基于PLC的无人售货机控制系统设计论文Word格式.docx
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无人售货机;
PLC;
控制系统;
设计
DesigenoftheDispenserControlSystembaseonPLC
Abstract
Vendingmachines,sound,light,machine,electricity,smarttechnologyinoneproductofthe21stcentury,vendingmachineswillalsobefurtherdevelopmenttothedirectionofsavingresourcesandenergyaswellashigh-functioning.Vendingmachinesinthefuturenotonlywiththesalesfunction,butmorediversified,andhumane;
suchas:
mobilepayment,remoteon-linemanagement,personalizedLCDadvertisingdisplay,moreenergyefficient.
Thisarticledescribesthebasicprinciplesandworkflowofthevendingmachine,andthentoprocessatransaction,forexample,thetransactionprocessisdividedintoseveralblock.Specifytheroleofaprogrammablelogiccontrollerinthevendingmachine.Proceduresrelatedtothevendingmachinemostoftheworkprocess.PLCcontrolofthevendingmachinetoimprovethestabilityofthesystem,ensurethatvendingmachinesbeabletolong-termstableoperation.
Keywords:
Dispenser;
PLC;
Systembeingcontrolled;
Design
目录
1、绪论-1--
1.1、设计背景-1-
1.2、应用前景-1-
1.3、设计的目的和意义-3-
2、总体设计方案-3-
2.1、总体设计思路-3-
2.2、PLC总设计-4-
2.3、PLC的选择-5-
3、PLC控制系统设计-6-
3.1、售货机工作过程的分析-6-
3.2、程序设计部分-7-
3.2.1、程序设计说明-8-
3.2.2、PLC程序设计-8-
4、数据连接……………………………………………………………………-9-
4.1、设计………………………………………………………………………-9-
4.2、I/O地址定义表-10-
4.3、PLC控制程序梯图…..……………………………………………………………………………………-11-
5、结束语-12-
致谢-13-
参考文献-14-
1、绪论
自动售货机是可完成无人自动售货,集光、机、电一体化的商业自动化设备。
自动售货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售货机,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。
这种方便快捷的购物方式越来越受到人们的青睐,同时也是现代化城市配套设施的需求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(ProgrammableLogicalController),简称PLC。
可编程序控制器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。
目前,可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保等各行各业。
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,自动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。
1.1设计背景
公元1世纪,希腊人希罗制造的自动出售圣水的装置是世界上最早的自动售货机。
起源于本世纪的六十年代,由美国的Mars家族发明。
八十年代,在美国、日本和整个欧洲,自动售货机的应用领域已经扩展至小食品、冷热饮料、快餐、游戏、香烟、公交、地铁、邮票、报纸、电话磁卡以及个人卫生用品等各个方面。
作为一种先进的商业零售方式,自动售货机已在全世界近50个经济较为发达的国家得到了迅速的发展。
据有关资料介绍,在美国,自动售货机的商业零售额每年高达293亿美元,而且每年都以较大的幅度在增长。
在日本和欧洲,自动售货机的发展势头同样非常迅猛,其获得的业绩同样零人瞩目。
现在自动售货机已发展到欧洲平均60人拥有一台,美国平均40人拥有一台。
在法国巴黎,单地铁车站就布放了1500多台,每月销售额达到600多万法郎。
日本人均拥有自动售货机最多,平均23人就拥有一台。
1.2应用前景
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,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在国内,自动售货机的经营权收益主要包括三个部分:
销售收入、广告收入和场地费收入。
有资料显示,如果把广告收入、场地费收入全部计算进去,一台30道自动售货机的年经营利润可达1.5万元左右。
在国外
17世纪,英国的小酒吧里设有了香烟的自动售货机。
在自动售货机历史的长河中,日本开发出实用型的自动售货机,那是在进入本世纪后的事。
日本第一台自动售货机是1904年问世的“邮票明信片自动出售机”,它是集邮票明信片的出售和邮筒投函为一体的机器。
自动售货机的真正普及是在第二次世界大战以后。
50年代,“喷水型果汁自动售货机”大受欢迎,果汁被注入在纸杯里出售。
后来,由于美国的饮料大公司进入日本市场,1962年,出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。
1967年,100日元单位以下的货币全部改为硬币,从而促进了自动售货机产业的发展。
下面是国外对自动售货机的最新研究成果。
据英国《每日邮报》12月27日报道,美国卡夫集团日前与英特尔公司合作设计出一款名为“Isample”的新型自动贩卖机,用于推广卡夫品牌下的一款新零食——Temptation果冻。
这种自动贩卖机的特别之处在于,它能够通过生物识别软件推测顾客的年龄,并且只出售零食给成年的顾客。
这款自动贩卖机内置了一台生物信息扫描仪,能够通过扫描顾客的脸部来收集生物数据信息,从而计算、推测顾客的性别和年龄,年龄误差一般不会超过5岁。
扫描仪在完成数据收集过程之后,会立即将顾客归入设定好的4个年龄段之一,并据此告之顾客是否满足购买年龄条件。
由于这款贩卖机目前还在试运行期间,所以所有符合条件的成年客户都将免费从售货机里提取一袋卡夫新品果冻
在中国
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,在繁华的商业街、地铁车站甚至出现过排队购买的现象。
但是,由于中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。
在一些经济发达的国家,人均拥有金属硬币都在110枚以上,其中美国人均拥有硬币700多枚,德国人均拥有硬币800多枚,日本人均拥有780枚左右,而我国人均拥有的硬币数不足50枚。
这也从一个侧面制约了自动售货机的使用和发展,有关专家指出,如果我国能够突破自动售货机识别纸钞,特别是识别10元以下的小额纸钞的技术壁垒,并具有防伪辩别功能,那么自动售货机零售业在我国就可以得到很好发展。
1.3、设计的目的和意义
PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关,这些高新技术的发展推动了PLC的发展,而PLC得发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求,促进了他们的发展。
本次设计就在于结合PLC的种种优点联系实际情况来弥补原有系统的不足,利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性,保证了自动售货机能够长期稳定的运行。
2、总体设计方案
2.1、总体设计思路
在进行程序编写之前,首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。
在实际生活中,我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品,如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。
售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算,并根据货币数值判断是否能够购买某种商品,并作出相应的反应。
举一个简单的例子来说明,例如:
售货机中有4中商品,其中01号商品(代表第一种商品)价格为2.60元,02商品为3.50元,其余类推。
现投入1个1元硬币,当投入的货币超过01商品的价格时,01商品的选择按钮处应有变化,提示可以购买,其他商品同比。
当按下选择01商品的价格时,售货机进行减法运算,从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机,提取01号商品到出货口。
此时售货机继续进行等待外部命令,如继续交易,则同上,如果此时不再购买而按下退币按钮,售货机则要进行退币操作,退回相应的货币,并在程序中清零,完成此次交易。
由此看来,售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算,这是它的内部功能。
还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。
2.2、PLC总体设计
1、PLC的定义
美国国际电工委员会(IEC)在1987年对可编程序控制器作出以下定义:
可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统,它采用了可编程序的存储器,用来在其内部进行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等功能的面向用户的指令,并通过数字式或模拟式的输入活输出,控制各种类型的机械或产生过程。
可编程序控制器及其相关外部设备,都应按照易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩展的原则而设计。
定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”,他也是一种计算机,它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。
这种工业计算机采用“面向用户的指令”,因此编程方便。
它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作,它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力。
并且非常容易与“工业控制系统联成一体”,易于“扩充”。
2、PLC的发展趋势
(1)向小型化、专用化、低成本方向发展
(2)向大容量、高速度方向发展
(3)智能型I/O模块的发展
(4)基于PC的编程软件取代编程器
(5)PLC编程语言的标准化
(6)PLC通信的易用化
(7)组态软件与PLC的软件化
(8)PLC与现场总线相结合
(9)开发新型特殊功能模块
(10)CPU的处理速度进一步加快
3、PLC的特点
(1)抗干扰能力强,可靠性好
(2)控制系统结构简单,通用性强
(3)编程方便,易于使用
(4)功能完善
(6)体积小,维护操作方便
(7)易于实现网络化
(8)可实现三电一体化
4、PLC的基本功能
1,条件控制功能
2,定时/计数控制功能
3,数据处理功能
4,A/D与D/A转换功能
5,运动控制功能
6,过程控制功能
7,扩展功能
2.3、PLC的选择
当某一个控制任务决定由PLC来完成后,选择PLC就成为最重要的事情。
一方面要选择多大容量的PLC,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。
首先要对控制任务进行详细的分析,把所有的I/O点找出来,包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。
控制系统输出点的类型非常关键,如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀,又有24V的指示灯,则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。
因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端,这一组输出只能有一种电源的种类和等级。
所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。
则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。
这样有可能造成输出点浪费,增加成本。
所以要尽可能选择相同等级和种类的负载,比如使用交流220V的指示灯等。
一般情况下继电器输出的PLC使用最多,但对于要求高速输出的情况,就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。
在选型方法上,应该考虑以下因素:
(1)功能方面所有PLC一般都具有常规的功能,但对某些特殊要求,就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。
如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求;
或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求;
或对PLC的位置控制有特殊要求等。
这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解,以便做出正确的选择。
(2)价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大,有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。
总上所述,我选择的是三菱公司的FX-2N系列PLC。
它吸收了整体式和模块式可编程控制器的优点,并且FX-2N是FX系列中动能最强、运行速度最高的PLC。
3、PLC控制系统设计
3.1、售货机工作过程的分析
由于售货机的全部功能是在上位机上模拟的,所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟代替的。
如钱币识别系统,可以用按某个“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直接模拟的,这些并不会影响实际程序的操作,完全能模拟实际自动售货机的运行。
1、实验状态假设
a、由于是在计算机上模拟运行的,实验中有些区别于实际情况的假设:
b、自动售货机只售出三种商品;
c、自动售货机可以识别10元、5元、1元;
d、自动售货机可以退币10元、5元、1元;
e、自动售货机有液晶显示功能;
f、试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,以一次交易过程为例
a、初始状态:
有电子标签显示各商品价格,显示屏显示界面,此时不能购买任何商品;
b、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,当所投币值超过某商品价格时,相应商品选择按钮发生变化,提示可以购买。
c、购买状态:
按下可以购买的选择按钮,所选的出现在出货框中,同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。
取走商品则出货框消失。
d、退币状态:
按下退币按钮显示退币框,同时显示相应的退币值和数量,按下确认按钮则恢复初始状态。
到此为止,自动售货机的一个完整工作结束。
这也是本仿真系统的设计思想。
3.2、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
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。
在此对PLC控制系统设计编程要求做以下说明
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。
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。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济,而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低,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进。
3.2.1、程序设计说明
程序的编制则是选用日本三菱公司FX系列的PLC作为控制主机完成的。
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,并没有将设计整体分开来写,而是相互交替,同时尽量清晰地叙述,
3.2.2、PLC程序设计过程
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内部传递;
投币过程;
价格比较过程;
选择商品过程;
退币过程(在此只做简单介绍)。
(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。
(2).投币过程
在投币的过程中,每投下一枚硬币,投入显示将增加相应的币值,余额也增加同样币制。
(3)价格比较过程
价格的比较要贯穿实验过程的始终,只要余额大于某种商品价格时,就需要输出一个信号,提示可以购买。
这里只要选择灯来代表此信号。
(4)选择商品过程
当投入的币值可以购买某种商品时,按下相应的“选择”按纽即可在出货框中出现该种商品,同时消费显示栏中显示出已经消费掉的金额,余额也将扣除已消费的币值,接着余额继续与价格相比较,判断是否能继续购买。
出现在出货口的商品在没有取走前,一直保持显示状态,用鼠标点击该商品代表已经取走,出货口中的商品隐藏。
(5)退币过程
在退币过程中,最主要的是完成退币的运算过程,根据结果输出相应的钱币,退币结束时还要使用到的某些寄存器重新赋零。
退币过程结束后,PLC要将寄存器中的数值置回原定的初值0,完成一次交易,防止下一次交易时出错。
完成了以上5个过程,自动售货机的PLC控制程序基本完成,程序可以控制售货机实现各种要求的功能。
4、数据连接
4.1、设计
无人售货机控制要求:
1)自动售货机有3个投币孔,分别为1元、5元、10元的纸币识别装置
2)售货机共有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,将可由退币按钮找回余额
4)投币值等于或大于2元时,汽水指示灯亮,表示只可选择汽水
5)投币值等于或大于4元时,汽水和花茶指示灯亮,表示可选择汽水或花茶
6)投币值等于或大于6元时,汽水、花茶和咖啡指示灯亮,表示3种均可选择
7)按下要饮用的饮料按钮,则相对应的指示灯开始闪烁,4S后自动停止,表示饮料已经掉出
8)动作停止后按退币按钮,可以退回余额,退回余额如果大于5元,则先退5元再退1元的,如果小于5元直接退1元。
设计示意图
4.2、I/O地址定义表
I/O分配表
输入
(I)
X0
1元投币关电开关
输出
(O)
Y13/Y14
退币5元
Y20/Y21
退币1元
X1
5元投币关电开关
Y10
汽水指示灯
X2
10元投币关电开关
Y11
花茶指示灯
X3
汽水按钮
Y12
咖啡指示灯
X4
花茶按钮
Y30
汽水电磁阀
X5
咖啡按钮
Y31
花茶电磁阀
X6
退币按钮
Y32
咖啡电磁阀
Y16
退币机构
I/O接线图
4.3、PLC控制程序梯形图
5、结束语
经过几个月的学习、研究以及经过李老师提供的资料指导.完成了此篇毕业设计.设计主要研究的是自动售货机中有关于PLC的部分.自动售货机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。
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。
所以说,自动售货机是今后小商品和饮料销售方式的一个很好的发展趋势.它的出现将极大的方便人们购买所需要的小商品。
致谢
首先感谢学院为本人提供
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