自动售饮料机设计—毕业设计.docx
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南昌工程学院本科毕业设计
摘要
随着科技发展和生活水平的提高，在许多中大型城市的很多公共场合出现了自动售饮料机，极大的方便的人们的即时性需求，为人们进行简单物品的采购提供了一种便利。
传统的自动售饮料机多采用单片机来控制，系统硬件设计复杂，抗干扰能力差，成本高，并且难以保证系统的稳定性，维护困难。
本文的设计是基于三菱PLC自动售饮料机的控制系统，阐述了自动售饮料机的发展背景与前景，详细的分析了自动售饮料机的功能及其特点，提出了总体设计方案。
本文选用三菱FX系列PLC为主控控制器，基于FXGP编程软件，采用顺序控制的程序设计方法，设计了系统控制程序，包括计币系统、比较系统、选择系统、饮料供应系统、退币系统。
本文的程序部分采用梯形图以及指令语句来编写。
该设计提高了自动饮料机的可靠性和执行效率，系统维护简单、方便，具有一定的场推广价值。
关键字：
自动售饮料机PLC梯形图
I
ABSTRACT
Withthedevelopmentoftechnologyandtheimprovementoflivingstandards,inmanylargecitiesinmanypublicplacestherearebeveragevendingmachines,agreatconveniencetopeople'simmediateneeds,providesaconvenientforsimpleprocurementofgoods.Traditionalbeveragevendingmachineswithsingle-chipmicrocomputertocontrolsystemhardwaredesignforacomplex,anti-jammingability,highcost,anditisdifficulttoguaranteethestabilityofthesystem,anddifficulttomaintain.
ThisdesignisbasedonMitsubishiPLCbeveragevendingmachinecontrolsystem,presentedthebackgroundandprospectofbeveragevendingmachines,detailedanalysisofthefunctionandcharacteristicsofthebeveragevendingmachine,presentedtheoveralldesign.ThisselectionofMitsubishiFXseriesPLCamastercontrollerbasedonFXGPprogrammingsoftware,useofsequencecontrolprogramdesignmethod,designsystemcontrolprogram,includingperiodofcurrencysystems,comparativesystems,selectedsystems,beveragesupplysystems,coinsystem.
Programsectionofthisarticleuseofladderdiagramandinstructionstatementstowrite.Thedesigntoimprovereliabilityandefficiencyintheimplementationofanautomaticdrinksmachines,systemmaintenanceissimpleandconvenient,haveacertainmarketvalue.
I2I
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Keywords:
automaticmachineforbeveragesPLCladderdiagram
III
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章、自动售饮料机的介绍 1
1.1自动售饮料机的概述 1
1.2自动售饮料机的功能分析 2
1.3自动售饮料机研究现状 3
1.4自动售饮料机的前景分析 4
第二章、三菱PLC的介绍 6
2.1PLC的概述 6
2.2PLC的产生原因 6
2.3PLC的特点 7
2.4PLC的应用领域 8
2.5PLC的工作原理 9
2.6PLC的选型步骤 10
2.7三菱PLC的未来发展趋势 10
第三章、自动售饮料机硬件设计 12
3.1控制要求 12
3.2光传感器 12
3.3金属硬币的识别原理 13
3.4硬币的存储和退币 14
3.5自动售饮料机PLC外部接线 15
第四章、自动售饮料机的软件设计 16
4.1设计要求 16
4.2主要设计思想 16
4.3总体流程图 17
4.4I/O口地址分配 17
4.5主程序设计 18
4.5.1计币系统 18
4.5.2比较系统 20
4.5.3选择、供应饮料系统 20
4.5.4退币系统 23
结论 28
致谢 30
参考文献 31
附录.
....................................................................
4
....................................................................
...........32
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第一章自动售饮料机的介绍
1.1自动售饮料机的概述
自动饮料机是可完成无人自动售饮料，集光、机、电一体化的商业自动化设备。
自动饮料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，很多城市的公共场所里面都放置有自动饮料机，出售的商品五花八门，从饮料、零食、香烟、糖果，到牙刷、方便面、自动照相机。
为了更好的为人们服务，本文设计的是售汽水和橙汁这两种饮料的自动饮料机它的售货过程是：
首先由顾客按下商品选择开关时，然后顾客投入的硬币（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，再由光传感器驱动硬币识别传感器识别硬币（由于能力有限，在识别硬币上不做具体研究）。
如果是无效币则使继电器打开阀门，将硬币退出；如果是真币则系统将硬币自动传送到相应的硬币贮币腔，并经硬币识别传感器将信号送给PLC。
最后经顾客选择，同时PLC控制，使PLC的输出口上有相应的信号输出。
若贮币腔内无硬币（红外检测器感应）、饮料的量位小于设定值
（红外传感器感应）、售货机遭损，系统就报警。
为了全面控制系统，综合运用大学所学的基本理论、基础及专业知识，加强对控制系统的认识，提高学生综合运用所学知识分析与解决实际问题的能力，为毕业后从事工程技术和科研工作奠定基础。
使用时传感器用胶贴在售货机上，通过电缆和PLC相连，然后再通过PLC与报警电路相连。
为了提高报警器的灵敏度，信号经放大后，需经带通滤波器进行滤波，要求它对选定的频谱通带的衰耗要小，而带外衰耗要尽量大。
由于售饮料机振动的波长在音频和超声波的范围内，这就使滤波器成为电路中的关键。
为了提高报警的可靠性，电路中设置有比较器，只有在传感器信号高于设定的阈值时，它才会输出报警信号，驱动
PLC，再由PLC驱动报警执行机构工作。
常见的自动售饮料机如下图所示：
34
第一章自动售饮料机的介绍
图1.1自动售饮料机外观图
1.2自动售饮料机的功能分析
自动售饮料机的系统主要分为五个子系统，分别为：
计币系统、比较系统、选择和供应系统、退币系统。
自动售饮料机的工作原理为：
PLC在其内部对顾客投入的硬币进行累加运算，并将运算所得的结果与预设值进行比较并判断是否能进行某种饮料的购买，作出相应的反应，进行找零。
举一个简单的例子来说明，例如：
售饮料机中有两种饮料为：
汽水和咖啡。
汽水的售价为4元，橙汁的价格为5元。
现顾客投入若干个1元的硬币，当投入的硬币数值大于或等于汽水的价格，那么这个时候自动售饮料机作出能购买汽水反应，汽水指示灯亮，当顾客按下汽水的按钮时，自动售饮料机的电磁阀打开并掉出汽水与此同时汽水指示灯闪烁，并在其主控控制器内进行减法运算，将多余的钱找回。
这样就完成了一次交易。
自动售饮料机的工作流程图如下所示：
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初始状态
投入硬币
投币状态
按下选择按钮
购买状态
是否有剩余
按下
退币按钮
Y
N
退币状态
图1.2自动售饮料机工程流程图
1.3自动售饮料机研究现状
自动饮料机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所。
传统的自动饮料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.因为自动饮料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。
现在，自动售饮料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饮料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，自动售饮料机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售饮料机成为该行业
第一章自动售饮料机的介绍
的主流。
在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售饮料机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售饮料机相比，它能够节约10－15％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。
自动售饮料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24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饮料机与咖啡饮品服务的融合。
研究前景分析：
自动售饮料机是现代社会中的一种商务工具，2004年以后，中国的自动售饮料机产业实现了快速增长，奥运会和世博会为自动售饮料机市场带来了巨大商机，2008年后进入了发展期，自动售饮料机即将在中国零售业掀起继百货商店、超市之后的第三次零售业革命。
现在，中国自动售饮料机市场已经进入了发展期。
另外，各个大型城市的改造使得很多小店小铺消失，同时随着金融支付手段的增多，IC卡、手机移动支付等技术使自动售饮料机提供便利服务成为可能，这些自动售卖平台的创新模式无疑为国内的自动售货业迅速成长创造了条件。
《2009年中国自动售货机产品专项调研及未来五年投资分析预测报告》是结合自动售饮料机产品历年供需关系变化规律，对自动售饮料机产品内的企业群体进行了深入的调查与研究，采用定量及定性的科学研究方法撰写而成的。
对我国自动售饮料机产品的市场环境、生产经营、产品市场、品牌竞争、产品进出口、行业投资环境以及可持续发展等问题进行了详实系统地分析和预测，并在此基础上，对行业发展趋势做出了定性与定量相结合的分析预测，为企业制定发展战略、进行投资决策和企业经营管理提供了权威、充分、可靠的决策依据。
报告数据主要采用国家统计数据、海关总署问卷调查
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数据、商务部采集数据等数据库，其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，进出口数据主要来自海关及商务部，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。
1.4自动售饮料机的前景分析
自动饮料机是可完成无人自动售货的商业自动化设备，它不受任何场地限制，方便快捷，可以每天24小时售货，在我国也越来越普及。
传统的自动饮料机采用单片机作为控制核心，但这样在输入输出接口上消耗很大。
PLC不但可实现类似控制功能，还具有可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。
从自动饮料机的发展趋势来看，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。
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，无人自动饮料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，自动售饮料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小时无人售饮料的系统可以更省力，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
自动售饮料机是建设现代化城市的配套设施，2004年以后，中国的自动售饮料机产业实现了快速的增长，奥运会和世博会为自动售饮料机市场带啦了巨大的商机。
2008年后自动售饮料机产业进入了快速的发展期，在中国的零售业掀起了一次零售业革命。
第一章自动售饮料机的介绍
现在，中国自动售饮料机市场已经进入了发展期。
另外，各个中大型城市的改造使得很多小店小铺因为顾客减少和成本的因素而不断的消失，同时随着科学技术的高速发展，随着金融支付的手段不断增多，使自动售饮料机提供更便利服务成为可能，在不久的将来这些创新模式的快捷支付的方式的自动售饮料机将向人们面世。
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第二章三菱PLC的介绍
2.1PLC的概述
PLC全名可编程逻辑控制器，它是一种在传统继电器控制系统基础上与
3C技术相结合而不断发展完善起来的新型自动控制器件。
是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。
2.2PLC的产生原因
上个世纪60年代，伴随着半可控和可控电子元件的发展，电子技术得到飞跃式的提升，控制电路电子化便成为趋势。
60年代中后期，在过程控制领域随着小型计算机的应用，控制系统的性能得到更大幅度的提升。
后来随着西方世界出现了经济大萧条，作为工业标志的汽车工业收到沉重打击。
美国通用电气公司为了在激烈的竞争市场中战胜对手，摆脱困境，制定了推出小批量、多品种的车型来吸引顾客的战略。
但是那时期作为控制系统的是由继电器和接触器等组成，灵活性差，不能满足工业不断更新的需要。
GM为了改造传统控制汽车生产设备方式，提出了以下10条招标的技术指标。
（1）采用插件式结构，硬件维护方便。
（2）至少可扩展到4KB的用户程序存储器的容量.
（3）输入可以是直流AC115V。
（4）输出在2A，直流AC115V以上，能直接驱动电磁阀和继电器等。
第二章三菱PLC的介绍
（5）可在现场修改程序，编程简单方便。
（6）体积小于继电器控制系统。
（7）要有高于继电器控制系统的可靠性。
（8）可将数据直接送入管理计算机。
（9）扩展时，只需改动很小的原程序。
（10）成本可与继电器控制系统竞争。
PLC如今已经发展到了三代机，其性能由传统的作为替代继电器控制系统的第一代机（主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制和定时、计数等任务）发展到因微理器的出现而发生重大变化的第二代PLC。
其功能大大增强，并且在软件方面增加了算术运算、通信、数据处理和传输等功能。
进入20世纪80年代后，伴随着超大规模的集成电路技术的发展，微处理器的价格大幅下降，各种PLC采用的微处理器的性能普遍提高，PLC的软件和硬件再一次放生巨大变化，处理速度更快，成本更低，I/O模块更丰富，指令功能更强，体积更小。
目前全球生产PLC的厂家有六十多家，其中最为有名的有日本的三菱、欧姆龙、富士、东芝；美国的通用、ABB、施耐德；德国的西门子；以及中国的台达，信捷等；这些厂商无不是工控业的代表。
其中尤以德国西门子被视为工控业的方向标。
2.3PLC的特点
（1）抗扰能力强，可靠性强
工业现场环境是十分恶劣的，高温，高压、粉尘，噪音，强电磁干扰和振动等，单片机作为控制中心时，为了能够抵御以上恶劣环境，需要建设大量外部电路，即便如此，往往也无法达到控制要求，PLC作为专门为工业控
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制设计的，其内部已设计建设了大量抗干扰的电路这样使PLC接收，输出的信号控制变得更稳定，能非常容易的适应现代化工业的恶劣环境。
（2）功能性强
PLC是由微电子技术、通信技术和计算机技术三大技术综合而成，除了具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能之外，还具有进行各种算数运算、
PID整定、过程监视、网络通信等能力，因此可以适应各种复杂繁琐的工业控制要求。
（3）编程方便，易于使用
PLC程序的设计多采用的是梯形图设计，这种编程语言简单易学。
特别是对于初学者来说，不需要太高的电脑技术方面的要求，只要具备相应的电气控制方面的基础知识就可以很顺利的进行编程，很容易被一般的工程控制人员所掌握理解。
（4）安装简单，维修方便
PLC的安装非常简单，可以在工业环境中进行直接的安装，在安装时只需要将PLC相应的输入/输出口根据程序的需要和相应的外部工业设备连接即可。
系统经过现场的调试和试运行没问题后就可以投入使用。
由于PLC比较稳定，且有自诊断功能，故而损坏维修变得很方便。
（5）采用模块化结构
为了适应现代工业化的高速发展的需要，大部分PLC（除了小型PLC外）都采用模块化结构。
由于采用了模块化的结构所以一台PLC可以有多个CPU，各个CPU之间通过电缆来实现数据的共享和传输。
（6）系统设计与调试周期短
用PLC进行系统设计时，用梯形图代替继电器硬件接线，使得控制柜的设计安装接线工作量大大的减少，设计和施工可以同时进行和传统的单纯继电器控制相比在很大的程度上缩短了工期。
第二章三菱PLC的介绍
2.4PLC的应用领域
在工业发达的国家，PLC的使用已经覆盖了所有的工业环境，随着PLC性能价格比的不断提高，PLC在中大型项目中的应用范围也不断的扩大，其主要用于以下各方面的领域:
（1）开关量逻辑控制。
开关量逻辑控制是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代了传统的单纯继电器控制电路，实现了逻辑控制、顺序控制。
即可用于单台PLC设备的控制也可用于大型工业生产中的连续性控制。
（2）运动控制。
运动控制起源于最早期的伺服控制，简单的说，运动控制就是针对工业中机械部件的位置、速度等进行实时的控制，使其能按照设计的运动轨迹和运动参数进行运动。
PLC和伺服电机的联合运用便能很好的实现上述控制。
PLC通过产生脉冲来控制伺服电机的运转从而实现对工业中机械部件运动的控制。
（3）闭环过程控制。
闭环过程控制的过程就是控制理论中的反馈控制。
输入量经过中间控制器和执行器和被控对象的处理将检测的结果反馈给比较器。
它使回路的输出能接近理想值。
（4）数据处理。
PLC的指令能实现加、减、乘、除等数据的处理。
输入的数据在PLC内部经过数据的处理暂时存放在PLC内部的数据存储器中，
PLC可以通过MOV指令将数据进行输出，并实现对目标的控制。
（5）通信联机。
PLC可以实现多台PLC的联机调试。
最常见的是PLC与变频器的通信联机。
PLC之所以能进行联机是因为其带有丰富的、功能强大的各种通道。
2.5PLC的工作原理
PLC的工作方式概况起来说就是：
顺序扫描，不断循环，扫描到哪，工
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作到哪。
当PLC进入运行后，输入采样、用户程序执行和输出刷新就是它的三个工作阶段。
PLC只有完成上述三个阶段才能真正称为一个工作周期。
在整个运行的过程中，PLC都在不断的重复以上三个阶段。
（1）输入采样阶段。
在输入采样阶段，PLC以扫描方式将所有的输入状态和数据读入，并将它们暂时的存放在I/O映象中的单元格内。
第一阶段输入采样结束后便进入第二和第三阶段用户程序执行和输出刷新的阶段。
在这两个阶段中，即便是输入发生了变化，在I/O映象区中的输入数据也不会变动。
所以，如果输入的信号是脉冲信号，则必须保证这个脉冲的输入大于
PLC的一个扫描周期，这样才能保证无论在那种情况下，该输入都能被读入。
（2）用户程序执行阶段。
在这一阶段起作用的是梯形图语句，用户编写的程序会被PLC按程序的编写顺序一条一条的扫描，经过运算处理后，其结果再传输到输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的状态的改变是随着程序的执行而不断刷新的。
但当输入寄存器中的状态在PLC运算和处理的过程中发生了改变时，这一改变不会对其这一扫描周期之后的输出起作用，只会对其下一个扫描周期对输出状态作用，这就是PLC工作的最大特点不断扫描，扫描到哪，工作到哪。
在经过运算和处理的结果被送入输出状态寄存器后就进入了输出刷新阶段。
（3）输出刷新阶段。
当用户所编写的程序执行完后，输出寄存器的通断在输出刷新时送到锁存器，并通过一定的方式，驱动相应的设备工作。
值得注意的是:
在用户程序执行阶段，只有输入点在I/O映象区内的状态及数据不会发生变化，而其他输出点在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态及数据有可能会发生变化，而且排在上面的梯形图处理结果会对排在下面的线圈或梯形图影响，而不会对在其之上的有影响。
第二章三菱PLC的介绍
2.6PLC的选型步骤
（1）分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的过程和工作特点，了解被控对象的技术指标以及被控对象之间的关系，提出被控对象对PLC性能的要求，确定控制方案，进而写出设计任务指导书。
（2）确定PLC的输入/输出设备
根据系统控制的要求，确定系统的输入、输出，了解系统的输入、输出特性及要求，从而确定PLC的I/O点数。
（3）选择PLC的类型
对PLC的选择包括对PLCCPU、容量、I/O模块、工作电源等的选择。
（4）
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