自动售货机的控制系统

I本科毕业设计说明书自动售货机的控制THECONTOROFVENDINGMACHINE学院（部）专业班级学生姓名孔一斐指导教师李振壁年月日II自动售货机的控制摘要自动售货机是能够根据投入的钱币自动付货的机器，不受时间、地点的限制，能节省人力、交易方便。目前市场上的自动售货机较为普遍，主要经营饮料和便利物品，使用方便、可靠、节省人力的自动售货机将在社会生活中成为一种趋势，而先存的自动售货机主要存在控制不方便，送货不及时的问题，这篇文章就是讨论自动售货机的控制问题。在本文中，以三菱FX2NPLC为核心配合各种编程软件及各个模块实现了自动售货机的投币、出货、找零等基本功能，满足客户的基本要求后加入了通信模块解决了自动售货机的控制问题。本文详细介绍了自动售货机的设计方案、硬件选择、软件编写。关键词自动售货机，控制，基本功能IIITHECONTOROFVENDINGMACHINEABSTRACKVENDINGMACHINEISAKINDOFMACHINEWHICHCANSOLDMATTERSUTOMATICALLY,WITHOUTTHELIMITATIONOFTIMEANDPLACEITCANSAVEMANPOWERANDTHETRADEISCONVENTENTATPRESENT,VENDINGMACHINEISSOORDINARYTOSEE,SOITWILLBECOMEATRENDDEFINITELYHOWEVER,ATPRESENT,VENDINGMACHINESAREHARDTOCONTROLANDNOSOINSTANTTHISARTICLEISDUETOTALKABOUTCONTROLLINGTHEMINTHISARTICLE,TAKESANLINGFX2NPLCASTHECORE,USINGALLKINDSOFSOFTWARES,INTENDINGTOENABLEFUNCTIONSOFVENDINGMACHINES,SUCHASINSERTINGCOINS,PRESENTINGGOODS,GIVINGBACKCHANGESANDSOONDESPITETHESE,THEPROBLEMOFCONTROLLINGISSOLVEDBYINTERACTINGMODULETHISARTICLEELABORATESONDESIGNPLANOFVENDINGMACHINES,CHOOSINGOFHARDWARESANDSOFTWAREWRITINGKEYWORDVENDINGMACHINE,CONTROL,BASICFUNCTION安徽理工大学毕业设计1目录摘要（中文）I摘要（外文）II1绪论111引言112自动售货机的定义和发展前景113国内外研究的现状214本论文研究内容22整体模块图及模块简介3211PLC3212PLC的工作原理4213PLC执行程序的过程及特点6214PLC选型原则822钱币识别器9221货币识别原理9222纸币识别器1123人机界面11231人机界面的定义11232人机界面（HMI）产品的组成及工作原理12233人机界面的基本功能及选型指标13234人机界面产品分类13235人机界面的使用方法1324电源133硬件设计1331器件选择13311PLC14312人机界面15313钱币识别器16314硬币识别器18315通信设备及报警器19315本设计器件选择汇总如表362132自动售货机操作面板及PLC连接图224程序设计23安徽理工大学毕业设计241自动售货机售货过程程序2342人机界面设计2843钱币识别器程序简介36结论40参考文献41致谢42安徽理工大学毕业设计11绪论11引言自动售货机最早出现在二十世纪五、六十年代的西欧，其中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，销售的商品扩展到唱片、文化用品、食品、香烟等多个方面。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881亿英镑。70年代后，日本、欧美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、机场、码头、写字楼、宾馆、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、报纸、饮料、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，原先其只能出售有限商品品种，而如今呈现了继百货公司、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状态。12自动售货机的定义和发展前景目前自动售货机是集声、光、机电一体化的高新智能化产品，在我国也开始得到应用，如图11。在中国人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所。自动售货机的新奇、文明、高档、昼夜服务、占地小、灵活方便深受许多地区市民的青睐，甚至出现许多排队购买的现象。专家测算，中国的自动售货机在市场容量最保守算应该有四十七万台，一年的销售额可达三百五十亿元若按人均台数计算全年可达五百亿，自动售货机在日本达到平均每二三十人一台，在美国达到每四十人一台，在欧洲每六十人一台，由于中国经济与上述国家还有一定差距，按每五百人一台计算。因此，自动售货机在中国有着广阔的发展前景。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。安徽理工大学毕业设计2图11，自动售货机举例13国内外研究的现状在自动售货机相关的所有研究领域中，全球对其关键技术的研究主要集中在以下个方面系统内部销售动作实现方式的研究；资金结算及销售信息统计管理的实现方式研究；功耗节省模式的研究。根据相关文献资料，系统内部销售动作实现方式的研究已基本成熟，研究最多的主要集中在资金结算及销售信息统计管理的实现方式和功耗节省模式上。14本论文研究内容本文在原有的自动售货机的基础上实现自动售货机的基本功能如1用户将货币投入投币口，货币识别器对所投货币进行识别；2控制器根据金额将商品可售卖信息通过选货按键指示灯提供给用户，由用户自主选择欲购买的商品；安徽理工大学毕业设计33按下用户选择商品所对应的按键，控制器接收到按键所传递过来的信息，驱动相应部件，售出用户选择的商品到达取物口；4如果还有足够的余额，则可继续购买。如不需要购买则点击找零，自动售货机将自动找出零币或用户旋转退币旋钮，退出零币。在此基础上本文加入数据通信模块，通过此模块可实现自动售货机与送货车之间的联系，在货物短缺时及时通知，保证货物的供给。安徽理工大学毕业设计42整体模块图及模块简介本设计整体模块图如图21所示三菱FX2NPLC三菱GT11人机界面FX2N8EYR输出模块电源出货指示灯钱币识别器故障报警器退币外围通信设备图21整体模块图211PLCPLC作为自动售货机的核心部分全称为可程序逻辑控制器（PLC，PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER），乃是一种固态电子装置，主要利用输入输出装置的回授信号及储存程序，控制机械或程序的操作。在工厂自动化（FA）系统中，PLC因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为自动化业界所采用。近几年来，各PLC制造厂家无不致力于新机种的研发，所以在CPU处理速度、扩展模块及通讯的功能上，相较于早期PLC控制器，已有长足的进展。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称PROGRAMMABLECONTROLLERPC。个人计算机简称PC发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为PROGRAMMABLELOGICCONTROLLERPLC。图22为三菱公司所安徽理工大学毕业设计5产FX2N系列的实物图。图22三菱FX2N32MR212PLC的工作原理1PLC的主要组成部分如图23图23PLC的主要组成部分CPU模块CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。I/O模块安徽理工大学毕业设计6输入INPUT模块和输出（OUTPUT）模块统称I/O模块，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块主要用来接受和采集输入信号，输入信号包括两类一类是从按钮，选择开关，接近开关，光电开关等来的开关量输入信号；另一类就是由电位器，测速发电机等提供的连续变化的模拟量信号。PLC通过输出模块控制接触器、电磁阀等执行机构，另外也可以驱动指示灯、数字显示装置等CPU模块的工作电压一般是5V，而其输入/输出信号电压一般较高，如DC24V和AC220V。为防止外部引入的尖峰电压和干扰噪声损坏CPU模块，影响其正常工作，在I/O模块中，用光电耦合器、可控硅，小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。2PLC的扫描过程PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时响应随时变化的输入信号，用户程序不是执行了一次，而是反复不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环中，PLC还要完成内部处理，通讯处理等工作，一次循环可分为5个阶段。如图24图24PLC的扫描过程在内部处理阶段，进行PLC自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位以及完成其它一些内部处理工作。在通信服务阶段，PLC与其它智能装置实现通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。当PLC处于停止（STOP）状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC处于运行（RUN）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序执行、输出刷新工作。PLC的扫描工作方式简单直观，便于程序的设计，并为可靠运行提供了保障。当PLC安徽理工大学毕业设计7扫描到的指令被执行后，其结果马上就被后面将要扫描到的指令所利用，而且还可通过CPU内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环。213PLC执行程序的过程及特点（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。（2）程序执行阶段在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。如图25所示。图25PLC执行程序示意图（3）输出刷新阶段当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映像寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。安徽理工大学毕业设计8因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。从上述分析可知，当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入输出响应滞后。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。4PLC控制系统设计图如图26所示安徽理工大学毕业设计9图26PLC控制系统设计图214PLC选型原则当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。一方面要选择多大容量的PLC,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统安徽理工大学毕业设计10输出点的类型非常关键，如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。格能相差40以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。22钱币识别器对第二个问题，则有以下几个方面要考虑（1）功能方面所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。（2）价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价221货币识别原理钱币识别器分为硬币和纸币识别器。硬币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,完成对金属硬币的识别。纸币识别原理纸币识别器由主控部分、传感器部件、驱灯组件、A/D转换器、外部存储、电机、模式选择、电源板等组成一个单片机控制的系统,通过多个接口把紫光、磁性、红外穿透引入主控器。把正常钞票在各传感器接收到的信号进行统计取样、识别,并寄存起来,作为检测的依据。当识别纸币时,把在各通道接口接收到的信号参数与原寄存起来的信号参数进行比较、判断,若有明显差异时、但立即送出报警信号并截停电机,安徽理工大学毕业设计11同时送出对应的信号提示。荧光检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造含85以上的优质棉花,假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造,经漂白处理后的纸张在紫外线波长为365NM的蓝光的照射下会出现荧光反应在紫外线的激发下衍射出波长为420460NM的蓝光,人民币则没有荧光反应。所以,用紫外光源对钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映,可判别钞票真假。为排除环境光对辨伪的干扰,必须在硅光电池的表面安装一套透过波长与假钞荧光反应波长一致的滤色片。在荧光检测中,需要注意两个问题1检测空间的遮光。外界光线进入检测空间会造成误报2紫外光源和光电池的防尘。在点钞过程中有大量粉尘,这些粉尘粘附在光源表面会削弱检测信号,造成漏报。对第五版人民币,可同时检测荧光字无色荧光油墨印刷,用另一硅光电池检测,滤色片的透过波长和真钞荧光反应波长一致以提高辨伪效果。磁性检测磁性检测的工作原理是利用大面额真钞20元、50元、100元的某些部位是用磁性油墨印刷,通过一组磁头对钞票的磁性进行检测,通过电路对磁性进行分析,可辨别钞票的真假。在磁性检测中,要求磁头与钞票磨擦良好。磁头过高则冲击信号大,造成误报磁头过低则信号弱,造成漏报。通过控制磁头的高度由加工和装配保证和在磁头上方装压钞胶轮可满足检测需要。红外穿透检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高,因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异,用红外信号对钞票进行穿透检测时,它们对红外信号的吸收能力将会不同,利用这一原理,可以实现辨伪。需要注意的是,油墨的颜色与厚度同样会造成红外穿透能力的差异。因此,必须对红外穿透检测的信号进行数学运算和比较分析。激光检测用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字,会使荧光字产生一定波长的激光,通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制困难,故用于辨伪很准确。防夹心检测所谓防夹心检测就是在一叠钞票里剔出不同面额的钞票。根本不同面额的钞票具有不同的特征,如纸质、磁性、幅面大小等,可进行防夹心检测。目前的点销机只检测钞票的纸质、磁性的宽度尺寸,因此对于纸质、磁性和宽度相同或相近的钞票如第四安徽理工大学毕业设计12版1元和2元、5元和10元,第五版10元和20元很难区分,如果增加一组红外管,同时检测钞票的长度,这个问题可以得到有效的解决。222纸币识别器作为整个货币识别系统的核心部分,纸币控制器必须由一颗功能相对较强的嵌入式微处理器以及一系列外围器件构成。通过对各种微处理器的研究,考虑到开发成本,我们最终选用了兼容标准MCS51指令系统的AT89C52单片机是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8KBYTES的可反复擦写的FLASH只读程序存储器和256BYTES的随机存取数据存储器RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多高性低比的系统控制应用领域。纸币器中核心控制器AT89C52要采集大量实时纸币数据,以用于该纸币的处理同时还要存储许多参数以用于纸币的识别,而AT89C52自身资源有限,并不能很好地满足系统要求,明显需要扩展片外RAM和ROM。本系统中采用传统的扩展方式,即通过一片74HC373锁存器外接一片62256,而ROM的扩展则采用近年来应用很广泛的I2C总线方式,即直接用两个I/0口外接一片串行24C256。纸币器中数据采集装置采用六对发光二极管及光电三极管,而且还需要有工作模式选择,这样导致I/0口不够用。为此还要扩展输入输出接口,采用常用的8155芯片来实现I/O扩展。其主要功能是单片机AT89C52通过I/O接口控制发光二极管发光,当纸币进入时,入口处发光二极管透射过纸币的光强变弱,被相应入口处的光电三极管接受到后转换为电信号,放大后送给ADC0809,后者再传给AT89C52。经过判断,处理器直接控制电机驱动芯片L298使双向微型电机正转,电机带动捻纸皮带将纸币送进纸币器内。待最后一个光电三极采集完纸币数据后,处理器开始进行识别判断过程。工作模式选择输入是指纸币器可以有几种工作模式选择,一是上述的正常工作模式二是数据的升级模式,即在需要识别新的币种时,纸币器采集新的纸币并通过MAX232与上位控制器通信,完成一些新的参数下载三是数据采集装置中光电传感器的敏感度调整,即如果采集的电流值过小/过大而影响识别效果时,需要重新调整光电传感器的电阻使其满足识别要求四是以便日后升级而预留的模式。23人机界面231人机界面的定义连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，安徽理工大学毕业设计13实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。232人机界面（HMI）产品的组成及工作原理人机界面产品由硬件如图27和软件如图28两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机WINDOWS操作系统下的画面组态软件（如JBHMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。图27人机界面硬件构成图28人机界面软件构成233人机界面的基本功能及选型指标安徽理工大学毕业设计14基本功能A设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等B数据、文字输入操作，打印输出C生产配方存储，设备生产数据记录D简单的逻辑和数值运算E可连接多种工业控制设备组网选型指标A显示屏尺寸及色彩，分辨率BHMI的处理器速度性能C输入方式触摸屏或薄膜键盘D画面存贮容量，注意厂商标注的容量单位是字节（BYTE）、还是位（BIT）E通讯口种类及数量，是否支持打印功能234人机界面产品分类A薄膜键输入的HMI，显示尺寸小于57，画面组态软件免费，属初级产品。如POPHMI小型人机界面B触摸屏输入的HMI，显示屏尺寸为57121，画面组态软件免费，属中级产品C基于平板PC计算机的、多种通讯口的、高性能HMI，显示尺寸大于104，画面组态软件收费，属高端产品235人机界面的使用方法A明确监控任务要求，选择适合的HMI产品B在PC机上用画面组态软件编辑“工程文件”C测试并保存已编辑好的“工程文件”DPC机连接HMI硬件，下载“工程文件”到HMI中E连接HMI和工业控制器（如PLC、仪表等），实现人机交互24电源PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。安徽理工大学毕业设计153硬件设计31器件选择311PLC本次设计选择三菱FX2N32MRPLC如图22，具体参数见,表31表31三菱FX2N参数项目规格摘要电源规格AC电源型100V240VDC电源型DC24V耗电量AC电源型30VA16M,40VA32M,50VA48M,60VA64M,70VA80M,100VA128MDC电源型25W32M,30W48M,35W64M,40W80M冲击电流AC电源型最大40A5MS以下/AC100V,最大60A5MS以下/AC200A24V供电电源AC电源型250MA以下（16M,32M460MA以下（48M,64M,80M,128M输入规格DC输入器DC24V7MA/5MA无电压触电、或者NPN开集电极晶体管输入AC输入型AC100120VAC电压输入输出规格继电器输出型2A/1点、8A/4点CIM8A/8点COMAC250V,DC30V以下晶体管输出型05A/1点（Y000Y001为03A/1点）、08A/4点COMDC5VDC30V晶闸管输出03A/1点，08A/4点公共，AC85242V电源输入输出输入输出扩展可连接FX2N系列用的扩展模块以及FX2N系列用的扩展单元。程序内存内置8,000步RAM（电池支持）、注释输入、可RUN中写入；安装有存储盒时最大可扩展到16,000步时钟功能内置实时时钟（有时间设定指令、时间比较指令，具有闰年修改功能）指令基本指令27个、步进梯形图指令2个、应用指令132个运算处理速度基本指令008S/指令，应用指令152数100S高速处理有输入输出刷新指令、输入滤波调整指令、输入中断功能、定时中断功能、计数中断功能、脉冲捕捉功能最大输入出处点数256点辅助继电器、定时器输入输出器3,072点、定时器256点性能计算器一般用16位增计数器200点，一般用32位增减计数器35点高速用32位增计数器减计数器1相60KHZ/2点2相30KHZ/1点安徽理工大学毕业设计16数据寄存器一般用8,000点、变址用16点、文件用在程序区域中最多可设定到7，000点模拟电位器通过FX2N8AVBD型的功能扩展板，可扩展8点功能扩展板可以安装FX2NXXXBD型功能扩展板特殊适配器可以通过FX2NCNVBD连接特殊扩展可连接FX0N、FX2N系列的特殊单元以及特殊模板。显示模板可外装FX10DM也可以直接连接GOT,ET系列人机界面）对应数据通信对应数据连接RS232C、RS485、RS422、NN网络、并联链接、计算机链接CCLINK、CCLINK/LT、MELSEC1/O链接其他外围设备的机型选择选择FX2NC或者FX2C但是选择FX2C时使用限制选择三菱FX2N系列的PLC因为FX2N系列PLC价格较为合适，并且本设计需要的基本功能及扩展功能都能够满足，此PLC具有内部存储功能、具有24V供电接点、RS232C、RS485、RS422接口等，还有与人机界面直接相连的接口312人机界面本次设计选择深圳威纶MT6050I人机界面如图31，参数如表32图31人机界面表32人机界面参数威纶触摸屏MT6050I产品特点43”480272支持USB20下载线169TFTTCL无风扇冷却系统LED背光模组400MHZCPU128MB内存产品规格显示器43“,WIDESCREEN处理器32BITRISC400MHZ内存（DRAM）64MBDDR2ONBOARD安徽理工大学毕业设计17闪存128MBFLASHMEMORYONBOARDUSERPROJECTSIZE16MBDATAANDEVENTLOGSIZE50MB通讯口RE232/RS4852W/4WCPUHOST无CPUCLIENTUSB20X1SD插槽无内部时钟内建电源输入24_40VDC250MA24VDC外形尺寸WXHXD12810238MM开孔尺寸WXH11993MM重量约03G使用软件EB8000V200ORLATER威纶触摸屏MT6050I控制面板触控类型4线电阻式触控方式连续式透光度80以上触控次数至少100万次威纶触摸屏MT6050I环境规格操作温度045C（32113F相对湿度109040C无凝露震动测试10TO25HZX,Y,Z方向，2G30分钟）电磁干扰符合FCCCLASSACE认证EN550222006，CLASSA,EN61000322006,EN61000331995A12001A22005防水性前面板符合NEMA4/IP65MT6050I威纶人机LCD显示器显示类型TFTLCD显示尺寸（对角）43”显示色彩65,536色分辨率480272映像点间距03210370对比度5001视角（）40/60/60/60T/B/R/L亮度（CD/M2450背光灯LED背光灯寿命30,000小时本设计选是因为若是控制版面出现问题则人机界面可以代替版面进行交易，保证交易的持续进行。威纶的人机界面具有自带的编程软件价格也比较合适，其设备适用于自动售货机的构架，通信接口为RS232C，可直接与PLC相连。因此选择此人机界面。安徽理工大学毕业设计18313钱币识别器本设计选择吉鸿电子V7E纸币识别器，如图32。其参数如表33择深圳威纶MT6050I的人机界面，使用EB8000V200编程软件。选择人机界面图32纸币接收器表33纸币接收器参数产品规格1一般规格接受率96界面PULSEICTPROTOCOLMDB、ID003或者其他选择。例如PULSEMDB接收时间至压钞结束约3秒接受宽度6272MM接受面四面皆可安装场所室外2用电规格电源12VDC1024VAC1034VDC20V425V耗电量12VDC待机功能率36W工作功率216W最大值30W运作环境运作温度0C55C储存温度30C70C湿度3085RH（无水珠凝结状态）安徽理工大学毕业设计193机器规格纸钞容量约200张纸钞（200250）外观尺寸塑胶旋钮铁制管状锁重量约125公斤钱箱盖锁种类标准配置塑胶旋钮（带锁霄订购）本次设计选择吉鸿电子V7E钱币识别器，本钱币识别器内部设有程序可自动识别假币，并且配有通信协议，在于PLC连接后可直接用PLC编程控制，价格较市场其他同类产品较合适。314硬币识别器本设计采用吉鸿电子UCA系列硬币识别器如图33，具体参数如表34、35图33硬币接收器表34硬币接收器参数一般规格接受率96以上接受速率约3枚/秒介面PULSE,RS232TTLLEVEL硬币接受尺寸UCA1UCA2直径16MM33MM厚度16MM33MMUCA3UCAE直径19MM33MM厚度16MM33MM用电规格电源12VDC10V16VDC耗电量待机功率005A,06W工作功率02A,24W最大消耗功率05A,6W操作环境操作温度5C60C储存温度20C75C安徽理工大学毕业设计20湿度3085RH无水珠凝结状态）表35介面使用电压用法线材电源及材料传输WELRMS03电源及材料传输WELRMS02（另购）PULSE10V16VDC延长线CURMS0310V16VDC电源WELRMS03RS2325VTTL资料传输WELR7U06本次设计同样选择吉鸿电子的硬币识别器，其与PLC直接通过RS232连接，之间的通信协议与纸币识别器相同，价格也较合适。315通信设备及报警器本设计选择GRM200通信设备如图34图34GR通信设备GRM200智能短信报警控制器是一款具有PLC和RTU功能GSM远程测控终端。它使用GSM（控制器需插入手机SIM卡）作为通讯手段，采用工业级设计标准，可以作为报警主机单独使用，根据本机自带的开关量和模拟量输入产生报警，并可实现联动输出。同时GRM200自带通讯口，可以和西门子，三菱，欧姆龙PLC或MODBUS设备连接，实现短信远程控制，远程报警，远程维护，远程催款等。GRM200系统采用组态配置的形式，支持各种表达式报警，定时控制，逻辑控制，具安徽理工大学毕业设计21备PLC灵活的编程功能。使用GRM200无线控制，无需铺设通讯电缆和现场值班人员，降低了系统建设成本和维护成本。图35通信模块功能图右图35看出功能如下1短信控制器通过RS485和PLC连接，读取被监控设备的状态。2若被监控设备出现故障，短信控制自动发送报警短信到指定的值班人员手机，并支持短信前先拨号响铃。3值班人员可发送手机短信给短信控制器，然后控制PLC的输出，可实现设备启停，参数设置，故障复位等。操作成功完成后，短信控制器会发确认短信通知值班人员。4报警产生后，可以通过短信控制器的继电器输出切断设备电源。可短信撤防或布防。5可定时发送PLC的信息到值班人员手机。6短信控制器自带4路数字输入，4路继电器输出和4路模拟量，可以降低PLC系统的成本。7可完成PLC的短信远程控制，远程维护，远程调试，远程催款。安徽理工大学毕业设计22图36通信模块外部显示外部显示如图36可靠性保证1可以将高优先级的报警设置为必须短信确认。若值班人员未确认此报警，则报警信息会按照设定的时间间隔，不停的发送给值班人员。并可先拨打值班人员手机，再发短信。2短信控制器可以定时发送设备信息，保证值班人员时刻掌握设备情况，做到防患于未然。3若短信模块所处位置手机信号偏低，短信模块自动发送提醒短信。4值班人员可以主动发送短信，随时查询当前的报警状况或者控制PLC运行。5对于要求非常高的场合，可以使用两个短信控制器互为冗余，平时一个短信控制器处于工作状态，另外一台处于备份状态。若一台短信控制器无网络信号或者出现故障，另外一台短信控制器自动由备份状态切换到工作状态，来完成报警监控功能。6采用工业级设计，通讯端子和输入端子均采用光电隔离技术。通过最严格的4KV快速脉冲群测试（对通讯和电源）和8KV静电抗干扰测试，轻松应对各种严酷的工业环境。本设计加入通信模块可实现自动售货机与配送车辆，终端控制部门的联系，保证售货机的正常运转。315本设计器件选择汇总如表36表36器件汇总安徽理工大学毕业设计23器件型号PLC三菱FX2N80MS人机界面深圳威纶MT6050I纸/硬币识别器吉鸿电子V7E/UCA通信设备及报警器GRM20032自动售货机操作面板及PLC连接图本设计的自动售货机的控制面板如图37图37控制面板PLC接线图如图38安徽理工大学毕业设计24图38PLC接线图安徽理工大学毕业设计254程序设计41自动售货机售货过程程序自动售货机的交易过程如图41图41交易流程图自动售货机设计流程图如图42安徽理工大学毕业设计26投币计数累加比较币价钱币不足选择饮料花茶减去花茶用币是否退币退币计数钱币退至退币箱结束减去汽水用币减去咖啡用币汽水咖啡NY钱币不足假币自动售货机遭破坏报警饮料不足通信模块送货部门图42自动售货机设计流程图安徽理工大学毕业设计27I/O口分配如表41表41口地址分布输入信号输出信号汽水按钮X0汽水排出电磁阀Y0花茶按钮X1花茶排出电磁阀Y1咖啡按钮X2咖啡排出电磁阀Y2一元投入按钮X3退币电磁阀（一元）Y3五元投入按钮X4退币电磁阀（十元）Y7十元投入按钮X5汽水指示灯Y4复位按钮X6花茶指示灯Y5退币按钮X7咖啡指示灯Y6下位机程序的编制是利用三菱的PLC专用编程软件FXGPWIN完成的。在设计的过程中，就像上面所叙述的那样，并非孤立地分别进行上位机和下位机的设计工作，而是互相配合的。因此在以下的详细设计过程中，并没有将上位机的设计与下位机的设计整体分开来写，而是相互交替，同时尽量清晰地叙述，在相应的设计部分中注明是上位机的设计还是下位机的设计。现在我们具体分析一下程序过程为了方便分析，我们以一次交易过程为例。初始状态此时不能购买任何商品。投币状态顾客投币，显示投入总值，即余额数值，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。购买状态按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。退币按钮按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。按下确认钮，则恢复初始状态。到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。可以把一次交易过程分为几个程序块运行初期清零过程；投币过程；价格比较过程；选择商品过程；退币过程。运行初期清零过程程序如图43安徽理工大学毕业设计28图43清零程序从上的梯形图，D0是存放余额的数据寄存器，首先要对其进行清零。不仅需要在完成一次交易后自动清零，而且也能让卖主自己手动清零。所以用X6和M8002同时可以控制清零指令投币过程在投币的过程中，每投下一枚硬币，投入显示将增加相应的币值，余额也增加同样币制。先建立变量表，在编写程序。当按下投入1元时，相当于M1接通，之所以用一个微分指令，就是要只在接通时检测一次，不能永远加下去。投入1元要投入显示、余额显示都相应增加相同数值，加法是由16位加法指令ADD来实现的。投入5元、10元，原理同上。具体梯形图如图44图44投币程序3）价格比较和选择过程价格的比较要贯穿实验过程的始终，只要余额大于某种商品价格时，就需要输出一个信号，提示可以购买。这里用指示灯来代表此信号。安徽理工大学毕业设计29在梯形图中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M6,在程序执行过程中，M4始终保持闭合，CMP是16位数据比较指令，用它来比较余额和商品的价格，M6是大于价格，M5是等于标志。再用定时器和M8013控制Y4，实现按下选择按钮并且余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯闪烁表示可以购买该种商品。一旦选择了相应的饮料，闪烁时间到，就驱动相应的饮料的电磁阀，电磁阀自己控制饮料流出时间。具体梯形图如45、46所示图45价格比较安徽理工大学毕业设计30图46价格比较退币过程因为选择商品和退币是相互制约的，顾将这两个放在一起进行讨论。顾客一旦选择了商品，就要用余额减去商品相应的价格，得出最新的余额，而且选择按钮必须是点动的，一次只有一次脉冲，保证SUB指令不会一直减下去。而且不同商品的选择按钮是相互制约着减法指令的。减法运算后的结果任放在D0中。梯形图如图47所示图47减法运算退币的过程我们用到了除法运算，除法指令DIV将余额D0除以10，得到的商放在D1中，余数放在D2中。然后将D1和D2分别赋值给计时器T3和T4，再用一个周期为01秒的时钟脉冲控制退币个数。具体梯形图如图48、49所示图48赋值定时器安徽理工大学毕业设计31图49赋值定时器并退币42人机界面设计在自动售货机面板出现问题时可使用人机界面中的触摸屏进行交易，在这里将介绍深圳威纶人机界面设计出自动售货机交易版面如图410所示。图410人机界面交易版面其中“汽水”“花茶”“咖啡”“复位”“退币”“余额”的地址与面板中的一致如图411、412、413、414、415、416。安徽理工大学毕业设计32图411汽水地址安徽理工大学毕业设计33图412花茶地址安徽理工大学毕业设计34图413咖啡地址安徽理工大学毕业设计35图414复位地址安徽理工大学毕业设计36图415退币的地址安徽理工大学毕业设计37图416余额显示进行离线模拟后得到如图417结果安徽理工大学毕业设计38图41743钱币识别器程序简介本次设计使用得钱币识别器与PLC之间可直接进行连接，并且钱币识别器配有通信协议。V7E钱币识别器采用全双工传输，传输速度达到9000BPS，通信方式为异步通信采用的内置数据格式为BAUDRATE9600BPSSTARTBIT1DATABIT8PARITYBITEVENSTOPBIT1XPARAMETERNONE钱币识别器的工作步骤如下首先钱币识别器进币口不断的进行扫描，当检测到有钱币进入后向控制终端发送钱币信息，而控制终端在两秒内做出回应动作，此时用户与钱币识别器成功进行交流。若出现例外如控制终端没有在两秒内做出回应，则先阻止买家进行交易并设置钱币识别器“抑制”状态。这时候控制终端可以重新发送响应信号，而买家可以随时重新进行交易。如图418安徽理工大学毕业设计39图418钱币识别器识别第一步当钱币识别器接受不同的钱币后向终端发送不同的信号，然后终端做出不同的信号回应。若出现堆叠则发送特定的信号，并在钱币接受完成后发送接受信号，终端也会做出回应。如图。当出现例外时，若没有在5秒内做出接受或者拒绝，此情况出现三次后则对终端发送一个通信失败的命令。如图419。安徽理工大学毕业设计40图419是钱币识别器第二步图420钱币识别器出现错误当出现各种错误出现时钱币识别器会向终端每30秒发送相应的代码。如图420安徽理工大学毕业设计41图421钱币识别器各种地址各种指令的地址如图421安徽理工大学毕业设计42结论本次毕业设计我选择的题目是自动售货机的控制，自动售货机顾名思义能够实现自动售货，因此要求自动售货机的整个控制系统能够在无人的情况下进行，并且不轻易出现差错。自动售货机在国外的发展较为良好，得到了较大范围的普及。目前自动售货机已经涉及各个领域，不再仅仅停留在饮料的贩卖，受到了各国人民的支持。本设计的题目为控制，因此在完成自动售货机的基本功能如钱币识别、退币找零等后加入自动售货机的各种控制方面例如通信控制，控制自动售货机与外界的联系，使控制中心能远程控制自动售货机。控制界面方面我加入人机界面使客户能够更直接方便的进行交易，也保证了自动售货机的工作持久性。本次设计由于本人中间参加研究生考试复试所以时间较为紧张，还有有些方面考虑不完善，有以下问题待解决自动售货机出货电磁阀设计、自动售货机交易以外的一部分程序设计、交易中使用的钱币面值有限制，只考虑到1元5元10元的面值，并未设计出更高的面值。目前自动售货机在中国的发展速度非常快前景非常好，能够有效利用资源，不需要占用较大的地方也方便了人民的消费。随着各种器件的更新，各种技术的发展相信在将来自动售货机的研究必然会更加深入，更加具有科技含量。安徽理工大学毕业设计43参考文献1廖常初PLC基础及应用M北京机械工业出版社，20042王兆义可编程序控制器教程M北京机械工业出版社,20053李辉S7200PLC编程原理与工程实训M北京北京航空航天大学出版社,20084廖常初S7200PLC编程及应用M北京机械工业出版社,20075李艳杰S7200PLC原理与实用开发指南M北京机械工业出版社,20096余世明自动售货机研究现状及展望M杭州浙江工业大学,20077DARRELLGRADEMACHERCARDORCASHACTUATEDVENDINGMACHINEASSEMBLYMUSUNITEDSTATESPATENT19958JAMESASATCHELL,JRETALVENDINGMACHINEANDCOMPUTERASSEMBLYMUSUNITEDSTATESPATENT19989JOHNMILLERETALVENDINGMACHINECONTROLLERANDSYSTEMMUSUNITEDSTATESPATENT199910陈涛货币识别器的原理与设计M贵阳贵州大学2004安徽理工大学毕业设计44致谢在本次毕业设计中，我得到了指导老师李振壁、赵柏亭老师的精心指导，李老师、赵老师为了我们的毕业设计经常熬夜加班为我们提供各种资料和见解，帮我们解决各种困惑和问题，为我们以后更好的进入工作单位或者继续学习提供了珍贵的帮助。本专业研究生卢军学长也给了我很多帮助，在他的帮助下完成了钱币识别器和通信模块的部分。本组成员一起完成了对其他人最后格式的检查。在此感谢老师和同学的无私帮助，感谢培养我四年的学校。薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀