【正文】 f system control program design, including coin accumulation, parison and selection of purchase and the coin reduction program, and the GX simulator to carry out the program debugging. Finally, Kingview software vending machine simulation.The design is based on the market need for the relevant functional design and simulation, improve the reliability, in line with the market demand.KEY WORDS: Vending machine,Programmable controller,Ladder diagram3目　錄前　言 1第1章 自動(dòng)售貨機(jī)介紹 3 自動(dòng)售貨機(jī)功能分析 3 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 4第2章 自動(dòng)售貨機(jī)硬件設(shè)計(jì) 5 自動(dòng)售貨機(jī)控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 自動(dòng)售貨機(jī)硬件組成 6 PLC介紹及選擇 6 PLC產(chǎn)生及發(fā)展 6 PLC硬件組成 7 PLC的工作原理 7 PLC的功能 8 PLC的選擇 8 貨幣識(shí)別器選型 10 硬幣識(shí)別 11 紙幣識(shí)別 11 送出機(jī)構(gòu) 12 電機(jī)選擇 12 按鈕與指示燈選擇 13 顯示裝置 13第3章 自動(dòng)售貨機(jī)軟件設(shè)計(jì) 14 自動(dòng)售貨機(jī)控制流程圖 14 自動(dòng)售貨機(jī)程序設(shè)計(jì) 14 程序中所需要用到的部分主要指令 15 自動(dòng)售貨機(jī)的控制程序 17第4章 程序的調(diào)試及仿真 24 梯形圖調(diào)試 24 24 梯形圖調(diào)試過程 25 基于組態(tài)王的自動(dòng)售貨機(jī)仿真 29 建立組態(tài)畫面 30 參數(shù)設(shè)置 31結(jié) 論 34謝 辭 35參考文獻(xiàn) 36附 錄 37外文資料翻譯 44前　言公元前3世紀(jì)埃及神殿中的投幣式圣水出售機(jī)是世界上出現(xiàn)最早的自動(dòng)售貨機(jī)。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和當(dāng)前城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,人們對(duì)各類商品的需求量不斷增大,但因?yàn)榈赜?、時(shí)間等的限制購買多有不便。社會(huì)在發(fā)展,人們生活水平也在不斷提高,人們對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的需求更趨向于多元化和個(gè)性化,而且通過自動(dòng)售貨機(jī)購物也已經(jīng)逐漸成為一種新的消費(fèi)時(shí)尚和一種城市文明的標(biāo)志。以此來看中國自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)的發(fā)展空間依舊廣闊。可編程控制器(PLC)是一種新的工業(yè)控制設(shè)備,它編程控制的發(fā)展不僅綜合了多種工業(yè)控制、通訊技術(shù),而且在可靠性、程序編寫、設(shè)備維護(hù)等方面比起其他設(shè)備都具有相當(dāng)高的優(yōu)越性,從工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域來看,可編程控制器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,因?yàn)樽詣?dòng)售貨機(jī)是一種需要在無人看管情況下完成商品售賣以及其他相關(guān)服務(wù)的應(yīng)用設(shè)備,要求他必須具有可靠的結(jié)構(gòu)和高的執(zhí)行效率。PLC的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān),這些高新技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了PLC技術(shù)的創(chuàng)新,而PLC的發(fā)展也對(duì)這些高新技術(shù)的發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用。 第1章 自動(dòng)售貨機(jī)介紹 自動(dòng)售貨機(jī)功能分析自動(dòng)售貨機(jī)在功能上首先要能實(shí)現(xiàn)貨幣的累加計(jì)算,從投幣口送入貨幣,貨幣經(jīng)過貨幣識(shí)別器進(jìn)行相關(guān)信息的采集,然后相應(yīng)的信息被傳給PLC,PLC根據(jù)所接收到的貨幣信息進(jìn)行判斷是否可以購買商品,然后根據(jù)結(jié)果做出應(yīng)有的反應(yīng)。如果不需要繼續(xù)購買的時(shí)候消費(fèi)者需要按下退幣按鈕給PLC傳遞退幣信號(hào)進(jìn)行退幣,退幣完成相關(guān)寄存器進(jìn)行清零此次交易完成。圖 11 自動(dòng)售貨機(jī)工作流程圖 本次所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本次自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)該自動(dòng)售貨機(jī)主要銷售礦泉水、可樂、雪碧、冰紅茶、果粒橙、純牛奶、罐裝咖啡七種飲料,飲料價(jià)格分別為1元、10元。(3)當(dāng)投入的貨幣總值大于飲料的售價(jià)時(shí),相應(yīng)的飲料的指示燈開始亮,做可購買提示。)當(dāng)總投入貨幣小于1元時(shí),貨幣不足指示燈亮。在此期間飲料指示燈閃亮。若是不購買按下退幣按鈕,退幣指示燈亮,并執(zhí)行退幣程序,在10秒內(nèi)退出多余幣,自動(dòng)售貨機(jī)自動(dòng)清零。本章小結(jié):本章主要根據(jù)了解現(xiàn)有的自動(dòng)售貨機(jī)的功能,對(duì)此次自動(dòng)售貨機(jī)的功能設(shè)計(jì)進(jìn)行確定,具體硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)將會(huì)在以下章節(jié)中進(jìn)行說明。 自動(dòng)售貨機(jī)控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)相關(guān)控制系統(tǒng)主要有三部分組成：（1）售貨前期準(zhǔn)備:商品價(jià)格及儲(chǔ)存系統(tǒng)自動(dòng)售貨機(jī)可售賣多種商品,每種商品的價(jià)格會(huì)有不同,因此需要在售貨前設(shè)定所售商品種類和價(jià)格,并將其貯存到控制系統(tǒng)內(nèi),另外還需將每次貯存的商品數(shù)量進(jìn)行貯存,方便貨物數(shù)量查詢及貨物的補(bǔ)給。這部分可由按鍵和存儲(chǔ)器構(gòu)成,使用按鍵輸入相關(guān)需要保存的數(shù)據(jù)信息,而存儲(chǔ)器則用來保存數(shù)據(jù),存儲(chǔ)器選擇具有斷電保持功能的型號(hào)。此部分設(shè)計(jì)詳見本章其他小節(jié)。（3）售貨結(jié)束:累計(jì)及自測(cè)功能在顧客進(jìn)行相關(guān)的商品選擇并結(jié)束操作后,自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器會(huì)對(duì)所賣出的商品進(jìn)行銷售額及銷售量的統(tǒng)計(jì),并于售貨前期已保存的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較或者進(jìn)行運(yùn)算來完成歷史的銷售額及歷史銷量,可與電腦或者其他設(shè)備聯(lián)機(jī)方便工作人員對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。圖21自動(dòng)售貨機(jī)硬件組成 PLC介紹及選擇 PLC產(chǎn)生及發(fā)展可編程控制器最早產(chǎn)生于美國的汽車制造行業(yè),因當(dāng)時(shí)競爭激烈,且在進(jìn)行汽車制造時(shí)為生產(chǎn)適應(yīng)市場(chǎng)的新型汽車,相應(yīng)的生產(chǎn)線都要不時(shí)變化,這樣就造成了相當(dāng)龐大的浪費(fèi),因此為了適應(yīng)汽車產(chǎn)業(yè)的相關(guān)發(fā)展,同時(shí)減少設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)所需要的成本和時(shí)間,美國通用公司提出了新型工業(yè)控制裝置的10項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求：（1）編程要簡單,可即時(shí)進(jìn)行修改。（3）靠性要高于繼電器控制裝置。（5）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)的即時(shí)通信。（7）輸入可以是交流115V。（9）擴(kuò)展時(shí)原有系統(tǒng)的改動(dòng)要小。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司以這些指標(biāo)為依據(jù),研制出了第一臺(tái)可編程控制器并將其投入到通用汽車的生產(chǎn)線過程控制中,最終證明效果非常好，從此開創(chuàng)了可編程控制器的新紀(jì)元,并在以后得到快速發(fā)展及廣大應(yīng)用。其中,CPU是PLC的核心,輸入/輸出單元是CPU與現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路,通信接口用于鏈接編程器、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備。每個(gè)掃描周期大致可分為三個(gè)階段:輸入采樣、執(zhí)行程序、輸出刷新。圖23 PLC程序掃描示意圖 PLC的功能(1)條件控制功能(2)定時(shí)/記數(shù)控制功能(3)數(shù)據(jù)處理功能(4)步進(jìn)控制功能(5)A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能(6)運(yùn)動(dòng)控制功能(7)過程控制功能(8)擴(kuò)展功能(9)遠(yuǎn)程I/O功能(10)通信聯(lián)網(wǎng)功能(11)監(jiān)控功能 PLC的選擇現(xiàn)已決定用PLC來作為中心控制,現(xiàn)在就要選擇PLC的容量、品牌及外設(shè), PLC的容量就是具體分析現(xiàn)在所要設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)上所有需要的I/O點(diǎn)。還需要根據(jù)實(shí)際情況考慮價(jià)格問題,因?yàn)椴煌钠放苾r(jià)格差別較大。輸出點(diǎn)共有18個(gè),分別為:7個(gè)飲料指示燈、7個(gè)飲料輸出電磁閥、2個(gè)退幣口、1個(gè)退幣指示燈、1個(gè)取物指示燈。通常裕量的選擇是有存儲(chǔ)器裕量和I/O點(diǎn)數(shù)裕量,存儲(chǔ)器裕量為10%至25%,I/O點(diǎn)數(shù)裕量為10%至15%。 硬幣識(shí)別硬幣識(shí)別主要分為投幣、進(jìn)幣和退幣三個(gè)階段,其主要識(shí)別原理是當(dāng)真假幣通過兩種傳感器時(shí)電容和電感的改變量不同,通過改變量可以辨別硬幣的真假。復(fù)合式硬幣識(shí)別器主要是由感應(yīng)線圈、平板電容傳感器,通過對(duì)貨幣的材料、大小厚薄等各個(gè)要素進(jìn)行檢測(cè),來辨別硬幣的真?zhèn)魏蛶胖荡笮?當(dāng)然其中還要單片機(jī)、交流電橋、A/D轉(zhuǎn)換器等協(xié)助工作,共同完成信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換及最后的識(shí)別和任務(wù)的分配完成。硬幣識(shí)別器通過設(shè)備之間的通信將相應(yīng)的信號(hào)送達(dá)到PLC。該硬幣識(shí)別器相關(guān)信息如下表:表22 硬幣識(shí)別器選型硬幣識(shí)別器工作電壓工作電流工作溫度BD8GDC +12V2A20176。C 紙幣識(shí)別紙幣識(shí)別跟硬幣識(shí)別相似,但是只有投幣和進(jìn)幣兩個(gè)階段,因?yàn)榧垘乓啄p且退幣麻煩,所以在選擇退幣時(shí)只設(shè)計(jì)了硬幣退幣功能。當(dāng)然我國人民幣的制作也是相當(dāng)復(fù)雜,無論是紙張還是印刷材料都與假鈔有很大區(qū)別,關(guān)于紙幣識(shí)別器的工作原理在這里也不多加贅述。紙幣識(shí)別器的類型也多樣,根據(jù)價(jià)格等多方面因素,我此次選擇的是型號(hào)為TCN73B,紙幣儲(chǔ)存容量為400張的紙幣識(shí)別器來識(shí)別1元、5元、10元紙幣。C ～55176。因?yàn)樾D(zhuǎn)式送出機(jī)構(gòu)雖說應(yīng)用廣泛但是相應(yīng)的成本較高,轉(zhuǎn)盤式送出機(jī)構(gòu)需要較大的轉(zhuǎn)矩來帶動(dòng)和占用較大的空間容易發(fā)生卡死現(xiàn)象,滾筒式送出機(jī)構(gòu)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)精度要求較高,所以比較而言我選擇了彈簧推送式送出機(jī)構(gòu)。對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)來說,電動(dòng)機(jī)的功率參數(shù)要求不大,但是要使用直流減速電機(jī),因?yàn)槭褂弥绷鳒p速電機(jī)可以增大扭矩保證飲料的輸出。選擇的電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)見下表:表24 電動(dòng)機(jī)選型減速電機(jī)額定電壓額定功率轉(zhuǎn)速減速比XINX37JSDC +12V3W1：10 按鈕與指示燈選擇在自動(dòng)售貨機(jī)上按鈕是為了方便消費(fèi)者選擇自己所需商品而設(shè)置,按鈕一般都嵌裝在操作基板上的,按鈕按防護(hù)方式也分為多種類型,因?yàn)闊o人自動(dòng)售貨機(jī)一般無人看管,只是定期維護(hù),因此在選擇具有保護(hù)作用的按鈕來進(jìn)行操作。 顯示裝置在自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)部需要設(shè)置顯示裝置用于輸入商品價(jià)格、數(shù)量、銷售量、銷售金額等,現(xiàn)在市場(chǎng)上多用的是液晶(LCD)顯示裝置,因?yàn)橐壕э@示裝置經(jīng)濟(jì)方便,顯示效果好,所以此次設(shè)計(jì)中內(nèi)部的顯示裝置我也選用液晶類型的。第3章 自動(dòng)售貨機(jī)軟件設(shè)計(jì) 自動(dòng)售貨機(jī)控制流程圖根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)所需要實(shí)現(xiàn)的功能,自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)需要完成幣值累加,幣值比較,貨物選擇及退幣過程,則具體的流程圖如下：圖31 自動(dòng)售貨機(jī)控制流程圖 自動(dòng)售貨機(jī)程序設(shè)計(jì)所謂自動(dòng)售貨機(jī)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是運(yùn)用PLC規(guī)定的編程語言,將控制對(duì)象的控制條件將控制對(duì)象的控制跳進(jìn)啊與動(dòng)作要求轉(zhuǎn)化成PLC可識(shí)別的指令的過程,三菱系列PLC可使用的編程語言有指令表、梯形圖和SFC編程3類,此次設(shè)計(jì)中我選用梯形圖來編程。例如圖32所示的梯形圖,當(dāng)X001接通時(shí)執(zhí)CMP指令通電執(zhí)行,D10中的數(shù)據(jù)和K23(數(shù)值23)比較,比較結(jié)果存放于M3開始的連續(xù)3個(gè)元件中。當(dāng)D10=23時(shí),M4=1。圖32 CMP指令使用說明加法運(yùn)算指令格式:(D)ADD(P)(S1.)(S2.)(D.)加法操作指令是將源操作數(shù)(S1.)、(S2.)相加,結(jié)果送到目標(biāo)操作數(shù)(D.)中去。圖33加法運(yùn)算使用說明減法運(yùn)算指令格式:(D)SUB(P)(S1.)(S2.)(D.)減法指令SUB將源操作數(shù)(S1.)減去源操作數(shù)(S2.),結(jié)果送到指定的目標(biāo)操作數(shù)(D.)中去。圖34 減法運(yùn)算使用說明除法運(yùn)算指令格式:(D)DIV(P)(S1.)(S2.)(D.)除法指令DIV將源操作數(shù)(S1.)除以源操作數(shù)(S2.),結(jié)果送到指定的目標(biāo)操作數(shù)中,其中商送到(D.)中,余數(shù)送到(D.)的下一個(gè)元件中。30,商為4存到D0中,余數(shù)為3存到D1中。FOR為循環(huán)開始,而NEXT為循環(huán)結(jié)束,其功能是,使這兩條指令中間的指令,按指定的次數(shù)循環(huán)執(zhí)行,重復(fù)多少次在FOR指令中說明。如圖36所示梯形圖,由FOR指令開始,執(zhí)行2次“M5接通時(shí),Y002輸出”的指令,到NEXT指令時(shí)結(jié)束循環(huán),繼續(xù)執(zhí)行后邊的指令即可。 啟動(dòng)部分圖37 啟動(dòng)程序在啟動(dòng)部分,我使用了特殊輔助繼電器中的初始化脈沖繼電器M8002作為開始元件,該繼電器僅在PLC開始運(yùn)行時(shí)的一個(gè)掃描周期內(nèi)為ON。 幣值比較部分圖39 幣值比較程序在該部分程序中使用了運(yùn)行監(jiān)視繼電器M8000,該繼電器在PLC運(yùn)行時(shí)為ON,PLC停止時(shí)為OFF,在PLC運(yùn)行過程中投入的貨幣總值與已經(jīng)設(shè)定好的飲料的價(jià)格進(jìn)行比較,發(fā)出相應(yīng)的信號(hào),控制飲料的指示燈,提示消費(fèi)者可以購買哪種飲料。當(dāng)投入的錢幣總值大于或者等于礦泉水價(jià)錢時(shí),輔助繼電器M0或者M(jìn)1就會(huì)為ON,礦泉水的指示燈亮,當(dāng)確定選擇礦泉水的時(shí)候,按下礦泉水的選擇按鈕,T3定時(shí)器計(jì)時(shí)開始,飲料開始送出,T3定時(shí)器為8秒,是飲料送出的時(shí)間。因?yàn)轱嬃线x擇按鈕操作是即時(shí)性的,所以需要借助輔助繼電器實(shí)現(xiàn)自鎖功能。 定時(shí)器定時(shí)部分圖 312 定時(shí)器定時(shí)程序該部分程序主要是為了實(shí)現(xiàn)飲料選擇時(shí)指示燈閃爍的目的。退幣后數(shù)據(jù)寄存器自動(dòng)復(fù)位,PLC一次周期掃描執(zhí)行完畢。21 第4章 程序的調(diào)試及仿真 梯形圖調(diào)試在梯形圖設(shè)計(jì)時(shí),我選擇了GX Developer編程軟件來進(jìn)行本次設(shè)計(jì)梯形圖的設(shè)計(jì)及調(diào)試。運(yùn)用梯形圖邏輯測(cè)試功能來進(jìn)行梯形圖調(diào)試,驗(yàn)證梯形圖的正確性,簡單方便。如下圖41：圖41 梯形圖邏輯測(cè)試控制面板點(diǎn)擊工具條中的“在線——調(diào)試——軟元件測(cè)試”功能,出現(xiàn)下面的界面,如圖42所示,利用為軟元件的強(qiáng)制功能進(jìn)行軟元件調(diào)試。 梯形圖調(diào)試過程我選擇進(jìn)行調(diào)試“投入一個(gè)5角和5張1元紙幣,購買雪碧”的功能。(下圖只為部分梯形圖調(diào)試結(jié)果展示。圖49 按下雪碧選擇按鈕雪碧指示燈閃亮買過之后,按下退幣按鈕即X015先強(qiáng)制ON再強(qiáng)制OFF,退幣開始執(zhí)行,之后進(jìn)行復(fù)位。 建立組態(tài)畫面打開組態(tài)王軟件,點(diǎn)擊工程瀏覽器工具條上的“工程——新建”,出現(xiàn)以下向?qū)崾?根據(jù)向?qū)崾窘⑿碌墓こ?命名為“自動(dòng)售貨機(jī)”。完成后點(diǎn)擊“畫面”建立新的組態(tài)畫面并命名為“自動(dòng)售貨機(jī)”。先利用其他圖片處理軟件將需要的圖片截成組態(tài)畫面中需要的合適的大小并保存到一個(gè)文件夾中,然后打開組態(tài)王,點(diǎn)擊畫面中工具箱里的“點(diǎn)位圖”圖