【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ， 日本的自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟 ， 在日本有二千多種機(jī)器型號(hào)，可以出售六千多種貨物。 由于自動(dòng)售貨機(jī)可以 全天運(yùn)營(yíng) ，因此，自動(dòng)售貨 很受人們的喜愛 。近幾年，自動(dòng)售貨機(jī)逐漸被越來越多的消費(fèi)者所接受。 從近兩屆上海舉辦的 “中國國際自動(dòng)售貨系統(tǒng)及商務(wù)自助產(chǎn)品展覽會(huì) ”來看， 在國外自動(dòng)售貨機(jī)在市場(chǎng)占據(jù)主要地位 。特別的， 在國內(nèi)一些發(fā)達(dá)省市，對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)研發(fā)的公司卻寥寥 無幾 ，這和它們的經(jīng)濟(jì)實(shí)力是不符合的 。 在英國，國內(nèi)的銀行和信用機(jī)構(gòu)還專門推出了一種自動(dòng)售貨機(jī)卡，人們站在自動(dòng)售貨機(jī)前，只皖西 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 要把卡輕輕拉一下，就省去了投 幣的麻煩，使用非常方便。到了 2021 年，英國持有這種卡的人已經(jīng)占到全國人口的五分之一以上，由此可見在英國自動(dòng)售貨機(jī)的普遍性和 受 人們歡迎的程度。 如今，隨著自動(dòng)售貨機(jī)在人們生活中的普及，也逐漸的被應(yīng)用于其他領(lǐng)域。自助服務(wù)的內(nèi)容不再 是商品，服務(wù)的對(duì)象也不在局限于消費(fèi)商品的顧客。未來的自動(dòng)售貨機(jī) 必 然朝著監(jiān)控管理智能化、性能多樣化的道路發(fā)展。 本課題研究主要內(nèi)容 本課題研究主要 內(nèi)容 ：本設(shè)計(jì) 主要對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的各個(gè)智能模塊進(jìn)行研究設(shè)計(jì) ， 包括投幣模塊、比較模塊、找零模塊。利用西門子 S7200 型 PLC 軟件來設(shè)計(jì)梯 形圖 ， 并利用可編程控制器作為自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的核心。同時(shí)描述了 PLC的 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)及其工作原理。根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能和控制要求給出了自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)方案。 在軟件方面主要完成了 PLC梯形圖的設(shè)計(jì)，并將本次設(shè)計(jì)以仿真的形式實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證了 各 個(gè)模塊的正常功能。最后，指出了本設(shè)計(jì)目前尚存在的不足之處，為以后繼續(xù)深入研究作參考。 章節(jié)安排 本文共分為 5 章，各章節(jié)安排如下所示： 第一章 緒論 ， 介紹了本課題的背景及研究意義，介紹了自動(dòng)售貨機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并概述了本文的主要研究工作。 第二章 總體方案的設(shè)計(jì)，介紹 了本設(shè)計(jì)可選的三種方案及三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并通過比較得出最后選擇的方案。 第 三 章 分析了 PLC 的基本功能和控制要求。 第 四 章 主要介紹了 PLC 定義及特點(diǎn) 、 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括 I/O地址分配表、硬件接線圖、程序設(shè)計(jì) 、 軟件 調(diào)試和 實(shí)驗(yàn) 過程 及 效果 分析。 2 總體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)從自動(dòng)售貨機(jī)的控制角度來說可采用可編程控制器控制、繼電器控制和單片機(jī)控制 。 可選方案 方案一：可編程控制器控制 可編程控制器控制采用可編程的存儲(chǔ)器在其內(nèi) 部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制和算術(shù)運(yùn)算等操作指令， .并 能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 由于計(jì)算機(jī)每次只能執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)，所以程序的執(zhí)行是按順序一次完成 各 個(gè)電器的動(dòng)作，其邏輯控制關(guān)系為內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯方式。 方案二：繼電器控制方式 以繼電器為核心的繼電器控制，把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器、及其觸點(diǎn)按照一定邏輯關(guān)系連接組成的控制系統(tǒng)。 控制繼電器是一種自動(dòng)電器，它適用于遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嘟?、直流小容量控制電路，并在電力皖?學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中供控制、保護(hù)及信號(hào)轉(zhuǎn)換用?？刂评^電器的輸入量通常是電流、電壓等電量，也可以是溫度、壓力、速度等非電量，輸出量則是 觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)發(fā)出的電信號(hào) 或輸出電路的參數(shù)變化。繼電器的特點(diǎn)是當(dāng)其輸入量的變化達(dá)到一定 程度 時(shí)，輸出量才會(huì)發(fā)生階躍性的變化。由繼電器控制方式組成的自動(dòng)售貨機(jī)其控制邏輯關(guān)系為由繼電器、接觸器硬接線方式。 方案三 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制方式 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)的要求、控制方案的選擇，以及工藝參數(shù)的測(cè)量范圍等；選擇各參數(shù)檢測(cè)元件及變送器；建立數(shù)學(xué)模型及確定控制算法；選擇單片機(jī)，并決定是自行設(shè)計(jì)還是購買成套設(shè)備；系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ：（ 1） 包括接口電路，邏輯電路及操作面板；系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)， 包括管理、監(jiān)控程序以及應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含有硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分 。 （ 2） 系統(tǒng)的調(diào)試與試驗(yàn) 。 方案比較 PLC 控制與繼電器控制相比較 (1) 邏輯控制 繼電器控制是利用各電器件機(jī)械觸點(diǎn)的串、并聯(lián)組合成邏輯控制。采用硬接線連接，連接多而復(fù)雜，對(duì)今后的邏輯修改、增加功能很困難。而 PLC 中邏輯控制是以程序的方式存儲(chǔ)在內(nèi)存當(dāng)中，改變程序便可改變邏輯，連線少，體積小，方便可靠。 (2) 控制速度 依靠機(jī)械觸點(diǎn)的吸合動(dòng)作來完成控制的繼電器控制系統(tǒng)，工作頻率低、速度慢，而 PLC 采用程序指 令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，不僅穩(wěn)定可靠，控制速度也大大提高。 (3) 順序控制 繼電器控制是利用時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作來完成時(shí)間上的順序控制，時(shí)間繼電器的內(nèi)部易受環(huán)境溫度和濕度變化的影響，造成定時(shí)的較大誤差。而 PLC內(nèi)部是由半導(dǎo)體電路組成的定時(shí)器以及由晶體振蕩器 產(chǎn) 生的時(shí)鐘脈沖計(jì)時(shí)，定時(shí)的精度高 。 (4) 靈活性和擴(kuò)展性 繼電器系統(tǒng)安裝后，受電器觸點(diǎn)數(shù)目的有限性和連線復(fù)雜等原因的影響，系統(tǒng)在今后的靈活性、擴(kuò)展性很差。而 PLC 具有專用的輸入和輸出模塊，連線少，靈活性可擴(kuò)展好。 (5) 計(jì)數(shù)功能 繼電器控制可實(shí)現(xiàn) 邏輯功能，但不具備計(jì)數(shù)功能。 PLC 內(nèi)部有特定的計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的步進(jìn)控制 。 (6) 可靠性和可維護(hù)性 繼電器控制使用大量的機(jī)械觸點(diǎn)，觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，造成損傷并伴有磨損，使用壽命短運(yùn)行可靠性差，不易維護(hù)。而 PLC 采用微電子技術(shù)，內(nèi)部的開關(guān)動(dòng)作均由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路完成 ，體積小壽命長(zhǎng)，可靠性高 [3]。 皖西 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 可編程控制器與單片機(jī)控制的區(qū)別 (1) PLC 是單片機(jī)之上的產(chǎn)品，單片機(jī)是集成電路，這兩者之間不具可比性 。 (2) PLC 是單片機(jī)應(yīng)用的特例，單片機(jī)可以構(gòu)成功能各樣的應(yīng)用系統(tǒng)。 (3) PLC 是工業(yè)控制領(lǐng)域的主力軍，能夠完成強(qiáng)電的邏輯控制 和 運(yùn)動(dòng)控制及 PID運(yùn)算；單片機(jī)適用于小型自動(dòng)控制領(lǐng)域及無線控制領(lǐng)域；體積小價(jià)格便宜。 (4) 單片機(jī)自身保護(hù)差， PLC 自身保護(hù)強(qiáng)。 PLC 控制抗干擾能力比單片機(jī)強(qiáng)， PLC 適用于中、大型設(shè)備，單片機(jī)適用于微、小型設(shè)備 ?？偠灾?，它們的區(qū)別是使用的領(lǐng)域不同，基本控制原理大體相同 [47]。 方案選擇 綜上所述， 鑒于 PLC功能完善，組合靈活，擴(kuò)展方便，實(shí)用性強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)單，容易維修，抗干擾能力和可靠性能力都強(qiáng)，環(huán)境要求低，易學(xué)易用等優(yōu)點(diǎn)。本次 設(shè)計(jì)采用方案一，以可編程控制器為核心設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)的控制 系統(tǒng) [8]。 3 自動(dòng)售貨機(jī)的功能分析 自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能 自動(dòng)售貨機(jī)的各種功能和控制要求，給出了完整的自動(dòng)售貨機(jī) 工作流程圖 如 下 圖 31所示，并介紹自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中所包括的人工操作步驟 。 本次 設(shè)計(jì)制作的自動(dòng)售貨機(jī)利用兩個(gè)按鍵進(jìn)行模擬，可識(shí)別兩種錢幣，分別是 、 1元硬幣，自動(dòng)售貨機(jī)共出售四種貨物蘇打水、可樂、汽水、咖啡，價(jià)格分別為 、 1元、 3元、 5元， 在自動(dòng)售貨機(jī)有需要的貨物的前提下，只有當(dāng)消費(fèi)者投入的錢幣大于或等于所需要的錢幣時(shí)，指示燈亮，表示可以進(jìn)行購買，兩種貨物分別用四個(gè)小燈代替進(jìn)行模擬。除此之外，本次設(shè)計(jì)還涉及了顯示、找零、送貨等功能的實(shí)現(xiàn)，其中顯示部分采用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，顯示投幣總數(shù)和購買后的余額；當(dāng)按下找零按鈕后，數(shù)碼管顯示進(jìn)行清零，采用從高到低遞減的形式進(jìn)行清零。送貨部分用指示燈表示。 自動(dòng)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)值判斷是否能夠購買某種商品，并作出相應(yīng)的反應(yīng)。例如：售貨機(jī)中有 2種商品，汽水價(jià)格為 3元， 咖啡價(jià)格 為 5元。現(xiàn)投入 1個(gè) 1元硬幣， 當(dāng)投入的貨幣超過汽水的價(jià)格時(shí)，汽水的選擇按鈕處應(yīng)有變化，提示可以購買，咖啡也提示。當(dāng)按下選擇汽水價(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汽水的價(jià)格同時(shí)汽水出貨口指