1、 毕 业 设 计 论文题目 : 饮料自动售货机 指导老师 : 杨莉 作者： 蒋金鑫 专业： 12 级 电气自动化 2 班 四川工程职业技术学院 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 摘 要 本论文设计的是基于西门子 S7-200 系列 PLC 构成的自动售货机监控系统 。 本文对自动售货机的方案进行了论证，介绍了 PLC 的基本组成、特点以及工作原理，对基于西门子 S7-200 系列 PLC 构成的自动售货机系统整体 设计过程进行较为细致的论述。介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程 然后以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编
2、程序控制器在自动售货机中的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。利用 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 。 关键词：饮料自动售货机；可编程逻辑控制器（ PLC)； PLC 设计。 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 Abstract In this paper, the design is based on a vending machine monitoring system consisting of Siemens S7-200 series PLC. In this paper, the vending mach
3、ine program were demonstrated PLC introduces the basic composition, characteristics and working principle, conduct a more detailed discussion on the overall system design process vending Siemens S7-200 series PLC constitution. Introduces the basic principles and workflow vending machine and then onc
4、e the transaction process, for example, the transaction process is divided into several blocks, and then were to block programming. Specify the role of the programmable controller in the vending machine. Procedures related to the majority of the work process of vending machines. Vending machine use
5、PLC control system to improve the stability and ensure the long-term stable operation of the vending machine. Keywords: beverage vending machines; programmable logic controller (PLC); PLC design.毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 自动售货机的基本情况 . 1 1.2 自动售货机的发展前景 . 3 1.3 本次设计的主要目的、基本思路 . 4
6、第二章 PLC 概述 . 5 2.1 PLC 的定义 . 5 第三章 硬件选型 . 9 3.1 PLC 的选型原则 . 9 3.2 本次设计 PLC 的选型 . 9 3.3 元件清单表 . 10 第四章 饮料自动售货机的设计 . 11 4.1 基本功能 . 11 4.2 控制要求 . 11 4.3 工作流程图 . 12 4.4 控制面板图 . 14 4.5 I/O 分配表 . 14 4.6 PLC 原理接线图 . 16 第五章 PLC 部分程序设计 . 17 5.1 计数部分 . 17 5.2 出货部分 . 18 5.3 找零部分 . 19 5.4 指示灯部分 . 20 5.5 退币部分 .
7、20 第六章 系统调试 . 22 6.1 发现问题 . 22 6.2 调试结果 . 23 第七章 总结 . 24 参考文献 . 25 附录 PLC 程序图 . 26 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 1 第一章 绪论 1.1 自动售货机的基本情况 自 动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧 ,英国是较早实行自动售货机售货的国家之一。 1942 年 ,在食品销售中首先推广了自动售货的销售方式。 1950 年。英国食品杂货行有 500 家采用自动售货机售货。 1969年 ,采用自动售货机售货的商家增加到 23000 家 ,销售的商品扩展到文化用品、唱片、香烟、食品等多
8、个方面。进入 70 年代后 ,约有 40 多万家香烟、饮料店采用自动售货机。 1980 年英国有 50 余万台自动售货机 ,年销售额达8.81 亿英镑。 70 年代后 ,日本、美欧等发达国家和地区自动售货机迅猛发展 ,短短 30 年 ,发达国家自动售 货机产业已发展到相当大规模。自动售货机被广泛地布放于车站、油站、码头、机场、宾馆、写字楼、娱乐场所及大街小巷和公路旁 ,人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡甚至鲜花和小宠物等物品。自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展 , 又由原来只能出售有限商品品种 , 转变为继百货公司、超级市场、便民店之后 , 以消费者与售货机“一
9、对一”自动售货的无店铺销售业态。 自动售货 , 给人们的生活带来了极大的方便。 从自动售货机的发展趋势来看 ,它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。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 ,再加上场地的局限性以及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便应运而生了。从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡等后便可以销售商品的机械 ,从狭义来讲就是自动销售商品的机械。从供给的条件看 ,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
10、 ,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。 据说世界上最早的自动售货机出现在公元前 3 世纪 ,那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。 17 世纪 ,英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。在自动售货机历史的长河中日本开发出实用型的自动售货机，那是在进入本世纪后的事。日本第一台自动售货机是 1904 年问世的“邮票明信片自动出售机”它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。 50 年代，“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎，果汁被注入在纸杯里出售。
11、后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 2 1962 年 ，出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。 1967 年， 100 日元单位以下的货币全部改为硬币，从而促进了自动售货机产业的发展。 日本是自动售货机的天堂。除鸡蛋、米饭之外，报纸、杂志、一次性相机、干电池、磁带、刮胡刀、袜子、花及宠物食品等各种商品都通过自动售货机进行销售。连熟知自动售货机的美国游客在日本看到 10 台自动售货机排成一列的景象后，也是连声称奇。在日本， 70,的罐装饮料是通过自动售货机售出的。全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有 50 万台饮料自动售货机。
12、在日本全国各地，共设有 550 万台自动售货机 ,据 1998 年的统计，销售额达 6 兆 8969 亿 4887 万日元，为世界第一。在售货机的显示屏幕上进行操作，输入商品号码和购买数量，并投入钱币后，商品就会从取货口出来，甚至从食品自动售货机上还能买到热呼呼的面条和米饭团。可口可乐高级执行副总裁望月建树介绍，作为世界上最大的自动售货市场，日本拥有 423 万台自动售货机，通过自动售货机出售的商品多达 6000 余种，包括饮料、香烟、杂志、药品甚至牛仔裤等大件商品去年，仅饮料的销售额相当于 1593亿元人民币。韩国大约有 78 万台自动售货机，是除了日本、美国、英国之外自动售货机使用数 量最
13、多的国家。从不同的种类来看，咖啡茶的自动售货机约占全部售货机的 40%以上另外，还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、办公咖啡自动售货机和照片胶粘标签自动售货机、票类自动售货机、手机充电自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁等，公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。运营自动售货机产业的公司在全国大约有 800 余个，而销售自动售货机原料、商品流通、机械销售 的公司大约达到了 1150 个。 中国国内在 1993 年时 ,从日 本、韩国等引进自动售货机并投放到中国市场。 1995 年第一台国产自动售货机
14、在北京诞生 ,1999 年时国产自动售货机形成规模生产并批量投入市场。相对于日本和美国等发达国家 ,中国目前市场上运行的自动售货机的数量还是很少的。自动售货机在西方发达国家已经发展成为一个相对成熟的零售业态 ,但是中国还是处于导入期。至 2000 年初 ,中国自动售货机研发、制造和运营的企业有 10 多家 ,以天津南开戈德集团规模最大 ,约占中国自动售货市场份额的 80 %。在自动售货机运营商方面 ,主要是由制造企业的关联或下属企业运营 ,如戈德集团的戈德移动 商务公司、澳珂玛集团澳鸿自动商务公司等 ,中国目前还没有产生独立的运营商。据来自中国自动售货机市场行情分析报告表明 :目前中国自动售货
15、机市场走势已逐渐明晰 ,自动售货机逐步从沿海经济发达地区和各大中城市向内陆和次发达地区延伸 ,逐步从高级宾馆、地铁、机场等豪华高档场所向高中档社区普及。有关报道显示 ,戈德移动商务公司已经在上海地铁一号线、南京东路、人民广场、轻轨沿线、大中学校等地布放了约 2000 台 ,在上海地铁二号线布放了30 台 ,并准备于 2002 年在商业街、旅游景点、车站码头、高档写字楼布放毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 3 500 台。 2000 年仅广州市区就摆放各种品牌的自动售货机 1500 台 ,而这个数量还不足以满足地铁和公交车站的摆放。自动售货机这种全新的零售方式已逐渐被国人
16、所接受和信赖。其实 ,自动售货机的技术壁垒并不高。在中国一般的纸币器只能接收 5 元、 10 元或者 20 元人民币不能接收更高面额 的币。但这只是一个应用的问题 ,因为目前中国市场上的自动售货机主要卖一些饮 料、小食品。 1.2 自动售货机的发展前景 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 ,通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而 确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省 ,节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在居季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷
17、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 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。同时因经济复苏缓慢，社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。自动售货机不仅保障了惬意的工休时间 ,也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。特别 是在 24 小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机，解决了不间断提供咖啡饮品服务的问题 ,这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融合。 从自动售货机业的发展历程看，其具有快速发展的潜力 ： 1、自动售货技术的发展促进了自动售货机业的成长。自动售货机作为一种集声、光
18、、机电一体化的高新智能化产品，一般由识别系统、找零系统、传输系统、制冷 (恒温 ) 系统组成。随着防伪识别技术、数码技术、软件技术和制冷技术的发展 ,自动售货机运行的可靠性大大提高，减少了货物出售和货币识别的误差，有效地维护了运营 商和消费者双方的权益。自动售货机从仅能识别硬币到准确的识别纸币，方便了消费者的购买行为，为自动售货机业的发展提供了基础保障。 2 、自动售货机的分布密度高，满足了消费者的便利性和即时性需求。随着人们生活方式向快节奏、高效率变化，时间的价值显著提高，消费者在购物时更加注重便利性、即时性。随着自动售货机数量的增加，商品包装的定量化和标准化，出售的商品多样化，自动售货的便
19、利性日益显现。同时，被称为“永不下班的超级营业员”的自动售货机在满足人们的即时性需求方面是其它零售方式不可替代的。 3 、满足运营商获取高收益 的要求。零售业各业态日趋激烈的竞争 ,使得商家不断寻求新的投资机会，而自动售货机业态恰好符合投资的风险 收毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 4 益原则。由于自动售货机的销售效率高 (平均每台自动售货机销售额达到 1 万美元 ) ,运营商规模大 (一般拥有 10 多万台甚至 100 多万台 ) ，加上自动售货机本身具有的节约劳动力与场地等优势，从而降低了经营成本 ,提高了投资收益。专家预测 ,未来几年中国市场上的自动售货机将每年增
20、加 5 10 万台。中国沿海比较富裕的地区，将大约有 3.5 亿人口经常使用自动售货机。目前按人均台数计算 ,自动售货机在日本达到每台 25 人，在美 国达到 50-60 人 ,在欧洲每台 50-120 人，而中国的人均拥有量却很低 ,若按每台 500 人计算，中国城市人口 3.6 亿，中国自动售货机的潜在容量为 73 万台，以每天销售 200元计， 73 万台自动售货机的全年销售额可达 500 亿。因此加快发展中国自动售货机业，对提高投资效益具有重要的意义。 1.3 本次设计的主要目的、基本思路 本次设计的主要目的能够实现自动售货机的自动控制系统的 PLC 设计，进一步增强和完善学生自我的创
21、新与动手能力。 本次设计的题目是饮料自动售货机，基本思路是应用西门子 S7-200 型PLC 的梯形图来设计 控制程序，并简单介绍相关的知识，如： PLC 的定义、PLC 的 编程语言 、 PLC 的硬件组成等。根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图，再根据 PLC 的相关知识设计出它的外部接线图，结合梯形图和 PLC 原理图分析说明该设计的控制原理过程。 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 5 第二章 PLC 概述 2.1 PLC 的定义 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、
22、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控 制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC 是以 CPU 为核心，综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，是现代工业控制的三大支柱（ PLC、机器人和CAD/CAM）之一。目前，世界上生产 PLC 的主要厂家有 65 个，其中最有名气的厂家在日本、美国和德国。日本的几个厂家为三菱、富士 、 日立、东芝、横河、立石、光洋、夏普等公司。美国的几个厂家为德州食品公司、通用电器公司、歌德公司、数字设备公司等
23、。还有德国的西门子 ，荷兰的飞利浦，香港的鹰达等公司也是很有名气的。日本三菱电机公司（ MITSUBISHI）于 1971年开始研制 PLC，目前主要有 F1,F2,FX,K,A 等十几个系列几十种产品 ， 在我国（主要是华东和华南地区）的工业控制领域具有一定的市场占有率。 2.2 PLC 的特点 1、抗干扰能力强，可靠性好。 I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。 2、控制系统结构简单，通用性强。 PLC 及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。 3、编程方便，易于使用。 PLC 程序的编制，采用梯形图
24、或面向工业控制的简单指令形式。 4、功能完善。在 PLC 内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。 5、设计、施工、调试的周期短。 PLC 采用模块化积木式结构，故仅需按性能、容量等选用组装，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。 6、体积小，维护操作方便。 PLC 体积小，质量轻，便于安装。 7、易于实现网络化。 PLC 可连成功能很强的网络系统。 8、可实现三电一体化。 PLC 将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制） 和电结（运 动控制）这三电集于一体。 2.3 PLC 的工作原理 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 6 P
25、LC 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。 PLC 通电后，首先对硬件和软件作一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务。但是 PLC 也有它自己的特点， PLC 在确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。工作原理图如图2.1 示： 图 2-1 2.4 PLC 的编程语言 PLC 为用户提供了完善的编程 语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常有以下 5 种：梯形图 LAD、语句表 STL、顺序功能图 SFC、功能块图 FBD 和结构文本 ST。 2.5 PLC 的硬件组成 PLC 的硬件主要由中央处理器 CPU、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中 CPU 是 PLC 的核心，输入单元 /输出单元是 CPU 与现场输入 /输出设备之间的接口电路。通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备。其硬件构成图如图 2-2 所 示：
