基于PLC的自动售货机监控系统设计毕业设计论文文档格式.docx

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1942年，在食品销售中首先推广了自动售货的销售方式。

1950年。

英国食品杂货行有500家采用自动售货机售货。

1969年，采用自动售货机售货的商家增加到23000家，销售的商品扩展到文化用品、唱片、香烟、食品等多个方面。

进入70年代后，约有40多万家香烟、饮料店采用自动售货机。

1980年英国有50余万台自动售货机，年销售额达8.81亿英镑。

70年代后，日本、美欧等发达国家和地区自动售货机迅猛的发展，短短30年，发达国家自动售货机产业已发展到相当大规模。

自动售货机被广泛地布放于车站、油站、码头、机场、宾馆、写字楼、娱乐场所及大街小巷和公路旁，人们通过自动售货机可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡甚至鲜花和小宠物等物品。

自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展，又原来只能出售有限商品品种，转变为继百货公司、超级市场、便民店之后，以消费者与售货机“一对一”自动售货的无店铺销售业态。

目前自动售货机是集声、光、机电一体化的高新智能化产品，在我国也开始得到应用。

在中国人们可以看到现代化的自动售货机摆放在一些大商场门口、繁华街道两旁、公园入口处以及其它热闹的场所。

自动售货机的新奇、文明、高档、昼夜服务、占地小、灵活方便深受许多地区市民的青睐，甚至出现许多排队购买的现象。

专辑测算，中国的自动售货机在市场容量最保守算应该有四十七万台，一年的销售额可达三百五十亿元若按人均台数计算全年可达五百亿，自动售货机在日本达到平均每二三十人一台，在美国达到每四十人一台，在欧洲每六十人一台，由于中国经济与上述国家还有一定差距，按每人五百台计算。

因此，自动售货机在中国有着广阔的发展前景。

本文选择PLC作为控制器，来控制售货机子系统。

第1章基于PLC技术的自动售货机的方案论证

1.1自动售货机简介

自动售货机的新奇、文明、高档、灵活方便等深受广大市民青睐。

自动售货机最基本的功能是对投入的货币进行运算，并根据所投入的货币数值判断是否能够购买某种商品，并做出相应的反映。

因此，售货机应能够辨识机内包含的商品,能够对所投入的币值进行累计，并提供所要购买的商品。

当按下选择商品的按钮时，售货机根据投入的币值，起动电机，提取商品到出货口，顾客取出商品，完成此次交易。

它还具有识币系统、货物和货币的传送系统来实现完整的售货功能。

自动售货机种类：

（1）IC卡自助自动售货机

采用韩国技术与IC卡技术相结合开发出的最新一代“IC卡自助咖啡机”：

支持投币、刷卡的收费方式、可自动加热、自动出杯、适用于宾馆、商场、车站、网吧、购物中心等场所作为无人值守式的咖啡饮料自助售卖机。

“IC卡自助咖啡机”源自韩国历史悠久的咖啡机技术，结合我国IC卡金融交易规范的自动收费技术，特别适用已采用“一卡通”的地区和部门使用。

IC卡售货机只能在可使用IC卡的地区使用，不能满足大部分群众的需要，有一定的局限性。

（2）饮料自动售货机

该售货机可以储存18种规格的饮料自动售货机，采用和日本同步技术，世界顶级制造工艺，是具有高可靠性，高性能的产品。

该售货机具有以下特点：

独特性-----货道采用独有的蛇行5联排列多功能性----冷/热可自主调节----交替售卖功能----产品促销功能（轮盘赌功能、打折功能----制冷、制热时间段控制功能----连续售卖灵活性：

商品货道塑料瓶和易拉罐可以根据需要进行转换；

多售卖性----180ml-600ml易拉罐、塑料瓶装饮料均可售卖；

节能设计----合理结构布局，节能30%；

智能控制----故障自诊断及实时信息查询本机型总容量438个。

瓶装（600ml/Φ69）120瓶，罐装（180ml/Φ53）318罐。

饮料自动售货机虽然功能强大技术先进，但是其成本高，机器体积大，设备制造工艺比较复杂。

1.2自动售货机控制方案选择

1.2.1基于单片机的自动售货机的控制系统

单片机作为一种控制器被广泛的使用在生产生活中。

在自动售货机控制系统中，可以选用单片机作为控制器，控制售货机子系统。

下面是一个以单片机为控制器的自动售货机系统。

该控制系统的基本要求：

①自动售货机设1元、5元、1元投币口。

②所投的币值超过12元时汽水指示灯、汽水按钮指示灯点亮。

按下汽水按钮，汽水指示灯闪动，汽水出口打开。

7s后，汽水指示灯熄灭，汽水出口关闭。

③所投的币值超过15元时咖啡、汽水、咖啡按钮、汽水按钮指示灯同时点亮。

若此时按下汽水按钮，动作同②。

若此时按下咖啡按钮，则咖啡指示灯闪动，咖啡出口打开。

7S后，咖啡指示灯熄灭，咖啡出口关闭。

④若所投的币值超过汽水（12元）、咖啡（15元）所需的币值。

则上述动作后，找钱指示灯点亮并显示余额（所投的币值不超过20元）。

P1.0、P1.1、P1.2为1元、5元、10元的输入。

当投币时，产生一个负脉冲向8031申请中断。

利用8255来扩展I/O口，并通过译码电路定义8255的地址信息为：

0CCFFHA口；

0CDFFHB口；

0CEFFHC口；

0CFFFH控制寄存器。

汽水按钮、咖啡按钮分别由8255的PB0、PB1输入状态。

8255的A口分别控制一系列指示灯和出口的动作。

利用8255的C口送出译码信息，驱动数码管来显示余额。

此系统用单片机组成系统采用中断方式实现。

主程序主要完成系统的初始化，如堆栈的设置，存储单元的清零，8255定义等。

在中断子程序中完成投币值个数的统计。

指示灯的动作，出口打开，余额的显示，延时等均由相应的子程序来完成。

使用单片机作为控制器的自动售货机系统，其硬件电路复杂，软件设计也很繁琐。

根据系统的要求，硬件电路设计如图1-1所示

图1-1基于单片机的自动售货机控制系统硬件电路图

1.2.2本设计方案选择

尽管自动售货机的种类繁多，但是基于PLC控制的自动售货机在市场上仍然很少，PLC控制的自动售货机不仅开发过程简便，而且抗干扰性能好、可靠性高，从而提高整个系统的自动化程度。

因此开发设计基于PLC的自动售货机具有广泛的市场前景，本设计就是选用PLC作为控制器，控制3台自动售货机并组成网络系统。

1.2.3本系统组成

在设计中选择PC机作为主工作站的上位机，下位机采用PLC作控制器，每个PLC控制器控制一个售货机子系统，选择三台PLC控制器分别为从工作站1，从工作站2，从工作站3。

其系统组成框图如图1-2所示：

图1-2系统组成框图

每个售货机子系统具有如下功能：

用户投入钱币后，由售货机系统内部所设置的硬币识别器对所投钱币进行识别，确认后根据用户各自的选择（选择咖啡或果珍），售货机应完成自动出杯、自动计量、计数等功能。

售货机还设有调温按钮，可供给用户冷、热饮。

主工作站主要实现对从工作站售货情况及价格进行监控。

此外系统还需要一根9芯电缆连接线和网络连接器，一个总线转换模块RS-485转换器。

RS-485接口的传输线采用差动接收和平衡发送的方式传送数据，有较高的通信速率（波特率可达10M以上）和较强的抑制共模干扰能力，输出阻抗低，并且无接地回路。

这种接口适合远距离传输，是工业设备的通信中应用最多的一种接口。

第2章硬件设计

2.1PLC控制的特点

2.1.1PLC的产出

随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展。

PLC不仅功能强，功耗、体积减小，成本下降，可靠性提高，编成和故障检测更为灵活方便，而且远程I/O和通信网络、数据处理以及图像处理显示也有了长足的发展，所有这些已经是PLC应用于连续生产的过程控制系统，使之成为今天自动化技术的三大支柱之一。

2.1.2PLC的工作原理

PLC虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。

微机一般采用等待命令的工作方式，而PLC则采用循环扫描工作方式。

在PLC中用户程序按先后顺序存放。

对每个程序，处理器从第一条指令开始执行，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。

扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：

一是处理器执行指令的速度；

二是执行每条指令占用的时间；

三是程序中指令条数的多少。

一个扫描周期大致可分为输入/输出刷新和执行指令两个阶段。

所谓输入/输出刷新是指，PLC先将上一次扫描的执行结果送到输出端，再读入输入数据并存入输出状态寄存器，输出状态的寄存器内容进行一次更新，故称为“I（输入）/O（输出）刷新”。

由于每一个扫描周期只进行一次输入/输出刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入与输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入与输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度，由此可见，若输入变量在输入/输出刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。

反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的输入/输出刷新期间输出才会发生变化。

总之，采用循环扫描的工作方式，是PLC区别微机和其他控制设备的其他设备的最大特点。

2.1.3PLC应用的特点

PLC现今已广泛应用于国内外的钢铁，采矿，水泥，化工，电力，石油，汽车装卸，机械制造，造纸，纺织，环保及娱乐等各行各业。

它的应用大致可分为以下几种类型：

开关量逻辑控制是PLC最基本应用；

闭环过程控制使PLC做模拟量控制；

位置控制实现对各种机械运动时的控制；

监控系统进行数据的采集和数据的处理，监控生产过程；

分布控制系统实现自动控制的网络化。

PLC与集散系统在数字处理，程序控制方面有优势，与工业控制计算机相比通用性强，硬件结构简单，编程容易，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。

2.1.4PLC的内部组成

PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。

用PLC实施控制，其实质是按一定算法进行输入、输出变换，并将这个变换给以物理实现，应用于工业现场。

PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路组成。

PLC结构框图如图2-1所示：

图2-1PLC结构图

2.2系统的输入/输出信号

本自动售货机控制系统7个开关量输入和8个开关量输出。

1.输入信号

本设计中每个自动售货机的输入信号有：

自动选择信号、硬币投入检测、选择咖啡按钮、选择果珍按钮、加热按钮、制冷按钮、位置检测。

其输入信号及电气符号表如表2-1所示。

表2-1自动售货机控制系统的输入信号代码表

信号名称

电气符号

咖啡选择按钮

SB1

果珍选择按钮

SB2

加热按钮

SB3

制冷按钮

SB4

位置检测

SQ1

硬币投入信号检测

SQ2

自动选择按钮

SA

2.输出信号

每个自动售货机的输出信号有：

出杯口、咖啡出口、咖啡指示灯、果珍出口、果珍指示灯、加热控制、制冷控制、制动控制。

其输出信号及电气符号表如表2-2所示。

表2-2自动售货机控制系统的输出信号代码表

加热控制

KM1

制冷控制

KM2

出杯控制

KM3

制动控制

KM4

咖啡指示灯

HL1

咖啡出口控制

KA1

果珍指示灯

HL2

果珍出口控制

KA2

2.3PLC选型

目前，世界上有200多个厂家生产可编程控制器产品，比较著名的PLC生产厂家主要有美国的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、德国的西门子（SIMENS）、法国的TE、韩国的三星（SUMSUNG）、LG等。

本文选择的是德国的西门子公司生产的S7-200PLC。

S7-200系列PLC是西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的一样，因此它一经推出，即受到了广泛的关注。

特别是S7-200CPU22*系列PLC，由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。

同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，其速度快，具有极强的通信能力，几乎可以完成任何功能的控制任务。

CPU22*系列PLC它有如下五种不同结构的配置单元：

（1）CPU221，它具有6输入/4输出，I/O共计10点，无扩展能力；

（2）CPU222，它具有8输入/6输出，I/O共计14点，并可以进行一定的模拟量控制和2个模块的扩展；

（3）CPU224，CPU224具有14点输入/10点输出，I/O点数共计24点，它有七个扩展模块，有内置时钟；

（4）CPU226，它具有24输入/16输出，I/O共计40点，与CPU224相比，它增加了通信口的数量，通信能力大大增强；

（5）CPU226XM，这是西门子公司后推出的一种增强型主机，它在用户程序存储容量和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和CPU226相同。

本次设计中共7个开关量输入，共8个开关量输出，共计15点，因此选用了S7-200系列CPU224，CPU224具有14点输入/10点输出，I/O点数共计24点，它可以有七个扩展模块，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用最多的S7-200产品,系统并有10%-20%的余量。

2.4I/O地址分配

设计中需要输入到PLC中的输入信号和输出信号进行I/O地址分配。

I/O地址分配表如表2-3所示。

表2-3I/O地址分配表

地址编码

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I1.0

I1.1

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

2.5PLC外部接线设计

根据输入/输出信号及I/O分配表进行PLC进行外部接线，其PLC外部接线见图所示。

PPLC图2.2plc外部接线图2.2PLC外部接线图

图2-2PLC外部接线图

2.6硬件电路的设计

2.6.1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（开关量），完成对金属硬币的识别，本文选择的是DH-0601一元专用投币器，其输出信号介入PLC中输入端I1.0。

DH-0601一元专用投币器简介：

规格:

工作温度：

-10℃～+60℃

适用范围:

自动售货机、投币电话机、投币点唱机、投币洗衣机、游戏机功 

能:

1、硬币反向移动停机 

2、硬币在轨道停留报警 

3、防电击、电磁干扰

4、CPU设定选币准确

5、可有效排除铅、铝、铜等其它代币

6、独有CPU防钓鱼报警程式，报警10秒自动恢复

2.6.2加热控制电路的设计

在本设计中加热装置是由一电阻丝连接220V交流电构成，简易方便，由热继电器控制其开关，当用户按下加热按钮使得接触器KM1得电，此时KM1常开触点闭合，电阻丝接通电源开始加热。

加热控制电路如图2-3所示：

图2-3加热控制电路图

2.6.3制冷装置的设计

本设计中制冷装置模仿制冷饮水机的制冷装置，在制冷系统中，冷胆是电子制冷装置的一个“心脏”部件，它决定着制冷性能。

本设计选用TSW-1.4LA/B型冷胆产品，该产品的特点如下：

1、制冷水能力：

≥1.5L/h（≤10℃），接近普通压缩机制冷饮水机制冷水能力≥1.8L/h（≤10℃）；

2、散热能力：

可使半导体制冷片制冷效率提高约30%左右；

3、采用和饮水机水罐直接连通的胆腔结构，可直接从水罐进入胆腔清洗水垢，彻底杜绝水质二次污染；

4、采用可靠性更好的面接触式NTC安装结构，有效杜绝了非NTC原因引起的感温灵敏性差的质量现象。

该产品成本低，性能好，并可以满足本设计要求。

TSW-1.4A/B型冷胆其技术参数如下：

额定电压：

12V；

额定电流：

10A；

额定功率：

120W；

温控点：

19.0KΩ（下限）。

其制冷装置的控制电路如图2-4所示：

图2-4制冷装置的控制图

2.6.4咖啡、果珍出口控制

咖啡的出口控制是用电磁阀来控制，当咖啡按钮被按下，此时KA1（KA2）得电，电磁阀开启，咖啡（果珍）流下，此时PLC定时器开始定时，定时时间到KA1（KA2）失电，电磁阀关闭。

其控制电路图如图2-5所示：

图2-5咖啡与果珍的出口控制电路图

2.6.5出杯、制动控制

本设计中使用一个小型电机对出杯装置进行控制。

当PLC检测到有硬币投入时，此时KM3得电，电机启动并开始出杯，出杯后电机断电，由于出杯装置有一个惯性作用，即使电机断电后仍使杯子偏离咖啡出口，PLC编程时会由时间控制减缓这个惯性作用。

第3章软件设计

3.1上位机监控管理程序

上位机为一台PC机，主要实现对下位机售货情况及价格进行监控，以及实现人机交互，完成主工作站与从工作站的通信。

在PC机中使用VB6.0编程软件，进行用户管理界面的设计及与下位机通信程序的设计。

图3-1上位机用户管理界面

图3-2上位机用户管理界面

图3-3上机位管理界面

上位机用户管理界面控制程序：

PrivateSubCommand1.Click

Dimxassing,yAssing

x=val（Text1.Text）

y=val（Text2.Text）

If

cmdexit．Enabled=False

Then

x=“从PLC存储器读到的数值”

y=“从PLC存储器读到的数值”

else

cmdexit．Enabled=Tr