毕业论文代写自动售货机的PLC系统设计

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，因此深受上班族的欢迎。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。可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置，它具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛地应用。因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施，要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。相比传统自动售货机采用单片机作为核心控制系统，PLC作为通用工业控制装置具有性能高、可靠性强、维护简单等优势，更加适合在公共场合的复杂环境下使用。

关键词：自动售货机；PLC；设计

PLC system design of automatic vending machine

Abstract

Automatic vending machine is commercial automation equipment which can complete the integration of light, machine and electricity. Vending machines are not subject to any restrictions on the site, convenient and quick, can be 24h every day, so by the office workers welcome. Many cities in the public places where there are vending machines, the sale of a wide variety of goods, from beverages, snacks, cigarettes, candy, to the toothbrush, instant noodles, automatic camera. With the increasing function of the vending machine, the operation speed and reliability of the core control system are higher. The traditional vending machine control system uses the single chip microcomputer as the control core, this will not only do a lot of work on the input and output interface, and the system's anti interference is also relatively poor. Can be programmable controller (PLC) is the combination of computer technology, automatic control technology and communication technology and the development of a new type of industrial control devices, it has high reliability, simple programming, convenient maintenance, etc., have been in the field of industrial control has been widely used. Because the vending machine as a community to complete the retail and integrated services of the independent facilities, the requirements of its structure must be reliable, stable and efficient implementation. Compared to the traditional vending machine adopts the single chip as the core of the control system, PLC as the general industrial control device has high performance, high reliability, maintenance simple, more suitable for use in the complex environment of the public.

Key words: vending machine； PLC； design

第一章 引言

   随着科技的发展和社会的进步，自动化商业机械有了越来越广泛的应用，自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所。人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、片甚至鲜花和小宠物等物品。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配套设施的需求。自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展，又由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。自动售货，给人们的生活带来了极大的方便。

   可编程控制器（PLC）是采用微机技术的通用工业自动化装置，以CPU为核心，综合了计算机技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，与CAD/CAM和工业机器人一起被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。但是PLC也有它自己的特点，PLC在确定了工作任务，装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是用循环扫描方式完成的。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电子装置，采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储和执行操作的指令，并通过输入输出设备控制生产过程。PLC可靠性高，抗干扰能力强，编程方便，具有很高的性价比，近年来，在国内已得到迅速推广普及，对传统的技术改造、发展新型工业具有重要的实际意义。本文就详细地介绍一种用PLC实现的自动售货机控制系统的硬件设计和软件设计。

第二章 自动售货机的结构组成

自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐。自动售货机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，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。

2.1 箱体外观

   正面上部为商品展示窗和价格标签；中部设投币入口、退币钮和金额显示窗；在价格标签附近设有选择商品的按键，正面下部为退币口和顾客取货口。面向顾客的机具正面，是完成商品价格介绍、接受投币、显示金额、推出商品和退币整个售出过程的表体部分。

2.2 商品样品展示窗

   商品样品展示窗由透明有机板窗、样品展示架、商品价格标签、选购按钮和照明灯组成，设在前门体内部的可开启样品门，用来更换商品样品和价格标签。展示窗相当于商店橱窗或者柜台，以清晰明亮的商品展示和明码标价来招揽顾客。

2.3 商品驱动机构

   商品的包装多种多样，主要有箱、盒、罐、袋等，它们的提取机构也各种各样。商品在送出时可以采用“螺旋移动’等动作移到取货口。

2.4 商品贮存部分

   由于商品的驱动机构是双螺旋体出货机构，由此决定了该自动售货机的商品贮存方式，商品主要是摆放在双螺旋体中，通过双螺旋体的旋转把商品推到出货口。

2.5 钱币识别系统

   钱币识别系统由钱币识别器、识别后的钱币自动分类贮存机构和退币机构3部分组成。

2.6 PLC控制系统

   PLC控制系统是自动售货机在自动销售过程中，收到识币信号后，自动进行累计、外部金额显示、顾客按键后自动推出商品和发出退币找零等信号的电控系统。同时，该系统还具备预设价格、售出累计、驱动检测和故障自检等功能，是“售货机器人”的“大脑”。

第三章 自动售货机的整体设计

3.1 设计方案说明

   本设计是以三菱FX1N PLC来控制自动售货机的销售系统，包括投币，退币，出货和报警。售货机接受1元硬币。出售2种商品，分别是汽水，价格为1元；咖啡，价格为3元。当投入的钱币总额通过人机界面的LE D显示屏显示出来，可投入的总金额最大为99元。并且只有LED显示金额大于或等于商品价格时，符合购买条件。投入的钱币总额大于某一商品的价格时，顾客按下该商品的购买按键，达成交易，系统自动输出商品，并重新统计钱币总额。执行完一次交易后，顾客可以选择继续交易或退币，退币按1元硬币输出。当系统异常（购买条件不符合时执行购买命令，交易时出货管道无商品输出），系统发送报警信号。

3.2 系统结构

   系统的结构组成如图1所示，其中键盘输入，电磁阀输出，LED显示和退币均由PLC主控系统控制。PLC采用的是FX1N系列；而温控制/照明部分属于外电路，由制冷电机控制；报警系统中，辨别货币真伪由货币识别器来检测，当检测到投入的货币是伪币时，发出报警信号，而检测购买过程中是否有货由出货驱动的曲柄连杆驱动器上的光电传感器来辨别，当顾客的投入总额达到商品的价格并执行购买命令时，此时安装在出罐通道上的传感器检测是否有商品输出，若无，则输出报警信号。

图1  可编程控制原理图

第四章 基于PLC的自动售货机系统设计

   自动售货机是一种可完成无人自动售货，集光、机、电一体化的商业自动化设备。传统的自动售货机采用单片机作为控制核心，在输入输出端口做了大量的工作，但抗干扰能力比较差。本文提出一种基于PLC控制的自动售货机。

4.1 总体设计要求

自动售货机自动控制系统主要包括检测和计币系统、比较和选择系统、饮料供应系统、退币系统和报警系统5个基本模块。

（1）检测和计币系统。检测和计币系统主要负责校验钱币是否正确。投入的钱币送入感应器，感应器记忆投币的个数传送到检测系统（即电子天平）和计币系统。电了天平测量的重量少于误差值时，计币系统允许进行累加钱币，累加的钱币数据存放在数据寄存器中。如果检测结果不正确时，认为是假币，退出系统。

（2）比较和选择系统。比较和选择系统主要负责钱币数据与购买饮料的价格进行区间比较选择。当投入的钱币小于2元时，指示灯亮，显示投入的钱币不足。当投稿的钱币在2-3元之问时，汽水选择指示灯长亮。当大于3元时，汽水和咖啡的指示灯同时长亮。比较电路完成后选择电路指示灯长亮，当按下汽水或咖啡选择时，相应的选择指示灯由长亮转为以1s为周期闪烁。当饮料供应完毕时，闪烁同时停止。

（3）饮料供应系统。饮料供应系统主要负责饮料的输出。当按下选择按钮时，相应的电磁阀和电机同时启动。在饮料输出的同时，减去相应的购买钱币数。当饮料输出达到8s时，电磁阀首先关断，小电机继续工作0。5 s后停机，保证电磁阀可以完好的关断。

（4）退币系统。退币系统主要负责多余钱币的退回。当顾客按下退币按钮时，系统把数据寄存器内的钱币数除以10取整数部分，得到需退回1元钱的数量，余数再除以5取整数部分，得到需退回5角钱的数量，剩下余数即为需退回1角钱的数量。在选择退币的同时启动3个退币电机。3个感应器开始计数，当感应器记录的个数等于数据寄存器退回的币数时，退币电机停止运转。

（5）报警系统。报警系统主要负责系统的维护。如果是非故障报警，通知送液车或者送币车即可。如果是故障报警，则通知维修人员检修，同时停止服务，避免造成顾客的损失。

4.2 自动售货机的系统功分配

通过对系统的分析，可知自动售货机系统所需的I/O点数不多，选择三菱FX 1N完全可以满足其要求，输入和输出点数如表1，表2所示。

表1 输入分配表

名称代号输入编号名称代号输入编号

1角钱币入口X22退币感应器SB4X4

5角钱币入口X23汽水液量不足X20

1元钱币入口X24咖啡液量不足X21

汽水选择按钮SB2X21元钱币不足X13

咖啡选择按钮SB3X35元钱币不足X14

1元退币感应器X51角钱币不足X15

5角退币感应器X6启动SB0X0

1角退币感应器X7急停SB1X25

表2输出分配表

名称代号输出编号名称代号输出编号

钱币不足ELY0没有汽水报警ELY14

汽水选择灯ELY1没有咖啡报警ELY15

咖啡选择灯ELY21元传动电机KM3Y10

汽水电机KM1Y35角传动电机KM4Y11

汽水电磁阀YV1Y41角传动电机KM5Y12

咖啡电机KM2Y5

咖啡电磁阀YV2Y6

4.3 自动售货机的控制电路

   在出货驱动管道上，由于这里传感器是用来做检测的，考虑到交易过程中，顾客选择商品与商品输出之问的连续性，在时间上不允许出现较长的间隔，因此要求所选择的传感器反应快。当有商品输出时，传感器扫描到了有物体通过，物体阻挡了电路，加大了电路中的电阻，因此电路中的电流极小，系统输出低电平；而通常情况下，即无商品输出时，传感器的工作范围内无物体阻挡，因此电路中的电流较大，系统输出高电平。在交易条件满足的情况下，当顾客需要购买商品而按下商品选择按钮购买商品，执行完购买指令后，若经过短暂时问后，传感器仍没有检测到出货驱动管道上有商品输出，则传感器向主控系统反馈，并通过中问继电器向PLC传输信号。

   电路中，光敏晶体采用TPS-601，TPS-601具有很高的灵敏度，不使用光源，物体在白色发射板前通过时也能检测到通过的物体，这样可使电路更加简单。在调整电路时，如果是直射光，光源发射光的光轴与光敏晶体管的位置要在同一个水平方向上。电源接24V电源，电路中电阻阻值比较大。在电路中，继电器的触点K 1用来控制发光二极管，运算放大器作为比较器，工作在非线性状态。当光敏晶体管输出电压超过R2（既运放管脚2上的电阻）电平时，A1输出低电平，VT2截止，电路输出UO为高电平；反之，电路输出UO为低电平。由此可知，通过光敏晶体管接受到的光的强弱，输出信号呈高低电平的变化。根据这个原理，可以用来对白动售货机上出货驱动管道上输出的商品进行计数。

图2  自动售货机的外部接线图

总结语

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。将PLC应用到自动售货机控制系统中，采用简单梯形图、逻辑图就可以实现软件编程，PLC系统具有的设计、安装、调试便捷，自动售货机发生故障问题时，一般只需修正软件程序就可以解决。当系统需要对出售物品种类升级时，只需要对在PLC控制系统的硬件增加相应的输入信号，其硬件的原有接线不需要改变。PLC稳定性高、故障率，具有良好的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的公共场合的复杂环境下，是现有可靠的上业控制设备之一。

参考文献

[1]曹翊. 自动售货机的PLC控制系统设计[J]. 科学之友,2011,24:41-42.

[2]聂虹. 基于PLC及组态王的自动售货机监控系统设计[J]. 电子科技,2012,12:122-124.

[3]凌盛成. 自动售货机中的PLC控制系统的研究[J]. 河南科技,2013,04:110.

[4]丁大为. 基于PLC的自动售货机控制系统设计[J]. 中国高新技术企业,2013,16:14-16.

[5]包西平. 基于PLC的自动售货机控制系统设计[J]. 机电工程技术,2014,08:22-24+47.

[6]于秀娜. 基于PLC控制的自动售货机系统[J]. 黑龙江科技信息,2014,27:41.

[7]董艺. 一种基于SFC的自动售货机的PLC控制程序设计方案[J]. 通化师范学院学报,2014,10:8-9+44.

[8]刘姝廷,姚明儒. 基于欧姆龙PLC的自动售货机控制系统设计与实现[J]. 黑龙江科技信息,2015,01:51.

[9]徐圣龙. 自动售货机系统的PLC控制设计[J]. 现代制造技术与装备,2014,06:54-55.

[10]刘一凡. 售货机PLC控制及其仿真系统设计[J]. 肇庆学院学报,2015,02:33-36.

[11]单丹,冯禹. 基于Siemens S7-300 PLC自动售货机的设计及仿真[J]. 科技创新与应用,2015,33:38-39.

[12]陈彭湖. 基于PLC的自动售货机的控制系统的研究[J]. 装备制造技术,2016,01:235-236+239.