畢業(yè)設(shè)計(論文)---基于plc的自動售貨機設(shè)計

1、<p>　　基于PLC的飲料自動售貨機的控制</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著人們生活節(jié)奏的加快和PLC技術(shù)與自動控制的不斷發(fā)展，飲料自動售貨機也已深入到人們的生活當中去。本論文主要闡述了有關(guān)自動售貨機的背景、目的和意義，以及目前在世界上的分布狀況；對PLC的有關(guān)知識進行概述；完成飲料自動售貨機的硬件結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，運用西門

2、子S7-200系列的PLC所編寫的梯形圖實現(xiàn)了自動售貨機的貨幣累加、價格比較、商品選擇和找零退幣的功能。采用PLC控制的飲料自動售貨機，編程簡單、維護方便、高效可靠，既保證了它的可靠運行也讓它在市場上占據(jù)了優(yōu)勢地位，奠定了未來發(fā)展的基礎(chǔ)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC；飲料自動售貨機；硬件結(jié)構(gòu)；控制系統(tǒng)</p><p>　　Based on the control of the PL

3、C Beverage vending machine</p><p><b>　　Summary</b></p><p>　　With the accelerated pace of life and the continuous development of PLC technology and automatic control, the beverage ven

4、ding machines are becoming more and more visible to people's lives. This paper mainly elaborates the background, purpose and significance of the vending machine, and the current distribution in the world. The knowled

5、ge of the PLC is summarized. The hardware structure and control system of the beverage vending machine are completed. The Siemens S7-200 Series of PLC prepared by</p><p>　　Key words：PLC; beverage vending mac

6、hine; hardware structure; control system</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 自動售貨機的目的和意義1</p>&

7、lt;p>　　1.3 國內(nèi)外自動售貨機的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　第2章 PLC概述3</p><p>　　2.1 PLC的簡介3</p><p>　　2.2 PLC的基本組成4</p><p>　　2.3 PLC的工作原理7</p><p>　　第3章 飲料自動售貨機的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計9</

8、p><p>　　3.1 機體外觀設(shè)計9</p><p>　　3.2 PLC的型式設(shè)計10</p><p>　　3.3 電機的設(shè)計11</p><p>　　3.4 商品送出機構(gòu)設(shè)計11</p><p>　　3.5 貨幣處理裝置的設(shè)計14</p><p>　　第4章 飲料自動售貨機的控制系統(tǒng)設(shè)

9、計16</p><p>　　4.1 飲料自動售貨機的功能分析16</p><p>　　4.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則17</p><p>　　4.3 I/O地址分配17</p><p>　　4.4 硬件接線圖19</p><p>　　4.5 程序設(shè)計19</p><p>　　4.5

10、.1 程序流程設(shè)計19</p><p>　　4.5.2 梯形圖設(shè)計20</p><p>　　4.5.3 飲料自動售貨機的完整程序23</p><p>　　第5章 飲料自動售貨機的仿真24</p><p>　　5.1 S7-200軟件簡介24</p><p>　　5.2 下載程序25</p>&

11、lt;p>　　5.3 模擬調(diào)試26</p><p><b>　　第6章 結(jié)論29</b></p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p><b>　　附錄32</b></

12、p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　自動售貨機作為國內(nèi)的新興產(chǎn)業(yè)之一，在實現(xiàn)了全天24h不間斷無人售貨的同時也為新時代下的我們提供了一種全新的銷售理念,不僅充分地利用了人力資源，也能夠很快地適應(yīng)消費模式、減少運營資本和占地面積，同時解決了人工費

13、上升的問題，引起人們購買的好奇心。由于城市化進程的不斷加快，隨處可見的自動售貨機在很多公共場合大大地解決了人們的需要。這也就說明了它已經(jīng)在社會上被很多人所接受了?，F(xiàn)在自動售貨機已經(jīng)在發(fā)達國家和發(fā)展中國家中被廣為宣傳和普及。</p><p>　　自動售貨機經(jīng)歷了單片機控制和PLC控制兩個階段。前者需要在輸入輸出接口做很多的準備，結(jié)構(gòu)設(shè)計上也比較復(fù)雜；而以PLC作為控制系統(tǒng)的自動售貨機輸入輸出接口電路編程簡單、維護方

14、便，在彌補了單片機控制系統(tǒng)抗干擾性、可靠性和穩(wěn)定性差的缺點的同時也綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)的優(yōu)點，提高了其在工業(yè)控制和社會生活上的應(yīng)用。PLC的優(yōu)點剛好都能夠滿足作為獨立服務(wù)設(shè)施的自動售貨機的設(shè)計要求。因此，將PLC系統(tǒng)應(yīng)用于自動售貨機，不僅保證了它的穩(wěn)定運行，也促進了它的飛速發(fā)展。</p><p>　　1.2 自動售貨機的目的和意義</p><p>　　科學(xué)技術(shù)的不斷成熟

15、和發(fā)展不僅提高了人們的生活質(zhì)量也刺激了人們對自動化設(shè)備的依賴。在日常的生活當中，我們在公共場合都可以看到自動售貨機出現(xiàn)在我們的身邊。它是一種能夠根據(jù)錢幣支付的多少自動給貨的機器設(shè)備，一整天不停歇的營業(yè)是它的主要優(yōu)點，而且還不用設(shè)專人看管，方便又快捷。同時由于其產(chǎn)品種類繁多，結(jié)構(gòu)多樣，出售商品的不同等特點逐漸被社會廣泛使用，使用時將足夠錢幣投入自動售貨機，便能夠選擇售貨機里面的商品，并根據(jù)是否有剩余的錢自動找余。自動售貨機的出現(xiàn)，儼然已成

16、為了文明城市的標志之一，它不僅為我們的生活帶來便利，也為我們的城市帶來美化，受到了人們的歡迎。目前，在美國、日本等國家中，人們已經(jīng)潛移默化的將自動售貨機當做他們生活中的一部分，其發(fā)展速度可見非常之快。因此，對于擁有14億人口的中國來說，這是一個巨大的市場發(fā)展空間。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)不僅需要用到通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也需要用到控制技術(shù)和數(shù)學(xué)技術(shù)等高新技術(shù)。將PLC應(yīng)用于自動售貨機，同時結(jié)合高新技術(shù)，不僅能

17、夠更好地推動它們之間的發(fā)展也能夠更好的推動自動售貨機在未來的發(fā)展。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外自動售貨機的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　從自動售貨機最開始的出現(xiàn)（1962年），到它在發(fā)達國家（如日本，美國）被廣泛使用僅僅只需要20來年的時間，之后就被開始散布于世界各地。由此可見人們對它的依賴和喜歡。隨著貿(mào)易全球化的不斷加快，自動售貨機因其快捷方便的特點現(xiàn)已應(yīng)用于各個行業(yè)，在許多國家

18、和地區(qū)快速發(fā)展和普及。</p><p>　　在中國, 百貨商店和超市也正在面臨著嚴峻的考驗。2004年開始，自動售貨機便開始在中國生根發(fā)芽，它不僅可以出售貨物，還可以做廣告?zhèn)鞑?。人們稱自動售貨機在國內(nèi)的發(fā)展是中國的第三次零售業(yè)革命，可想而知它在中國的市場有多大。每年自動售貨機的需求量都在增加，截止2015年中國飲料和食品的自動售貨機投入使用的臺數(shù)已達到18萬臺，但相比于整體零售環(huán)境，還是滯后的。因此，還存在著巨大

19、的市場空缺。但我們也相信，市場需求的不斷擴大，自動售貨機功能的不斷完善，以及政府企業(yè)之間的合作等，定能讓自動售貨機在中國的發(fā)展有一個革新的變化。</p><p>　　對比國內(nèi)，國外的發(fā)展則成熟很多，主要消費群體是年輕人，已在全世界近64個國家和地區(qū)得到了發(fā)展和應(yīng)用。20世紀70年代日本便開始普及自動售貨機，發(fā)展到今天，已擁有了五百萬臺，其中兩千多種機型，六千多種商品，單單銷售飲料就有一萬多億元，這是一個驚人的數(shù)目

20、。比起日本，美國也是不相上下，目前來說也有差不多五百萬臺被人們所使用。在法、意、英、德等歐盟國家也已達到了三百多萬臺，每年可達一百多億歐元的銷售額。由此可見，在眾多的零售業(yè)當中，自動售貨業(yè)在幾年之后也將是零售行業(yè)當中的佼佼者，它的發(fā)展是勢不可擋的。</p><p><b>　　第2章 PLC概述</b></p><p>　　2.1 PLC的簡介</p>

21、<p>　　PLC全稱為Programmable Logic Controller，中文名為可編程邏輯控制器。20世紀60年代末美國GM公司根據(jù)他們提出取代繼電器控制裝置的要求成功研制出了世界上公認的第一臺采用程序化手段應(yīng)用于電氣控制的PLC。從此，PLC在世界上被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，開創(chuàng)了工業(yè)領(lǐng)域的新時代。</p><p>　　目前德、美、日是生產(chǎn)PLC的主要廠家。美國的PLC廠家主要有GE公司、A-

22、B公司等，如圖2.1所示的美國GE Fanuc PLC模塊輸出輸入模塊；日本的主要PLC品牌有三菱、富士、日立等，圖2.2所示為三菱PLC；德國主要是西門子，圖2.3所示。</p><p>　　經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，PLC功能越來越強大，種類越來越多。其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括了邏輯控制、運動控制、閉環(huán)工程控制、數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。</p><p><b>　　1、PLC的特

23、點</b></p><p>　　PLC實質(zhì)上是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)[1]。之所以能夠廣泛應(yīng)用主要依賴于其具有以下的特點：</p><p>　?。?）編程簡單，使用方便；</p><p>　?。?）高效可靠，抗干擾強度高；</p><p>　?。?）功能強大，性價比高；</p><p>　?。?）硬件齊全

24、，應(yīng)用靈活；</p><p>　　（5）低功耗，小體積；</p><p>　?。?）功能完善，維修量小。</p><p>　　因此，對現(xiàn)在越來越復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)，PLC都能夠根據(jù)不同的控制要求去適應(yīng)。</p><p>　　2、PLC的基本功能</p><p>　　PLC具有以下的基本功能：</p><

25、p>　?。?）定時和計數(shù)功能；</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信功能；</p><p>　?。?）數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能；</p><p>　?。?）邏輯控制功能；</p><p>　　（5）控制系統(tǒng)監(jiān)控。</p><p><b>　　3、PLC的分類</b></p>

26、<p>　　目前市場上PLC的品牌、結(jié)構(gòu)、種類很多，將其進行分種類一般來說是根據(jù)其大小、型號或者功能的不同進行大概的分類。</p><p>　　按開關(guān)量的點數(shù)分類（如表2.1所示）</p><p>　　表2.1 按開關(guān)量的點數(shù)分類</p><p>　　按結(jié)構(gòu)型式分類（如表2.2所示）</p><p>　　表2.2 按結(jié)構(gòu)型式分類

27、</p><p>　　2.2 PLC的基本組成</p><p>　　市場上PLC種類繁多，組成結(jié)構(gòu)各有不同。但是一般組成主要包括這五大部分：中央處理器（CPU）、存儲器、電源、輸入/輸出接口和編程器[1]。其組成結(jié)構(gòu)如圖2.4所示，各個結(jié)構(gòu)的功能和分類如表2.3所示。</p><p>　　表2.3 各個結(jié)構(gòu)的功能和分類</p><p>　　2

28、.3 PLC的工作原理</p><p>　　“順序掃描，不斷循環(huán)”是PLC的工作方式。即當PLC上電運行后，CPU就會將已經(jīng)編寫好并且已經(jīng)寫入PLC里面的程序按照指令序號進行掃描，一直掃描到程序結(jié)束，除非在中間編寫了一個跳轉(zhuǎn)指令，當CPU掃描到跳轉(zhuǎn)指令時，就會跳到跳轉(zhuǎn)指令對應(yīng)的程序掃描，掃描完成后再跳回剛才跳轉(zhuǎn)指令那，繼續(xù)往下掃描。在掃描到程序結(jié)束后，又會回到程序第一條指令，重新掃描，一直以此循環(huán)，其主要目的就是

29、要及時地讀取到最新的輸入狀態(tài)和更新輸出狀態(tài)。因此，PLC的掃描主要是以下三個流程。</p><p><b>　　1、輸入采樣</b></p><p>　　PLC每次掃描都要進行一次輸入采樣，當輸入端子發(fā)生變化時，無論是它的狀態(tài)還是數(shù)據(jù)，都會依次被讀取，而上一次掃描的輸入狀態(tài)將會被這一次掃描所覆蓋，同時與輸入對應(yīng)的映像寄存器也會采集這次掃描的狀態(tài)。而后面兩個流程所需要用

30、到的輸入信號，都是讀取此次掃描的輸入狀態(tài)。當輸入端子在被掃描后發(fā)生了改變，映像寄存器不會受到干擾，只能在下次掃描時再被讀取。</p><p><b>　　2、執(zhí)行程序</b></p><p>　　當輸入采樣流程完成后，就進入到了執(zhí)行程序的流程，此時CPU就會將已經(jīng)編寫好并且已經(jīng)寫入PLC里面的程序按照指令序號進行掃描。假如用戶程序是梯形圖，則每次掃描的過程中，按照一定

31、的掃描規(guī)律，先左后右、先上后下，對觸點所構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，并在元件映像寄存器內(nèi)存放運算結(jié)果。前面梯形圖的運算結(jié)果假如在后面的梯形圖中被用到，則對后面梯形圖的運算起作用，而后面的梯形圖結(jié)果則需要在下一次掃描時才能被前面的梯形圖所用到。 </p><p><b>　　3、輸出刷新</b></p><p>　　當PLC完成了前面兩個流程后，就到了最后一個流程

32、——輸出刷新。在執(zhí)行程序每一次完成后，其所有結(jié)果都被存入到元件的映像寄存器，此時將其結(jié)果刷新輸出到各個鎖存電路，并驅(qū)動外部設(shè)備。 當完成這個流程后，CPU又回到了程序的第一條指令，再次掃描。 </p><p>　　PLC的工作原理可以用如下圖2.5的工作流程來表示。</p><p>　　第3章 飲料自動售貨機的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　3.1 機體外觀設(shè)

33、計</p><p>　　飲料自動售貨機的機體外觀是消費者直觀看到的外表面，一般來說，機體的外觀設(shè)計主要體現(xiàn)在機體的正面。它的主要任務(wù)是在面向消費者的同時完成向消費者介紹商品價格、接受投幣、顯示金額、推出商品和退幣整個售出過程[6]。</p><p>　　機體正面包括了飲料展示窗、價格標簽、投幣口、退幣口、飲料選擇按鈕、找零按鈕、出貨口這幾個部分。</p><p>　

34、　飲料展示窗和價格標簽主要分布在機體正面的左邊，為消費者展示飲料自動售貨機出售的商品和價格。展示窗包含了機板窗、展示架，照明燈等，用于商品展示并結(jié)合我們的價格標簽來招攬消費者；飲料選擇按鈕可設(shè)置在相應(yīng)價格標簽的下邊；右邊上邊則安裝顯示金額的顯示器，顯示器選用目前應(yīng)用最廣泛的液晶顯示器（LCD）；其次是則硬幣投入口，再下來設(shè)置紙幣投入口；投入口下面設(shè)找零按鈕和退幣口；機體下面主要是出貨口。其機體外觀簡圖如圖3.1所示。</p>

35、<p>　　3.2 PLC的型式設(shè)計</p><p>　　市場上PLC種類繁多，不同的結(jié)構(gòu)特點、場合應(yīng)用和功能要求對應(yīng)了不同的PLC型號。因此，在選擇PLC的型式時，可以從以下幾個方面進行選擇。</p><p><b>　　1、結(jié)構(gòu)型式</b></p><p>　　PLC按結(jié)構(gòu)型式可分為整體式、模塊式和疊裝式三種結(jié)構(gòu)【1】。通常來

36、說，整體式結(jié)構(gòu)是將所有的基本單元結(jié)構(gòu)集中在一個機箱內(nèi)，價格便宜，適用于系統(tǒng)工藝方面；模塊式結(jié)構(gòu)是將基本單元作出獨立組建模塊再安裝起來的，這種模塊在種類方面選擇余地較大且維修方便，適用于復(fù)雜過程控制的場合；疊裝式結(jié)構(gòu)是在基本單元的基礎(chǔ)上，再增加了擴展模塊和特殊功能兩個模塊組合起來的，適用于大型PLC的場合。</p><p><b>　　2、安裝方式</b></p><p&g

37、t;　　PLC的安裝方式主要分為以下三種方式。如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 PLC的結(jié)構(gòu)型式分類</p><p><b>　　3、響應(yīng)速度</b></p><p>　　PLC是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)[1]。因此，其響應(yīng)速度比較快，能夠滿足一般PLC的響應(yīng)要求。除了某些部分或者應(yīng)用有要求需要特殊的響應(yīng)速度或者跨范圍使用PLC，

38、那么在選擇時便可根據(jù)實際情況，選用具有快速響應(yīng)的模塊或選用具有高速I/O處理能力的PLC。</p><p><b>　　4、功能要求</b></p><p>　　PLC的功能要求主要是簡單控制要求和復(fù)雜控制要求。簡單控制要求一般包括定時計數(shù)、邏輯運算等；復(fù)雜控制要求則要求PLC在運行的過程能夠進行PID運算，同時還要求要具有閉環(huán)控制和聯(lián)網(wǎng)通信的功能。對于一般的單體設(shè)備

39、來說，簡單控制要求就可滿足，通常選用低檔型的PLC；對于除了要求簡單控制以外還要有少數(shù)模擬量的系統(tǒng)設(shè)備，可選用增強型PLC；若是在復(fù)雜控制的場合，則可以選用中、高檔PLC或集散控制系統(tǒng)。 </p><p>　　針對以上的考慮并結(jié)合此次設(shè)計的飲料自動售貨機，整體型式的西門子PLC符合此次設(shè)計的要求，價格相對便宜，也能滿足此次設(shè)計中響應(yīng)速度和功能的要求。</p><p><b>

40、;　　3.3 電機的設(shè)計</b></p><p>　　電機設(shè)計主要考慮的方面有四個，分別如下。  1、電動機結(jié)構(gòu)型式  首先要根據(jù)設(shè)計對電力傳動的要求，選擇直流還是交流，而后根據(jù)機械特性、起動性能和維護價格等方面考慮[2]。一般來說，選擇電機型式遵循三點原則：</p><p>　　首選三相鼠籠型異步電動機主要是因為它的價格便宜，再者它的結(jié)構(gòu)簡

41、單又耐用，在日常的運行過程中維護也很方便。但受其功率因數(shù)低，運轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)困難等缺陷只能用于一些普通的生產(chǎn)機械。</p><p>　　當要求電源容量小、電機功率大且能提高啟動轉(zhuǎn)矩以及能夠進行調(diào)速的生產(chǎn)設(shè)備時，則可以考慮選用繞線型電動機，它不僅能滿足以上的要求而且還能夠限制啟動電流，價格較籠型電動機高。</p><p>　　以上兩種電機適用于有級調(diào)速的場合，當要求平滑無級調(diào)速時則不能滿足，此時

42、可考慮滑差電動機。根據(jù)其電機轉(zhuǎn)軸安裝方式的不同分為臥式滑差電動機（轉(zhuǎn)軸水平安裝）和立式滑差電動機（轉(zhuǎn)軸垂直安裝）。不過，由于其價格較貴，一般不會作為首選，除非有嚴格要求。</p><p><b>　　2、電動機防護型式</b></p><p>　　日常生活中常見電動機的防護型式有以下五種。表3.1所示不同的防護型式應(yīng)用的不同環(huán)境。</p><p&g

43、t;　　表3.1 電機不同防護型式的工作環(huán)境</p><p><b>　　3、電動機的電壓</b></p><p>　　一般來說，電壓的等級和配電電壓兩者的不同是影響選用電動機額定電壓的主要因素。非特殊情況下與線路配電電壓相同，特殊情況則需要考慮以上兩個方面來決定。</p><p>　　根據(jù)國家規(guī)定，220/380V為低電壓標準，超過或等于10

44、KV為高壓配電電壓。因此，低電壓標準應(yīng)用于日常生活中最常用的中、小容量的電動機，而3KW以上的高壓電機主要應(yīng)用于有特殊要求的工作場合或要求電機的容量比較大（一般超過200KW）時，才會考慮。</p><p><b>　　4、電動機的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　目前市場上的同步電動機和異步電動機額定轉(zhuǎn)速主要有8極、6極、4極和2極共四種極速。其轉(zhuǎn)速如下表3.2所示

45、。</p><p>　　表3.2 電動機的轉(zhuǎn)速</p><p>　　通常來說，我們選用的是日常生活中最常用的且功率因數(shù)和工作效率都比較高的4極同步電動機。當然了，具體的轉(zhuǎn)速要求則直接按轉(zhuǎn)速選擇。</p><p>　　除了以上列舉的四個重要因素外，對于電機的設(shè)計，工作方式以及功率（容量）等都是需要考慮的因素。</p><p>　　綜合以上方面考

46、慮，可以得出：在選擇電機時，一般的步驟是先確定電動機的種類；其次是選擇電機的額定電壓；由生產(chǎn)設(shè)計要求的轉(zhuǎn)速來確定電機的額定轉(zhuǎn)速；然后由工作環(huán)境確定電機的防護型式；之后再由機械功率決定電機的額定功率；最后再結(jié)合其它因素選擇符合設(shè)計要求的電動機。</p><p>　　針對此次設(shè)計的飲料自動售貨機可知，電機的作用是將消費者所選擇的飲料推送出來，飲料自動售貨機的安放環(huán)境一般來說也不會很惡劣，因此我們選擇了步進驅(qū)動電機，能

47、夠滿足此次的設(shè)計要求。</p><p>　　3.4 商品送出機構(gòu)設(shè)計</p><p>　　自動售貨機由于其出售商品的不同因而采用的送出機構(gòu)也是多種多樣的。在應(yīng)用上，典型的送出機構(gòu)則主要有四種：滾筒式送出機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)式送出機構(gòu)、彈簧推送式送出機構(gòu)、轉(zhuǎn)盤式送出機構(gòu)。</p><p>　　滾筒式送出機構(gòu)：由一個階梯梁和一個滾筒組成。商品的送出主要依靠梁的各階梯段與被電機帶動

48、的滾筒在轉(zhuǎn)動的過程當中之間形成的開口大小來控制，要求電機轉(zhuǎn)動精度較高。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)式送出機構(gòu)：主要通過螺旋導(dǎo)軌將商品送出到出貨槽。螺旋導(dǎo)軌上放著商品，消費者按下某商品按鈕后，通過電機運轉(zhuǎn)將螺旋導(dǎo)軌上的商品轉(zhuǎn)動到出貨槽出貨。由于螺旋導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動需要較大的轉(zhuǎn)矩，因此對電機要求比較高，制造該機構(gòu)的成本也不低。</p><p>　　彈簧推送式送出機構(gòu)：先在螺旋式彈簧上放置好一種商品，彈簧

49、另一端連著電機。當有消費者需要時，對應(yīng)商品的電機啟動，彈簧和電機都轉(zhuǎn)動一圈，同時連接商品的彈簧將商品送出。假如當商品種類較多時，則螺旋式彈簧的數(shù)目對應(yīng)飲料的種類，需要的電機也就多了，提高了造價成本。</p><p>　　轉(zhuǎn)盤式送出機構(gòu)：由一個形似喇叭的大罐裝存儲容器和若干個圓槽轉(zhuǎn)盤組成。容器安裝在上面，轉(zhuǎn)盤在下面。當有商品出售時，商品由轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)到相對應(yīng)的圓槽內(nèi)出售。由于存儲容器較大，轉(zhuǎn)動起來需要比較大的力矩，而且該

50、機構(gòu)占用空間也比較大，在運轉(zhuǎn)過程也有可能會出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象。</p><p>　　在本文設(shè)計當中，自動售貨機出售的飲料均為圓柱形罐體。因此，本次設(shè)計的商品送出機構(gòu)為罐裝送出機構(gòu)，主要由直線步進電機、推拉銷、推拉桿、槽輪以及前后兩邊側(cè)板構(gòu)成[7]。其示意圖如圖3.2所示：</p><p>　　當飲料售貨機在沒有售賣飲料時，槽輪的槽口朝下，而槽輪的的擋貨工作面剛好可以擋住飲料的下落。當有飲料出售

51、時，推拉桿被直線步進電機帶動，進而推動了槽輪的逆時針轉(zhuǎn)動，槽口由下往上運轉(zhuǎn)，當飲料進了槽口后，槽輪繼續(xù)逆時針運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向出貨口，由于槽口只能容納一個飲料，因此后面的飲料就被槽口后面的工作面擋住了，當飲料轉(zhuǎn)出出貨口，槽輪轉(zhuǎn)動一圈后，電機停轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.5 貨幣處理裝置的設(shè)計</p><p>　　貨幣處理裝置主要包括錢幣識別、錢幣貯存和找零退幣這三個部分。</p>

52、<p>　　本文的飲料自動售貨機，設(shè)計了硬幣投入口和紙幣投入口。因此，錢幣識別部分又分為了硬幣識別和紙幣識別兩個部分。硬幣識別主要是對投入的硬幣經(jīng)過特定的的高頻振蕩線路所產(chǎn)生的磁場和頻率的變化，通過與設(shè)定值的比較對硬幣進行辨?zhèn)魏痛_定面值大小；紙幣識別是先將正常紙幣在紙幣識別器內(nèi)的參數(shù)進行統(tǒng)計并寄存，投入運營后通過將收到的紙幣進行檢測并與原先寄存的參數(shù)進行比較，若差異明顯則進行退幣或者報警等動作。</p><

53、p>　　目前市場上的貯幣機構(gòu)和退幣機構(gòu)主要有兩類：一類是平面式貯幣，電磁閥退幣；另一類是圓筒式貯幣，步進電機退幣[13]。在本次設(shè)計當中的退幣環(huán)節(jié)，省去了紙幣退幣，統(tǒng)一用硬幣退幣。這是因為退紙幣的系統(tǒng)復(fù)雜，而且此次設(shè)計的這款飲料自動售貨機的找零退幣的面值也不會很大。因此省去紙幣退幣不僅簡化系統(tǒng)設(shè)計，也能夠降低造價成本。</p><p>　　受此次飲料自動售貨機的設(shè)計要求和經(jīng)濟原因，選擇平面式貯幣，電磁閥退幣

54、[13]。消費者投入的貨幣將被錢幣識別器識別，若是假幣則退出錢幣，識別為真幣后若是硬幣則直接貯存，若是紙幣則根據(jù)紙幣大小分配在幾組分布有不同電磁閥的貯幣腔體內(nèi)；當消費者購買后需找零，由退幣電磁閥將貯存的硬幣按照程序要求推出。貨幣處理裝置的流程一般如圖3.3所示。</p><p>　　第4章 飲料自動售貨機的控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　4.1 飲料自動售貨機的功能分析</p>

55、;<p>　　設(shè)計一個飲料自動售貨機，需要先對飲料自動售貨機的功能進行分析和確定，以及飲料自動售貨機在受到某種操作后所對應(yīng)的狀態(tài)。</p><p>　　飲料自動售貨機的主要功能就是在完成貨幣識別的同時，通過累積貨幣總值，達到飲料價格時能夠出售飲料并進行找零退幣等的操作。在這次設(shè)計當中，自動售貨機售賣三種飲料，分別是2元飲料、3元飲料、5元飲料。假如消費者投入兩個硬幣或一張面值超過2元紙幣，因為投入的

56、貨幣總值已經(jīng)達到或超過了2元飲料的價格，此時2元飲料指示燈變亮，表示現(xiàn)在可以購買2元飲料，其余飲料的購買操作也是如此。2元飲料指示燈亮后可按下購買2元飲料的按鈕，飲料自動售貨機將會從貨幣總值中減去2元，同時將2元飲料運送到出貨口，若有余錢可選擇繼續(xù)購買，或按下找零按鈕，自動售貨機就會將剩余的錢幣退回，同時在程序中進行清零操作。其運作流程如圖4.1所示。</p><p>　　4.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則<

57、/p><p>　　任何電氣控制系統(tǒng)的制任務(wù)，都是以滿足被控對象的各項指標為前提，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時也注重提高生產(chǎn)效率和自動化水平，降低勞動強度。因此，以PLC為控制系統(tǒng)的核心，在設(shè)計過程中，有以下的設(shè)計原則：</p><p>　　（1）根據(jù)電氣控制的要求和各項性能的指標，盡量滿足生產(chǎn)工藝。</p><p>　?。?）最大限度的簡化控制系統(tǒng)的操作和維護。只要簡單的操作系

58、統(tǒng)，才能做到使用和維護都方便。</p><p>　　（3）力保系統(tǒng)的穩(wěn)定。系統(tǒng)運行過程中一項最重要的性能指標就是安全穩(wěn)定。</p><p>　?。?）保證所選的PLC有一定的容量裕量。這是為了以后若是生產(chǎn)規(guī)模需要擴大時，生產(chǎn)工藝需要改進時，增加控制任務(wù)時所做的準備。</p><p>　　4.3 I/O地址分配</p><p>　　第三章中關(guān)于

59、PLC型式的選擇，選用了整體式的西門子PLC，接下來就是確定I/O模塊中輸入輸出的點數(shù)。通過對4.1的分析可知，硬幣投入端口、紙幣投入端口、找零按鈕以及飲料按鈕均為PLC外部輸入端口，外部輸出端口則有找零輸出端口，飲料指示燈和飲料輸出端口。由此可得自動售貨機系統(tǒng)的輸入端口數(shù)為8點，輸出端口數(shù)為7點。根據(jù)以上的分析，選用西門子S7-200系列的224 XP CN，共有14個輸入端口，10個輸出端口。既能夠滿足功能的設(shè)計需要，在經(jīng)濟上又能夠

60、得到節(jié)省，完全符合此次設(shè)計的需求。</p><p>　　當選定好PLC的型號后，我們就需要將飲料自動售貨機與PLC做相應(yīng)的連接關(guān)系。將飲料自動售貨機的外部輸入端口和外部輸出端口與PLC的I/O模塊進行連接，通過接收和檢測外部輸入數(shù)據(jù)，在PLC內(nèi)部進行處理并將結(jié)果送到外部輸出端口，實現(xiàn)對飲料自動售貨機的控制。I/O地址分配如表4.1所示。</p><p><b>　　4.4 硬件接

61、線圖</b></p><p>　　結(jié)合飲料自動售貨機的功能要求以及I/O地址的分配，繪制出如圖4.2所示的S7-200的PLC控制電路接線圖。由于條件限制，圖中輸出部分用簡圖來進行代替，其中，SB1為找零退幣按鈕，SB2～SB4為飲料選擇按鈕，SB5～SB8為貨幣輸入口，Q0.2、Q0.4、Q0.6為相對應(yīng)的飲料指示燈，Q0.0為找零輸出，Q0.1、Q0.3、Q0.5為相應(yīng)的飲料輸出。</p&g

62、t;<p><b>　　4.5 程序設(shè)計</b></p><p>　　4.5.1 程序流程設(shè)計</p><p>　　飲料自動售貨機上電之后，控制系統(tǒng)進行自檢，恢復(fù)初始狀態(tài)。當有消費者購買時，投入貨幣，然后辨別貨幣真?zhèn)危賻磐顺?，否則累加貨幣，并與飲料價格比較，滿足時相應(yīng)的指示燈亮，消費者按下飲料按鈕，送出飲料，若有剩余貨幣，按下找零按鈕，找零退幣。其程序

63、流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　4.5.2 梯形圖設(shè)計</p><p>　　梯形圖是PLC編程語言當中一種，由于其形象、直接又實用的特點而被廣泛應(yīng)用。從程序流程圖可看出，在進行梯形圖設(shè)計時，可以將程序設(shè)計分為四個部分，分別是投幣累加部分、比較價格部分、選擇飲料和貨幣相減部分、找零退幣部分。利用西門子V4.0 STEP7 MicroWIN SP9編程軟件在PC機上編寫梯形圖，主要

64、完成以上五個部分，而后再組合起來。</p><p><b>　?。?）投幣累加部分</b></p><p>　　其部分設(shè)計的梯形圖如圖4.4所示，這是投幣1元硬幣時的累加。當消費者投入一個1元硬幣，檢測為真幣時，I1.0接通，允許輸入端EN有效，將IN1（即1）和IN2（即VD4）兩個相加，所得的和輸出OUT（即VD4），投一個硬幣累加一次。投1元紙幣、5元紙幣和10

65、元紙幣的梯形圖也是以此設(shè)計。</p><p><b>　?。?）比較價格部分</b></p><p>　　其部分設(shè)計的梯形圖如圖4.5所示，這是貨幣總值與2元飲料的比較。當消費者投入的累加貨幣等于或超過2元時（即VD4≥2），Q0.2得電，即2元飲料指示燈亮，若小于2元時，則2元指示燈不亮。同理，與3元飲料和5元飲料的比較的梯形圖也是以此設(shè)計。</p>

66、<p>　?。?）選擇飲料和貨幣相減部分</p><p>　　其部分設(shè)計的梯形圖如圖4.6所示，選擇2元飲料并將貨幣減去2元。當消費者投入的累加貨幣等于或超過2元時（即VD4≥2），前面可知Q0.2得電，即2元飲料指示燈亮，此時消費者可按下2元飲料按鈕，即I0.1接通，Q0.1得電，電機轉(zhuǎn)動出2元飲料，同時SUB_DI的允許輸入端EN有效，用IN1（即VD4）減去IN2（即2），所得的差輸出OUT（即V

67、D4）。同理，選擇3元飲料和5元飲料以及貨幣相減部分的梯形圖也是以此設(shè)計。</p><p><b>　?。?）找零退幣部分</b></p><p>　　其部分設(shè)計的梯形圖如圖4.7所示，按下找零按鈕退出剩余貨幣。當消費者購買了飲料后，若還有剩余的貨幣（即VD4〉0），就可以按下找零按鈕，即I0.0接通，Q0.0得電，每接通一次退幣口退出一個1元硬幣，當剩余的貨幣為0時

68、（即VD4=0），Q0.0斷電，停止退幣。</p><p>　　4.5.3 飲料自動售貨機的完整程序</p><p>　　飲料自動售貨機的完整梯形圖除了以上四個部分組成以外，還考慮到了投入貨幣時無操作的情況。當投入貨幣后無操作，一分鐘時間之后找零按鈕亮，可按下找零按鈕退出貨幣。詳細程序可見附錄。</p><p>　　第5章 飲料自動售貨機的仿真</p>

69、<p>　　5.1 S7-200軟件簡介</p><p>　　編寫好程序而無法驗證程序的對錯，難以提高我們的編程能力，而通過仿真則能夠很好的解決這個問題。S7-200是一款能夠在西門子V4.0 STEP7 MicroWIN SP9編程軟件上對編寫的梯形圖進行一定模擬調(diào)試的軟件，在軟件上可以直接下載編寫的梯形圖，通過觀察虛擬PLC的輸出狀態(tài)來判斷程序是否正確，假如出現(xiàn)差錯了，通過修改梯形圖，再次進行調(diào)試

70、，直到調(diào)試出我們想要的結(jié)果。這樣在應(yīng)用當中，既可以節(jié)約成本，又可以提高工作效率，是學(xué)習(xí)當中一款不錯的軟件。如圖5.1為S7-200中的操作界面（該CPU為S7-200的224）。</p><p>　　因此，在完成自動售貨機的程序編寫后，最后就是要對程序的可行性做最后的試驗和調(diào)整，在我們沒有實物和設(shè)備連接的情況下，采用S7-200仿真軟件對程序進行模擬調(diào)試，通過觀察輸出點的狀態(tài)判斷程序的正確性。</p>

71、<p><b>　　5.2 下載程序</b></p><p>　　打開仿真軟件，顯示如圖5.1的操作界面，在模擬調(diào)試前，需要先配置好CPU的型號，下載好程序。所以先選擇型號，根據(jù)我們之前設(shè)計的CPU型號是西門子S7-200的224，在界面中的菜單欄點擊“配置”，選擇“CPU型號”，在彈出的對話框（如圖5.2所示）中選擇“CPU 224”，點擊確定, 然后點擊菜單欄中的“程序”，

72、選擇“載入程序”，在彈出的對話框（如圖5.3所示）中點擊“確定”，彈出如圖5.4打開程序的對話框，找到程序存放的文件夾，點擊“打開”，則在操作界面會彈出“梯形圖”和“語句表”兩個小界面，如圖5.5所示。此時，程序已經(jīng)下載到所選擇的PLC當中，可以開始調(diào)試操作。</p><p><b>　　5.3 模擬調(diào)試</b></p><p>　　下載好程序之后，在模擬軟件的菜單欄

73、“PLC（P）”處單擊，選擇運行，彈出如圖5.6的對話框，選擇是，此時PLC已經(jīng)處于RUN狀態(tài)了，就可以開始在軟件上進行模擬調(diào)試了。</p><p>　　假設(shè)現(xiàn)在投入兩元錢（投入兩個硬幣），按下兩次模擬輸入開關(guān)，按一次開關(guān)（一次開關(guān)包括打上開關(guān)和打下開關(guān)）I1.0亮一次，兩次后Q0.2亮，如圖5.7所示。說明此刻可以購買2元飲料，若想購買3元飲料和5元飲料，則需繼續(xù)投入貨幣。</p><p&g

74、t;　　假設(shè)此時購買2元飲料，則按一次2元按鈕I0.1，則Q0.1亮，表示此時正在出2元飲料，如圖5.8所示。由于投入的錢幣只有2元，所以出了2元飲料后，沒有零錢，Q0.1在按下I0.1的十秒鐘后滅了。</p><p>　　如果在投入2元后沒有任何操作，則在一分鐘后出現(xiàn)如下圖5.9的情況。自動售貨機自動退幣。</p><p>　　假如投入了十塊錢，買了一瓶3元飲料后，剩下7元，此時，可繼續(xù)

75、購買2元、3元和5元飲料，如圖5.10所示，或者按下找零按鈕進行退幣。</p><p>　　經(jīng)過模擬仿真，以及在模擬過程中不斷修改和完善程序，最終驗證了程序在此次仿真中的可行性。由此可得，該程序在飲料自動售貨機控制系統(tǒng)中具有一定的可行性和準確性。</p><p><b>　　第6章 結(jié)論</b></p><p>　　本次畢業(yè)論文講述了自動售貨機

76、的背景和研究目的，以及目前在世界上的分布狀況，強調(diào)了基于PLC控制的自動售貨機的優(yōu)點和發(fā)展速度。并由此來對PLC的有關(guān)知識進行概述，對PLC作進一步的認識和了解。同時對此次設(shè)計的飲料自動售貨機做了硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)設(shè)計。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計包括了自動售貨機的機體外觀設(shè)計、PLC型式設(shè)計、電機設(shè)計、商品送出機構(gòu)設(shè)計和貨幣處理裝置設(shè)計；控制系統(tǒng)設(shè)計包括了其功能分析、系統(tǒng)的設(shè)計原則、I/O地址分配、硬件接線圖和程序設(shè)計（包含了貨幣投入與累加、貨幣

77、比較、選擇商品和找零退幣）。最后是對程序進行模擬仿真，運用了S7-200仿真軟件，通過在軟件上面下載程序，對程序進行仿真，基本實現(xiàn)了飲料自動售貨機的投幣累加功能，商品價格與貨幣的比較功能，商品選擇功能和找零退幣功能，最終確定了程序的可行性。</p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計在飲料自動售貨機上雖然取得了一定的研究成果，但還處于研究的初步階段，且由于缺乏實物仿真，很多實際性的問題在這里也未能很好的考慮全面。但我相信，

78、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟和科技水平的不斷提高，飲料自動售貨機在今后的研究中很多困難都將迎刃而解，而且還會有更大的突破，例如在支付功能上，可以增加移動支付的功能，這種移動支付包括微信、支付寶支付，甚至刷卡支付。移動支付將是一種主流的支付方式，在自動售貨機上運用移動支付不僅可以提高其便利性，也可以為商家提供了新的運營模式。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>&l

79、t;p>　　[1]趙景波、田艷兵、譚艷玲.西門子S7-200 PLC體系結(jié)構(gòu)與編程[M]..北京：北京大學(xué)出版社，2015.</p><p>　　[2]于少娟、左龍、高云廣.電機控制技術(shù)實踐[M].北京：中國電力出版社，2009.</p><p>　　[3]王成福.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試[M].北京：人民郵電出版社，2010.</p><p>　　[4]陳建

80、明.電氣控制與PLC應(yīng)用（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[5]余世明.自動售貨機研究現(xiàn)狀及展望[J].中國工程科學(xué)，2008，10（7）.</p><p>　　[6]董淑冷.PLC在自動售貨機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].上海師范大學(xué)學(xué)報，2007，36（2）.</p><p>　　[7]丁大為.基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計[

81、J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（16）.</p><p>　　[8]聶虹.基于PLC及組態(tài)王的自動售貨機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電子科技，2012，25（12）.</p><p>　　[9]邱義.基于移動支付的自動售貨機設(shè)計與實現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，10（22）.</p><p>　　[10]湯金甌.基于支付寶的自動售貨機網(wǎng)上支付系統(tǒng)[J].機電工程，201

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83、p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　畢業(yè)論文是大學(xué)期間非常難得的鍛煉機會，此次畢業(yè)設(shè)計歷經(jīng)四個多月，從剛開始的選題到開題報告，再到動手寫論文，直至完成，每一步都讓我印象深刻。</p><p>　　在此次畢業(yè)論文設(shè)計過程中，我學(xué)習(xí)了到了很多東西，PLC以前學(xué)的都是用三菱的，而這次我選用了西門子，因此，我深入了解了很多相關(guān)知識，包

84、括功能指令，軟件編寫等等，對不理解的地方都作了研究，也取得了很大進步，并成功的完成了本次設(shè)計。同時在本次設(shè)計中，也涉及了很多其他方面的知識，有學(xué)習(xí)到貨幣識別的方法與原理，以及貨幣的儲存方式等，確實收獲蠻多的。</p><p>　　由于缺乏閱歷與實際經(jīng)驗，本次設(shè)計還存在很多不足的地方。但是這并不影響我對這方面的興趣，通過本次畢業(yè)設(shè)計，我相信，對我的今后生活或工作中將有很大的幫助。而我也會不斷學(xué)習(xí)，不斷地充實自己的。

85、</p><p>　　在此答辯之際，我首先要感謝我的導(dǎo)師。因為無論從論文選題，到編寫過程，直到完成，老師無不傾注著心血和辛勞。這點讓我深受感動。老師認真的求學(xué)精神、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的專業(yè)學(xué)識、勤勉塌實的治學(xué)作風(fēng)、誨人不倦的精神無不讓人感動。我在這里說一聲，老師，辛苦了！</p><p>　　同時，我還要感謝其他在這個過程中幫助我的同學(xué)，當我遇到問題不懂的時候，他們都愿意幫助我，并給我提