【正文】 基于 PLC的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì) 摘要 在科技日新月異的現(xiàn)在社會(huì)，自動(dòng)售貨機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛， 隨著自動(dòng)售貨機(jī)的廣泛應(yīng)用，對(duì)于它的性能要求越來(lái)越高，因此如何設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)易便捷的自動(dòng)售貨機(jī) 顯得 尤為重要。 本論文以西門子 S7300 系列 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的功能控制。論文首先根據(jù)需求對(duì)系統(tǒng)做 出總體設(shè)計(jì)；然后對(duì)各主要硬件進(jìn)行了選型且對(duì) I/O 進(jìn)行分配； 接著根據(jù)系統(tǒng)的硬件連接情況編寫相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)要求功能；最后編寫 組態(tài)王程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。 then all the major hardware and a selection of I / O assignment。s hardware connections。它的起源是在二十世紀(jì)七十年代的日本和歐美地區(qū)。在日本有四分之三的瓶裝飲料是通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)出售的，類似像全球著名的飲料公司可口可樂(lè)公司也有五十萬(wàn)臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)。 自動(dòng)售貨機(jī)的出現(xiàn)是必然趨勢(shì)，隨著日新月異消費(fèi)模式和銷售環(huán)境，必然出現(xiàn)新的銷售渠道，特別是人流量較大的超市等地方， 由于場(chǎng)地限制和便 利 性 要求等 因素，自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必 要的銷售模式而出現(xiàn)在眾人的視線中。從自動(dòng)售貨機(jī)上市以來(lái)的實(shí)踐告訴我們，自動(dòng)售貨機(jī)將會(huì)很好的契合中國(guó)國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求，必將為國(guó)內(nèi)的飲料等零售商品帶來(lái)新的 商品價(jià)值 。 一般的自動(dòng)售貨機(jī)都是采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)核心 ， 通過(guò)單片機(jī)作為控制系統(tǒng)將 會(huì)在輸入 和輸出接口上花費(fèi)大量的時(shí)間 ， 并且該系統(tǒng)的抗干擾能力相對(duì) 較差?？删幊炭刂葡到y(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了很大程度上的普及， 它 相比于其他技術(shù)擁有 更高的可靠性、 簡(jiǎn)單實(shí)用且方便 等特 點(diǎn) 。 PLC 具有可靠性 高、抗干擾能 力強(qiáng)、功能 強(qiáng)大、易學(xué)易用、體積小、價(jià)格便宜 等 豐富且實(shí)用的 特點(diǎn)。 自動(dòng)售貨機(jī)在 1960 年就已經(jīng)出現(xiàn)在世界上了。這便是最早的自動(dòng)售貨機(jī)。 自動(dòng)售貨機(jī) 自 20世紀(jì) 80 年代以來(lái) 在美 國(guó) 、日 本 等發(fā)達(dá)國(guó)家 發(fā)展迅速，很快的得到普2 及 。 目前，自動(dòng)售貨機(jī)已經(jīng) 在越來(lái)越多的國(guó)家得到了發(fā)展 。 在日本的飲料銷售 市場(chǎng) 中有百分之 七十的 易拉罐式 飲料是通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)售出的， 也就是說(shuō)相當(dāng)于每個(gè)人 一年在自動(dòng)售貨機(jī)上 就要 投入 幾百 美元；根據(jù)調(diào)查所得，每臺(tái) 自動(dòng)售貨機(jī)每年可 以售出上萬(wàn)罐不同種類的飲料。 我國(guó) 的 自動(dòng)售貨機(jī) 有百分之七十五 都是采用繼電器控制 的 ， 這類自動(dòng)售貨機(jī)的可靠性比較差， 程序 的設(shè)計(jì)也相對(duì)復(fù)雜 。采用 PLC 來(lái)控制自動(dòng)售貨機(jī)可以很大程度的縮短總體設(shè)計(jì)的 周期 。 當(dāng)有新產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)新產(chǎn)品的特性對(duì)應(yīng)的在自動(dòng)售貨機(jī)上做出相應(yīng)的修改，修改的內(nèi)容將會(huì)存儲(chǔ)到控制系統(tǒng)中，這樣操作人員可以方便的做出相應(yīng)的措施。 21世紀(jì)的今天 ，經(jīng)濟(jì)隨著科技的革新而飛速發(fā)展，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越多，自動(dòng)售貨機(jī)的出現(xiàn)很好的符合了這一點(diǎn)。當(dāng)然還有使用單片機(jī)來(lái)作為自動(dòng)售貨機(jī)的控制核心的，但使用該方法的話會(huì)在輸入輸出接口上花費(fèi)大量的人力物力，并且該系統(tǒng)的抗干擾性也相對(duì)較差。此技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了很廣的運(yùn)用。因此選用 PLC 作為自動(dòng)售貨機(jī)的控制核心可以提高自動(dòng)售貨機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。據(jù)可靠報(bào)道表明，自動(dòng)售貨機(jī)起初是在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)出現(xiàn)，并且迅速發(fā)展，現(xiàn)在各大中小城市已經(jīng)基本配備了相應(yīng)數(shù)量的自動(dòng)售貨機(jī)。 課題研究的 安排 課題所研究的內(nèi)容主要是利用可編程將控制器（ PLC）改造自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)。因此，對(duì)于自動(dòng)售 貨機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)的研究，提高國(guó)產(chǎn)自動(dòng)售貨機(jī)的技術(shù) 水平 和質(zhì)量，具有很重要的意義。 論文主要內(nèi)容如下： 第一章 主要介紹了設(shè)計(jì)的選題背景及意義、自動(dòng)售貨機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、 PLC在 自動(dòng)售貨機(jī) 的應(yīng)用及前景、課題研究的內(nèi)容。 第 三章 完成 I/O點(diǎn)分配、 PLC 選型，完成硬件的選擇。 第五章 介紹 自動(dòng)售貨機(jī) 系統(tǒng)的 軟件設(shè)計(jì)，用組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)仿真。可以識(shí)別一元和五角硬幣，通過(guò)按鍵選擇所需要的商品種類，所選商品會(huì)在電機(jī)作用下從出貨口排出，當(dāng)有余額時(shí)可以選擇按 退幣按鈕進(jìn)行退幣。 控制系統(tǒng)總框圖 自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行模式一般都是先硬幣投入，之后通過(guò)傳感器檢測(cè)來(lái)區(qū)分幣種，投入錢幣后比較價(jià)格，大于商品價(jià)格時(shí)對(duì)應(yīng)商品顯示燈亮起并且可以按下所需商品按鈕，電動(dòng)機(jī)會(huì)工作將所選商品從出貨口排出。當(dāng)主控單元識(shí)別貨幣后與貯存在寄存器里的商品價(jià)格比較，當(dāng)投入錢幣大于商品價(jià)格時(shí)，對(duì)應(yīng)的商品指示燈亮。 自動(dòng)售貨機(jī)由箱體、樣品展示窗、商品貯存 機(jī)構(gòu) 、商品驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 錢幣識(shí)別 系統(tǒng)、微5 電腦控制系統(tǒng)、整機(jī)電源和照明系統(tǒng)、制冷制熱系統(tǒng)八個(gè)部分組成。 樣品展示窗用來(lái)展示和明碼標(biāo)價(jià)各商品的一個(gè)透明櫥窗。 商品驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于 送出 商品，使 存儲(chǔ)在自動(dòng)售貨機(jī)里 的商品落到取貨口中，便于顧客取走所 選購(gòu)的 商品。 錢幣識(shí)別器是一個(gè) 可獨(dú)立被采用的機(jī)構(gòu)， 它 可以識(shí)別錢幣 真假，并且可以將 分類貯存 好的的不同種貨幣從出幣口送出 ，實(shí)現(xiàn) 了 退幣找零的功能， 這一技術(shù) 是自動(dòng)售貨機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) 控制系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)是 一種電控系統(tǒng)，它控制著 自動(dòng)售貨機(jī)在 銷售過(guò)程中 識(shí)幣，自動(dòng)累計(jì)、6 外部金額顯示、自動(dòng) 送出商品和發(fā)出退幣找零等的各種功能。 制冷和制熱系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)商品的冷熱調(diào)節(jié) ，在 自動(dòng)售貨機(jī)的 保溫貯存室內(nèi)， 還可以 實(shí)現(xiàn)商品恒溫 保存 。 投入的錢幣通過(guò) 價(jià)格 比較器與 系統(tǒng)內(nèi)部已存儲(chǔ)好的商品價(jià)格進(jìn)行 比較，如果 投入錢幣小于存儲(chǔ)好的商品價(jià)格 ， 那么 顧客需要再投入 一些錢幣，系統(tǒng)會(huì)把這次投入的錢幣與之前投入的的進(jìn)行累加，繼續(xù) 比較，直到 投入的錢幣大于給定的商品價(jià)格 ， 這時(shí)候顧客就能選購(gòu)商品了。自動(dòng)售貨 還把每次賣出商品的價(jià)格通過(guò) 累計(jì)器進(jìn)行累加， 通過(guò) 在寄存器上儲(chǔ)存累加后 在屏幕上顯示總價(jià)錢，方便顧客查詢。首先在第一節(jié)我們介紹了本次設(shè)計(jì)中所需要實(shí)現(xiàn)的控制要求，對(duì)我們的設(shè)計(jì)有了明確的指導(dǎo)方向。最后介紹的是自動(dòng)售貨機(jī)的組成及其工作原理，讓我們對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)有了更進(jìn)一步的了解 7 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 自動(dòng)售貨機(jī)的硬件設(shè)計(jì)需要涉及到 5 種不同的部分，分別是傳感器，按鈕， PLC，電機(jī)，顯示屏，缺一不可。 根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)實(shí)際工作要求 需要按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇商品，通過(guò)傳感器識(shí)別貨幣面值和真?zhèn)危ㄟ^(guò)電機(jī)來(lái)推出商品并且需要顯示屏來(lái)顯示相關(guān)信息，由此 可以將自動(dòng)售貨機(jī)的硬件系統(tǒng)畫成如下框圖，如圖 ： PLC傳 感 器指 示 燈電 機(jī)按 鈕 圖 傳感器選型 在自動(dòng)售貨機(jī)中傳感器是必不可少的一部分，它的好壞可以影響到自動(dòng)售貨機(jī)性能的優(yōu)良，因此對(duì)于選擇合適的傳感器是非常重要的。 國(guó)家 發(fā)布的一元和五角硬幣都是 經(jīng)過(guò) 特殊 制造工藝知道的 的金屬合金， 當(dāng)這些硬幣 通過(guò)投幣入 口經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，就會(huì)進(jìn)入 一個(gè) 由電感和電容組成的特定高頻振蕩線路所產(chǎn)生的磁場(chǎng) ， 不同硬幣的材質(zhì)和 大小會(huì) 對(duì)電感量的 大小產(chǎn)生一些 影響 ，電感量 大小 的變化 能夠引起振蕩頻率的改變， 然后通過(guò) 窄帶選頻電路將頻率信號(hào) 轉(zhuǎn)換成 電壓信號(hào) 并且 輸出 來(lái)完成對(duì)不同種類 硬幣的識(shí)別。 電磁傳感器如圖 33： 圖 33傳感器 自動(dòng)售貨機(jī)上有幾個(gè)不同功能的 電動(dòng)機(jī)，在飲料的輸出部分 電動(dòng)機(jī)的作用是帶動(dòng)彈簧旋轉(zhuǎn)一圈將儲(chǔ)存在自動(dòng)售貨機(jī)中的 飲料轉(zhuǎn)出，每 一 種飲料 的送出 必須要 有一個(gè) 與之對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī) 來(lái) 給它 驅(qū)動(dòng)，因此， 選擇合適的電動(dòng)機(jī)變得尤為重要 。 因?yàn)樗凵唐肥秋嬃希?要使用直流減速電機(jī)， 該電機(jī) 增大 了 扭矩，就 使 得貯存在自動(dòng)售貨機(jī)里德飲料的能夠得到緩慢的送出 。 電動(dòng)機(jī)選型如表 所示： 表 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 XINX37JS DC+12V 3W 1： 10 顯示屏選型 自動(dòng)售貨機(jī)中的投入錢幣等信息為了供使用者清楚的了解到，因此需要選擇一塊合適的顯示屏來(lái)顯示相關(guān)信息。 LED 數(shù)碼管 與其它 屏幕 顯示器相比 ,它 主要 有以下 幾個(gè) 特點(diǎn)： LED數(shù)碼管的亮度比較高， 因此能夠二十四小時(shí)供人使用； LED 數(shù)碼管的使用壽命比較長(zhǎng) ； 數(shù)碼管 可以方便的與 計(jì)算機(jī)接口 ，可以單機(jī)控制也可以多臺(tái)聯(lián)機(jī)控制； 數(shù)碼管控制方便其編排方式任意，適合各種工程需求。其中， CPU 是 PLC 的核心；輸入單元與輸出單元 實(shí)現(xiàn)了 CPU與所需連接的輸入和輸出設(shè)備之間的連接 ；通信接口 是用來(lái)連接編程器與 上位機(jī)等 的外部設(shè)備，它的 硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 ： 圖 PLC 硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC 的定義 PLC 是一種數(shù)字式的電子 設(shè)備 ，它使用了可 用來(lái) 編程的存儲(chǔ)器 來(lái) 存儲(chǔ) 相應(yīng) 指令，能 夠完成 多種計(jì)算功能，例如 邏輯、順序、計(jì)數(shù) 、計(jì)時(shí) 和算術(shù)運(yùn)算等功能， PLC能夠 通過(guò)數(shù)字或 模擬式 的輸入與輸出 模塊實(shí)現(xiàn) 控制各種工程機(jī)械和各類 生產(chǎn)過(guò)程。 它使用一種可編程的存儲(chǔ)器用來(lái)在 內(nèi)部存儲(chǔ) 相關(guān) 程序 、 執(zhí)行邏輯運(yùn)算 與 順序 的 控制 、 定時(shí) 、 計(jì)數(shù)與 運(yùn)算 操作等 可供 用戶 使用的指令，并通過(guò)數(shù)字 量的 輸入輸出 與模擬 量的 輸入輸出來(lái) 控制各種類型的 工業(yè)機(jī)械與 生產(chǎn)過(guò)程。 DCS 由控制器 、 I/O 板 、 操作站 、 通訊網(wǎng)絡(luò) 、 圖形及 編程 軟件 5個(gè)部分組成 。我們之所以選用 PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 自動(dòng)售貨機(jī) 的控制的，主要是因?yàn)?PLC控制有許多如下的 特點(diǎn) ： (1)使用方便，編程簡(jiǎn)易 (2)指令 循環(huán)周期 比較 短、處理速度快 (3)指令集 的 功能 十分 強(qiáng)大，可用于復(fù)雜功能 場(chǎng)合 (4)產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊，可用于空間有限的場(chǎng)合 (5)模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)更加靈活 (6)有不同性能檔次的 CPU 模塊可供選擇 (7)功能模塊和 I/O 模塊可選擇 同時(shí) PLC 的功能也非常全面，它擁有 條件控制 、 定時(shí) /計(jì) 數(shù)控制 、 數(shù)據(jù)處理 、 步進(jìn)控制 、 A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換 、 運(yùn)動(dòng)控制 、 過(guò)程控制 、 擴(kuò)展 、 遠(yuǎn)程 I/O、 通信聯(lián)網(wǎng) 、 監(jiān)控功能 這 11個(gè)功能，可以說(shuō)是功能強(qiáng)大。 （ 2） 選擇按鈕 本設(shè)計(jì)共有 3 種飲料，分別是汽水、花茶、咖啡，因此需要 3個(gè)按鈕來(lái)對(duì)應(yīng)選擇商品，還有一個(gè)選擇一元五角按鈕 同 ， 因此總共需要 4 個(gè)輸入信號(hào) 。 應(yīng)共需要輸入點(diǎn) 9 個(gè)。 （ 2） 展示商品指示燈 共 3 個(gè)， 分別是汽水指示燈、 咖啡指示燈、花茶 指示燈。