1、1机电一体化系统设计设计内容：自动售货机控制系统的设计 姓 名： 院 系： 物理与机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 2目 录一、设计题目 .3二、设计要求 .41、设计要求 .42.设计内容描述 .4三、设计作用与目的 .5四、所用设备及软件 .5五、系统设计方案 .51、系统总体设计 .5六、系统硬件设计 .61.系统整体设计 .62.I/O 分配 .7七、系统软件设计 .81.主程序流程设计 .82.各子程序设计 .9计币部分 .10比较部分 .10选择和饮料供应部分 .11余额计算部分 .11退币部分 .12报警部分 .13八、实验调试结果 .13九、设
2、计心得 .14十、参考文献 .151摘 要自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。是一种全新的商业零售形式，又被称为 24 小时营业的微型超市。能分为三种：饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机。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。自动售货机具有技术含量高、销售方式新、市场潜力大、商品货真价实等优点，决定了它广阔的发展前
3、景。2一、 设计题目自动售货机控制系统的设计二、设计要求1、设计要求（1） 、根据控制要求，所需输入信号、输出信号的点数，选择适当型号的PLC；（2） 、I/O 地址分配，设计 PLC 外部接线图；（3） 、根据系统的工作过程，画出工作流程图或时序图； （4） 、根据工作流程图或时序图，设计满足控制要求的梯形图；（5） 、根据梯形图编写程序，并在实验室模拟调试。2、设计内容描述PLC 控制的自动售货机系统主要有三个可以感受到投币量的传感器，六个按钮开关(分别为启动按钮、停止按钮、退币按钮、汽水选择按钮、花茶选择按钮和咖啡选择按钮）三个指示灯,(分别为汽水指示灯，花茶指示灯和咖啡指示灯） ，和两
4、个七段数码管。传感器用来接收投币信号，传送投币量的多少；按钮开关分别对系统功能进行控制，当投入的钱币够某一种饮料时，按下这种饮料的选择按钮时才会有饮料送出，有剩余钱币时，还可以通过按下退币按钮来找回剩余钱币；三个指示灯分别用来只是哪种饮料可以选择，只有投币量大于或等于这种饮料的价格时，这种饮料的指示灯才会亮；同时，还有两个七段数码管，用于显示当前剩余的总钱币。具体对自动售货机的控制要求如下:(1) 此自动售货机可投入 1 元、2 元和 5 元硬币。(2) 当投入的硬币总值等于或超过 2 元时，汽水按纽指示灯亮；当投入的硬币总 值等于或超过 3 元时，汽水、花茶按纽指示灯都亮；当投入的硬币总值等
5、于或超过 5 元时，汽水、花茶、咖啡按纽指示灯都亮。(3) 当汽水按纽指示灯亮时，按下汽水按纽，则汽水排出 10 秒后自动停止。(4) 当花茶按纽指示灯亮时，动作同上。(5) 当咖啡按纽指示灯亮时，动作同上。(6) 若投入的硬币总值超过所需的钱数时，找钱指示灯亮。3三、设计作用与目的随着社会不断的进步，人们的物质文化与精神文化都在明显的提高，这样表现在出入各个场所采用信用卡支付现金，一人一部手机，节假日看电影，坐地铁，听音乐会，逛步行街。这个现象都表明在物质生活提高的同时，精神生活也提高了，随处可见的出租车，还有随处可见的售货机，这在繁华的都市也已成为不可缺少的一个为市民提供方便的一部机器，只
6、需要投几个硬币就可以选择自己想要的物品。自动售货机可以充分补充人力资源的不足，适应消费环境和消费模式的变化，24 小时无人售货的系统可以更省力，运营时需要的资本少、面积小，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。自动售货机解放了人力，方便了生活，创造了效益，方便广大的市民。所以设计自动售货机是非常必要的。四、所用设备及软件1.三菱 FX2N 可编程控制器2.PC 机一台3.自动售货机模拟控制台五、系统设计方案1、系统总体设计自动售货机是可完成无人自动售货的商业自动化设备，它不受任何场地限制，方便快捷，在我国也越来越普及。传统的自动售货机采用单片机作为控制核心
7、，但这样在输入输出接口上消耗很大。PLC 不但可实现类似控制功能，还具有可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。本文设计的是售汽水、咖啡和花茶这三种饮料的自动饮料机，它的售货过程是：首先由顾客按下商品选择开关时，然后顾客投入的硬币(投入硬币的面值和剩余值由 PLC 驱动数码管显示)经过光传感器感应，再由光传感器驱动硬币识别传感器识别硬币。如果是无效币则使继电器打开阀门，将硬币退出；如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮币腔，并经硬币识别传感器将信号送给 PLC。最后经顾4客选择，同时 PLC 控制，使 PLC 的输出口上有相应的信号输出。若贮币腔内无硬币（红外检测器感应） 、
8、饮料的量位小于设定值（红外传感器感应） 、售货机遭损，系统就报警。大体运行如图 5-1：六、系统硬件设计1.系统整体设计本系统是一个小型集中控制系统，PLC 选型主要取决于控制系统输入、输出开关信号的数量、用户程序的长短及相关的功能。根据控制要求，I/O 点数在 48 个左右，选择性能价格比较高的三菱 FX2n-48MR，其中其输入点为 24 点，输出点为 24 点，该 PLC 为继电器输出型。 了解各个控制对象的驱动要求，分析对象的控制要求，完成 PLC 硬件结构配置。本设计中，退币按钮、各种饮料按钮和饮料出口（驱动电磁阀）等均为开关量。根据上述要求，因条件所限输出均用指示灯代替，由此绘制出
9、 PLC 控制电路接线图，如图 6-1 所示：出货电磁阀退币电动机各种指示灯液位感应器硬币感应器商品选测开关PLC报警图 5-1 自动售货机控制系统硬件组成示意图5图 6-1 自动售货机控制系统的 PLC 输入输出的接线2.I/O 分配输入/输出单元通常也称 I/O 单元或 I/O 模块，是 PLC 与工业生产现场之间的连接部件。PLC 通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为 PLC 对被控对象进行控制的依据；同时 PLC 又通过输出接口将处理的结果送给被控对象，以实现控制目的。本次自动售货机 I/O 点的分配表如表 6-1 所示。6表 6-1 I/O 口分配输入信号 输出信号
10、名称 代号 输入点 编号 名称 代号 输出点 编号1 元投币感应器 ST1 X0 显示指示灯 HL1 Y0Y75 元投币感应器 ST2 X1 汽水指示灯 HL2 Y1010 元投币感应器 ST3 X2 咖啡指示灯 HL3 Y11汽水按钮 SB1 X3 汽水电磁阀 YV1 Y12花茶按钮 SB2 X4 花茶电磁阀 YV2 Y13咖啡按钮 SB3 X5 咖啡电磁阀 YV3 Y141 元退币感应器 ST4 X6 无币报警控制 YV4 Y155 元退币感应器 ST5 X7 没有汽水报警 YV5 Y1610 元退币感应器 ST6 X8 没有咖啡报警 YV6 Y17退币控制按钮 SB3 X10 售货机遭破
11、坏报警 YV7 Y181 元剩余钱币感应器 ST7 X11 1 元传动电机控制 YV8 Y205 元剩余钱币感应器 ST8 X12 2 元传动电机控制 YV9 Y2110 元剩余钱币感应器 ST9 X13 5 元传动电机控制 YV10 Y22汽水液位感应器 ST10 X14 退币指示灯 HL4 Y23咖啡液位感应器 ST11 X15 投币不足指示灯 HL5 Y24售货机遭破坏感应器 ST12 X16七、系统软件设计1.主程序流程设计77-1 程序流程图2.各子程序设计1) 计币部分当有顾客购买时，每投入一次钱币都得经过感应器进行真假监辨后，再给PLC 进行计币的指令。当发现伪币时，感应器不给
12、PLC 累计投币值的指令，同时自行退出伪币。而当 PLC 接收到感应器传来的记币的指令时，PLC 自动把接收来的货币对应的数据累加到寄存器 D1 中。PLC 编程梯形图如图 7-2：由图可以知道我是把投进的不同货币，进行不同的记录，并把总数目都寄存到寄存器 D1 中。为了避免小数点的影响，我是把货币的数据化成整数进行处输 入 退 币返回8理的，这样可以减少自己在编程时会出现的差错。X002X004 为设置为高电平的输入，这样中间继电器 M1M3 侧为一周期内都会保证了 X002X004 的输入有效。一方面避免了扫描漏了有投币的有效反应；另一方面也可以避免了不良输入对记数的不良影响。图 7-22
13、) 比较部分价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，提示可以购买。投币完成后，系统会将 D1 内钱币数据和可以购买的饮料价格进行比较：当投币2 元，则没有可购买的商品指示灯亮，表示所投钱币不能购买任何东西，此时可以继续投币或退币；只有投币在 2 元或以上时会见到汽水选择的指示灯长亮，此时可以选择购买汽水或退币；同样，大于 3 元的就有可乐的选择显示，5 元就出现咖啡的选择显示，此时都是可以选择购买或退币。梯形图如图 7-3：在梯形图 7-3 中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M8000,在程序执行过程中，M800 始终保持闭合，FNC10 CMP 是 16 位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格。当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯亮起来表示可以购买该种商品。为了优化程序，我都设计了比较的价格是比商品的价格少 1 角的。因为余额都是五的倍数，少一就可以达到等于或大于商品价格的意图了，还可以用上中间继电器来辅助显示可选商品的等亮起来。
