1、四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告1目 录前 言 .11.系统总体设计方案 .21.1 总体设计思路方案 .21.2 PLC 总体设计方案 .32.单元模块设计 .42.1 硬件设计 .42.1.1 硬件电路组成框图 .42.1.2 主要硬件选择 .42.1.3 电磁阀的选择 .62.1.4 PLC 的选择 .62.2 软件设计 .82.2.1 系统涉及 PLC 指令简介 .82.2.2 PLCI/O 分配表 .93系统功能 .103.1 系统部分程序图 .104. 设计总结 .145. 参考文献 .156. 附 录 .16附录 1：系统设计原理总梯形图 .16四川师范大学成都学院电子
2、工程系课程设计报告2摘要：日本最早开发了饮料自动售货机，该自动售货机被称为“喷水型果汁自动售货机” ，自此出现了爆发性的自动售货机狂潮。此种喷水型果汁自动售货机为消费者带来了新奇、前卫的购买方式，并对之后日本的自动售货机高度普及起到了很大的作用。之后登场的是可乐自动售货机。随着美国大型可乐公司正式进驻日本市场，到了1960年代中期，罐装饮料自动售货机也登场了。自动售货机的活跃表现对可乐销量的惊人增长贡献巨大。同时，优秀的自动售货机市场战略、操作技巧等都对日本的自动售货机产业的发展产生了很大的影响。 关键词：自动售货机，购买方式，市场战略Abstract: Japan first develop
3、ed the vending machines, the vending machine is called “water-juice vending machine“, since then there have been outbreaks of vending machine extravaganza. Such water-spray fruit juice vending machines offer consumers new, cutting-edge ways to buy, and after the Japan vending machine the height of p
4、opularity played a significant role. Debut after Coke vending machines. As the United States big Cola company entered Japan market, by the mid 1960, canned beverage vending machines also appeared. Vending machines active contribution to the phenomenal growth in Cola sales is huge. At the same time,
5、excellent vending machine market strategies, skills and so on Japans vending machines have had a great influence on the development of the industry.Key words: Vending machines, Buy the way, market strategy四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告3前 言自动售货机很早就出现了，自动售货机的历史，可一直追溯到远古时代的埃及。亚历山大的科学家HERON在其所著的气体装置（PNEUMATIKA）
6、中描述，只要将钱币投入该装置，水就会自动流出来。这就是自动售货机的起源，大约在公元前215年左右，埃及寺院中就安装了这种装置，用来销售“神圣之水（圣水） ” 目前，自动售货机作为一种不同于传统的零售方式进入四十五个国家市场。在这四十五个国家中，美国和日本发展最快。在国外主要是以饮料厂家引导，带动自动售货机的发展。作为世界上最大的自动售货市场，日本通过自动售货机出售的商品多达6000 余种。在欧洲每台自动售货机日销售额达到 50 到 100 美元不等，以巴黎地铁车站为例，在各个站点总计摆放了 1500 台，每月销售额达 600 万法郎。美国自动售货机的零售营业额高达 293 亿美元，日本每个消费
7、者每年在自动售货机上的消费金额达 5.5万日元。全世界每年通过自动售货机销售商品的总额已达 2000 亿美元。伴随收入水平的提高，人们追求灵活、方便、快捷以及自助式服务是自动售货机得以如此迅猛发展的主要原因。在发达国家自动售货机已经成为零售业一个不可分割的部分，特别是对青年一代，这种伴随其成长的前卫零售方式更可谓是一种新的消费时尚。现代都市生活的节奏日趋加快，追求方便、快捷的服务成为人们的一种时尚，以麦当劳、肯德基为代表的的西式快餐在我国的迅速发展就是很好的例子。随着对外开放的不断扩大，传统的零售业发展成百货商店、连锁超市、电视直销、厂家直销等多种方式并存的局面，极大地方便了人们的生活。 四川
8、师范大学成都学院电子工程系课程设计报告41.系统总体设计方案1.1 总体设计思路方案图 1 系统总体设计流程图四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告51.2 PLC 总体设计方案LNPECOMX0X1X2X3X4X5X624+COMCOM1COM2COM3Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17X11 Y10Y7X7X10AC220V12345678七七七七0.5七七七1七七七5七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七七FX2N-48MRLN图 2 PLC总体设计方案
9、图四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告62.单元模块设计2.1 硬件设计2.1.1 硬件电路组成框图图 3 PLC总体设计图当售货机有钱币投入时，会经过硬币识别器和纸币识别器，在真币的情况下将信号送到 PLC 的输入端，此时，可以按下各选择按钮，选择按钮的信号送到 PLC 后相应的输出端子得电，使输出继电器得电输出饮料。同时七段数码管也会显示出实时的金额提醒顾客。当购买完毕按下退币按钮退币。若有顾客忘记退币，售货机会自动报警提醒顾客退币。 2.1.2 主要硬件选择材质是用电磁的方式测的，使用空心线圈或磁芯线圈，线圈组数少的只有一组，四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告7多的常见的是
10、六组。工作状态下，线圈及其外围电路会以一个特殊的频率振荡（多个线圈的话频率各不相同） ，当硬币以垂直或平行于线圈平面的方式穿过时（不同产品方式不同） ，会引起振荡频率的变化。材质不同所引起的频率变化幅度和方向（增加、减少）也不同，对某种硬币的变化特征进行记录后，就成为使用中识别该种硬币的依据。厚度是没有东西专门测的，实际上这个指标是和材质一起测。因为即使相同材质的硬币，如果厚薄不同，导致的频率变化差异也较大。 直径老式的识别装置用光电管队列来识别直径，排列组合得当的话，识别精度也不低（可答 0.5mm） 。新一点的都用偏心或异形线圈来测量，依据是直径小的硬币与线圈的重合部分也少，由此也带来频率
11、变化的不同适用硬币：直径18mm-32mm；厚度1.2mm-3.2mm。工作电压：DC+12V 。功耗：静能0.5mW ；动能0.5W。工作温度：-20+50。把正常的钞票在各传感器接收到的信号进行统计取样、识别，并寄存起来，作为检测的依据。当识别纸币时，把在各通道接口接收到的信号参数与原寄存起来的信号参数进行比较、判断，若有明显差异时就立即送出报警信号并截停电机，同时送出对应的信号提示。此型号为： 电压：DC +12V +-5%； 电流：待机0.12A ，工作2A；工作温度： 0C 55C；保存温度： -20C 60C； 湿度：30% 85% RH；插入方向：任意方向；识别时间：2.5 秒。
12、四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告8图 4 纸币识别器2.1.3 电磁阀的选择国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步直动式、先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步膜片结构、先导式膜片结构、直动活塞结构、分步活塞结构、先导活塞结构) 。 本设计主要采用的是直动势电磁阀。 直动式电磁阀原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧力把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但一般通径不超过 25mm。2.1.4 PLC的选择目前，自动售货机的核心是单片机，可是一
13、但输出电压不稳定，单片机就容易发热造成爆裂，可靠性低等缺点，而 PLC 不但可以实现类似的控制功能，还具有性能可靠、电压使用范围广、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，并且提高了自动售货机系统的稳定性，能够保证自动售货机能够长期稳定运行；因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。所以，本文选择 PLC 来控制自动售货机。此次，我选择的是三菱 FX-2N 的 PLC。(1) PLC 的结构目前 PLC 种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告9做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结
14、构与微机相似。主要包括中央处理单元 CPU、存储器 RAM 和 ROM、输入输出接口电路、电源、I/O 扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。PLC 控制系统由输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入量，它们经 PLC 外部输入端子，作为 PLC 的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC 的基本结构有控制部分输入和输出组成。CPU 是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指
15、令和执行指令。他的重要功能如下： 诊断 PLC 电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集现场的状态或数据，并送入 PLC 的寄存器中。 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指规定的任务完成各种运算和操作。将存于寄存器中的处理结果送至输出端。应各种外部设备的工作请求。(2) 存储器PLC 的存储器分为两大部分：一部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。(3) 输入输出接口电路PLC 通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过 PLC 的输入端子接受现场
16、输入设备的控制信号，并将这些信号转换成 CPU 所能接受和处理的数字信号。(4) 电源PLC 的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC 的 CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。(5) PLC 的原理PLC 的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。但是 PLC 也有它自己的特点，PLC 在确四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告10定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。
17、 输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成 PLC 的实际输出。2.2 软件设计2.2.1 系统涉及 PLC指令简介(1) 比较指令 CMP比较指令在 PLC 控制系统中是一条十分重要的功能指令，它将S1、S2中的数据进行比较，比较结果送到目的操作数D中，如下图所示，当 X0 为 OFF 时，不执行CMP 指令，M0，M1，M2 保持不变；当 X0 为 ON 时，执行 CMP 指令，S1、S2中的数据进行比较，即 C20 计数器值与 K100（数值 K100）比较。如果 C20 当前值小于 100，则 M0=1；如果 C20 当前值大于 100，则 M2=1；如果 C20 当前值等于 100，则 M1=1。(2) 计数指令计数器使用两条指令完成计数任务，其指令编程格式如图 5 示。
