【正文】 究背景及意義自動售貨機最早出現(xiàn)在20世紀60年代的歐美，當時在美國的地鐵系統(tǒng)中。這便是最早的自動售貨機。其產(chǎn)品特點是科技含量高，集光、機、電、防偽識別、數(shù)字密碼、智能軟件等技術于一體；24小時服務，售貨便利，無需專人盯守，省人工，省成本；售貨范圍廣，人們通過自動售貨機不僅可以買到食品、香煙、飲料、報紙、票、卡，甚至鮮花和小寵物等物品；此外它還是一種新穎獨特的廣告媒體。根據(jù)美國《自動世代》統(tǒng)計，日本每23人擁有一臺自動售貨機、美國每40人一臺、歐洲每60人一臺。全世界約有1800萬臺自動售貨機處于運營中，包括自動售貨機制造與運營在內的整個行業(yè)年銷售額超過2500億美元，自動售貨業(yè)已成為零售業(yè)增長最快的行業(yè)之一。據(jù)統(tǒng)計，廣州市區(qū)就擺放了各種品牌的自動售貨機，而這還不足以滿足地鐵和公交車站的需要。隨著我國零售業(yè)態(tài)的不斷發(fā)展和2010年上海世博會舉行的過程中，我國無店鋪銷售業(yè)態(tài)的發(fā)展獲得了良好的環(huán)境和契機。 研究自動售貨機的目的從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是由于勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構造向技術密集型社會轉變的產(chǎn)物。自動售貨機行業(yè)長期以來在美國、日本等國家得到迅猛發(fā)展，目前已在多個國家得到廣泛普及。 本設計研究的內容本課題采用三菱FX2N系列PLC對飲料自動售貨機控制系統(tǒng)進行設計。（2） 通過對自動售貨機的售貨方法分析確定采用雙彈簧出貨機構，直流電動機驅動。根據(jù)自動售貨機的功能選擇貨幣識別器和電動機以及接觸器的選擇。（4） 根據(jù)控制功能圖進行梯形圖設計，軟件選哪種要結合硬件的性質選擇合適的數(shù)據(jù)寄存器以及根據(jù)功能使用合適的算法。2 自動售貨機的功能分析 自動售貨機主控單元的確定實現(xiàn)自動售貨機到的售貨功能最主要的是依靠主控單元。 PLC的部分功能PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質是一種工業(yè)控制用的專用計算機。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的PLC系統(tǒng)，它們相輔相成，缺一不可。其中主機由中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入/輸出電路、外部設備接口、電源幾大部分組成。（2）以掃描方式接收來自輸入單元的輸入變量、狀態(tài)數(shù)據(jù)，并存入相應的數(shù)據(jù)存儲區(qū)（3）利用錯誤校驗技術監(jiān)控存儲和通信狀態(tài)、診斷內部電路的工作狀態(tài)、電源狀態(tài)和用戶編程中的語法錯誤。（5）響應各種外圍設備的要求。根據(jù)存儲器在在系統(tǒng)中的作用，可將其分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序直接影響著PLC的整機性能。因此，系統(tǒng)程序需固化在只讀存儲器ROM中，作為PLC 的一部分提供給用戶，用戶無法改變系統(tǒng)程序的內容。用戶程序存儲器用來存儲用戶編寫的程序，用戶數(shù)據(jù)存儲器用來存儲控制過程中不斷改變的信息，如輸入/輸出信號、各種工作狀態(tài)、計數(shù)值、定時值、運算的中間結果等。輸入模塊還需要將這些不同的電平信號轉換成CPU能識別的數(shù)字信號。 確定自動售貨機的主控單元為PLC單片機可以作為自動售貨機的核心結構，價格也不太高，但如果電壓不穩(wěn)的話，單片機就有可能被損壞，所以雖然價格是選擇方案的一個因素，而可靠性是選擇時需要考慮的又一個因素。這無疑給企業(yè)增加了活力，提高了經(jīng)濟效益。這是因為若用PLC不必改動外部設備接線，只要在軟件上做文章就可以了。這既經(jīng)濟又簡捷，可以達到事半功倍的目的。從方案的確立到技術、設計以及施工、圖面等方面，工作量很大，這勢必造成設計周期長。設計人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準確無誤地反映生產(chǎn)要求。開發(fā)這種軟件對優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品數(shù)量和質量，提高勞動生產(chǎn)率，非常具有實際意義。在現(xiàn)在科技成果迅猛發(fā)展的今天，市場經(jīng)濟的競爭就是利用最小的投資獲取最大的利潤，為了使人們在生活購物中得到方便，就出現(xiàn)了自動售貨機。采用單片機作為控制核心，這樣不僅會在輸入輸出接口上做大量的工作，而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差。因為自動售貨機作為社會上完成商品零售和綜合服務的獨立設施，要求它的結構必須可靠、穩(wěn)定和執(zhí)行效率高。因此選擇PLC為自動售貨機的主控單元。一種是彈簧出貨型售貨機，主要通過貨道彈簧的旋轉來出貨，是最為常見的商品輸出方式。只要商品尺寸與出貨彈簧匹配，就可以采用這種出貨方式。每個售貨動作均由精確的傳感器來控制，整個收獲過程精確、高效、自動化。第三種是升降臺出貨型售貨機，是一種輔助出貨系統(tǒng)，可以與彈簧出貨方式或者機械手推貨方式組合使用，減少商品掉貨時的損傷，用于易碎商品的售賣。這種結構可以一目了然哪個貨道有貨無貨，既方便顧客選貨，又方便工作人員即使發(fā)現(xiàn)貨物剩余情況,在軟件部分也不用設置無貨報警。左右兩個螺旋體通過一對齒輪嚙合，一個螺旋體順時針旋轉則另一個螺旋體逆時針旋轉。由于采用雙螺旋體向上旋轉，對貨物的作用力除了有向前推力外還有向上和向貨到兩側的分力，能夠保證出貨的可靠性。 自動售貨機的空間結構自動售貨機中儲存有一定量的飲料，每種飲料都要通過貨道而出去，因為該設計中售8種飲料，所以該售貨機可設置成8個貨道，而且為單貨道，即每種飲料占用一個貨道，這樣比較方便，如果以后需要擴展賣更多種商品的話，根據(jù)商品的擺放設置多個雙推進彈簧。飲料在售貨機種的存放形式為每個彈簧間隔固定一個單位飲料，并且每種飲料都要與彈簧螺距尺寸匹配，這樣可將飲料卡緊不致自動掉落。圖21為自動售貨機的空間結構示意圖。當按下選擇飲料的按鈕時，相應的電動機啟動，飲料開始供應，提取飲料到取物口，顧客取出飲料，完成此次交易。售貨機的基本功能就是對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并做出相應的反應。現(xiàn)投入錢幣，當投入的貨幣超過可樂的價格時，可樂、雪碧、芬達、健力寶指示燈亮，提示可以購買，只有純牛奶和雀巢咖啡的燈不亮，所有商品的燈都亮，提示可以購買。買其它商品時也一樣。由此看來，自動售貨機進行一次交易要涉及加法運算、減法運算，這是它的內部功能。可通過操作屬性把自動售貨機分為四個過程：(1) 投幣過程 (2) 價格比較過程 (3) 選擇商品過程 (4) 退幣過程可把自動售貨機工作過程分為5個狀態(tài)： (1) 啟動狀態(tài)(2) 投幣狀態(tài)（3）可購買顯示狀態(tài) (4) 購買狀態(tài)(5) 退幣狀態(tài)初始狀態(tài)，自動售貨機內部各元件都處于復位狀態(tài)，內部電機停止運轉，等待投幣操作。自動售貨機可以識別硬幣1元和5角，識別紙幣5元、10元、20元紙幣，投入錢幣后，自動售貨機會進入貨幣比較狀態(tài)，能夠購買的飲料燈亮。按下可以購買的選擇按鈕，所選的商品燈仍然亮，其它可選商品燈滅掉。退幣按鈕。到此為止，自動售貨機的一個完整工作過程結束。如果買飲料，則按下所需購買飲料的按鈕，按下后等待取物，取物后若需找?guī)?，再按下退幣按鈕即可。若想設計成找紙幣的情況，在體積、難度、成本會很大。因此本次設計中只退1元和5角的硬幣。圖22 自動售貨機的使用流程3 自動售貨機的硬件部分自動售貨機的硬件部分包括主電路部分和控制電路部分的硬件。根據(jù)I/O分配表選擇出PLC，并列出外部接線圖。最后選擇自動售貨機上的主電路部分的硬件。圖31為自動售貨機控制部分硬件組成框圖。PLC是建立在單片機上的產(chǎn)品。單片機可以構成各種各樣的應用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機應用系統(tǒng)的一個特例。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。要求控制速度快、靈活、可靠性高、易于維護和改動、屬于單項重復數(shù)少的項目。它少了幾點繼電器控制的重復性和單片機控制的復雜性。西門子PLC多用于大型、超大型的場合。又根據(jù)對自動售貨機的I/O分配表確定該自動售貨機有15個輸入點和26個輸出點，15個輸入包括開始按鈕、貨幣識別按鈕和飲料選擇按鈕以及退幣按鈕。因此選用FX2N64MR型的PLC。因為PLC的輸入端內部本身有24V的電源，所以輸入部分不用外接電源，而在輸出端需要外接電源。選擇的電源是根據(jù)電動機的額定電壓選的。因為在此設計中使用的是現(xiàn)有的貨幣識別器，貨幣識別器識別幣種后，將各種不同的幣放在不同的部位。貨幣識別器每識別一次，開關接通一次， 相當于投入一個幣。線圈Y006，Y007，Y010，Y01Y01Y01Y01Y015，是作為指示燈的輸出線圈。按鈕和指示燈，直接明了，方便簡單，易于操作。系統(tǒng)硬件連接圖見附錄。貨幣識別器是自動售貨機中的重要部分，幾乎所有的操作都是在識別器工作正常的前提下才能發(fā)生的。硬幣識別器分為三部分，一是投幣段，一是進幣段，再是退幣段。 硬幣的識別原理硬幣識別器的總體思想是通過真假硬幣通過兩種傳感器時電容和電感參數(shù)的改變量不同來辨別。復合式硬幣識別器的原理：復合式硬幣識別器主要是由平板電容傳感器、電感線圈傳感器、檢測電路和單片機控制電路組成。通過與電容傳感器配用的交流電橋將電容的變化轉換為電壓信號，再通過放大電路將信號放大進入單相橋式整流濾波電路將交流變?yōu)橹绷鞑V去干擾信號，在通過電壓比較器后輸入AD轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號傳入控制電路。當硬幣通過電感線圈時也會使電感量改變，通過電感式傳感器配用的交流電橋電路使電感的改變轉換為電壓信號，由于硬幣通過傳感器的時間比較短，所以所獲得的信號比較微弱，因此需要在信號輸出口連接一個放大電路使信號放大。在整個過程中也需要連接有濾波電路輸入單片機。找零功能的完成與貯幣腔的機械設計有關。貨幣識別器通過通信傳達信息給PLC。硬幣識別器選型如表32所示。C～60176。通過多個接口把紫外、磁性、紅外穿透引入主控器。當識別紙幣時，把在各通道接口接收到的信號參數(shù)與原來寄存的信號進行比較、判斷。紙幣相對于硬幣來說，