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1、11 系统描述及控制要求系统描述及控制要求1.1系统描述系统描述自动售货机顾名思义就是能实现无人售货。在本次设计中所设计的自动售货机能售汽水，花茶，咖啡三种物品。而且能够显示输入的钱数。在按下所选饮料按键后，对应饮料的电磁阀打开而且等三秒输出该饮料。该自动售货机能退10 元和一元钱。本次设计只是实现了自动售货机的基本功能，可能有功能不完善的地方，所以还应在以后的实践中加以完善。1.2自动售货机的控制要求自动售货机的控制要求1自动售货机有 3 个投币孔，分别为 1 元、5 元和 10 元。2售货共有 3 种饮料供选择，分别为汽水、花茶和咖啡。3如投币总额超过销售价格，将可由退币钮找回余额。4投币
2、总额或当前值显示在 7 段数码管上。5投币值等于或大于 12 元时，汽水指示灯亮，表示只可选择汽水。6投币值等于或大于 15 元时，汽水和花茶指示灯亮，表示只可选择汽水和花茶。7投币值等于或大于 20 元时，汽水、花茶和咖啡指示灯亮，表示 3 种均可选择。8按下要饮用的饮料按钮，则相对应的指示灯开始闪烁，3s 后自动停止，表示饮料已经掉出。9动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于 10 元，则先退 10元再退 1 元，如果小于 10 元则直接退 1 元的。输入点：1 元，X0； 5 元，X1；10 元，X2；汽水，X3；花茶 X4；咖啡，X5；退币，X6。输出点：够买汽水指示，Y0
3、；够买花茶指示，Y1；够买咖啡指示，Y2；输出汽水，Y10 ；输出花茶，Y11；输出咖啡，Y12；退 10 元输出，Y13；退1 元输出 Y14。22 自动售货机和自动售货机和 PLC 简介简介1.1 自动售货机介绍自动售货机介绍自动售货机是一种全新的商业零售形式， 20 世纪 70 年代自日本和欧美发展起来。它又被称为 24 小时营业的微型超市。 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。可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller），简称 PLC。可编程序控制器是综合了计算机技术、
4、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。PLC 是以 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, 是现代工业控制的三大支柱(PLC、机器人和CAD/CAM) 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
5、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。 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。从广义来讲投入硬币、纸币、信用卡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，2
6、4 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，有吸引人们购买好奇心的自身性能，可以很好地解决人工费用上升的问题等各项优点。3现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。自动售货机在我国的起步比较晚，直至 1993 年才在广东、上海开始出现，机器分别从日本、韩国进口。现在，自动售货机的在我国的发展已达 1000 多台，主要分布在北京、上海、广州及沿海商品经济较为发达的地区。由于自动售货机的便捷灵活和昼夜服务，受到当地人民的欢迎。但是，由于中
7、国的流通货币是以纸钞为主，而通常的自动售货机只能识别金属硬币，这就限制了自动售货机的大面积推广应用，也限制了自动售货机在零售商业的发展。鉴於自动售货机在国外发达国家的发展状况，我国进口的自动售货机只能识别人民币硬币的缺陷，国内一些有眼光的厂商近年来开始研制开发国产自动售货机。为国际自动售货机协会中国唯一会员资格的天津南开戈德防伪技术有限公司以南开大学雄厚的科研力量为依托，大力开发防伪识别技术、数码技术和软件技术。从 1997 年三月开始，经过一年多的努力，成功地解决了人民币纸钞的防伪识别和认读难题。并研制开发了戈德系列自动售货机，与国际先进技术同步，成为国内能辩别人民币纸钞真伪并且能认读纸钞的
8、自动售货机。2.2 PLCPLC 简介简介早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术 的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称 PLC。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，基本构成为： a、电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、4
9、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在 +10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去b. 中央处理单元 (CPU) 中央处理单元 (CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结
10、果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入输出接口电路现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用 PLC 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。e、功能模块如计数、定位等功能模块。f、通信模块如以太网、RS485、Profibus-D
11、P 通讯模块等。2.3 PLCPLC 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则5任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则：1. . 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求我们在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问
12、题。2. 保证 PLC 控制系统安全可靠保证 PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证 PLC 控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。3. . 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求我们不仅应该使控
13、制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便，不宜盲目追求自动化和高指标。4. . 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改6进。2.4 PLCPLC 控制系统设计编程要求控制系统设计编程要求1 所编的程序要合乎所使用的PLC的有关的规定主要是对指令要准确地理解，正确地使用。各种 PLC 指令多有类似之处，但还有些差异。对于有 PLC 使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程设计时，一定要对新型号
14、 PLC 的指令重新理解一遍，否则容易出错。2 2 要使所编的程序尽可能简洁简短的程序可以节省内存，简化调试，而且还可节省执行指令的时间，提高对输入的响应速度。要使所编的程序简短，就要注意编程方法，用好指令，用巧指令，还要能优化结构。要实现某种功能，一般而言，在达到的目的相同时，用功能强的指令比用功能单一的指令，程序步数可能会少些。3 3 要使所编的程序尽可能清晰这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂程序。要想使程序清晰，就要注意程序的层次，讲究模块化、标准化。特别是在编制复杂的程序时，更要注意程序的层次，可积累自己的与吸收别人的经验，整理出一些标准的具有典型功能的程序，并尽可
15、能使程序单元化，像计算机中的常用的一些子程序一样，移来移去都能用，这样，设计起来简单，别人也易了解。4 4 要使所编的程序合乎PLC的性能指标及工作要求所编程序的指令条数一定少于所选用的 PLC 内存的容量，即程序在 PLC 中能放得下，所用的输入、输出点数要在所选用 PLC 的 I/O 点数范围之内，PLC的扫描时间要少于所选用 PLC 的程序运行监测时间。PLC 的扫描时间不仅包括运行用户程序所需的时间，而且还包括运行系统程序，（如 I/O 处理、自监测）所需的时间。5 所编程序能够循环运作PLC 的工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。它的运行从初始化后的状态开始，待控制对象完成了工
16、作循环（完整程序执行一次），则又返回初始化状态继续运行。因为只有这样才能使控制对象在新的工作周期中也得到7相同的控制。3 3 自动售货机自动售货机 PLCPLC 控制控制3.13.1 自动售货机硬件设计自动售货机硬件设计首先自动售货机布局图如图 3.1：输入钱数显示余额显示汽水花茶咖啡杯子杯子杯子电动阀1电动阀2饮料出口10元投币口5元投币口1元投币口汽水选择及显示花茶选择及显示咖啡选择及显示退币图 3.1 自动售货机布局图图中 1 元，5 元，10 元投币口也可当余额找币口用。PLC 的 I/O 分配表如下：表 3.1 I/0 分配表X01 元投币关电 开关Y3-Y97 段数码管X15 元投币关电 开关Y0够买汽水指示灯X210 元投币关 电开关Y1够买花茶指示灯输入 （I）X3汽水按钮输出 （O）Y2够买咖啡指示灯8X4花茶按钮Y10输出汽水X5咖啡按钮Y11输出花茶X6退币按钮Y12输出咖啡Y1310 元退币机构Y141 元退币机构外部接线图如下：9X1X2 X3COMX4X5X6X7COMX8X9X10X11COMX12X13X14
