【正文】 ...................................................................... 19 自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)的梯形圖 ....................................................................... 20 第六章調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果 ......................................................................................... 29 MCGS 組態(tài)程序設(shè)計(jì)說(shuō)明 ........................................................................ 29 調(diào)試結(jié)果、調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法 .................................................. 31 創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容 .......................................................................................... 31 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 結(jié)論 ......................................................................................................................... 32 致 謝 ....................................................................................................................... 33 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 選題背景 自動(dòng)售貨機(jī)最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)五、六十年代的西歐，英國(guó)是較早實(shí)行自動(dòng)售貨機(jī)售貨的國(guó)家之一。1950 年。 1969 年，采用自動(dòng)售貨機(jī)售貨的商家增加到 23000 家，銷售的商品擴(kuò)展到文化用品、唱片、香煙、食品等多個(gè)方面。1980 年英國(guó)有 50 余萬(wàn)臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，年銷售額達(dá) 億英 鎊。自動(dòng)售貨機(jī)被廣泛地布放于車站、油站、碼頭、機(jī)場(chǎng)、賓館、寫字樓、娛樂(lè)場(chǎng)所及大街小巷和公路旁，人們通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)可以買到食品、香煙、飲料、報(bào)紙、票、卡甚至鮮花和小寵物等物品。 目前自動(dòng)售貨機(jī)是集聲、光、機(jī)電一體化的高新智能化產(chǎn)品，在我國(guó) 也開始得到應(yīng)用。自動(dòng)售貨機(jī)的新奇、文明、高檔、晝夜服務(wù)、占地小、靈活方便深受許多地區(qū)市民的青睞，甚至出現(xiàn)許多排隊(duì)購(gòu)買的現(xiàn)象。因此，自動(dòng)售貨機(jī)在中國(guó)有著 廣闊的發(fā)展前景。 隨著科技的發(fā)展及人們生活水平的提高，自動(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展越來(lái)越呈現(xiàn)出多元化及個(gè)性化的需求。自 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 動(dòng)售貨機(jī)在城市商業(yè)區(qū)、寫字樓大廳、風(fēng)景區(qū)、車站、碼頭、繁華街道等公共場(chǎng)所的布設(shè)能夠 美化亮化城市環(huán)境，方便群眾生活，已經(jīng)成為城市各角落的一道亮麗風(fēng)景線。 17 世紀(jì)，英國(guó)的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動(dòng)售貨機(jī)。日本第一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)是 1904 年問(wèn)世的 “郵票明信片自動(dòng)出售機(jī) ”，它是集郵票明信片的出售和郵筒投函為一體的機(jī)器。 50 年代， “噴水型果汁自動(dòng)售貨機(jī) ”大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。 1967 年， 100 日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 。目前在 40 多個(gè)國(guó)家已經(jīng)廣泛使用，日本平均每 23 人一臺(tái)，美國(guó)平均每 40 人一臺(tái)，歐洲平均每 60 人一臺(tái)。通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)銷售將成為商品零售業(yè)不可分割的重要組成部分 。大量生產(chǎn)、大量消費(fèi)以及消費(fèi)模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對(duì)的超市、百貨購(gòu)物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費(fèi)用也不斷上升；再加上場(chǎng)地的局限性以及購(gòu) ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 物的便利性等這些因素的制約，無(wú)人自動(dòng)售貨機(jī)作為一種必須的機(jī)器便應(yīng)運(yùn)而生了。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過(guò)電話清涼飲料自動(dòng)售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。進(jìn)入 21 世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。而為實(shí)現(xiàn)各種不同需要 , 在外型尺寸和外觀造型上必須適應(yīng)現(xiàn)代商品社 會(huì)的整體和諧。 箱體外觀 正面上部為商品展示窗和價(jià)格標(biāo)簽中部設(shè)投幣入口、退幣鈕和金額顯示窗在價(jià)格標(biāo)簽附近設(shè)有選擇商品的按鍵正面下部為退幣口和顧客取貨口。面向顧客的機(jī)具正面 , 是完成商品價(jià)格介紹、接受投幣、顯示金額、推出商品和退幣整個(gè)售出過(guò)程的表體部分。展示窗相當(dāng)于商店櫥窗或者柜臺(tái) , 以清晰明亮的商品展示和明碼標(biāo)價(jià)來(lái)招攬顧客。商品垂直方式貯存 , 便于利用商品自重將其方便推出設(shè)有保溫裝置則可實(shí)現(xiàn)商品冷藏保鮮貯備。上述 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 三種驅(qū)動(dòng)方式都以平穩(wěn)的推出動(dòng)作 , 使貯存排放的商品落到取貨口中 , 便于顧客方便地取走所購(gòu)商品。它做為一個(gè)可獨(dú)立被采用的機(jī)構(gòu) , 可以識(shí)別鈔幣真?zhèn)?, 并將分類貯存的不同種貨幣推出 , 實(shí)現(xiàn)退幣找零的功能 , 是自動(dòng)售貨機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí) , 該系統(tǒng)還具備預(yù)設(shè)價(jià)格、售出累計(jì)、驅(qū)動(dòng)檢測(cè)和故障自檢等功能 , 是“ 售貨機(jī)器人”的“ 大腦” 。 這部分闡述了自動(dòng)售貨機(jī)的各種動(dòng)作功能和控制要求，給出了完整的自動(dòng)售貨機(jī)操作規(guī)程，并介紹了自動(dòng)售貨機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。在實(shí)際生活中，我們見到的售 貨機(jī)可以銷售一些簡(jiǎn)單的日用品，如飲料、常用藥品和小的生活保健用品等。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明，例如：售貨機(jī)中有 8中商品，其中 01號(hào)商品（代表第一種商品）價(jià)格為 ， 02商品為 ，其余類推。當(dāng)按下選擇 01商品的價(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 01商品的價(jià)格同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，提取 01號(hào)商品到出貨口。由此看來(lái)，售貨機(jī)一次交易要涉及加法運(yùn)算、減法運(yùn)算以及在退幣時(shí)的除法運(yùn)算，這是它的內(nèi)部功能。 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 自動(dòng)售貨機(jī)的 PLC 控制設(shè)計(jì)原理 本次設(shè)計(jì)的題目是自動(dòng)售貨機(jī)，主要是應(yīng)用西門子 S7200 型 PLC 的梯形圖來(lái)設(shè)計(jì)控制程序，并簡(jiǎn)單介紹相關(guān)的知識(shí)，如： PLC 的定義、 PLC 的 編程語(yǔ)言 、 PLC 的硬件組成等。 本次設(shè)計(jì)的重要部分是第三章的設(shè)計(jì)部分，即自動(dòng)售貨機(jī)梯形圖的設(shè)計(jì)。在 15 秒之內(nèi)，自動(dòng)售貨機(jī)將自動(dòng)找出零幣或用戶旋轉(zhuǎn)退幣旋鈕，退出零幣。 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)流程圖 ： ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2章 PLC 的概述 PLC 的定義 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 PLC 通電后，首先對(duì)硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖 21）。 PLC 的 循環(huán)掃描工作 對(duì)每個(gè)程序， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。 （ 1） 輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 態(tài)寄存器。 （ 2） 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶 輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 PLC 的掃描全過(guò)程： PLC 的編程語(yǔ)言 PLC 為用戶提供了完善的編程語(yǔ)言來(lái)滿足編制用戶程序要求。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 PLC 的特點(diǎn) （ 1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、 防塵、抗震等都 有周到的考慮。 （ 3）編程方便，易于使用 PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。 （ 5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短 PLC 采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 （ 7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 PLC的選型原則 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來(lái)完成后，選擇 PLC 就成為最重要的事情。 對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來(lái)，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。因?yàn)镻LC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。則直流 24V 的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流 220V 的指示燈等。 對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，則有以下幾個(gè)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(duì)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)。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC 品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。在使用 PLC 較多的情況下，這樣 的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。其中， CPU 是 PLC 的核心；輸入單元 /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；通信接口用于連接編程 器、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備，其硬件構(gòu)成圖如 圖： ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 3 章 自動(dòng)售貨機(jī) PLC 控制設(shè)計(jì)方案研究 工控機(jī)自動(dòng)售貨控制系統(tǒng) 工控機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，但現(xiàn)在更時(shí)髦的叫法是產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦，英文簡(jiǎn)稱 IPC。而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般具有強(qiáng)烈的震動(dòng)，灰塵特別多，另有很高的電磁力干擾等特點(diǎn)，而一般工廠均是連續(xù)作業(yè)，一年中一般沒(méi)有休息時(shí)間。 2）機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有 IPC 和 ISA 插槽。 4）要求具有長(zhǎng)時(shí)間工作能力。用工控機(jī)設(shè)計(jì)自動(dòng)售貨機(jī)控制實(shí)屬大材小用。 PLC 自動(dòng)售貨控制系統(tǒng) 自二十世紀(jì)六 十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC）取代傳統(tǒng)繼電器裝置以來(lái)， PLC 得到了快速發(fā)展，在全世界各國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行 ，以完成工藝流程要求的操作 。對(duì)于自動(dòng)售貨機(jī)這樣的系統(tǒng)，被控制對(duì)象是設(shè)備連鎖、回路很少，采用 PLC 較為合適。且 PLC 通常都支持現(xiàn)場(chǎng)總線，會(huì)使得系 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。使設(shè)計(jì)者會(huì)有更多的選擇余地。 所以 PLC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨控制的設(shè)計(jì)是最佳設(shè)計(jì)，本文中采用，因?yàn)槭圬洐C(jī)的全部 功能是在上位機(jī)上模擬的，所以控制起來(lái)很方便。除此外，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(gòu)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，采用從高到低的形式進(jìn)行清零。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第四章 自動(dòng)售貨機(jī) PLC 控制（系統(tǒng)）設(shè)計(jì) FX 系列 PLC 硬件配置及性能指標(biāo) FX 系列 PLC 是由三菱公司近年來(lái)推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原 F、 F F2 系列 PLC 產(chǎn)品。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。 例如 FX2N－ 48MT－ D 表示 FX2N 系列， 48 個(gè) I/O 點(diǎn)基本單位，晶體管輸出，使用直流電源， 24V 直流輸出型。 PLC通過(guò)輸入接口可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí) PLC 又通過(guò)輸出接口將處理結(jié)果送給本控制對(duì)象，已實(shí)現(xiàn)控制目的。但有一點(diǎn)不同。 反饋相加電路圖 ： ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 S11B12A13S04A05B06CIN7COUT9S310B311A312S213A214B215GND8VCC16U6I111I212I313I41I52I63I74I85I910A9B7C6D14VDD16GND8U5MM74HC147J VCCVCCCLR1CLK9D14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310