1、洛阳理工学院毕业设计（论文） I 基于 PLC 的自动售货机控制系统的设计 摘 要 此次设计是基于 PLC 的自动售货机控制系统 ,首先分析了无人自动售货机的发展历程及发展前景 ,然后根据其的功能特点详细设计了在此次设计中所需要实现的功能 ,根据设计功能进行自动售货机的硬件及软件的设计和选型。在进行硬件设计时选用型号为 XINX 的步进驱动电机 ,硬币和纸币识别两种货币处理装置 ,弹簧推送式的送出机构 ,需要用到的按钮及指示灯种类 ,以三菱 FX-2N-48MR 型 PLC 为主控制器 ,软件设计时 ,基于 GX Developer 编程软件 ,采用梯形图进行系统控制程序的设计 ,包括投币累加
2、、比较选择购买和退币复位程序 ,并采用 GX Simulator 来进行程序的调试 ,最后使用组态王软件进行自动售货机的仿真。 该设计是基于市场需要进行的相关功能的设计及仿真 ,提高了可靠性 ,符合市场的需求。 关键词： 自动售货机 ,可编程序控制器 ,梯形图 洛阳理工学院毕业设计（论文） II The design of the control system for vending machine based on PLC ABSTRACT The design is a vending machine based on PLC control system, the first analy
3、sis of the development and development prospects of vending machine, then according to the features of the detailed design in the design of the need to implement the function. According to the functional design of the design and selection of hardware and software of the automatic vending machine. In
4、 hardware design selects the type XINX into driving motor, coins and paper currency recognition two currency handling apparatus, spring push the sending mechanism, need to use the buttons and indicator species, with Mitsubishi FX-2N-48MR type PLC based controller, software design, base on the GX dev
5、eloper programming software by ladder diagram of system control program design, including coin accumulation, comparison and selection of purchase and the coin reduction program, and the GX simulator to carry out the program debugging. Finally, Kingview software vending machine simulation. The design
6、 is based on the market need for the relevant functional design and simulation, improve the reliability, in line with the market demand. KEY WORDS: Vending machine,Programmable controller,Ladder diagram洛阳理工学院毕业设计（论文） III 目 录 前 言 .1 第 1 章 自动售货机介绍 .3 1.1 自动售货机功能分析 .3 1.2 本次设计的主要内容 .4 第 2 章 自动售货机硬件设计 .
7、5 2.1 自动售货机控制子系统设计 .5 2.2 自动售货机硬件组成 .6 2.3 PLC 介绍及选择 .6 2.3.1 PLC 产生及发展 .6 2.3.2 PLC 硬件组成 .7 2.3.3 PLC 的工作原理 .7 2.3.4 PLC 的功能 .8 2.3.5 PLC 的选择 .8 2.4 货 币识别器选型 . 10 2.4.1 硬 币识别 . 11 2.4.2 纸币识别 . 11 2.5 送出机构 . 12 2.6 电机选择 . 12 2.7 按钮与指示灯选择 . 13 2.8 显示装置 . 13 第 3 章 自动售货机软件设计 . 14 3.1 自动售货机控制流程图 . 14 3.
8、2 自动售货机程序设计 . 14 3.2.1 程序中所需要用到的部分主要指令 . 15 3.2.2 自动售货机的控制程序 . 17 第 4 章 程序的调试及仿真 . 24 4.1 梯形图调试 . 24 4.1.1 调试前期准备 . 24 洛阳理工学院毕业设计（论文） IV 4.1.2 梯形图调试过程 . 25 4.2 基于组态王的自动售货机仿真 . 29 4.2.1 建立组态画面 . 30 4.2.2 参数设置 . 31 结 论 . 34 谢 辞 . 35 参考文献 . 36 附 录 . 37 外文资料翻译 . 44 洛阳理工学院毕业设计（论文） 1 前 言 公元前 3 世纪埃及神殿中的投币式
9、圣水出售机是世界上出现最早的自动售货机。以此为雏形的自动售货机开始进入大众消费市场 ,并且作为一种全新的零售方式在美、日等发 达国家得到了迅速地普及和发展。随着全球经济的快速发展和当前城市规模的不断扩大 ,人们对各类商品的需求量不断增大 ,但因为地域、时间等的限制购买多有不便。自动售货机是可完成无人自动售货并集光、机、电一体化的商业自动化设备 ,摆脱了时间、地域限制 ,使人们可以更方便的购买自己所需要的简单的商品。 社会在发展 ,人们生活水平也在不断提高 ,人们对自动售货机的需求更趋向于多元化和个性化 ,而且通过自动售货机购物也已经逐渐成为一种新的消费时尚和一种城市文明的标志。目前自动售货机已
10、经在全球 45 个国家普及 ,但是据相关统计资料显示 ,2013 年中国的自动售货机保有量达到30.2 万台 ,但是这些都主要分布在东部经济发达地区 ,其他地区的普及率较低 ,零售业所占的市场份额不容小觑。以此来看中国自动售货机行业的发展空间依旧广阔。 传统采用单片机控制的自动售货机 ,普遍存在系统硬件设计复杂系统可靠性及稳定性较低、维修困难的问题。可编程控制器 (PLC)是一种新的工业控制设备 ,它编程控制的发展不仅综合了多种工业控制、通讯技术 ,而且在可靠性、程序编写、设备维护等方面比起其他设备都具有相当高的优越性 ,从工业控制应用领域来看 ,可编程控制器已经被广泛应用 ,因为自动售货 机
11、是一种需要在无人看管情况下完成商品售卖以及其他相关服务的应用设备 ,要求他必须具有可靠的结构和高的执行效率。设备更新方面来说 ,PLC的设计和生产周期都更快捷简单 ,在设计、安装、调试、生产方面都可以同时进行 ,不需要进行大的改动就可马上修改投入使用 ,经济快捷。 PLC 的发展和计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关 ,这些高新技术的发展促进了 PLC 技术的创新 ,而PLC 的发展也对这些高新技术的发展起到了很好的推动作用。 本文详细介绍了利用三菱 FX-2N 系列 PLC 控制的自动售货机 控制系统洛阳理工学院毕业设计（论文） 2 的硬件设计及软
12、件设计 ,并根据设计所要实现的功能进行模拟的动态仿真 ,目的在于不仅能够不断提高自动售货机的性能以满足更广大消费群众的需求 ,而且可以通过不断地仿真实践来验证该系统的可行性 ,使设计的产品能够在投入市场前进行一个可行性的分析 ,减少不必要的损失。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 3 第 1 章 自动售货机介绍 1.1 自动售货机功能分析 自动售货机在功能上首先要能实现货币的累加计算 ,从投币口送入货币 ,货币经过货币识别器进行相关信息的采集 ,然后相应的信息被传给PLC,PLC 根据所接收到的货币信息进行判断是否可以购买商品 ,然 后根据结果做出应有的反应。当消费者按下选择商品的按钮之后 ,顾客
13、从商品提取口取出商品 ,售货机内部重新进行货币的金额计算 ,重复售货机的金额比较功能 ,对相关的指示灯进行调整 ,重新进行购买提示 ,如需再次进行购买饮料根据提示选择可购买的商品即可 ;如果不需要继续购买的时候消费者需要按下退币按钮给 PLC 传递退币信号进行退币 ,退币完成相关寄存器进行清零此次交易完成。自动售货机售货完整操作主要有五大系统组成 ,分别为投币系统、比较系统、饮料选择和供应系统、退币系统 ,工作流程如下图1-1所示。 图 1-1 自动售货机工作流程图 洛阳理工学院毕业设计（论文） 4 1.2 本次所设计的主要内容 本次自动售货机设计主要实现以下功能： (1)该自动售货机主要销售
14、矿泉水、可乐、雪碧、冰红茶、果粒橙、纯牛奶、罐装咖啡七种饮料 ,饮料价格分别为 1 元、 2.5 元、 2.5 元、 2.5 元、3.5 元、 3.5 元、 10 元。 (2)在自动售货过程中 ,售货机具有货币识别功能 ,可投入五角、 1 元硬币和 1 元、 5 元、 10 元纸币 ,投币过程控制时间为 30 秒。 (3)当投入的货币总值大于饮料的售价时 ,相应的饮料的指示灯开始亮 ,做可购买提示。 (如 :当投入 货币大于 1 元是矿泉水指示灯亮 ,当投入大于等于 10 元时所有饮料指示灯全亮。 )当总投入货币小于 1 元时 ,货币不足指示灯亮。 (4)根据可购买指示灯来选择需要购买的饮料
15、,按下选择购买的饮料按钮 ,出货口的指示灯亮做取物提示 ,且所选择的饮料送出电磁阀打开 ,送出饮料 ,时间为 8 秒 ,之后出货结束 ,电磁阀关闭 ,出货指示灯熄灭。在此期间饮料指示灯闪亮。 (5)当投入的货币金额超过所消费的金额时 ,剩余的货币会再次进行币值比较 ,功能重复 ,如果需要再次购买按之前购买方式即可 ;若是不购买按下退币按钮 ,退币指示灯亮 ,并执行退币程序 ,在 10 秒内退出多余币 ,自动售货机自动清零。 (6)购买结束后 ,自动售货机自动统计销售金额、销售量。 本章小结 :本章主要根据了解现有的自动售货机的功能 ,对此次自动售货机的功能设计进行确定 ,具体硬件设计及软件设计
16、将会在以下章节中进行说明。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 5 第 2 章 自动售货机硬件设计 要了解自动化售货机的硬件组成则需要先对所设计的自动售货机的控制系统进行详细的了解根据控制系统进行各方面的硬件设计或者相关硬件的选型。 2.1 自动售货机控制子系统设计 自动售货机相关控制系统主要有三部分组成： （ 1）售货前期准备 :商品价格及储存系 统 自动售货机可售卖多种商品 ,每种商品的价格会有不同 ,因此需要在售货前设定所售商品种类和价格 ,并将其贮存到控制系统内 ,另外还需将每次贮存的商品数量进行贮存 ,方便货物数量查询及货物的补给。此部分可设计在售货机箱体内部 ,由售货机持有人进行每次设置
17、。这部分可由按键和存储器构成 ,使用按键输入相关需要保存的数据信息 ,而存储器则用来保存数据 ,存储器选择具有断电保持功能的型号。 （ 2）售货期间：货币检测累计、可售指示及退币系统 该部分为此次售货机设计的重要部分 ,货币检测是来识别货币币值及真假 ,并将其累加与之前设置的商品价 格进行比较 ,给予消费者相关的售货提示方便其自主消费 ,当消费完成后进行货币清算及退币 ,退回多余货币。此部分设计详见本章其他小节。 在售货期间还要有检测系统 ,检测货物是否售出完毕 ,并给予消费者售货售完的提示 ,要实现此部分功能可以在自动售货机商品贮存道下方安装接触行程开关 ,贮存道有商品时 ,行程开关被压下
18、,售货机正常工作 ,当此类商品售出完毕 ,相应的行程开关被释放并发出信号 ,CPU 接收到无货信号后向相应指示灯发出信号 ,提示“售空” ,商品指示灯停止响应可售信号。 （ 3）售货结束 :累计及自测功能 在顾客进行相关的商品选择 并结束操作后 ,自动售货机内部的数据寄存器会对所卖出的商品进行销售额及销售量的统计 ,并于售货前期已保存的相关数据进行比较或者进行运算来完成历史的销售额及历史销量 ,可与洛阳理工学院毕业设计（论文） 6 电脑或者其他设备联机方便工作人员对相关数据的统计。 2.2 自动售货机硬件组成 自动售货机主要由 PLC 控制器、内部显示装置、商品选择按钮、指示灯、电动机、货物送
19、出电磁阀、货币识别器等组成 ,结构框图如下图 2-1。 图 2-1 自动售货机硬件组成 2.3 PLC 介绍及选择 2.3.1 PLC 产生及发展 可编程控制器最早产生于美国的汽车制 造行业 ,因当时竞争激烈 ,且在进行汽车制造时为生产适应市场的新型汽车 ,相应的生产线都要不时变化 ,这样就造成了相当庞大的浪费 ,因此为了适应汽车产业的相关发展 ,同时减少设计继电器控制系统所需要的成本和时间 ,美国通用公司提出了新型工业控制装置的 10 项技术指标要求： （ 1）编程要简单 ,可即时进行修改。 （ 2）硬件维护方便 ,采用插件式结构。 （ 3）靠性要高于继电器控制装置。 （ 4）体积要比继电器控制装置小。 （ 5）实现数据与计算机的即时通信。
