【基于PLC的自动售货机控制系统设计7600字（论文）】

PAGE38 基于PLC的自动售货机控制系统设计TOC\o"1-3"\h\u21099引言 3114021自动售货机的背景与意义 3252631.1自动售货机的发展背景 326651.1.1自动售货机的历史 3116941.1.2自动售货机的前景 4188671.2自动售货机的设计目的和意义 493641.3自动售货机的设计内容 514912简介PLC 5205792.1PLC的定义 566462.2PLC的结构和工作原理 594482.3PLC的部分功能介绍 6252852.4PLC的发展趋势 730752.5PLC的特点 7109973自动售货机的功能分析 8298383.1自动售货机的售货方法 82933.3自动售货机的功能 9187324自动售货机软硬件设计 10271104.1自动售货机硬件设计 1058184.2自动售货机的软件设计 11140574.2.1自动售货机的控制系统 11100544.2.2自动售货机的程序设计 12216644.3自动售货机的仿真实验 17157934.3.1仿真软件介绍 17107054.3.2仿真结果显示 1816230结论 1816629参考文献 20引言自动售货机是一种不需要人工售货的销售方式，相比较传统的收货方式，它不受场所的限制使购物更加的便利，提高生活效率和生活质量。目前自动售货机已经在美国、日本等发达国家得到了快速发展，遍及很多欧美国家，但是在我国自动售货机的普及率远远低于那些发达国家，所以自动售货机在我国的发展前景还是很好的。但是自动售货机的工作环境多样并且工作周期很长，在日常的工作当中自动售货机不能够轻易被外界所打扰，运行的过程中控制系统要时刻保持稳定的状态。以PLC为控制系统的自动售货机，操作起来极为方便并且不小心损坏的话，维修也十分方便。在设计控制系统的时候，主要是根据售货机的售货的方式还有它所可能要包含的功能的要求所设计的。首先通过编程软件画出设计所需要的梯形图，然后进行调试，没有发现问题就进行仿真，最后检查实验效果与自己的设计预期是否有出入，如果有出入再进行修改。1自动售货机的背景与意义1.1自动售货机的发展背景1.1.1自动售货机的历史探究自动售货机的源头，会发现早在古埃及就处出现过类似于当代的自动售货机的机器，这在当时的一名科学家创作的书籍《气体装备》中出现过关于这方面的记录。书中记录到只要将当时的货币投放到该机器中，机器就会喷洒出一定量的水。这个设备主要出现在在当时的神殿当中，用于向当时的信徒提供他们所祈求的“神圣之水”。自动售货机使人们日常购物更加方便快捷。公元前215年出现的只是自动化售货机的雏形，真正成熟的售货机是在上世纪五六十年代才出现的，主要出现在欧洲的西部地区。在1945年以后，随着经济不断地复苏，当时发展较快的国家开始创造出更加先进的饮料自动售货机。在当时，自动售货机这种售货方式还是非常新奇的，因此吸引了不少的消费者驻足，所以自动售货机当时还是非常受欢迎的。当时的售货机一开始主要还是以瓶装饮料自动售货机为主，随后出现的还有其他小型商品自动售货机。在1967年之后,很多国家将小额货币都制作成了硬币,大幅度加快了自动售货机产业的发展。科技不断进步，经济水平迅速提升，人们对生活的追求越来越高，由此自动售货机被迅速推广。从最开始到现在，自动售货机已经被全球四十多个国家引进使用，其中普及率最高的要属日本和美国这两个国家。现如今有超过1800万台的自动售货机被运营使用，自动售货机在制作的过程中就已经产生了许多的收入，加上销售商品的收入，所有自动售货机的年销售额已经达到了2500亿美元以上。最近的几年以来，在我国东部沿海发达地区也已经广泛运用了自动售货机，在商店、学校、车站等多个公共场合可以看见自动售货机被投入使用。自动售货机使人们的生活更加方便，它逐渐成为大城市的标杆，我国所有的发达地区的城市都离不开它。1.1.2自动售货机的前景自动售货机是一种新型的零售方式，相比较传统的销售方式，它不需要占用大量的空间去摆放商品，同时不需要雇佣工人，大大节约了销售成本。近几年电子商务爆炸式增长，我们的生活被京东、淘宝等电子商务包围着，当时我们理所当然认为总有一天线上购物会彻底代替线下购物。但是经过对数据的分析，我们可以看出线下零售的比例始终是占大部分的，同时线上销售的优势正在逐步减小，线下销售仍然占着销售的上风。自动售货机在市场中所呈现的模式：相比较其他两种自动售货的方式，自动售货机行业是发展得最快最好（开放式货架和无人售货全自主的便利店是近几年才出现的，不成熟）。目前自动售货机的盈利能力没有人能够精准预判，它的前景是充满未知的。虽然现在的自动售货机的数量已经非常可观了，但是它的数量还是以约每年50%的速度在增长。自动售货机已经占据了一个不需要销售员的售货市场的大部分的比例，它所有的商品都是出于密封的状态，所以它能够受到的外界的影响十分有限，并且它的利润也非常可观。现在的自动售货机的规模已经非常大了，但是它仍然可以保持着快速发展的趋势，近几年来，它一直以每年40%~50%的速度持续增长，并且它的增长空间也非常的大，自动售货机终将成为零售行业的主流方式。1.2自动售货机的设计目的和意义在对自动售货机的发展历程进行了深入探究之后，会发现自动售货机是用来对产业结构进行修改的。现在人们对生产商品还有销售商品有着非常严格的要求，人们消费的模式不断改进，销售环境不断变好，自然会涌现出许多的流通渠道以适应当今社会的发展；现有的超市、百货商场和自动售货机比起来，人力费用正在不断地上涨；同时，普通超市和商场都受着场地的制约，而自动售货机却没有这个问题。最初，自动售货机在欧美等发达国家得到广泛运用，后来延伸至全球40多个国家。相比较其他发达国家而言，中国的自动售货机的数量还是非常少的。中国作为世界上人口第一的大国，消费者众多，自动售货机在中国的发展潜力还是很大的。近年来，自动售货机得到了越来越多的人的认可，尤其是在我国的发达地区，在各个城市的公交车站、地铁站、商场、街道里等公共场所到处都充斥着自动售货机的身影。自从使用了自动售货机，人们的生活变得越来越高效了，生活的水平也越来越高了，自此自动售货机也渐渐成为了我国发达进步城市的标志之一。随着我国的零售业的不断发展，为无人售货提供了良好的条件，自动售货机行业也因此得到刺激和带动。1.3自动售货机的设计内容自动售货机是一种全自动的销售设备，可以24小时超长待机工作，它不断地方便我们的生活，受到广大消费者的喜爱。和用单片机作为控制中心的自动售货机相比，PLC控制的自动售货机抵抗外来因素的影响的抵抗能力更强，系统的稳定能力更强，设备维修起来更为方便，程序设计更为简单，更能够适应在在各个公共地方使用。具体的研究内容主要分为以下几个部分：硬件设计：需要先对自动售货机本身的功能还有工作原理进行剖析，从而得出硬件的结构组成。软件设计：软件设计方面同样需要对售货机的工作原理进行剖析，同时思考系统的每个模块，对每个模块进行剖析，当然在设计的过程中也需要熟悉整体系统功能，在最后根据设计所需要的要求进行程序的编辑，从而实现自动售货机所需要的的功能。仿真模拟：在硬件和软件的设计都完成了后，然后用编程软件将我们所需要的梯形图画出来，检查程序是否有问题，如果没有问题就将程序导出。导出的程序用于仿真软件的仿真模拟，同时检查设计的程序是否正确是否满足要求，然后对有问题的地方进行修改完善。在确定系统没有错误后，对实验进行最后检验，确保可行性。2自动售货机的功能分析2.1自动售货机的售货方法纵观现在世界上被投入使用的自动售货机，发现现在的自动售货机主要有三种形式的。第一种是内含弹簧的自动售货机，它的使用方法是旋转取货按钮，按钮转动时弹簧也会跟着转动，这样商品就会被弹簧带出货道，消费者就可以取到想要的商品。另一种自动售货机主要依靠装卸车道中待售货物后面的推力机器人。所有销售活动均由精确的传感器控制，这个售货机的销售过程相对而言出错率较低并且是最为智能的。但是同时它也有缺陷，它只能够销售尺寸和质量比较的大的商品，并且商品的轮廓需要规整。第三种是升降式的自动售货机，它主要是用来帮助分配商品的系统，可减少掉落时的损坏，它与弹簧分配方法和机器人推动方法一起出售易碎的商品。这次设计的分配器使用双螺旋进给机构，即双弹簧出货机构。这种结构使客户可以轻松选择一种产品，使他们一眼就能知道哪些产品线包含，哪些产品线不包含。在设计软件的部分不需要设置不能够使用的报警系统。这个结构一般都包含了驱使机器的马达、形状为螺旋式的吊轮还有螺旋体等部分。螺旋体在使用的各个步骤的间隙当中被商品充满了，此时螺旋体会以旋转式的方法将商品运输出来。但是双螺旋是向上旋转的，所以作用在商品上的力通常是从顶部、两边还有前方传来，以确保稳定的输送。在以后的使用中，就算自动售货机出售那种不规则的液体的产品，也不会出现“卡货”的可能性。2.2自动售货机的空间结构自动售货机中存储有一定数量的饮料，不同的饮料都由它固定的货道排出机器。该设计根据销售的饮料的种类数决定分配器拥有几个货道，并且每个货道都是单货道。也就是说，一个货道只会对应一种饮料，因此更加方便。如果售货商想要增加销售商品的种类，只要根据已有的结构增加输出商品的货道并且装上几个双推弹簧就可以了。当消费者购买某个饮料时，电动机会自动旋转弹簧的按钮使货道打开，取出饮料，然后将其放入分配通道，然后向下进入收集孔。自动售货机存放商品的结构都是根据商品本身的形状进行改变的，商品货道中所使用的弹簧的尺寸也是与商品相匹配的，因此无论商品是什么的形状，商品正常情况下都不会随便掉落的。虽然自动售货机的商品存放的种类可以有很多，但是由于机器的大小有限，所以每种商品能够存放的数量有限，因此自动售货机的货物需要及时补给。自动售货机的外部结构示意图如下图3-1。图3-1自动售货机的空间示意图2.3自动售货机的功能自动售货机可以算出输入货币的面值的总和。货币识别设备提供自动售货机的最基本功能，该功能是从硬币槽中取钱，然后通过传感器收集数据以识别并确定面值。然后将凭据传递到自动售货机，自动售货机根据所插入硬币的面值确定是否可以购买特定饮料并做出相应的响应。当需要的饮料所对应的按钮被消费者触碰，对应的发动机被激活，控制饮料的弹簧旋转，饮料从货道中滑落到取货口，顾客从机器中拿出饮料并完成交易。该设备配备了硬币操作系统、对使用的货币与数值进行比较、饮料的种类的选择的系统还有将硬币退还给消费者的系统，由此形成整个商品销售的环节。自动售货机的功能是识别消费投入的货币，然后根据货币的面值来判断可以购买那些商品，并且对此作出对应的反应。如果自动售货机现在卖8种饮料，分别是可乐、雪碧、牛奶、东方叶、芬达、王老吉还有雀巢咖啡。其中可乐雪碧还有芬达是一个价格都是2元，东方叶还有王老吉为3.5元，最后剩下的牛奶还有雀巢咖啡同价位4.5元。插入零件，当货币的面值大于可乐的售价时，与可乐同价的商品所对应的的指示灯将亮起，向消费者表示该商品可以选择。当投入的货币的总面值是大于东方叶的价格但是小于牛奶的价格，则除了牛奶和雀巢咖啡的灯是暗的以外，其他的灯都将会亮起。如果货币的面值大于等于牛奶的价格，所有商品的灯都会亮起，即表示此刻所有的商品都是符合购买条件的。当其中一种饮料被选择，剩余货币的价值将会被自动计算出来，此时高于剩余货币的饮料的灯将会自动熄灭。如果还需要购买商品重复上面的操作即可，如若不商品购买完毕，则使用退出货币的按钮，自动售货机将会退还剩余货币，由此一个完整的交易过程结束了。由以上的销售商品的过程发现，自动售货机在交易的过程中需要时刻计算消费者剩余的货币值，这必定要求售货机有最基本的加减法的最基本的运算能力。同时在此之前它还需要具备货币面值的识别能力，以此完成商品销售和退换货币的功能。可通过操作属性把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)退币过程在初始状态下，分配器的所有内部组件都处于重置状态，内部电动机停止工作并等待硬币插入操作。投入货币的状态，当货币投入的瞬间，自动售货机将会自动识别消费者投入的货币的面值大小。自动售货机将面值识别出来以后将会将面值与商品价格一一对比，价格低于面值的商品的指示灯将会亮起。购买状态，当按下可购买的选择按钮时，所选产品的灯将保持点亮，而其他可选产品的灯将关闭。驱动电动机启动，商品通过装货道落到取货口。退款按钮，自动售货机计算要退还的金额并退还货币。至此，自动售货机的整个工作过程已经完成。2.4自动售货机的使用流程在自动售货机上购物时，您可以先按开始按钮来放置硬币。如果您在插入硬币后未选择饮料，请立即按硬币退款按钮，硬币将被全部取出。如果要购买饮料，请在要购买饮料的地方按住按钮，然后等待物品被拿起。取到商品后，触碰“退款”的按钮机器将自动退还余额。提取的零钱由硬币组成，因为钞票很容易损坏、弄皱和潮湿。如果要设计成找纸币零钱，难度和成本会非常大。硬币比纸币更加坚硬，不容易被损坏，可以多次反复使用。因此，在售货机退款过程中，仅使用1元和5角硬币。使用流程。3自动售货机软硬件设计3.1自动售货机硬件设计自动售货机的硬件部分一般有两个部分组成的，分别为主电路的部分还有控制电路的部分。在设计控制电路的时候，选择使用的PLC的类型是至关重要的。在设计硬件部分时，需要根据I/O分配表来确定选择的PLC的类型，并且画出自动售货机的与外部设备的接线情况的图。在设计最后，为自动售货机的主电路选择适合的材料。自动售货机的控制部分器件包括PLC、识别货币面值的器件、各种按钮、各种指示灯和连接各设备的器件。开始开始纸币识别器硬币识别器纸币识别器硬币识别器各选择按钮各选择按钮各指示灯PLC各指示灯PLC退币按钮退币按钮各接触器各接触器图3-1自动售货机控制部分器件设备图3.2自动售货机的软件设计在自动售货机的设计过程中除了有一个硬件组成部分,而且有一个软件组成部分。首先需要绘制一个可以很好地满足电脑和自动售货机需要的梯形图,然后进行调试,最后使用一个仿真软件对该梯形图进行了仿真。3.2.1自动售货机的控制系统开始开始投币投币比较币值比较币值否否否货币不足>=2>=3.5>=4.5否否否货币不足>=2>=3.5>=4.5雀巢咖啡灯亮纯牛奶灯亮王老吉灯亮东方树叶灯亮芬达灯亮可乐灯亮雀巢咖啡灯亮纯牛奶灯亮王老吉灯亮东方树叶灯亮芬达灯亮可乐灯亮雪碧灯亮雪碧灯亮不选择商品选择商品不选择商品选择商品减法运算减法运算顺序退币顺序退币结束结束图3-2自动售货机控制系统流程图上面的流程图显示了自动售货机工作时程序将可能出现的操作。在使用时，通常先按开始按钮然后放入货币。在货币插入时间过去之后，系统会根据硬币数量比较不同饮料的价格。根据价格可购买的商品的灯会自动点亮，按退款按钮则会退还货币。3.2.2自动售货机的程序设计程序设计主要是5个方面：开始部分，货币与价格进行对比的部分，显示可选择的商品部分，货币的加减运算部分和退还多余货币的部分。开始部分：设置开始按钮。按下时，X000设置为1，释放后断开连接。图3-3开始程序图3-4投币程序货币比较部分：插入货币后，将使用货币识别设备来识别货币类型。插入货币和按下按钮的功能相同。T10表示将在10秒内插入硬币，并且可以累积货币值。因此，使用的数据寄存器为D200停电保持类型。图3-5比较程序货币插入会有可购买的饮料的灯亮起。这意味着当投入一定金额的货币时，价格小于或者等于该货币的面值的商品的指示灯会亮起。T2、T11、T12、T13、T14、T15、T16、T17均为计时器，计算的时间通常设置在2~3秒。它们每个都可以由线圈T1供电。因此，当消费者选择了想要购买的饮料，其发光时间将比其他饮料长4秒。图3-6饮料的显示和输出（a）图为饮料的选择的程序梯形图图3-7（a）选择饮料和货币的加减（b）图为货币的加减程序梯形图图3-7(b)选择饮料和货币的加减货币加减部分：当选择了想要购买的饮料及数量时，对应的饮料的个数在存储器里储存的数值也会跟着改变，并且在数据寄存器D200的结果将会被存储。货币面值的加减的程序如上图3-7所示。在货币插入售货机后，售货机将自动打开定时器，定时器的图如下图4-8所示。图3-8定时器的定时程序当商品选中后，取物口的灯将自动打开，等商品被取出后，取物口的灯也会随之关闭。灯亮的程序如下图3-9所示。图3-9取物口的灯亮程序商品输出也是有一定的时间的，商品输出时间的控制程序如下图4-10所示。图3-10商品输出时间控制程序退款部分：如果购买商品后需要退款，请单击退款按钮。纸币比硬币脆弱，因此售货机将只使用硬币进行退款。退款后，数据寄存器将自动复位。退款程序如下图4-11所示。图3-11退款程序4.3自动售货机的仿真实验4.3.1仿真软件介绍MCGS是一个适用于Windows的软件，它可以以一个极快的速度形成对上机位进行监控的系统的组态软件。MCGS可以帮助用户解决实际的工程上的困难，为这些困难提供解决方案和开发的平台。使用MCGS，不要求用户具备这方面的基础知识，所以使用起来非常的简单方便。用户可以在非常短的时间内，完成他们想要达成的设计预想。4.3.2仿真结果显示在仿真软件上画出自动售货机最大的问题是图库里没有可以直接使用的图片，所以需要先在网上找到相应的饮料的图片，将找到的图片保存在电脑里。回到动画设置的界面，在工具箱栏目里找到位图，在自动售货机的画面里选择适应的位置画出适当大小的位图，随后将绘制的位图保存在文件夹当中。接着去绘制需要售卖的饮料的图片，同样点击工具箱栏目，选择标准按钮，双击按钮则可以修改按钮的标题。接着在工具箱栏目找到插入，将在网上找到的图片插入到自动售货机当中，并且插入灯光，当饮料被选择时会亮起对应颜色的灯光。最后在总体根据设计要求调整每个部分的结构和位置，创建最后的效果图，最后的效果图如图4-12所示。图3-12自动售货机的仿真图结论设计的自动售货机的功能主要是进行自动饮料交易。该设计项目的有效性如下：当插入硬币时，自动售货机会根据硬币数量自动进行判断，并执行相应的结果。根据客户的选择，所选饮料将自动取出，余额退还。此设计的优点如下：借助自动锁定和程序嵌套，可以根据消费者的购物意愿采取措施并交付结果。所设计的自动售货机装置简单、易用、结构易于安装、能耗低，在部分商店和工厂中，老年人和儿童均可使用，无需销售人员即可满足销售需求。虽然这此设计相比较传统销售而言已经有了巨大的进步，但是仍旧有需要改进的地方。这虽然是自动售货机，但是只是在销售商品的时候不需要销售人员，当售货机出现故障时，依旧需要人员来对它进行维修，所以它摆放的位置还是要在维修人员能够尽快达到的地方。科技越来越