PLC控制的自动售货机设计

1、任务书毕业设计课题方向：方案设计题目:plc控制的自动售货机设计完成日期：20xx年5月21日一、题目来源自动售货机在售卖物品时，用户可以通过投入钱币进行购买物品，收银结算比较方 便。自动售货机同时可以吐出零钱用来给用户找零，其次自动售货机可以每天24小时 售货，不会因为像普通丿占铺一样要人员来看守进行售卖，这样省去了人员的工资；并且 在一些人口流量大，位置好的店铺租金高，而自动售货机占用面积少，减少了成本的投 入，减少了门面租金的成本，从而节省营业支出，给卖家提供最大利益，自动售货机用 电比较方便只要提供普通居民用电。具2016年3月13 h,全国人大代表、央行副行长 陈雨露透露，1元硬币化

2、并不是仅在山东省实施，而是全国性的统一安排，将逐步在各 地推广。而1元硕币的投放有利于自动售货机的推广应用，所以硕币识别述需要。而现 在人们有不喜欢携带太多硬币出门，因为携带太多硬币不方便放在钱包、口袋里。并且 容易丟失，而纸币面额大，方便携带和使用，所以自动售货机要是能识别纸币和硬币自 动售货机这一销售渠道将进一步得到推广应用。二、设计要求：（包括原始数据、技术要求、工作要求、作品要求）原始数据硬币识别器bd-8g,纸币识别器tcn-7-3b,减速电机xinx-37j, x7-200系列plc4 个不同的基本型号的8种cpuo技术要求1. 设计一台自动售货机，要求能完成对货物信息的存取，能识

3、别硬币和真假纸币，和 找零。2. 该自动售货机可自动出售8种不同的商品、基本货币单位为1元。3. 若顾客投的钱币数大于或等于所购买商品单价，则自动售货机会送岀所选的商品，若投的钱数不够，白动售货机不作响应继续等待顾客的下次操作。顾客的下次操作可以 继续投币，直到钱数到达所选商品的单价为止，从而完成购买也可以直接按相应按键退 币，退出交易。4.顾客投币后可通过按键对所需要购买的商品进行选择，选定后在岀货，如果需要找零 就进行找零,同时结束本次交易。工作内容和要求：（1）对自动售货机的控制功能需求进行分析和研究，在此基础上提岀能够识别便币和 真假纸币的自动售货机，并能退币找零。（2）在充分研究自动

4、售货机的售货方法后，采用弹簧岀货机构。（3）改进自动售货机控制系统功能并完成控制程序设计。三、个人重点设计一种能够自动识别硬币和真假纸币的售货机，并能退币找零。四、各阶段时间安排，应完成的工作量：序号各阶段工作内容起讫日期备注1确定选题，收集资料20xx 年 2 月 24 口至 20xx 年3月15 fl2整理资料，撰写初稿20xx年3月15日至20xx 年4月3日3通过老师审查，完成第 一次修改20xx年4月3日至20xx年4月23 口4通过老师审查，完成第 二次修改20xx 年 4 月 23 h 至 20xx 年5月5日5论文定稿，上交20xx年5月5日至20xx 年5月18 a6毕业答辩

5、准备20xx年5月18日至20xx 年5月22日五、应阅读的基本文献目录：1 张晓锋，张静电气控制与可编程控制技术及应用北京国防工业出版社，2010.2 王鑫.plc机电控制系统应用设计技术.北京电子工业出版社，2010.3 张万忠.可编程控制器入门与应用实例（西门子s7-200系列）北京清华大学出版社， 2007.4 董淑玲plc在自动售货机控制系统中的应用上海师范大学学报，2007.5 宋伯生plc编程控制指南北京机械工业出版社,2007.6 史国生.电气控制与可编程控制技术.北京化学工业出版社，2004.7 吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用北京机械工业出版社，2003.8 程周可

6、编程序控制器原理与应用北京高等教育出版社,2003.9 吴建强，姜三勇可编程控制器原理及应用哈尔滨工业大学岀版社，2000.指导教师签字：黄冬来20xx年3月30日教研室主任签字：黄冬来20xx年4月15日院长（副院长）签字：年 月 日plc控制的自动售货机设计摘要随着科技的不断发展，plc在工程屮的应用大家有冃共睹，plc在各个领域已占得 一席z地，并将有更好的发展。我国人口数量庞大，自动售货机在人们的生活中扮演越 來越重要的角色，从长远来看其具有广阔的发展空间。本次设计的自动售货机为饮料自 动售货机，贩卖的商品性质明确，适用于放置在短时间人口流动比较大的地方。首先通 过与单片机和继电器等控

7、制的对比，确定采用plc来控制自动售货机，然后分析自动售 货机的结构和工作原理，明口自动售货机的贩卖过程，以便为硬件的选择做准备。通过 自动售货机的功能分析作出硬件框图，根据硬件框图选择所需要的plc、货币识别器、 电动机和接触器。根据i/o分配表对plc选型，并画出外部接线图。根据控制系统流程 图编写符合自动售货机功能的程序。如果购物后有剩余金额，则可按退币按钮退币。【关键词】:自动售货机；plc；梯形图；design of automatic vening machine controlled by plcabstract:with tpe oouirwus cfevdcpient of

8、scierce and ledmlcgy, tte applicaticn of p lc in eigineering flc has eraybo® be dvicus to pecple occiy a 耳ace ftr ere pernn i n eray field axl will havb better chlcpihit qiirn s hje pcpulaticn the vmiirg irachine is playirg a nm? and nar inprtait role in pcrple s lifq in the lcrg tarn it has b

9、read 彰ice fir ctevekpmt cf aitaiatic voiding the cfesigi cf the ntxhine fcr fevers vend irig itethig tte nature of tte gxris sold in tte clear; is aipted to be placed in a s hext tine the pcpilaticn flav is big plan fiist, by ccntrast with the mu ard relay ocn trol,a±pt11cto ccntrolthe aitcnnti

10、cvmjing nbchii axl thmanalyzesthe stricture aid oking principle of aitoiutic vendirg nbchinq, aitoiutic wnding pracss soc vendirg nbchin? ,inctiferto帆fixthe selecticncfhardvare the fincticncf thevending ntrhineto mte analysis according to tte hardware block diagran of hardware diagtan to select tte

11、flccurrary ichitifier; electric afechineanda ccntactcr: selecticn cf flqand drav theexternal wirirg di龍rm fiun tte i / 0 distributicn acccidirg to the ccntrol systan flav chart cfthopmgraii withtho fircticncfaitcnntic vendirg nadhim ircgraii if rppirgafter the ihitiining anmt, press back butten coin

12、s coinkeywords : vending machine; plc; ladder diagram;中文摘要、中文关键词2英文摘要、英文关键词3第一章绪论41.1自动售货机的研究背景及意义41.2研究自动售货机的目的5第二章自动售货机的功能分析72. 1自动售货机的介绍72.2自动售货机的功能分析82.3自动售货机主控单元的确定12第三章自动售货机的硬件部分183. 1控制电路硬件组成框图183.2确定自动售货机使用的plc类型183.3货币识别器选型223. 3. 1硬币的识别原理223. 3.2纸币的识别原理233.4自动售货机电机及其它选择24第四章自动售货机的软件设计254.1

13、自动售货机的控制系统流程254.2自动售货机控制程序设计26第五章自动售货机系统调试安装与维护315. 1系统调试315.2安装注意事项315.3日常维护32结论34参考文献35致谢36附录37自动售货机的控制程序37第一章绪论1.1自动售货机的研究背景自动售货机最早出现在20世纪60年代的欧美，当时在美国的地铁站中。 人们可以用1美分在自动售货机上购买到一块口香糖。这便是最早的自动售货 机。自动售货机作为一种全新的零售方式，20世纪80年代以来，自动售货机在 美、日等发达国家得到了迅速的发展和普及。其产品特点是科技含量高，集光、 机、电、防伪识别、数字密码、智能软件等技术于一体；24小时服务

14、，售货便 利，无需专人看守，省人工，省成本；售货范阖广，人们通过自动售货机不仅 可以买到饮料、食品、香烟、报纸、卡、票，其至小宠物和鲜花等物品；此外 它还是一种新颖独特的广告媒介。目前，自动售货机己经在多个国家和地区使 用。根据美国自动世代统计，日本平均每23人就拥有一台自动售货机、美 国平均每40人就有一台、欧洲每60人一台。在邻国h本，全国市场70%的罐装 饮料是通过自动售货机售出的，每个人一年投入自动售货机用于购物的货币高 达400多美元；根据日本麒麟啤酒公司调查，一台自动售货机每年可售出上万 罐清凉饮料，比一般商品的销量还要大，美国可口可乐公司则拥有分布于世界 各地的儿十万台饮料售货机

15、；在西班牙全国通过自动售货机售出的商品销售额 占全国零售业的六成以上，并以每年10%的速度递增。全世界约有1800万台自 动售货机处于运营屮，包括自动售货机制造与运营在内的整个行业年销售额超 过2500亿美元，自动售货业已成为零售业增长最快的行业之一。自动售货机在我国的安放和使用，己经有20多年的时间，但一直没有全面 普及。我国自1993年开始从日、韩等国引进自动售货机并投放中国市场。1995 年第一台国产自动售货机在北京诞生。1999年国产自动售货机形成规模生产并 批量投放市场。相对于口本、美国等发达国家，我国目前市场运营的自动售货 机数量还很少。随着我国零售业态的不断发展，我国无店铺销售业

16、获得了良好 的环境和契机。2012年全国共有各类自动售货机约32000台；2013年同期，这 一数字上升至45000台，年涨幅达40.6%o从自动售货机的业务量上来看，平均 每月每台售货机营收在5000元左右。按照这一数据进行估算，目前每月在自动 售货机上产生的支付金额约为2.25亿，全年总和约30亿。自动售货机产业正在 走向信息化。例如实行联机方式，通过电话线将自动售货机内的库存信息及时 地传送各营业点的电脑屮，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。在夏季电力消费高峰时，这种机型

17、的 自动售货机即使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 省资源和能源以及多功能化的方向发展。自动售货机这种全新的零售方式已逐 渐被国人所接受和信赖。随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不 断提高，自动售货机也己悄然步入了我国的城市。自动售货机在我国的城市发 展势头菲常迅猛，码头、汽车站、火车站、机场、酒店宾馆、大学校园、繁华 的街道等地方随处可见自动售货机的身影。据统计，很多城市摆放了各种自动 售货机，而这还不足以满足地铁和公交车站的等需要。自动售货机给人们的生 活带来了极大的方便。在国家相关

18、政府部门的大力支持下，我国的自动售货机 产业以超常规的速度迅猛发展，并带动了一批新的服务业、物流运输配送业的 快速发展，丰富了我国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助服 务的时代。1.2研究自动售货机的目的自动售货机从广义来讲投入硬币、纸币，后便可以销售商品的机械，从狭 义来讲就是自动销出售商品的机械。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。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，有吸引人们好奇心购买的自身性 能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由劳动密集型的产业构

19、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、百货购物中心等流通渠道的人工 费用不断上升；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。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，目前已在多个国家 得到广泛普及。据业内人士估计，我国的自动售货机拥有量还不满足人们的需 求，但相对于13. 68亿的人口大国和零售业态发展的趋势而言，我国自动售货机行业的发展空间广阔。1.2.1本设计研究的内容本课题采用西门子s7-200plc对自动售货机控制系统进行设计。（1）通过与单片机、继电器、plc在各个方面的比较，确定

20、自动售货 机的主控单元是plc。（2）通过对自动售货机的售货方法分析确定采用双弹簧出货机构，直 流电动机驱动。（3）根据系统需要确定白动售货机的硬件，通过硬件框图选择硬件部 分。根据自动售货机的功能选择货币识别器和电动机以及接触器的选择。通过 i/o列表确定plc类型，做出硬件连接图。（4）根据控制功能图进行性梯形图设计，软件要结合硕件的性质选择 合适的数据寄存器以及根据功能使用合适的算法。第二章自动售货机的功能分析2. 1自动售货机的介绍公元1世纪，希腊人希罗制造的自动出售圣水的装置是世界上最早的自动售 货机。1925年美国研制出售香烟的自动售货机，此后乂出现了出售邮票、车票 的各种现代自动

21、售货机。现代自动售货机的种类、结构和功能依出售的物品而 异，主要有糖果、饮料、报纸等自动售货机。一般的自动售货机由钱币装置、 指示装置、贮藏售货装置等组成。钱币装置是自动售货机的核心，其主要功能 是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。如果投入的金额达到购 买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。指示装置用以指示顾客所选商品 的品种。贮藏售货装置保存商品，接收出售指示信号，把顾客选择的商品送至 付货口。一般售货机的钱币装置由投币口、识别装置、确认钱币真伪的检查装 置、计算金额的计算装置和找钱装置组成。自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日木和欧美发展 起来。它乂被称为

22、24小时营业的微型超市。在日本，70%的罐装饮料是通过自动 售货机岀售的。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。在口本全国各地，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。虽然日本的自动售货机总台 数低于美国（据1997年的统计为689万台），但是，从人口占有数来看却是世界 上最高的，美国平均35人占有一台，而口本为每23人占有一台。日本第一台自动售货机是1904年

23、问世的“邮票明信片自动出售机s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。后来，由于美国的饮料大公司进入日本市场，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 口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。咖啡自动售货机是一种既可以岀冷热咖啡也可以同时岀奶茶果汁饮料的咖 啡饮料自动售货机，省时方便快捷。既可以作投资來使用，也可作为员工福利 来使用。从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由劳动密集型的产业构造向技 术密集型社会转

24、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，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，有吸引人们好奇心购买的自身性能，可以很好 地解决人工费用上升的问题等各项优点。具2012年6月份调查全国共有各类

25、自动售货机约32000台；2013年同期，这 一数字上升至45000台，年涨幅达40.6%o从自动售货机的业务量上来看，平均 每月每台售货机营收在5000元左右。按照这一数据进行估算，目前每月在自动 售货机上产生的支付金额约为2.25亿，全年总和逼近30亿。2.1.1自动售货机的优点1. 消费者无需语言交流，操作简单方便。2. 投资者不需要花费很长的时间去了解其技术，启动资金小，回收成本 快，盈利空间大。3. 其占地面积小，安置地点多，消费人群广。4. 其内部摆放货物品种多，摆放方便。5. 其可以用于广告宣传，美化环境。2.2动售货机的结构和功能分析2. 2.1自动售货机的空间结构自动售货机中

26、需要储存一定量的饮料，每种饮料都要通过货道出货，因为 该设计中出售8种饮料，所以该售货机可设置成8个货道，而且为单货道，即每种饮料占用一个货道，这样比较方便，如果以后需要扩展卖更多种商品可以 根据商品的摆放设置多个弹簧。当能购买某种饮料时，按下相应按钮电动机会 带动弹簧转动一圈，将饮料转出，掉在出货通道中，滑落到取物口。饮料在售 货机中的存放形式为每个弹簧间隔固定一个单位饮料，并且每种饮料都要与弹 簧螺距尺寸匹配，这样可将饮料卡紧不致自动掉落。在自动售货机上可以储藏 多瓶饮料，但总体数量是有限的，所以自动售货机也需要及时的补货。2.2.2自动售货机的售货方法目前自动售货机常用的岀货方法有三种。

27、一种是弹簧出货型售货机，主要 通过货道弹簧的旋转来出货，是最为常见的商品输出方式。出货准确率高。只 要商品尺寸与岀货弹簧匹配，就可以采用这种出货方式。另一种使用机械手推 货型售货机，主要依靠货道商品后面的机械手推货装置进行售卖。每个售货动 作均由精确的传感器来控制，整个收获过程精确、高效、自动化。该出货方式 适合售卖尺寸和重量比较大，形状较为规则，可以用于正立放置的商品。第三 种是升降台出货型售货机，是一种辅助出货系统，可以与弹簧出货方式或者机 械手推货方式组合使用，减少商品掉货时的损伤，用于易碎商品的售卖。本次设计的自动售货机采用的是弹簧出货机构。这种结构可以一冃了然哪 个货道有货无货，既方

28、便顾客选货，又方便工作人员即时发现货物剩余情况，在 软件部分也不用设置无货报警。由于采用弹簧出货机构，能够保证出货的可靠 性。即使将来自动售货机售卖液体软包装的货物，也不容易岀现“卡货”的现 象。2. 2.3自动售货机的功能为了方便分析，以一次交易过程为例。(1) 先是对投入的货币进行记数，并把投进的不同面值的货币进行分 类，存放到相应的货币腔中。(2) 商品价格与所投的货币比较，当所投币值超过商品价格时，相应商 品价格选择按钮发生变化，提示可以购买。(3) 在有操作显示的条件下，可以进行对商品选购的操作。(4) 选购操作进行同时，计币系统会自动进行余额的处理，相关系统并 对所选商品进行提取。

29、(5) 按下退币的按钮，计币系统会把余额以退币的形式进行退币处理并 同时把计币系统里寄存的余额清零，返回到初始状态。自动售货机屮有8种商品，可乐2元，雪碧2元，纯牛奶4元，东方树叶4 元，芬达2元，加多宝4元，健力宝2元，雀巢咖啡5元。当投入的货币小于4 大于2元时，只有纯牛奶，东方树叶，加多宝和雀巢咖啡的灯不亮，当投入的货 币超过5元时，所有商品的灯都亮，提示可以购买。当按下某种饮料按钮时， 自动售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去相应的价格同时启动相应 的屯机，提取饮料到出货口。买其它商品时也一样。操作完成，按下退币按钮, 如果不需要退币，程序复位，完成此次交易。如果需要退币，自动售

30、货机则进 行除法运算，以购买商品后所剩货币除以5,不能被5整除的余，在除1,退出 被5整除后商的张数纸币，和被1除后商的个硕币(因为本次设计只退5元纸 币和一元硬币)退回相应的货币后，并在程序中清零，完成此次交易。由此看來，自动售货机进行一次交易要涉及加法运算、减法运算、除法运 算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、 退币功能。通过操作属性可以把自动售货机分为四个过程：(1) 投币过程(2) 价格比较过程(3) 选择商品过程(4) 退币过程可以把自动售货机工作过程分为5个状态：(1) 启动状态(2) 投币状态(3) 可购买显示状态(4) 购买状态(5) 退币状态

31、初始状态：自动售货机内部各元器件都处于复位状态，内部电机停止运转, 等待投币操作。投币状态：自动售货机可以识别1元硬币，识别1元、5元、10元、20元 纸币，投入钱币后，自动售货机会进入货币比较状态，能够购买的饮料灯亮。购买状态：按下可以购买的选择按钮，所选的商品灯仍然亮，其它可选商 品灯灭掉。驱动电机启动，商品通过货道掉落到取物口。退币按钮：自动售货机计算退币钱数并退币。2.2.4自动售货机的购物使用流程自动售货机中的每一件种商品都有相对应的按钮。自动售货机里面都有存 放商品的小型仓库。消费者按下自动售货机商品对于按钮并完成付款后，该商 品对应仓库的门就会打开，并输出对应的商品。具体操作如下

32、：图22自动售货机的交易示意图1. 消费者将钱币投入投币口，钱币辨认器对所投钱币进行辨认。2. 自动售货机控制器依据所投入钱币总值将可售卖产晶信息经过选货按键 指示灯提供给消费者，由消费者自己选择所需要购买的产品。3. 按下你所选择商品所对应的按键，控制器接收到按键所传过来的信息， 驱动相应部件，售出消费者所选择的商品抵达取物口。4. 若是还有余额，则可持继续购买或者找零。5. 从退币口取出找零钱币完结这次交易。2.3自动售货机主控单元的确定自动售货机，从控制角度来看可采用继电器控制、单片机控制和plc控制。2. 3. 1方案论证(1) 方案一继电器控制它的控制核心是继电器，采用接线方式把各种

33、继电器、定时器、接触器, 按照一定逻辑关系连接起来组成控制系统，控制相关机械工作。(2) 方案二单片机控制它的控制系统是基于单片机控制，设计开发一个单片机系统，需要先设 计硬件系统、绘制硬件电路图、制作卬刷电路板、购置各种所需的电子元器件、 焊接电路板、进行硕件调试、进行抗干扰设计和测试等，需要做大量的工作、 需要使用专门的开发装置、编程语言进行编制控制程序和进行系统联机调试。(3) 方案三plc控制它的控制是采用plc的存储器,用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、 定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控 制各种类型机械的工作过程。plc是一种工业控制计算机，故

34、它的工作原理是建 立在计算机工作原理基础之上，即通过执行用户程序来实现控制要求。2.3.2方案比较2. 3.2 (1) plc与继电器控制系统的区别plc的梯形图与传统的电气原理图相似，主要原因是plc梯形图大致上沿用 了继电器控制的电路元器件符号和术语，同时信号的输入/输出形式及控制功能 基本上也是相同的，但plc的控制与继电器的控制又存在根本的不同。不同之 处主要表现在以下几个方而。(1) 控制逻辑继电器控制是采用硬件接线，利用继电器机械触点的并联或串联，及时间 继电器等组合成控制系统，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一 旦系统构成后，想再改变其功能很困难。另外继电器触点数目有限

35、，毎个只有 4-8对触点，因此继电器控制的灵活性和扩展性很差。而plc采用存储器逻辑控 制，其控制逻辑以程序方式存储在内存屮，要改变控制逻辑，只需改变程序即 可，因此灵活性和扩展性都很好。(2) 工作方式电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该闭合 的都应闭合，不该闭合的都因受某种条件限制不能闭合。而plc的控制系统中, 各内部器件都处于周期性循环扫描过程屮，各种逻辑、数值输出的结果都是按 照在程序中的前后顺序计算出的。(3) 可靠性和可维护性继电器控制使用了大量的机械触点连线较多。触点开闭合时会受到电弧的 损坏，并有机械磨损，因此可靠性和可维护性能差。而plc采用微电子技

36、术， 大量的开关由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。plc还 配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员还能动态 地监视控制程序的执行情况，方便了现场调试和维护。(4) 控制速度继电器控制是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点的开闭合 动作一般在几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题，而plc是由程 序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用 户指令的执行时间在几微秒数量级，且不会出现抖动。(5) 定时控制继电器的吋间控制是利用时间继电器。-般来说吋间继电器存在定吋精度 不高、定时范围小，且易受温度变化和环境湿度的影响

37、，调整定时时间困难等 问题。plc使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相 当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围最小可在0. 001s,最长几乎没有 限制，用户可根据需要在程序屮设置定时值，然后由软件来控制定时时间。(6) 设计和施工使用继电器控制要完成一项控制工程；其设计、施工、调试必须依次进行、 周期长，并且修改困难。工程越大，这一点就越难突出。而用plc完成一项控 制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制程序的设计可以同时进行，周 期短，且调试和修改都很方便。2.3.2 (2) plc与单片机控制系统的区别plc控制系统和单片机控制系统在很多方面有很大的区别，是

38、两个完全不同 的概念。(1) 可靠性单片机控制抗干扰能力较低，从理论要求的输入和输出总点数来看，不论 是mcs51系列还是mcs96系列单片机，都必须进行大规模的扩展，这样系统电路 更加复杂，进一步降低了系统的可靠性。而plc应用于工业理论控制，plc的可 靠性得到了工控业界的认可。（2）开发成本单片机木身售价虽然不高，但要购入单片机开发装置，如仿真器、编程器、 电源、模拟制板等，都需要不少的费用。加上开发周期中所投入的人力物力， 其价钱就远远地超过用plcff发的费用。另外由于设备是专用特殊设备，其控 制系统专用性强，通用性较差，为其投入过多的开发费用而不划算。而用plc 进行的设备开发的费

39、用都远远低于采用单片机的费用，其系统可大可小，小到 几点大到数千点甚至上万点，很好解决工业控制过程。（3）开发周期从电路设计、模拟制板、编程、仿真、调试等多要经过非常长的周期，设 计屮往往大部分的时间用在硬件设计和编程调试处理上，而对于最为重要的工 艺往往没有更多的时间考虑。而用plc进行设备控制，不会花太多精力在硬件 处理上，采用积木式结构很快可以完成系统电路。大部分精力集中在工艺的控 制和编程上，有利于设备的快速开发，程序的编辑修改，调试都可随时进行缩 短了开发时间。（4）修改和维护利用单片机开发的设备往往是专用的特殊设备，在市场往往不能找到替代 的配件，所以不便于维护。2.3.3方案选择

40、根据以上比较可知：plc在性能上比继电器控制和单片机控制的优异，特别 是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便。而r体积小、功耗 低、使用维护方便等优点。我决定以plc控制为核心，设计该自动售货机控制 系统。2.3.4 plc的部分功能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、顺序运算、计 时、计数和算术运算等操作的指令，并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容易与工业控 制系统形成一个整体，容易扩展其功能的原则而设计。” plc可靠性高，抗

41、干 扰能力强，可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电 路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有 很高的可靠性。从plc的外部电路來说，使用plc构成控制系统，和同等规模 的继电接触器系统相比，电气接线及开关触点已减少到数百点甚至数千分么一, 故障也就大大降低。此外，plc带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时 发出警报信息。在应用软件屮，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序, 使系统中除plc以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。配套齐全，功能完 善，适用性强。plc发展到今天，已经形成了大、屮、小各种规模的系列化产 品。可以用于各种

42、规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代plc大 多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年來plc的功能单 元大量涌现，使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc等各种工业控制屮。加 上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用plc组成各种控制系统变 得非常容易。易学易用，深受工程技术人员欢迎，plc作为通用工业控制计算 机。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只是用plc 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电 子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便 之门。系统的设计、建造工作量小，维护方

43、便，容易改造plc用存储逻辑代替 接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及制造的周期大 为缩短，同时维护也变得容易起來。更重要的是使同一设备经过改变程序改变 生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。体积小，重量轻， 能耗低以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于 150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理 想控制设备。plc是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业 控制用的专用计算机。因此，它的组成与一般的微型计算机基本相同，也是由 硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统和软件系统组成了

44、一个完整的plc 系统，它们相辅相成，缺一不可。plc的硬件系统主要有主机、输入/输出扩展 单元、外部设备组成，各部分之间通过线连接。其中主机由中央处理单元（cpu）、 存储器、输入/输出电路、外部设备接口、电源几大部分组成。中央处理单元是 plc的核心部件，它的功能是：（1）接受、存储用户通过变编程器等输入设备输入的程序和数据。（2）以扫描方式接收来自输入单元的输入变量、状态数据，并存入相应的数 据存储区。（3）利用错误校验技术监控存储和通信状态、诊断内部电路的工作状态、电 源状态和用户编程中的语法错误。（4）执行用户程序，完成各种数据处理、传输和存储，并根据数据处理结果, 刷新有关标志的状

45、态位的状态和输出状态寄存器的内容，产生相应内的内部控 制信号，以完成用户指令规定的各种操作。（5）响应各种外围设备的要求。存储器是plc的另一主要部分，存储器主要用来存放系统程序、用户程序 和数据。根据存储器在在系统中的作用，可将其分为系统存储器和用户存储器。系统程序存储器用来存放制造商为用户提供的监控程序、模块化应用功能 子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其他关，管理程序。系统程序直接影 响着plc的整机性能。系统程序需要永久保存在plc中，不能因关机、停电或 其它部分出现故障而改变其内容。因此，系统程序需固化在只读存储器rom中, 作为plc的一部分提供给用户，用户无法改变系统程序的内容

46、。用户数据存储器是专门提供给用户存放程序和数据的，用户存储器游客分 成用户程序存储器和用户数据存储器。用户程序存储器用来存储用户编写的程 序，用户数据存储器用来存储控制过程成中不断改变的信息，如输入/输出信号、 各种工作状态、计数值、定时值、运算的中间结果等。输入模块用来接受和采集输入信号，输入信号有两类：一类是按钮开关、 行程开关、数字拨码开关、接近开关、压力继电器等提供的开关量输入信号； 另一类是从电位器、热电、测速电机、各种变频器来完成连续变化的模拟量输 入信号。输入模块还需要将这些不同的电平信号转换成cpu能识别的数字信号。输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现

47、场 执行部件能接收的信号，用来控制接触器、电磁阀、调节阀、调速装置等。第三章自动售货机的硬件部分自动售货机的硬件部分包括主电路部分和控制电路部分的硬件。控制部分 中plc的选型和货币识别器的选型。根据i/o分配表选择出plc,并列出外部接 线图。根据z前对自动售货机的功能介绍，选择货币识别器。最后选择自动售 货机上的主电路部分的硬件。3.1控制电路硬件组成框图自动售货机的控制硬件部分包括plc、货币识别器、各种按钮、各种指示灯 和接触器。图3t自动售货机控制部分硬件组成框图3.2确定自动售货机使用的plc类型plc控制在逻辑简单、控制速度快、且便于维护。plc是建立在单片机上的 产品。单片机是

48、一种集成电路，不具可比性。单片机可以构成各种各样的应用 系统，从微型、小型到中型、大型都可，plc是单片机应用系统的一个特例。通 过对各种控制的优缺点分析，各适用于不同控制要求的场合。对于自动售货机 的要求来说。要求控制速度快、灵活、可靠性高、易于维护和改动。它少了继 电器控制的笨重和单片机控制的复杂性。但分析各种厂家生产的plc,根据对该 自动售货机的功能分析确定该自动售货机有14个输入点和24个输出点，14个 输入包括开始按钮、货币识别感应器和饮料选择按钮以及退币按钮。输出点包 括4个货币识别指示灯、8个饮料指示灯、8个饮料输岀、2个退币以及2个特 殊的指示灯。s7-200是一种小型的可编

49、程序控制器，适用于各行各业，各种场 合中的检测、监测及控制的自动化。s7-200系列的强大功能使其无论在独立运 行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。s7-200系列出色表现在以下儿个方面：(1 )极高的可靠性。(2 )极丰富的指令集。(3 )易于掌握。(4 )便捷的操作。(5 )丰富的内置集成功能。(6 )实时特性。(7 )强劲的通讯能力。(9 )丰富的扩展模块。s7-200系列plc有4个不同的基木型号的8种cpu供选用。cpu单元集成的24v负载电源:可直接连接到传感器和执行器，cpu221, 222 具有 180ma 输出，cpu 224, cpu 224xp, cpu 226 分别

50、输岀 280ma, 400ma,可 用作负载电源。cpu 221226各有2种类型cpu,具有不同的电源电压和控制 电压。cpu 221具有6个输入点和4个输出点，cpu 222具有8个输入点和6个输 出点，cpu 224具有14个输入点和10个输岀点，cpu 224xp具有14个输入点 和10个输出点，cpu 226具有24个输入点和16个输出点。因此选用s7-200系 列cpu 226的plco关于plc的具体分配如表3-1所示。因为plc的输入端内部本身有24v的电源，所以输入部分不用外接电源， 而在输出端需要外接电源。各种指示灯和接触器可以用同一个电源，因此，不用将各个输出分开个供电。

51、货币识别器识别币种后，将各种不同的货币放在不同的部位10. 1、10.2、 10.3、10. 4分别为代表1元硬币和5元、10元、20元纸币的投入。货币识别器 每识别一次，开关接通一次，相当于投入一个货币。该plc自动售货机i/o接线图中，plc元件10. 5, 10. 6, 10. 7, ii. 0、ii. 1、 11.2. 11.3. 11.4是选择控制按钮，选择可乐，雪碧，纯牛奶、东方树叶、芬 达、加多宝、健力宝、雀巢咖啡。q0.4, q0. 5, q0.6, q0. 7、q1.0、q1.0、q1.2、 q1. 3是作为指示灯的输出。当投币后选择可乐、雪碧、纯牛奶、东方树叶、芬 达、加多

52、宝、健力宝、雀巢咖啡时的指示灯起引导购物作用 确定了 plc的类型，完成对各个点的分配，那么plc的外部接线如图3-2所示。表3-1输入输出设备输入设备输出开始按钮sb010.01元灯l1q0. 01元gy110. 15元灯l2q0. 15元gy210.210元灯l3q0. 210元gy310.320元灯l4q0. 320元gy410.4可乐灯l5q0.4可乐按钮sb110.5弄碧灯l6q0. 5雪碧按钮sb210.6纯牛奶灯l7q0. 6纯牛奶按钮sb310. 7东方树叶灯l8q0. 7东方树叶按钮sb411.0芬达灯l9q1.0芬达按钮sb511. 1加多宝灯l10q1. 1加多宝按钮sb

53、611.2健力宝灯l11q1.2健力宝按钮sb711. 3雀巢咖啡灯l12q1.3雀巢咖啡按钮sb811.4可乐出口l13q1.4退币按钮sb911.5雪碧出口l14q1.5纯牛奶出口l15q1.6东方树叶出口l16q1. 7芬达出口l17q2.0加多宝出口l18q2. 1健力宝出口l19q2. 2雀巢咖啡出口l20q2. 31元退币l2102. 45元退币l22q2. 5退币口灯l23q2. 6取物口灯l24q2. 73-2外部接线图3. 3货币识别器选型货币识别器有破币识别器和纸币识别器。货币识别器是自动售货机中的重 要部分，几乎所有的操作都是在识别器工作正常的前提下才能发生的。由于能 力

54、有限，本次设计都采用现成的。硬币识别器和纸币识别分为三部分，一是投币段，一是进币段，再是退币 段。3. 3. 1硬币的识别原理硬币识别器主要是由平板电容传感器、和电感线圈传感器、检测电路、单 片机控制电路组成。电容传感器是通过检验硬币的厚度来辨别真伪，当硬币通 过投币口进入平板电容传感器时会引起传感器电容的变化，这个传感器也可以 实现对硬币材质的检测。通过与电容传感器配用的交流电桥将电容的变化转换 为屯压信号，再通过放大电路将信号放大，进入单相桥式整流滤波电路屮将交 流电转变成直流电，并过滤去掉干扰信号，在通过电压比较器后输入ad转换器, 将模拟信号转换为数字信号传入控制电路。而电感线圈传感器

55、是通过不同的金属材质通过线圈时电感改变量不同来检 测。当硬币通过电感线圈时也会使电感量改变，通过电感式传感器配用的交流 电桥电路，使电感的改变转换为电压信号。由于硬币通过传感器的时间比较短, 所以所获得的信号比较微弱，因此需要在信号输出口连接一个放大电路使信号 放大。在硬币识别器中需要用到单片机，而传入单片机的信号必须是直流信号, 所以在放大电路的末端，我们需要连接一个单相桥式整流滤波电路是将交流电 转变成直流电再传入单片机控制系统。当硬币识别器识别硬币后硬币被电磁阀分配到贮币腔内备用。货币识别器 通过通信传达信息给plc。当收到退币找零信号后，通过退币电磁阀拉杆，将贮币腔内下部的硬币依 电信

56、号程序退币，完成自动售货机的退币找零功能。找零功能的完成与贮币腔 的机械设计有关。本次使用的硬币识别器的容量为500枚，可识别1元硬币。表3-2硬币识别器选型硬币识别器工作电压工作电流工作温度bd-8gdc 12v + 20%2a20°c 60°c3. 3. 2纸币的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，通过多个接口把紫外 线、磁性、红外线穿透引入主控器。把真的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 界时、就立即送出报警信号并截停电机，同时电机反转送出假钞。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