y5 SB7 可以按鈕 X6 YV2 可樂電磁閥 Y6 SB8 牛奶按鈕 X7 YV3 牛奶電磁閥 Y7 SB9 咖啡按鈕 X10 YV4 咖啡電磁閥 Y10 SB10 紅茶按鈕 X11 YV5 紅茶電磁閥 Y11 SB11 退幣按鈕 X12 YV6 退幣電磁閥 Y12 22 硬件接線圖 23 程序設(shè)計 程序設(shè)計可分為 6 個部分。分別為： 1 啟動清零部分、 2 投幣部分、 3 表示可購買顯示部分、 4 選擇飲料部分、 5 貨幣相減部分和 6 退幣部分。 1） 啟動清零 M8002 為初始脈沖。當(dāng) PLC 從 STOP 撥到 RUN 時接通瞬間。自動初始清零。 指令表： 2） 投幣部分 用 PLS 上升沿觸發(fā)投幣。用 ADD 指令作加法運算。 24 指令表： 3）表示可購買顯示部分 用 [ D1 K3] 比較指令，當(dāng) D1K3 輸出。 指 令表： 25