全智能自动辨别售货系统毕业设计

南京工程高等职业学校五年制高职毕业设计姓 名： 学 号： 43 系 部： 电子工程系 专 业： 电气自动化技术 设计题目： 全智能自动辨别售货系统 指导教师： 职 称： 讲师 2013 年 3 月 南 京摘 要自动售货机在当今被普遍地应用在各大现代化都市的街道及便利店中，正逐渐地成为商业自动化的代表性设备。它能够在无人操作的情况下根据程序自动地销售商品。自动售货机不受工作时间及地点限制的特点,使其实现了一种提高营业额的同时又降低了成本的销售模式。本文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: 自动售货机，可编程序控制器，梯形图AbstractIn recent times, vending machines are widely used at roadsides and in conveniences stores in each modernize cities, and they are gradually becoming typical devices of Business Automation. Without human beings control , a vending machine can sale goods automatically according its program inside. Vending machines working can be not limited by time and place, so these features make it possible to develop a new sales model which can not only increase turnover but also reduce cost as well.This article introduced vending machines basic principle as well as the work flow, then take a transaction process as examples, divides into several blocks the transaction process, then carries on the programming separately to the block. Explained the programmable controllers in vending machine function specifically. The procedure involved the vending machine work major part process. Enhanced systems stability using the PLC controls vending machine, the guarantee vending machine has been able the long-term stability movement.key word：vending machine，Programmable controller，Trapezoidal chart0目 录1.绪论 .11.1 课题背景及研究意义 .11.2 本课题的目的和意义 .11.3 本课题的设计要求 .22. PLC 的概述 .32.1 PLC 的产生 .32.2 PLC 的定义 .32.3 PLC 的发展趋势 .42.4 PLC 的特点 .52.5 PLC 的主要功能 .72.6 PLC 的系统结构 .82.7 PLC 各部分的作用 .92.8 三菱可变成序控制器产品 FX2n 系列介绍 .113. 自动售货机 PLC 控制设计方案 .133.1 自动售货机设计的基本思路 .133.2 可编程序控制系统设计的基本原则 .133.3 PLC 控制系统设计的一般步骤及内容 .133.4 程序设计的步骤 .143.5 编写梯形图的注意事项 .144. 自动售货机 PLC 控制（系统）具体设计 .154.1 自动售货机的设计过程分析 .154.1.1 自动售货机的基本功能 .154.1.2 试验状态假设 .164.1.3 一次交易过程分析 .164.1.4 I/O 列表 .184.1.5 I/O 接线图 .184.2 程序设计 .204.1.1 程序实现的功能 .204.1.2 梯形图程序 .215. 结束语 .25致 谢 .26参考文献 .2701.绪论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。PLC 是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于 PLC 具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自 80 年代后期 PLC 引入我国工业行业以来，由 PLC 组成的控制系统被许多制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC 系统一直是主流控制系统。当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.1 课题背景及研究意义据说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的发展。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“一对一”自动售货的无店铺销售业态。1.2 本课题的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1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，并成为城市现代文明程度的一种象征性标志因经济复苏缓慢，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。1.3 本课题的设计要求1.了解 PLC 的相关知识2.在自动售货机系统的控制中，了解 PLC 的基本应用及其控制原理3.根据设计内容和控制要求画出顺序功能图和梯形图4.再根据 PLC 的相关知识设计出它的外部接线图5.结合梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。22. PLC 的概述2.1 PLC 的产生20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差.20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968 年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：1.编程方便，可现场修改程序2.维修方便，采用插件式结构3.可靠性高于继电器控制装置4.体积小于继电器控制盘5.数据可直接送入管理计算机6.成本可与继电器控制盘竞争7.输入可以是交流 150V 以上8.输出为交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器，电磁阀等9.扩展时原系统改变最小10.用户存储器至少能扩张到 4KB，适应当时汽车装配过程的需要。十项指标的核心要求是采用软布线方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。2.2 PLC 的定义美国国际电工委员会在 1987 年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，3控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了 PLC 应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了 PLC 是“数字运算操作的电子系统” ，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令” ，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体” ，易于“扩充” 。2.3 PLC 的发展趋势PLC 总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。（1）向小型化、专用化、低成本方向发展随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使 PLC结构更为凑，相当与一本精装本书的大小，操作使用十分方便。PLC 的功能不断增加，将原来大、中型 PLC 才有的功能部分地移植到小型 PLC 上。（2）向大容量、高速度方向发展大型 PLC 采用多微处理器系统，有的采用了 32 位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。（3）智能型 I/O 模块的发展智能型 I/O 模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的 CPU与 PLC 的主 CPU 并行工作，占用主 CPU 的时间很少，有利于提高 PLC 的扫描速度。（4）基于 PC 的编程软件取代编程器随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对 PLC 控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。（5）PLC 编程语言的标准化与个人计算机相比，PLC 的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的 CPU 模块和 I/O 模块互不通用。PLC 的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。4为了解决这一问题，IEC 制定了可遍程序控制器标准。标准中共有 5 种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。（6）PLC 通信的易用化PLC 的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。（7）组态软件与 PLC 的软件化个人计算机的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。（8）PLC 与现场总线相结合现场总线 I/O 与 PLC 可以组成功能强大的、廉价的 DCS 系统。（9）开发新型特殊功能模块I/O 组件可以提高 PLC 的智能化、高密集度和增大处理能力。（10）CPU 的处理速度进一步加快目前，PLC 的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的 CPU 也不过 80486，将来会全面使用 64 位的 RISC 芯片，采用多 CPU 进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使PLC 的处理速度达到纳秒级。 2.4 PLC 的特点（1）抗干扰能力强、可靠性好PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。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。具体措施主要有以下几个方面： 隔离：这是抗干扰的主要措施之一。PLC 的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于 PLC 的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在 PLC 的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。 对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。 内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog 等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟规定时间，预示程序进入了死循环，立即报警，5以保证 CPU 可靠运行。 利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。 对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。 采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。 以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的