1、广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 广 东 水 利 电 力 职 业 技 术 学 院 毕业论文 自动售货机的 PLC 控制系统设计 姓 名 : 戴贵秋 学 号： 130405208 系（部） : 机械工程系 专 业： 机电一体化 指导教师： 何秀群 老师 完成日期 :2015 年 1 月 7 日广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 I 摘要 本文设计一套基于 PLC的模拟自动售货机控制系统，阐述了自动售货机的发展背景与前景，详细分析其功能和特点，提出了总体设计方案；选用步进驱动电机，设计了平面式贮币、电磁阀退币的货币处理装置，双螺旋式的送出机构，为降低成本和
2、开发周期，创造性的选用了集成键盘、显示、设置功能的控制面板；以三菱 FX2N-64MR型 PLC为主控制器，基于 GX Developer编程软件，采用顺序控制的程序设计思路，设计了系统控制程序，包括投币程序、比 较选择购买程序和退币程序。 该设计提高了自动售货机的可靠性和执行效率，且系统维护容易，维修简单，有一定的市场推广价值。 关键词 ： 自动售货机， PLC，控制程序。 广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 II 前 言 根据自动售货机目前的发展情况来说，它出现的主要原因是因为产业结构由劳动密集型向技术密集型发生转变。由于消费环境、销售模式的转变以及大量消费和大量生产，
3、使得新的流通渠道很有必要的出现；相对来说，由于购物中心，超市，百货公司等购买渠道的出现，伴随着往往是人工费的增加；而且，在场地上也会受到很大的限制，在一些环境里，比如说医院，学校之类购物的便利性很难得到体现，而无需人工售卖的自动售货机将会是一种应运而生的必要产物。 从狭义的角度来说就是一种可以实现无人贩卖的一种自动化贩卖，从广义角度来说进行信用卡、投币等操作 后可以贩卖商品的一种机器。按照供给条件来讲，自动售货机可以 24 小时不间断的无人售货的系统非常方便，适应消费模式和消费环境的变化，使得人力的不足得到充分补充，经营时所需要的面积小、资本少，人工费用增长的问题可以得到很好地解决，能够吸引人
4、们好奇心从而促使他们购买的自身性能等各种优 点。 目前，自动售货机正在进一步实现合理化、信息化。例如，在通过电话线路将售货机的库存信息传输到营业点的计算机，以确保货物的补充，保证自动售货机，及时补充和发送商品，同时在某些时候还可远程控制售货机无偿贩卖，同时，为了防止全球气候变暖， 在研究自动售货机时，在节能方面，将会投入更多，节能的自动售货机将成为业界的主流。与此同时，在夏季用电高峰的时候、 此节能型自动售货机可以在关闭冷却器的同时商品却还能保持足够的温度。跟传统的自动售货机相比较，这种节能型的自动售货机将会节省差不多 10%的电力资源。进入 21 世纪后，自动售货机的发展方向将会是节约资源和
5、能源，以及提供更多功能 。 由于经济缓慢复苏，社会更为关注的是对在工作场合提供饮料、零食的福利事业。自动售货机是提高职工工作效率最有效的手段，也是最廉价、最方便的手段，而且很好的保障了惬意的工休时间。 尤其是在一些全天无休、不间断工作的一些办公场所之中，为了解决能够不间断的喝道咖啡饮品的问题，使用方便快捷的小型饮料冲饮机变得尤为重要，而在这种情况之下导致咖啡饮品与自动售货机的快速融合。更为直观的体现在于 1999 年的全美咖啡服务协会和全美自动售货机协会的合并。 广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 目 录 摘要 . I 前 言 . II 第一章 绪 论 . 1 1.1 前言
6、 . 1 1.2 自动售货机设计目的和意义 . 1 1.3 自动售货机功能分析 . 2 1.4 自动售货机发展趋势 . 3 1.5 小结 . 3 第 二 章 总体设计方案 . 4 2.1 引言 . 4 2.2 自动售货机控制系统 . 4 2.2.1 硬件系统的组成部分及工作流程 . 4 2.2.2 系统硬件结构框图 . 5 2.2.3 控制子系统简述 . 6 2.3 PLC 的选择 . 7 2.3.1 PLC 概述 . 7 2.3.2 PLC 的主要功能 . 8 2.3.3 I/O 点估算和 PLC 选型 . 9 2.4 PLC 控制系统设计编程要求及基本原则 . 10 2.4.1 PLC 控
7、制系统设计编程要求 . 10 2.4.2 PLC 控制系统设计的基本原则 . 11 2.5 本章小结 . 12 第三章 自动售货机硬件结构设计 . 13 3.1 引 言 . 13 3.2 PLC 的硬件组成 . 13 3.3 电机的选择 . 13 3.4 货币处理装置 . 16 3.5 送出机构 . 17 3.6 本章小结 . 18 第四章 自动售货机控制系统设计 . 19 4.1 引言 . 19 4.2 自动售货机控制方案设计 . 19 4.3 I/O 地址设计 . 20 4.4 元件的选型 . 20 4.5 流程设计 . 21 4.6 PLC 的 I/O 接线 . 22 4.7 程序设计
8、. 23 4.7.1 比较指令和运算指令 . 23 4.7.2 投币程序 . 25 4.7.3 价格比较程序 . 25 4.7.4 根据投入的钱数指示灯显示的程序 . 25 4.7.5 选择商品和送出部分程序 . 27 广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 4.7.6 余额显示及找钱退币程序 . 28 4.7.7 梯形图 . 29 4.8 本章小结 . 29 第 5 章 仿真 . 30 5.1 引言 . 30 5.2GX Developer 软件的简介 . 30 5.3 具体事例的分析 . 31 5.4 本章小结 . 35 全文结论 . 36 参考文献 . 37 致 谢 .
9、38 附 录 . 39 广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 1 第一章 绪 论 1.1 前言 自动售货机是可完成无人自动售货 ,集光、机、电一体化的商业自动化设备。随着当前城市规模的增大，很多公共场合都放置有自动售货机，极大的满足了人们的即时性需求，为人们进行简单物品的采购提供了一种便利。 自动售货机行业长期以来在美国、日本等国家得到迅猛发展，目前已在 45 个国家得到广泛普及。据业内人士估计，中国的自动售货机拥有量仅有 2 万台，相对于 13 亿的人口大国和零售业态发展的趋势而言，中国自动售货机行业的发展空间将更加广阔。 传统的自动售货机多采用单片机控制方案，系统硬件设计
10、复杂，抗干扰能力相对较差，很难保证系统的可靠 性和稳定性，维护维修困难。 可编程序控制器 ( PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置 ， 它具有可靠性高、程序简单、维护方便等优点 ，已在工业控制领域得到广泛地应用，因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施 ， 要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高 。 利用三菱FX-2N PLC 控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。 本文就详细地介绍一种用 三菱 FX-2N PLC 实现的自动售货机控制系统的硬件设计和软件设计 ， 并编写了系统程序总框图 和一个具体的
11、梯形图 ， 经实践验证该控制系统是可行的。 1.2 自动售货机设计目的和意义 面对当前快速商品社会，人们的时间观念越来越重，如何才能更快的购买到顾客自己所需的商品，这都是顾客和商家共同面临的问题。随着科技的发展及人们生活水平的提高，自动售货机市场的发展越来越呈现出多元化及个性化的需求。通过自动售货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的消费时尚，快捷方便的购物方式满足了人们在当今科技高速发展的现代社会追求高品质生活的需要。自动售货机在城市商业区、写字楼大厅、风景区、车站、码头、繁华街道等公共场所的布设能 够美化亮化城市环境，方便群众生活，已经成为城市各角落的一道亮丽风景线。自动售货机已在国内普及
12、，并成为城市现代文明程度的一种象征性标志。 PLC 的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 2 高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了 PLC 的发展，而 PLC 得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了他们的发展。本次设计就在于结合 PLC 的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足，利用 PLC 控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证了自动售货机能够长期稳定的运行。 1.3 自动售货机功能 分析 在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作
13、后所具有的状态。 售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有8 种商品，其中 01 号商品（代表第一种商品）价格为 2.50 元， 02 商品为 3.50元，其余类推。现投入 1个 1 元硬币，当投入的货币超过 01 商品的价格时， 01商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同此。当按下选择 01 商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去 01 商品的价格同时启动相应的电机，提取 01 号商品到出货口。此时售货机继续等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下
14、退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。自动售货机的工作流程图如图 1-1所示。 图 1-1 自动售货机工作流程 初 始 状 态投 币 状 态购 买 状 态退 币 状 态按 下退 币按 钮投 入 硬 币按 下 选 择 按 钮是 否 有 剩 余NY广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 3 1.4 自动售货机发展趋势 现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联种机型的自动售货机即使
15、在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约 10 15的电力。进入 21 世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展 。 从自动售货机的发展趋势来看，大量生产，大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道，而相对的超市， 百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升，在加上场地的局限性和购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器也就有了其相当可观的前景 。 1.5 小结 本章主要是 针对目前自动售货机产业的发展现状，指出以往的自动售货机的不足和现在科技发达时代的需求，强调 PLC 技术的必然性和重要性，
16、让我们更清楚本次毕业设计的目的和意义。 广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 4 自动售货机硬件系统 第 二 章 总体设计方案 2.1 引言 要制作出一台完整的机器，必定少不了一套设计方案，自动售货机是一种方便于大家购物的设备，在实际中要考虑的因素比较多，必须 保证机器工作的可靠性和稳定性 。要想发挥自动售货机的便利性，就要有一套控制系统。下面将对自动售货机设计方案进行分析。 2.2 自动售货机控制系统 2.2.1硬件系统的组成部分及工作流程 （ 1） 组成部分 温控模块 通讯模块 销售模块货币识别模块 人机模块 主控模块 图 2-1 自动售货机硬件系统组成部分 1.温控模块
17、：温度采集和加热制冷控制。 2.销售模块：完成整体的销售动作，一般都是电机驱动特定的机构实现。 3.人机模块：包括键盘和显示，有的机器还加上了显示屏，可以投放广告。 4. 通讯模块：目前仅部分高端机器有通讯模块的功能，一般都是采用 GPRS模块，可以完成销售统计、原料补给、广告管理以及一些会员服务。 5.货币识别模块： 主要包括纸币识别器、硬币识别器、硬币找零系统等，它主要实现识别真假纸币 (一般为拾元、伍元 )和硬币 (壹元、伍角 )、拒收假币和残币、正确找零的功能。 6.主控 模块 ：接受人民币识别系统信息，确认已接受的人民币是否可购买消费者所指定的商品，确认后按要求售出商品。 （ 2）工
18、作流程 广东水利电力职业技术学院 13 机电一体化 自动售货机 5 首先开机后要自检各个部件的状态是否正常，若不正常要显示错误信息方便运营人员及时修复；若自检通过，检查商品信息，若缺少货物，停止销售该类商品；然后等待，等待消费者投钱和选择商品，若有人选择商品，等钱币投入后就开始执行销售模块，将产品送出，并找零钱。这是最基本的功能描述，在实际的设计中，有很多的因素需要考虑，一定要保证机器工作的可靠性和稳定性。 2.2.2系统硬件结构框图 根据上述要求，制定合理方案：首先，应该做上位机与下位机的任务分工，上位机主要用来完成仿真界面的制作过程，而下位机则主要用来完成 PLC程序的编写；其次，要分别对
19、上位机和下位机进行资料的查找与收集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观，必要时可以借助一些宣传图片来设计自动售货机的外型；在进行 PLC程序的编写时需要先分配 PLC的 I/O点，确定上、下位机的接口；然后，分别对上、下位机分别进行设计工作；最后，进行上位机设计结果与下位机设计结果的配合工作，经调试后完成整个系统的设计。另外，上位机与下 位机的设计工作是密切配合的，它们无论在通信中使用的变量，还是在仿真中控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象，利用 PLC来控制这个仿真的自动售货机，仿真的自动售货机接受 PLC的控制指令并完成相应的动作；另一方面，仿真界面中的仿真自动售货机的运行，都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。这是整个仿真系统内部各大部件之间的内在关系。本设计主要是对自动售货机中的下位机，也就是主要是对 PLC在其中的程序进行设计。由此绘出系统组成框图如 2-2所示。 图 2-2 系统结构框图 PLC控制 系统：接受人民币识别系统信息，确认已接受的人民币是否可购买消费者所指定的商品，确认后按要求售出商品。 P L C（ 主 控 制 器 ）各 种 指 示 灯退 币 电 动 机出 货 电 磁 阀商 品 选 择 开 关钱 币 识 别 传 感 器显 示 机 构补 料 机 构
