自动售货机全文机械cad图纸大学毕设论文.docx
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自动售货机全文机械cad图纸大学毕设论文
目录
1引言1
2PLC的结构与特点1
2.1PLC的基本结构1
2.2PLC的特点1
2.3PLC的应用领域2
3自动售货机的硬件设计2
3.1控制要求2
3.2光传感器3
3.3数码管显示4
3.4金属硬币的识别原理5
3.5硬币的贮存和退币5
4自动售货机的软件设计5
4.1设计思路5
4.2总体流程图5
4.3I/O口分配6
4.4控制接线图7
4.5程序开发7
4.5.1计币系统8
4.5.2比较系统8
4.5.3选择和饮料供应系统8
4.5.4退币系统9
4.5.5钱显示和制冷10
5调试10
5.1系统的连接10
5.2PLC程序调试10
6结论11
参考文献11
附录12
1引言
自动售货机（VendingMachine）起源于公元前215年的古埃及，当时用于人们在神庙里用金币购买圣水。
19世纪70年代，自动售货机在美国、日本迅猛发展，如今已成为世界上最大的现金交易市场。
作为一种前卫的零售方式，自动售货机已在45个国家广泛普及。
据统计，日本平均每23人就拥有一台自动售货机，美国平均每40人拥有一台自动售货机，美国自动售货机的零售营业额高达293亿美元，日本每个消费者每年在自动售货机上的消费金额达5.5元。
全世界每年通过自动售货机销售商品的总额已达2000亿美元。
近些年，随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不断提高，自动售货机也已悄然步入了我国的大中城市。
自动售货机在北京、上海、大连、沈阳、西安开始出现，成为不少年轻人时髦的购物选择。
在国家相关政府部门的大力支持下，中国的自动售货机产业以超常规的速度迅猛发展，并带动了一批新的服务业、物流运输配送业的快速发展，丰富了中国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助服务时代。
本文设计自动售货机的目的在于，结合现实中的情况，在巩固和应用所学知识的前提下，充分发挥自己的动手和实际设计的能力，设计出一款简单实用的自动售货机。
2PLC的结构与特点
2.1PLC的基本结构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成
2.2PLC的特点
传统的自动售货机可靠性不高，编程、调试、检测等操作不方便等问题。
而PLC可以解决这些问题，PLC具有如下优点：
功能强、性能价格比高；硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强；可靠性高、抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量少，维修方便；体积小、功耗低，对电源要求不高（一般的PLC，如用直流24V电压供电，电压波动允许为16～14V，如用交流220V电压供电，电压波动允许为190-2600）。
由于这些优点使其已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。
其内部采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可见，PLC在控制自动售货机上占有很大的优势，本设计采用PLC作为控制核心，对自动售货机控制系统进行设计，主要包括硬件设计和软件设计。
本设计采用的PLC是FX2n-48MR型号，编程软件采用的是SWOPC-FXGP/WIN-C。
2.3PLC的应用领域
在发达的工业国家，PLC已经广泛的应用于所用的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围也不断扩大。
PLC主要用于以下方面
（1）开关量逻辑控制
（2）运动控制
（3）闭环过程控制
（4）数据处理
（5）通信联机
3自动售货机的硬件设计
3.1控制要求
本文设计的是售可乐和橙汁这两种饮料的自动售饮料机,它的总体售货过程是：
当顾客购买饮料时,投入的硬币（投入硬币的面值和剩余值由PLC驱动数码管显示）经过光传感器感应，然后由光传感器驱动硬币识别器识别硬币，如果是假币则被排出，如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮币腔,并经光传感器感应，由光传感器驱动PLC运行。
然后经顾客选择、PLC进行控制，使在PLC的输出口上有相应的信号输出。
大体运行如图
（1）：
图
（1）
箱体大体外观如图
（2）:
图
（2）
3.2光传感器
在本设计中，用到光传感器：
当硬币投入开始由光传感器感应，然后由光传感器驱动硬币识别器；硬币经识别后进入贮存腔时，由光传感器感应，给PLC一个信号，进行硬币的相加运算；当退币时，退出的硬币经光传感器感应，给PLC一个信号，进行退币的相减运算。
光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器件，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。
光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其它传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可，本设计是运用红外线传感器的原理对投币进行检测。
图（3）所示是红外线传感器的工作原理图。
它是由光源、接收器和PLC运行电路三部分组成。
光源使用普通的白炽灯泡，当点亮灯泡时，由于灯丝的温度很高，能产生较强的红外辐射，灯泡发出的可见光经滤光片滤掉，红外光便可向外发射。
在距光源发射点一定距离处，设置有红外接收器。
这样，在红外光源和接收器之间就形成一条用肉眼看不见的红外界线。
无硬币遮挡红外线时，红外线经凸透镜聚光后直接照射在光敏二极管VD1上，光敏二极管的电阻变小，从而使V1导通、V2处于截止状态，接在V2集电极的继电器K不工作，输出为低电平，因此，PLC得不到相应的信号。
当有硬币通过红外界线时，红外线被硬币遮挡，光敏二极管因无光照射其内阻增大，于是VT1截止，VT2变为导通，则输出为高电平，使PLC得到相应的信号。
图（3）
3.3数码管显示
在本设计中，显示部分，以7段显示指令SEGD来实现，对于指令SEGD，将源操作数指定的元件的低4位中的十六进制数译码后送给7段显示器显示，译码的信号存于目标操作数指定的元件中，输出时要占用7个输出点。
原操作数可以选所有的数据类型，目标操作数位KnY、KnM、KnS、T、C、D、V和Z，只有16位运算。
X0[S][D]
SEGD
D0
K2Y0
[S]指定的元件的低4位中的十六进制数经译码后驱动7段显示器，译码信号存于[D]指定的元件中，[D]的高8位不变。
右图中7段显示器的B0～B6分别对应于[D]中的最低位～第六位，某段应亮时[D]中对应的位为1，反之为0。
3.4金属硬币的识别原理
我国目前发行的1元、5角和1角硬币的金属原材料是为造币而专门使用的特殊合金，因此在它通过投币入口进入由电感和电容组成的特定高频振荡线路所产生的磁场时．金属材质和体积的差异对电感量的影响大小也出现微弱差异，电感量的变化引起振荡频率的变化；再通过检测频率的变化，与设定值进行比较，确定某种硬币种类后，经窄带选频电路将频率信号变成电压信号输出，完成对金属硬币的识别.
3.5硬币的贮存和退币
在本设计中，采用的是圆筒式贮币，步进电机退币，当硬币投入后经过识别识出电信号后，伪币和异物被排出，真币按面值由几组分布电磁阀分配到不同贮币腔内备用。
当收到退币找零电信号后，通过退币电机，将贮币腔内下部硬币依电信号程序退出，完成自动售货机的退币找零功能。
4自动售货机的软件设计
在本设计中,核心部分是软件设计,以下就针对这一方面做具体的研究:
4.1设计思路
（1）自动售饮料机可投入5角、1元的硬币。
（2）由7段数码管显示投币总额或现在值。
（3）当投入的硬币总值超过2元时，可乐指示灯亮，当投入的硬币总值超过3元时，可乐和橙汁指示灯亮。
（4）当可乐指示灯亮时，按选择可乐按钮，则排出可乐一瓶。
（5）当橙汁按钮指示灯亮时，按选择橙汁按钮，则排出橙汁一瓶。
（6）若当前有钱则退钱指示灯亮,当按退币按钮时，退出所显示的钱。
4.2总体流程图
4.3I/O口分配
如表
（1）：
输入信号
输出信号
名称
输入点编号
名称
输出点编号
1元投币感应器
X0
显示指示灯
Y0-Y7
Y20-Y27
5角投币感应器
X1
可乐指示灯
Y10
可乐选择按钮
X2
橙汁指示灯
Y11
橙汁选择按钮
X3
可乐出电磁阀
Y12
退币控制按钮
X4
橙汁出电磁阀
Y13
1元退币感应器
X5
1元退币电机控制
Y14
5角退币感应器
X6
5角退币电机控制
Y15
制冷感应器
X7
退币显示灯
Y16
制冷指示灯
Y17
表1
4.4控制接线图
图（4）
4.5程序开发
自动售货机程序的编写主要涉及6大系统:
计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统、退币系统、钱显示和制冷系统。
4.5.1计币系统
当有顾客购买饮料时，投入硬币时经过光传感器感应，然后由光传感器驱动硬币识别器识别硬币,如果是假币则系统自动退出硬币,如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮存腔,并经光传感器感应，然后在PLC内进行数据运算，否则认为是假币并退出系统，梯形图如图（5）：
图（5）
4.5.2比较系统
投币完成后，系统会将D5内钱币数据和可以购买的饮料价格进行区间比较：
若2元≤投币<3元，则可乐选择指示灯长亮，此时可以选择可乐；若投币≥3元,则可乐和橙汁指示灯长亮,此时可以选择可乐和橙汁。
梯形图如图（6）:
图（6）
4.5.3选择和饮料供应系统
比较完成后，按下指示灯长亮的选择按钮，相应的电磁阀（Y12或Y13）起动并且相应的指示灯亮，饮料输出的同时减去相应的购买币数。
当饮料输出达到1s时，电磁阀关断同时指示灯灭。
梯形图如图（7）：
图（7）
4.5.4退币系统
顾客可在购完饮料后，由退币指示灯可知是否可以退币，指示灯亮，则可以退币，当按下退币按钮后，数据寄数器D5内的币数除以10，商的整数部分是需要退回1元的个数并储存在D10中；D11的数据除以5，商的整数部分是需要退回的5角钱的个数，并储存在D20中，同时起动2个退币电动机。
2个光感应器开始计数，每各退一个币D10减一或D20减一，直到为零时，退币电动机停止运转，各个电机独自工作。
PLC编程梯形图如图（8）所示。
图（8）
4.5.5钱显示和制冷
显示中由D2显示十位、D3显示个位。
在制冷中，由温度传感器控制，当温度超过某一值时。
开关x7闭合并制冷一段时间。
具体梯形图如图（9）：
图（9）
5调试
5.1系统的连接
电气控制部分与PLC之间的连接：
从主电路引出线，通过整流电路，将220VAC变换成24VDC供给PLC作为工作电源；电气控制部分的各个接触器的控制信号，全部由PLC给出，连接时，将接触器电磁机构线圈与PLC相应端子连接。
5.2PLC程序调试
PLC的控制程序的编写，是运用专门的编程软件SWOPC-FXGP-WIN/G，程序通过步进梯形图方式（ladder）编写，由于步进梯形图程序的直观性，在设计中，用此编写程序。
在SWOPC-FXGP-WIN/G软件中，可以方便地对PLC程序进行剪切、复制、粘贴、插入等。
编写好的程序下载到PLC，PLC上电后扫描执行程序。
调试PLC程序时，可以通过模拟的拨动开关、复位按钮和指示灯来测试程序的正确性,由于本设计的I/O点数很多，不可能对各个I/O点都设置相应的拨动开关，所以对实现类似功能的程序只需对一部分进行调试:
首先，对一个典型的输入硬币进行调试，给复位按钮信号来表示硬币的输入及饮料的选择，用发光二极管来显示饮料选择提示、饮料送出、送出时间和退币提示，然后，对制冷部分进行调试，只需给相应的输入端口信号，然后相应的指示灯变亮即可。
在程序调试过程中，往往会碰到许多小问题，需不断地进行修改和测试。
最后达到设计要求。
6结论
本论文在论述了自动售货机的发展过程及国内外发展现状的基础上，介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，并以PLC电气控制为基础，通过对自动售货机的功能进行分析，制定出具体的设计方案和设计步骤。
文中分析了自动售货机的基本功能、运行环境以及工作过程，介绍了相关的硬件和软件知识，重点放在PLC的编程指令在控制自动售货机复杂运作中的实际运用。
在整体设计过程中按照“提出问题，分析问题，解决问题”的主导思想，对整个系统的设计工作做出了细致的阐述。
通过论文设计，使我对PLC控制系统的知识有了更深层次的认识，同时,在论文设计中通过查阅文献，搜集资料，综合分析等方面的训练，使我综合运用各方面知识，分析解决实际问题的能力也得到了很大的提高。
在具体的设计工作中，通过老师和同学的帮助和自己的不断摸索，掌握了不少的工程设计方法，同时也培养了自己的工程设计思想，为以后的实际工作打下了一定的基础。
论文中不完善的部分和功能的增加有待于进一步的设计和调试。
参考文献
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