自动售货机的系统设计

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1、自动售货机的系统设计摘要: 本文介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为 例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控 制器在自动售货机中的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。利用 PLC 控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。自动售货机；可编程序控制器；目录绪论1 1自动售货机的介绍4 1.1 自动售货机功能分析4 1.1.1 自动售货机的基本功能51.2 PLC 的基本结构及原理 .5 1.3 PLC 的选型原则5 2PLC 系统设计. .7 2.1 可编程序控制系统设计的基本原则7 2.1.1

2、控制系统设计原则7 2.1.2 控制系统设计的基本内容 7 2.1.3 控制系统设计的一般步骤 .8 2.1.4 程序设计的步骤. 8 3自动售货机PLC程序设计10 3.1仿真实验中售货机的分析10 3.2设计任务的确定10 3.3 程序设计部分11 3.3.1 程序设计说明.113.3.2PLC程序设计113.4仿真界面与PLC20 3.5 数据连接243.5.1定义I/O设备243.5.2设计26 3.5.3 运行29 4 结束语.29 参考文献 .30绪论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

3、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，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。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，

4、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。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 1015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高功能化的方向发展。因经济复苏缓慢，社会对扩大就业与工作场所提供茶点饮料的福利事业更为关注。 自动售货机不仅保障了惬意的工休时间，也是最廉价、提高职工工作效率最有效的手段。 特别是在 2

5、4 小时无休工作状态中的办公场所，使用独具魅力的迷你型饮料冲饮机，解 决了不间断提供咖啡饮品服务的问题，这种服务加速了自动售货机与咖啡饮品服务的融 合。1999 年的全美自动售货机协会和全美咖啡服务协会的合并使人们更直观地看到了这 种融合现象。购买状态否剩N是育余- 电 一卜币钮 按退按退币状态图 1 自动售货机工作流程图须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。（5）必要时还需设计控制台（6）编制控制系统的技术文件。2.1.3 控制系统设计的一般步骤（1）根据生产的工艺过程分析控制要求。（2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。（3）选择 PLC 系统。（4）

6、分配PLC饿I/O点，设计I/O连接图。（5）进行 PLC 程序设计，同时可进行控制太的设计和现场施工。2.1.4 程序设计的步骤1)对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程土，用以清楚地表明动作的顺序和条件。(2) 设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。(3) 根据梯形图编制程序清单。(4) 用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。(5) 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。(6) 待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再从新修改程序或检 查接线，直到满足为止。(7) 编写技术文件。(8) 交付使用。控制系统设计步骤流程图

7、如图4所示。图4 PLC控制系统设计步骤3 自动售货机 PLC 程序设计3.1 仿真实验系统中售货机的分析由于售货机的全部功能时在上位机上模拟的 ，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟 替代的。如钱币识别系统可以用按压某个“仿真对象”输出一个脉冲直接给PLC发布命令，而传 动系统也是由计算机来直接模拟的，这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟现实中自动售 货机的运行。（1） 试验状态假设 由于是在计算机上模拟运行，试验中有一些区别于实际情况的假设，本试验中假设： 自动售货机只售 8 种商品。 自动售货机可识别 10元、5元、1元、5角、1角硬币。 自动售货机可退币 10元、5元、1元、5

8、角、1角硬币。 自动售货机有液晶显示功能。 实验中售货机忽略了各种故障以及缺货等因素。（2） 一次交易过程分析 为了方便分析，我们以一次交易过程为例。 初始状态。由电子标签显示各商品价格，显示屏显示友好界面，此时不能购买任何 商品。 投币状态。按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值显示屏显示投入、消费、余 额数值，当所投币值超过商品价格时，相应价格选择按钮发生变化，提示可以购买。 购买状态。按下可以购买的选择按钮，所选的商品出现在出货框中，同时显示屏上 的金额数字根据消费情况相应变化。取走商品后出货框消失。 退币按钮。按下退币按钮，显示退币框，同时显示出应退币值及数量。按下确认钮 则恢复初始状

9、态。到此为止，自动售货机的一个完整工作过程结束。3.2 设计任务的确定在清楚自动售货机运行工作过程的基础上，制定出设计方案，确定任务的目标，以设计出 合理的仿真系统。首先，应该做上位机与下位机的任务分工：上位机主要用来完成仿真界面的制作过程，而 下位机则主要用来完成PLC程序的编写。其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找与收 集。例如在进行仿真界面的设计时可以去观看一下真正售货机的外观，必要时可以借助一些宣 传图片来设计自动售货机的外型；在进行PLC程序的编写时需要先分配PLC的I/O点，确定上、 下位机的接口。然后，分别对上、下位机分别进行设计工作。最后，进行上位机设计结果与下 位机设计

10、结果的配合工作，经调试后完成整个系统的设计另外，上位机与下位机的设计工作是密切配合的。它们无论在通信中使用的变量，还是在 仿真中控制的对象都应该是一致的。总体上讲，仿真界面是被控对象，利用PLC来控制这个仿 真的自动售货机，仿真的自动售货机接受PLC的控制指令并完成相应的动作；另一方面，仿真 界面中的仿真自动售货机的运行，都是由组态界面所提供的命令语言来完成的。这是整个仿真 系统内部各大部件之间的内在关系。我主要是对自动售货机中的下位机，也就是主要是对PLC在其中的程序进行设计。仿真程 序只做了解，虽然只做了解，但是也将在下面有所介绍。清楚了仿真实验的整体设计思路，下 面就可以开始着手设计了。

11、3.3 程序设计部分这部分内容是整个系统设计的主体部分。所要完成的任务是仿真系统的上位机与下位机的程 序设计，即在上述功能分析的基础上，有针对性地进行设计。3.3.1程序设计说明下位机程序的编制则是利用松下PLC专用编程软件FPWIN-GR完成的。 在设计的过程中，就像上面所叙述的那样，并非孤立地分别进行上位机和下位机的设计工 作，而是互相配合的。因此在以下的详细设计过程中，并没有将上位机的设计与下位机的设计 整体分开来写，而是相互交替，同时尽量清晰地叙述，在相应的设计部分中注明是上位机的设 计还是下位机的设计。3.3.2 PLC程序设计可以把一次交易过程分为几个程序块：运行初期电子标签价格的

12、内部传递；投币过程；价 格比较过程；选择商品过程；退币过程。（1） 运行初期电子标签价格的内部传递程序的设计仿真系统运行初期，要由PLC向仿真画面相应对象传递已经存储好的价格，还要给投入 显示、消费显示及余额显示存储器清零，同时也要给存储退币币值的存储器清零。程序编 制过程中，要用到运行初期闭合继电器 R9013、16位数据传送指令FO,同时在上位机 ForceControl中，必须定义相应的变量，来实现与PLC程序的对接。所定义的变量如表1 所示。表 1 初始状态变量表傥明卜YfrHt. Fcx- c BEm-tr aL 豪11对应FIX地址扳入显示rOLTftlOL.fV消费足示FDKFO

13、DZ FVVR2余额显示roEfEooa. fvtRj0由品也桔JOTi. TYYIZ.4M由屆价桔JM3E. EAUS03 iar晶价梧JOT3. FV询REJOTl. FVART匹由罰榕JtM5. FV皿由副Tf榕JtMB. FV RT T由殆价桔JOT7. FVRLD08 用品咖E. FVIflRLlifirfi io 元TB$DD FVsvn退帀吕元7ED. FVSVL退帀1元5V2週巾三角TTB$E. FVSV3退帀1 ftTBti.ry阴根据表1编制PLC程序如图5所示。00000000000 -WRL0WR20WES290,WR4ITO ,WKS180 WEB150WR71300 ,WRS320,WR9300,WR10230,WR11WRL2WRL3WRL4WRL5WRL6WRITWRL8WEL9WE20SVO图5 运行初期电子标签价格的内部传递程序在梯形图程序图5中，系统初始化时，通过运行初期闭合继电器R9013在第一次扫描时将数值传递给上位机。给WR1-WR11及SV0-SV4赋初值，赋值功能通过高级指令F0实现。至于为什么要加入WR13、WR15、WR17、WR19及WR20，在以后的程序中将介绍它们的作用。