1、 福建电力职业技术学院 毕业设计报告 题 目 基于 PLC 的自动售货机设计 机电工程 系 检测技术及应用 专业 10 级 1 班 学 号 姓 名 指导教师 完成日期 2013 年 1 月 摘要 摘 要 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。自动售货机不受任何场地限制 ,方便快捷 ,可以每天 24h 售货 ,因此深受欢迎 ,很多城市的公共场所里面都放置有自动售货机 ,出售的商品五花八门 ,从饮料、零食、香烟、糖果 ,到牙刷、方便面、自动照相机。近年来 ,我国的自动售货机行业突飞猛进 :在汽车总站、商厦、医院、小区、学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹。这种方
2、便快捷的购物方式越来越受到人们的青睐 ,同时也是现代化城市 的 配套设施 ， 传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心 ,这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作 ,而且系统的抗干扰性也比较差。 本设计对自动售货机进行了研究，报告了自动售货机的发展、现状、应用领域以及未来的发展趋势。利用 PLC 控制自动售货机，选择合适的方案，并进行合理的硬件选型、设计及 I/O 配置，调试程序，最终确定设计方案。 本课设中自动售货机可投入 1 元、 5 元和 10 元币，找出 1 元的硬币和 5 元的纸币。它提供四种饮料，纯净水、汽水、牛奶和咖啡，其售价分别为 2 元、 4 元、 5 元和 8 元。 关
3、键词： 自动售货机；可编程控制； PLC 福建电力职业技术学院 毕业论文 目 录 第一章 系统介绍 .- 1 - 1.1 自动售货机的背景及意义 .- 1 - 1.2 国内外研究现状 .- 1 - 1.3 设计主要工作 .- 1 - 第二章 硬件设计 .- 2 - 2.1 自动售货机控制要求 .- 2 - 2.2 PLC 的选型 .- 3 - 2.3 PLC 输入输 出设备的选择 .- 5 - 2.4 自动售货机外部硬件接线图及主电路 .- 6 - 2.5 硬币验钞的选型 .- 7 - 第三章 软件设计 .- 8 - 3.1 自动售货机控制系统的工作过程 .- 8 - 3.2 自动售货机的工作
4、流程 .- 8 - 3.3 饮料自动售货机各控制功能的程序设计 .- 9 - 第四章 总结 .- 15 - 4.1 本文工作总结 .- 15 - 4.2 存在不足 .- 15 - 参考文献 .- 16 - 致 谢 .- 16 - 福建电力职业技术学院 毕业论文 - 1 - 第一章 系统介绍 1.1 自动售货机的背景及意义 自动售货机是机电一体化的自动化装置，在接收到货币已输入的前提下，靠触摸控制按钮输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。它最基本的功能是对投入的货币进行运算 ,并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品 , 并做出相应的反映。因此 ,售货机应能够辨识
5、机内包含的商品 ,能够对所投入的币值进行累计 ,并提供所要购买的商品。当按下选择商品的按钮时 ,自动售货机根据投入的币值 , 起动电机 ,提取商品到出货口 ,顾客取出商品 ,完成此次交易。它还具有识币系统、货物和货币的传送系统来实现完整的售货功能。 1.2 国内外研究现状 在中国，自动售货机将成为一个潜在的巨大产业。继百货商店、超市之后掀起第三次零售业革命，其前景非常广阔。 售卖的商品可根据摆放场所的需要量身定制，包括冷热饮料、零食、电话卡及国外进口的特色商品等。并且，透过这种智能售货系统，存货、销售、物流信息可以准确、及时地反馈给客户和管理人员。此外，还支持多种交易支付模式，同时方便实现较大
6、金额的支付和交易结算。在 2004 年，通过手机购物的无线自动售货机在国内开始出现，天津南开戈德公司已研制此种 类型的自动售货机。这种新一代自动售货机除了更方便售卖货品之外，还被视为一种传播广泛的广告媒介。 在国外，自动售货机发展相对成熟。日本的自动售货业几经有 2000 多种机型、6000 多种商品。在美国，运营商就多达 10800 家，并且具有与大饮料商、大食品商的合作经验。在日本，由于其无所不在， 24 小时供应，自动售货机很受特别忙碌的人欢迎。 1.3 设计主要工作 (l)根据自动售货机的控制要求，设计其工作流程 (2)自动售货机的硬件选型 (3)自动售货机的硬件输入输出设计及外部接线
7、 (4)自动售货机的软件 福建电力职业技术学院 毕业论文 - 2 - 第二章 硬件设计 2.1 自动售货机 控制要求 图 2.1 饮料自动售货机的外观 该自动售货机可投入 1 元、 5 元和 10 元币，找出 1 元的硬币和 5 元的纸币。它提供四种饮料，纯净水、汽水、牛奶和咖啡，其售价分别为 2 元、 4 元、 5 元和 8 元。控制要求如下： 1)当投入的钱币总值不小于 2 元时，纯净水指示灯亮；当投入的硬币总值不小于4 元时，纯净水及汽水指示灯都亮。当投入的钱币总值不小于 5 元时，纯净水、汽水及果汁指示灯亮；当投入的硬币总值不小于 8 元时，纯净水、汽水 、牛奶及咖啡指示灯都亮，投入钱
8、币后和选择饮料前找钱指示灯都是亮的。 2)当纯净水指示灯亮时，按纯净水按钮，则纯净水排出 5s 后自动停止，这段时间内，纯净水指示灯闪动。 3)当汽水指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水排出 5s 后自动停止，这段时间肉，汽水指示灯闪动。 4)当牛奶指示灯亮时，按果汁按钮，则果汁排出 5s 后自动停止，这段时间内，牛奶指示灯闪动。 饮料展示区 纯净水 2 元 汽水 4 元 牛奶 5 元 咖啡 4 元 纯净水 汽水 牛奶 咖啡 找钱 纯净水 汽水 牛奶 咖啡 找钱 投币口 1 元 5 元 10 元 1 元 5 元 饮料出口 价格表 指示灯 按钮 找钱出口 福建电力职业技术学院 毕业论文 - 3 - 5
9、)当咖啡指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡排出 5s 后自动停止，这段时间内，咖啡指示灯闪动。 6)完成购买或不打算购买的，只要剩余钱币，则找钱指示灯亮，按下找钱按钮，退出 多余的钱， 5s 后自动停止，此时找钱指示灯闪烁。 7)当输出某种饮料后，系统自动计算所剩钱币。若大于 0 元，则找钱指示灯亮；若小于 2 元，则饮料指示灯全灭；若小于 4 元，则纯净水指示灯亮，汽水、牛奶和咖啡指示灯灭；若小于 5 元，则纯净水和汽水指示灯继续亮，牛奶和咖啡指示灯灭：若小于 8 元，则纯净水汽水和牛奶指示灯继续亮，咖啡指示灯灭；若大于等于 8 元，则饮料指示灯全亮。 8)按下找钱按钮，可将剩余钱币退出，此时找
10、零指示灯闪烁， 5s 后找钱完成，指示灯灭。 自动售货机的外观主要分为以下几部分。饮料展示区，价格表，指示灯，按钮 ，投币口，饮料出口，钱币出口及余额显示屏。饮料展示区主要展示四种商品，即纯净水，汽水，牛奶，咖啡供顾客选择。价格表列出各种饮料的价格。指示灯的亮灭显示可购买的饮料。按钮按下选择饮料。有三个投币口，可投 1 元， 5 元和 10 元。找钱出口可找出 1 元和 5 元。其外观示意图如图 2.1 所示： 2.2 PLC 的选型 （一） PLC 概述 可编程控制器以其可靠性高，组合灵活，编程简单，维扩方便等独特优势被日趋广泛应用于国民经济的各个控制领域，它的应用深度和广度已成为一个国家工
11、业先进水平的重要标志。 由于早期的可编程控制器只是用来取代 继电器控制执行逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，因此人们称之为可编程序逻辑控制器 (Programmable Logic Controller)简称 PLC。 （二）自动售货机输入输出端的确定 根据饮料自动售货机的控制要求及功能，可知其输入输出信号如下： 一元传感器：一元传感器用来检测输入的一元币的数量，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 五元传感器：五元传感器用来检测输入的五元币的数量，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 十元传感器：十元传感器用来检测输入的十元币的数量，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端
12、口。 纯净水按钮：按下纯净水按钮，表示顾客选择购买纯净水，自动售货机将选择送出纯净水，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 汽水按钮：按下汽水按钮，表示顾客选择购买汽水，自动售货机将选择送出汽水，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 牛奶按钮：按下牛奶按钮，表示顾客选择购买牛奶，自动售货机将选择送出牛奶，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 咖啡按钮：按下咖啡按钮，表示顾客选择购买咖啡，自动售货机将选择送出咖啡，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 找钱按钮：按下找钱按钮，信 货机将执行退币动作，可直接连接在 PLC 主机的数字量输入端口。 福建电力职业技术学院
13、 毕业论文 - 4 - 纯净水指示灯：纯净水指示灯指示顾客投入的币值可购买纯净水。 汽水指示灯：汽水指示灯指示顾客投入的币值可购买汽水。 牛奶指示灯：牛奶指示灯指示顾客投入的币值可购买牛奶。 咖啡指示灯：咖啡指示灯指示顾客投入的币值可购买咖啡。 纯净水出货继电器：纯净水出货继电器线圈执行纯净水的出货。当按下纯净水按钮， PLC 主机发出控制信号，纯净水出货线圈控制商品执行机构送出纯净水。纯净水出货继电器可直接连接在 PLC 主机的数字量输出端口。 汽水出货继电器：汽水出货线圈执 行汽水的出货。当按下汽水按钮， PLC 主机发出控制信号，汽水出货线圈控制商品执行机构送出汽水。汽水出货继电器可直接
14、连接在 PLC 主机的数字量输出端口。 牛奶出货继电器：牛奶出货线圈执行牛奶的出货。当按下牛奶按钮， PLC 主机发出控制信号，牛奶出货线圈控制商品执行机构送出牛奶。牛奶出货继电器可直接连接在 PLC 主机的数字量输出端口。 咖啡出货继电器：咖啡出货线圈执行咖啡的出货。当按下咖啡按钮， PLC 主机发出控制信号，咖啡出货线圈控制商品执行机构送出咖啡。汽水出货继电器可直接连接在 PLC 主机的数字量输出端口。 退币指 示灯：退币指示灯提示顾客购买结束或钱币不足，按下找钱按钮，找钱执行机构执行退币动作。 找 1 元驱动继电器：找 1 元驱动继电器是在找钱按钮按下后，若剩余钱币小于 5则控制执行机构
15、执行退出 1 元的动作，可直接连接在 PLC 主机的数字量输出端口。 找 5 元驱动继电器：找 5 元驱动继电器是在找钱按钮按下后，若剩余钱币小于 5元则控制执行机构执行退出 5 元的动作可直接连接在 PLC 主机的数字量输出端口。 （三） PLC 主机的比较选择 相对于西门子 PLC，西门子的功能比三菱的强大，但三菱 PLC 更适合用于小型机，更稳定更易上手。大型的设 备趋向于西门子，价格昂贵，三菱的较便宜，小型化。其主要特点如下： （ 1）体积小 FXis、 FXIN 和 FX2N 系列的 PLC 的高度为 90mm，深度为 75mm (FXis 和 FXIN 系列 )和 87mm (FX
16、2N 和 FX2NC 系列 )，体积小的微型 PLC 适合在机电一体化产品中使用。其内置的 24V DC 电源可做输入回路的电源和传感器的电源。 （ 2）提供多个子系列供用户选用 FX2N 系列：是三菱 PLC 是 FX 家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 FX2N 是从 16 路到 256 路输入 /输出的多种应用的选择方案。 （ 3）灵活多变得系统配置 FX 系列 PLC 系统配置灵活，用户除了可选不同的子系列外，还可以选用多种基本单元，扩展单元和扩展模块，组成不同 I/O 点和不同功能的控制系统，各种
17、配置都可以得到很高的性能价格比。 FX 系列的配置就像模块式 PLC 那样灵活，因为它的基本单元采用整体式结构，友具有比模块式 PLC 更商的性能价格比。 （ 4）功能强，使用方便 FX 系列有很强的功能。其内置高速计数器，有输入输出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能，有高速计 数器的专用比较指令。其基本单元和扩展单元一般采用插接式的接线端子排，更换单元方便快捷。 福建电力职业技术学院 毕业论文 - 5 - 通过分析可知，该饮料自动售货机系统共有 8 个数字量输入和 11 个数字量输出，需 19 个 I/O 点。三菱 PLC 具有结构灵活、传输质量高、速度快、使用范围广、低成本等
18、优点，可选择三菱系列的 FX2N-32MR 的 PLC 作为主机。 图 2.2 三菱 FX2N-32MR 2.3 PLC 输入输出设备的选择 根据对饮料自动售货机的输入输出端的分析确定，其共有 8 个输入端， 11 个输出端，对所选用的 FX2N-32MR 的 PLC 进行 I/O 地址分配。如表 2.1 所示。 表 2.1 饮料白动售货机控制系统 I/O 地址分配 名称 地址 说明 输入信号 1 元传感器 SQ1 X0 检测投入 1 元币的数量 5 元传感器 SQ2 X1 检测投入 5 元币的数量 10 元传感器 SQ3 X2 检测投入 10 元币的数量 纯净水按钮 SB0 X3 选择购买纯
19、净水 汽水按钮 SB1 X4 选择购买汽水 牛奶按钮 SB2 X5 选择购买牛奶 咖啡按钮 SB3 X6 选择购买咖啡 找零按钮 SB4 X7 选择退币 输出信号 纯净水指示灯 L0 Y0 指示投入的钱币可购买纯净水 汽水指示灯 L1 Y1 指示投入的钱币可购买汽水 牛奶指示灯 L2 Y2 指示投入的钱币可购买牛奶 咖啡指示灯 L3 Y3 指示投入的钱币可购买咖啡 找零指示灯 L4 Y4 指示钱币不足 纯净水出货继电器 KM0 Y5 控制执行机构执行送出纯净水的动作 汽水出货继电器 KM1 Y6 控制执行机构执行送出汽水的动作 牛奶出货继电器 KM2 Y7 控制执行机构执行送出牛奶的动作 咖啡
20、出货继电器 KM3 Y10 控制执行机构执行送出咖啡的动作 找 1 元继电器 KM4 Y11 控制找钱机构执行退 1 元动作 找 5 元继电器 KM5 Y12 控 制找钱机构执行退 5 元动作 福建电力职业技术学院 毕业论文 - 6 - 2.4 自动售货机外部硬件接线图及主电路 （一）自动售货机 I/O 地址分配表 根据 I/O 地址分配表，连接各输入输出端子，画 PLC 硬件接线图，如图 2.1 所示。 Y 0Y 7Y 6Y 5Y 4Y 3Y 2Y 1C O MY 1 2Y 1 1Y 1 02 4 VL 0L 1L 2L 3L 4K M 0K M 1K M 2K M 3K M 4K M 5C
21、 O MX 0X 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7S Q 0S Q 1S Q 2S B 0S B 1S B 2S B 3S B 41 元 传 感 器5 元 传 感 器1 0 元 传 感 器纯 净 水 按 钮汽 水 按 钮牛 奶 按 钮咖 啡 按 钮找 零 按 钮检 测 1 元 币 数 量检 测 5 元 币 数 量检 测 1 0 元 币 数 量选 择 纯 净 水选 择 汽 水选 择 牛 奶选 择 咖 啡选 择 退 币可 买 纯 净 水可 买 汽 水可 买 牛 奶可 买 咖 啡钱 币 不 足送 出 纯 净 水送 出 汽 水送 出 牛 奶送 出 咖 啡退 币 1 元退 币 5 元纯 净 水 指
22、 示 灯汽 水 指 示 灯牛 奶 指 示 灯咖 啡 指 示 灯找 零 指 示 灯纯 净 水 出 货汽 水 出 货牛 奶 出 货咖 啡 出 货找 1 元找 5 元图 2.3 饮料自动售货机控制系统的 PLC 硬件接线图 （二）电路主接线图 电机主电路由六台电机组成，分别为控制纯净水出口的电机，控制汽水出口的电机，控制牛奶出口的电机，控制咖啡出口的电机。控制找 1 元出口的电机，控制找 5元出口的电机。如图 2.2 所示。 图 2.4 主电路图 福建电力职业技术学院 毕业论文 - 7 - 2.5 硬币验钞的选型 （一）硬币验钞机构 硬币验钞机构用于检测所投入的硬币的真伪。对伪币退回到硬币退还口，真
23、币则合计金额并与所售商品价格作比较。如果投入的金额等于或大于商品的售价，则相应商品指示灯亮。待接到售货终了信号后，进行找零钱计算，并启动 找零钱的电动机，把以不用币种适当的组合成零钱送到退还口。 如图 2.5 是硬币验钞机构简图。由硬币检测部分、运算控制部分、找零钱机构、自动售货机主体和接口组成。 许 可 出 售选 择开 始 售 货有 无 找 的 零 钱运 算 控 制 部 分（ 微 处 理 机 构 ）有 无 零 钱找 出 零 钱硬 币 信 号C R E N金 额 显 示退 还硬 币1 元 0 . 5 元 0 . 1 元零钱筒退 还 口找 零 钱 机 构假币图 2.5 硬币验钞机构简图 （二）硬
24、币的识别原理 我国目前发行的 1 元、 5 角和 1 角硬币的金属原材料是为造币而专门使用的特殊合金，因此在它通过投币入口进入由电感和电容组成的特定高频振荡线路所产生的磁场时，金属材质和体积的差异对电感量的影响大小也出现微弱差异，电感量的变化引起振荡频率的变化；再通过检 测频率的变化，与设定值进行比较，确定某种硬币种类后，经窄带选频电路将频率信号变成电压信号输出（开关量），完成对金属硬币的识别。金属硬币识别器种类繁多，但贮币退币机构基本上分为两类：一类是平面式贮币，电磁阀退币；另一类是圆筒式贮币，步进电机退币。当硬币投入后经过识别识出电信号后，伪币和异物被排出，真币按面值由几组分布电磁阀分配到不同贮币腔体内备用。当收到退币找零电信号后，通过退币电磁阀或退币电机拉杆，将贮币腔内下部硬币依电信号程序推出，完成自动售货机的退币找零功能。主要识别指标：直径、材质、厚度。 本文选择的 是 DH 0601 专用投币器，其输入信号介入 PLC 中输入端。 DH 0601专用投币器适用于自动售货机、投币电话机、投币点唱机、投币洗衣机、游戏机等等。
