基于PLC的自动售货机控制系统的设计

　摘要

现如今，中国正在逐渐步入文明社会，在此背景下，自动售货机开始逐渐成为人们最常用的自助购物工具，其能够有效弥补人力资源缺乏问题，满足当前消费形式与消费环境所需，在节省劳动力、运营成本投入、占用面积方面，自动售货机优势明显，且自身性能能够引起公众购买欲望，在有效应对人工成本升高现状等方面也具备优势，同时，受到公众生活水平提升影响，对于福利事业（包括工作场所配备饮料茶点服务等）和扩大就业，社会给予了更多关注度，自动售货机除了能够满足悠闲公休时间所需，同时在促进工作效率提升方面，其最为有效且所需成本最低，尤其在全天无休工作环境下，当前，自动售货机产业正逐步朝合理化、信息化发展，诸如联机方式的实施，借助通信网络及时把自动售货机自身库存信息传输至管理方电脑内，由此保障了顺利完成商品选择、补充与发送操作，同时。首先,本文针对基于三菱FX-2NPLC控制的自动售货机，进行更深层次的设计，首先对自动售货机的来源、发展、国内外发展的现状等进行了介绍。同时，在上面基础上对PLC自动售货机的具体组成结构、工作原理，进行了更深层次的阐述，接着，从自动售货机硬件电路组成、主要硬件的选择、按钮开光的原理及选型，电动机的原理及选项，PLC的结构，PLC的外部接线图等分析系统的硬件设计，再在硬件设计的基础上，对自动售货机进行软件设计，最后进行调试。通过以上设计，可切实提升自动售货机系统在实际运行过程中具备的良好稳定性能，从而切实保障其实现长期运行。事实上，此次控制系统设计就是充分利用了PLC、MCGSE组态软件实现了对自动售货机的控制。本文设计的自动售货机自动售货机可以满足人们碎片化的购物需求，解放了人工生产力，解约了土地资源，便捷了人们的日常生活。为了更快速，更方便的使顾客拿到所买物品采用直式电磁阀。

关键词：自动售货机，梯形图，可编程序控制器PLC

第一章 绪论

　　1.1研发背景及意义

现如今，中国正在逐渐步入文明社会，在此背景下，自动售货机开始逐渐成为人们最常用的自助购物工具，其能够有效弥补人力资源缺乏问题，满足当前消费形式与消费环境所需，在节省劳动力、运营成本投入、占用面积方面，自动售货机优势明显，且自身性能能够引起公众购买欲望，在有效应对人工成本升高现状等方面也具备优势，同时，受到公众生活水平提升影响，对于福利事业（包括工作场所配备饮料茶点服务等）和扩大就业，社会给予了更多关注度，自动售货机除了能够满足悠闲公休时间所需，同时在促进工作效率提升方面，其最为有效且所需成本最低，尤其在全天无休工作环境下，当前，自动售货机产业正逐步朝合理化、信息化发展，诸如联机方式的实施，借助通信网络及时把自动售货机自身库存信息传输至管理方电脑内，由此保障了顺利完成商品选择、补充与发送操作，同时，为应对地球暖化，以节能为原则实施自动售货机研发，此领域开始热捧节能型自动售货机，我国夏季消费电力量达最大，此时期，此类型自动售货机当冷却器关闭时依然可保持低温，较传统自动售货机，其可使电力使用量下降10－15%，相信未来较短时间内，自动售货机会实现高功能化、资源与资源使用最小化。

　1.2 国内外研究现状

自动售货机首次面市是在西欧，为上世纪50、60年代，采取自动售货机方式的早期国家中包括英国。该国于1942年将自动售货形式首次用于食品销售领域，至1950年，应用此售货形式的食品杂货行达到了500家，至1969年，应用自助售货机的商户，已经达到23000家，与此同时，其售卖的相关商品，开始逐渐趋于多元化，从最初售卖的饮料，逐步过渡至售卖丰富多样的食品及其唱片，待发展至70年代，应用自动售货机的饮料店、香烟店合计超过了40万家，该国1980年此设备量已达50余万，实现了8.81亿英镑的年销售额。此外，其它一些发达国家与区域（包括欧美、日本等）自70年代起开始大量应用自动售货机，在30年这一较短时间内，在自动机售货机产生方面，发达国家规模已非常显著，此设备使产生需求化、功能多元化目标得以实现，同时从以往售卖产品种类非常有限状况，发展至以“一对一”（即消费者对售货机）方式进行销售的无店铺、自动化销售模式。

现今，自动售货机具备智能化与创新化特点，且集机电、光与声于一体，开始推行于我国。国内公众能够在诸多地方发现自动售货机，诸如公园入口部位、流通量大的街道两侧、超级商场入口处与其他人口密集处，因其新奇、灵活便利、清洁、体积有限、全天工作、高档，自动售货机开始受到诸多人群的广泛青睐，甚至于在某些人口密集的区域，顾客不得不排队购买。实际上，某知名专家，曾经对中国境内的自动售货机，进行了相对准确的细致测算，从而得知，中国境内的自助售货机，至少达到四十七万台，与此同时，其年均销售额，能够达到三百五十亿元。如果根据人均实际台数，进行相对准确的细致计算，则中国境内自动售货机的年均销售额，能够达到五百亿元。在中，基于相关调查，得出以下数据：在日本境内，大约每20人，使用一台自动售货机；然而，在西方发达国家X，大约每40人，使用一台自动售货机；其次，在欧洲国家，大约每60人，使用一台自动售货机。对于中国而言，虽然其经济实力远远比不上西方发达国家，但是，在中国境内，、大约每500人，就会使用一台自动售货机。故此，这代表自动售货机在中国境内，具备相对较大的实际发展空间，这在上述数据中，也可以很好的体现出来。人类社会产业结构由劳动密集型向技术密集型的转化催生出自动售货机。销售环境与消费形式的改变，以及高消费与高生产的出现，需要配套流通途径的生成；如此即出现了诸多新的流通途径，包括百货购物中心、超级市场等，从而使得人工成本持续升高，同时受到场地不足、追求购物便利性等因素影响，不需要人工参与的自动售货机成为必需品出现于公众生活中。

　1.3论文的组织结构

本文一共分为五大章节。

第一章为绪论部分，阐述系统的研究背景、意义、国内外研究现状等。

第二章为系统自动售货机的简介及设计要求。主要阐述售货机的工作原理、功能设计要求、设计思路、控制要求等。

第三章为PLC控制的自动售货机的硬件设计。主要从硬件电组成、主要硬件的选择、电磁阀的选择等角度分析硬件设计。

第四章为PLC控制的自动售货机的软件设计。主要世界PLC的指令介绍，主程序流程图、控制程序设计思路、部分程序的梯形图等角度分析软件设计。

第五章为结论部分，总结全文展望未来。

　第二章 自动售货机的简介及设计要求

　　2.1 自动售货机简介

自动售货机具备智能化与创新化特点，且集机电、光与声于一体，开始推行于我国。国内公众能够在诸多地方发现自动售货机，诸如公园入口部位、流通量大的街道两侧、超级商场入口处与其他人口密集处。自动售货机即待将信用卡、纸币或硬币等投入后，即能够销售相应商品的工具；基于狭义层面理解，即可自动销售商品的工具。

2.2 自动售货机工作原理

具体工作原理可以分为以下4个步骤：

首先，将相应数量的硬币，投放至投币口。此时，自动售货机内部的传感器，将会对硬币的实际数量，进行正确判定。

当自动售货机已经识别实际投放金额时，顾客可以自由选择不高于投币金额的商品。此时，如果顾客选择的商品有货，则将会实时出货，并且可以实现手动找零；然而，如果顾客选择的商品无货，则顾客可以选择其他货品或者退币。

对于顾客而言，如果其在购买某商品后，依然存有余额，则可以继续选择其他不高于余额的货品或者退币。

如果在四秒后，顾客尚未进行任何操作，则自动售货机系统将会直接弹出顾客已经购买的相关商品，或者进行退币。

　2.3自动售货机功能要求设计

如果基于多样化功能需求，则可以将其大致分为七个步骤，具体如下：

（1）对于自动售货机而言，通常情况下，其可以同时销售不同价位的多样化商品，例如：可乐2.5元、牛奶3元，并且不会受限于数量。

（2）对于自动售货机而言，通常情况下，其可以同时接收多样化面值的相关货币，例如：五元以及五毛等。

（3）对于顾客而言，如果其在购买某商品后，依然存有余额，则将可以实现自主找零。

（4）对于顾客而言，如果在购买某商品时，其实际投入金额，不足以支付商品时，则自助售货机外部的控制指示灯，将会闪烁，以此来提醒顾客。此时，顾客可以自由选择是否继续投币购买，或者直接退币。

　2.4自动售货机设计思路

　　图2-1 自动售货工作流程图

此项设计的核心为自动售货机梯形图。先应基于控制目标与设计，进行客观绘制工作流程图（即图2-1）。然后，以此图为基础，完成梯形图的精准设计，同时对其进行多次调整，以确保程序准确。

　2.5自动售货机的控制要求

根据自动售货机的控制提出以下7点要求：

1.按下投币按钮5角，1元，5元，数码显相应数字。

2.对于自动售货机而言，其应该实时计算出显示金额去除相应商品金额的实际数值，并且通过数码显示的具体方式，呈现在客户面前。

3.当投币余额不足时，如果继续投币可继续购买

4.投币金额超过十元，数码管显示低两位，但可继续购物。

5.当购物过程已经超过5秒，与此同时，顾客并未进行任何操作时，则取物口的指示灯，应该呈现出点亮状态。除此之外，如果顾客依然存有余额，则退币口的指示灯，也应该呈现出点亮状态。

6.对于顾客而言，如果其并未购买任何商品，则通过操作退币按钮，应该获取在当时投入的全部金额。

7.购物如无币找零则提示灯亮，考虑是否继续购物再按一次选物按钮，继续购物否则按退币按钮，金额退币。

　第三章 PLC控制的自动售货机硬件设计

　　3.1硬件电路组成

如果用户无退币操作，售货机通过自动报警告知其退币，硬件电路构成详细状况如图3-1。

图3-1硬件电路组成框图

3.2硬件设备选型

　　3.2.1 硬币识别器

（1）硬币识别原理

（2）此次设计选用的硬币识别器外观如图3-2所示。

　　图3-2硬币识别器示意图

硬币对象：直径范围：φ18mm-φ32mm之间；厚度范围：1.2mm-3.2mm之间。仅接收人民币。

实际电压范围：DC+12V。实际功耗：静能状态下：0.5mW ；动能状态下：0.5W

具体温度范围：-20℃～+50℃之间

　3.2.2 纸币识别器

（1）纸币识别原理

通常情况下，自动售货机在针对纸币，进行细致识别的过程中，系统会将多样化通道接口，接收到的相关参数值，具备的同识别标准展开对比、评估，如果发现明显不同，会马上释放报警信号，同时将电机截停，以及给出相关信号说明。

2、此次设计选用的纸币识别器外观如图3-3所示。

　　图3-3纸币识别器

实际电压范围：DC +12V +-5% 之间

实际电流：待机状态下：0.12A 工作状态下：2A

工作状态下的实际温度范围： 0°C ～55°C之间

保存状态下的实际温度范围： -20°C ～60°C之间

实际湿度范围：30% ～85% RH 之间

实际重量：0.8kg

插入时的具体方向：均可

具体识别时间：2.5秒

3.3电磁阀的选择

此次设计所用电磁阀选择直动式（见图3-4）。

　　图3-4直动式电磁阀具体示意图

　3.4 按钮开关的原理及选型

通过对本设计的深入了解以及分析，正泰按钮开关 NP2-BA31 自复位常开常闭点动开关就可以满足本设计要求。其实物图如图3-1和图3-2所示：

　　图3-1 正泰按钮开关 NP2-BA31

　　图3-2 正泰按钮开关 NP2-BA31简介

　3.5远程模块简介及选型

远程诊断为PLC远程通信模块[7]的一种功用，您可以在家中监视现场设备的运行状态。

　　图3-3 远程模块

综上所述，本设计中选用的远程模块弗莱德品牌的，其型号为：EC350。其参数如下：

表3-1 EC350技术参数

　3.6 电动机的原理及选型

结合性价比以及本设计要求，选用X东力品牌的售货机专用电机，其型号为：4GN-20.25-50。

　　图3-4 电动机

3.7 PLC选型

PLC属于一类计算机[2]，其产品及型号为三菱、FX-2N（外观见图3-5）。

　　图3-5 三菱FX-2N PLC

　3.7.1 PLC的结构

当前PLC存在诸多类型，在指令系统与功能方面同样存在区别，然而核心均为微处理器，且均面向工业控制服务，故而，在工作原理与结构上，这些类型基本一致，在硬件结构上类似于微机。构成单元主要有CPU、外部装置接口、RAM存储器、ROM存储器、I/O扩展接口、电源/输入/输出接口电路等。

（1）通常情况下，对于CPU而言，其主要通过运算器及其相应的控制器共同组成，与此同时，其基本作用大致如下：开展逻辑与算术运算。控制器功能为，对计算机所有部件加以控制，使其稳定运行。

（2）存储器

对于PLC而言，可以将其内部的存储器，大致分为两类。其中，主要包含系统存储器，主要存储相关管理数据，与此同时，包含用户存储器，主要存储多样化用户数据。

（3）输入/输出电路

对于此类电路而言，其主要将通过PLC输出的相关信号，统一转化成相应的数字电信号。

在硬件上，PLC构成包括CPU、电源、存储器、扩展接口、输入单位、通信接口、输出单位等（详见图3-6）。

　　图3-6 PLC硬件构成图

这些构成中，核心为CPU；输入/输出单位则为此核心连接现场输入/输出装置的电路；通过通信接口，实现与外界装置的相连，包括上位计算机、编程器等。

3.7.2 PLC外部接线图

对于自动售货机而言，其具体外部接线示意图，详见如图 3-7。

　　图3-7 PLC外部接线图

第四章 PLC控制的自动售货机的软件设计

　4.1 系统涉及PLC指令简介

（1）比较指令 CMP

实际上，在PLC控制系统中，CMP是至关重要的，其会对比[S1]与[S2]内数据，将对比结果传输给目的操作数[D]内，见图4-1，若X0呈OFF状态，CMP不执行，不会改变M0、M1与M2；若呈ON状态，则CMP执行，对比[S1]与[S2]内数据，即对比C20计数器值和K100。若当前C20计算器值在100以下，那么M0等于1；若其在100以上，那么M2等于1；若其等于100，那么M1等于1。此指令具体应用详见下图4-1。

　　图4-1CMP指令使用说明

（2）相关运算指令

①加法运算

　　图4-2加法运算具体示意图

（3）加法运算具体示意图，详见图4-2。

②减法运算

　　图4-3加法运算具体示意图。

（4）BCD指令

　4.2主程序流程图

对于自助售货机而言，其具体流程示意图，详见图4-4所示。

图4-4主程序流程图

4.3 I/0分配表

通常情况下，对于输入/输出单元而言，其主要呈现为 I/O单元，实际上，PLC可以通过相关输入接口，针对目标对象涉及到的多样化数据，进行更深层次的细致检测，从而对其实现相应的控制。 其中，具体I/O分配表，详见表4-1。

表4-1 I/O分配表

　4.4控制程序设计思路

旨在设计出能够同时销售不同价位多样化商品的自助售货机，与此同时，其应该具备硬币识别以及自动售货等实际功能。除此之外，该自动售货机应该能够接收不同面值的人民币，例如：5角以及1元等。并且将可乐的实际售价设置为2.5元，牛奶的实际售价设置为3元等。

对于顾客而言，如果在购买某商品时，其实际投入金额，不足以支付商品时，则自助售货机外部的控制指示灯，将会闪烁，以此来提醒顾客。此时，顾客可以自由选择是否继续投币购买，或者直接退币。与此同时，如果顾客在购买某商品时，该商品呈现出无货状态，则自助售货机外部的无货指示灯，将会闪烁，以此来提醒顾客。此时，顾客可以自由选择是否购买其他商品，或者直接退币。除此之外，对于顾客而言，其在投币结束后，如果不想继续购买相关物品，则只需要自主退币即可。

　4.5部分程序说明

　　4.5.1 投币部份

系统具有三个投币按钮SB0、SB1、SB2分别对应于0.5元与1元，5元，任意按下一个按钮，系统会接收相应的货币加法指令统计总值。

　　图4-5投币程序说明

　4.5.2 价格对比及其商品送出

对于已经寄存于D200内部的相关货币金额而言，如果相较于商品单价，则应该如程序第66步中如果寄存器D200中的数字大于25，则M2得电，按下选择按钮SB3推可乐电磁阀推出可乐，减指令计算出所找零钱退币。

图4-6价格对比及其商品送出

4.5.3 退币找零及退钱部分

退币键为X7，只要机器内货币的总额不等于零，此时按下X7可以退币，在退币前系统会比较货币的值

　4.6全部程序梯形图

　　图4-7梯形图

　第五章 系统调试

　　5.1 PLC程序仿真

　　图5-1 PLC程序仿真图

　　图5-2 PLC程序仿真图

5.2 上位机组态

　　5.2.1 MCGS简介

MCGS是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研究制作的一种组态软件系统该系统是根据Windows平台来进行工作的，它的主要功能是快速构造和生成上位机监控系统。除此之外，他还有对特定区域的数据的收集和分析监测、前端数据的处理和控制等功能。他可以在Microsoft Windows Me/NT等操作系统上使用。

　5.2.2 MCGS组态展示

　　图5-3 组态仿真图

　结束语

我国市场对于自动售货机的需求量巨大。就自动售货机未来发展方向分析，人类社会产业结构由劳动密集型向技术密集型的转化催生出自动售货机。销售环境与消费形式的改变，以及高消费与高生产的出现，需要配套流通途径的生成；如此即出现了诸多新的流通途径，包括百货购物中心、超级市场等，从而使得人工成本持续升高，同时受到场地不足、追求购物便利性等因素影响，不需要人工参与的自动售货机成为必需品出现于公众生活中。

本文设计的自售货机，首先对自动售货机的来源、发展、国内外发展的现状等进行了介绍。同时，在上面基础上对PLC自动售货机的具体组成结构、工作原理，进行了更深层次的阐述，接着，从自动售货机硬件电路组成、主要硬件的选择、按钮开光的原理及选型，电动机的原理及选项，PLC的结构，PLC的外部接线图等分析系统的硬件设计，再在硬件设计的基础上，对自动售货机进行软件设计，最后进行调试。通过以上设计，可切实提升自动售货机系统在实际运行过程中具备的良好稳定性能，从而切实保障其实现长期运行。

　谢 辞

感谢老师。

参考文献

[1]张志柏，秦益霖．PLC应用技术·北京：高等教育出版社，2013.12

[2]周美兰，周封，忘岳宇·PLC电气控制与组态设计·北京：科学出版社，2003．

[3]吴建强，姜三勇·可编程控制器原理及应用·哈尔滨工业大学出版社，2000．

[4]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．

[5]张万忠，刘明芹·电器与PLC控制技术·北京：化学工业出版社，2003．

[6]廖常初·可编程序控制器应用技术·重庆大学出版社，2007．

[7]王兆义·北京：机械工业出版社，2001．

[8]周程·可编程序控制器原理与应用·北京：高等教育出版社，2003．

基于PLC的自动售货机控制系统的设计

价格 ¥9.90 发布时间 2023年9月15日

下载查看全文内容

已付费？登录 或 刷新