基于某PLC地自动售货机控制系统地设计

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word引言自动售货机是自动化时代的产物,它的出现方便了人们的生活购物。由于地理位置的限制,人工的费用,以与时间的差异,给人们的购物限制了一定的条件,为了方便人们的生产生活,自动售货机便出现在人们的生活中,自动售货机以长时间的不连续工作,占地面积小,维修方便,无需人工监守,在国外得到了快速的开展。但是自动售货机在中国市场的拥有量较小,相对于中国人口较大的购置消费能力,自动售货机在中国市场有很大的开展应用空间。但自动售货机的工作环境复杂工作周期长,这就需要自动售货机有较强的抗干扰能力和稳定的控制系统,目前市场上的自动售货机多以PLC为控制系统,该种售货机操作方便,容易维修,购置操作方便,本设计通过分析自动售货机的销售方式和功能要求,以确定控制系统的设计。通过编程软件编写出对应的系统梯形图,调试分析确认系统无误后,导入PLC仿真软件中,对系统进展仿真模拟,检测系统能否满足设计要求。并对系统不足之处进展修改,满足设计要求后,在试验台上进展接线模拟。最终在试验台上模拟出自动售货机的销售方式和购置流程。随着科技的开展,自动售货机还会不断地改良,能更好的为人们提供服务,方便人们的生活。第一章 绪论自动售货机的出现是自动化社会的产物。在社会消费水平迅速提高的今天,大量的购置消费可发生在任何时间任何地点。由于时间,地理位置的限制,给人们的购物带来了不便,为了满足商业的需求方便人们的购物消费自动售货机便出现在人们的生活中,自动售货机以其占地面积小,24小时不连续工作,后期投入少的优势方便着人们的生产生活,可放置在人流量较多的车站,学校餐厅,人群密集的小区,街道。自动售货机在一定程度上为人们提供了购置可能,但在国内自动售货机的数量还远远不足,人均占有量少,只能实现简单的购置交易,人工智能欠缺,国内自动售货机还急待开展。基于PLC的自动售货机操作方便,性能稳定,销售种类丰富,在市场的销售中有着良好的开展前景。1.2 自动售货机国内外开展现状随着自动化时代的降临,以与商业销售开展的需要,自动售货机出现在人们的生活中,美国在二十世纪初期研究出销售香烟的售货机,后来又逐渐出现了销售不同产品的自动售货机。现在自动售货机逐渐开展完善,销售的种类多种多样,操作方便简单不仅能用货币交易们还支持在线付款网上交易。国内自助售货行业起步晚,开展快,随着自动售货机的不断开展其功能也会逐渐完善,人工智能也会做的更好,目前市场上自动售货机主要由投币系统,通过货币识别器识别出货币的面值、真伪,并通过内部系统对币值进展累加,当投入的货币总数大于商品售价时,可以进展商品的选择购置,购置完毕后找出余额。较为先进的自动售货机在投币阶段可以进展付款方式的选择,不仅能进展投币,还可选择在移动端进展网上支付。在商品出货方式上有多种出货方式,可根据销售对象的种类设置不同的出货方式,目前较先进的是通过机械手出货方式出货,能保证物品在销售过程中不受损伤,但由于技术与本钱的问题,目前市场上的售货机还没有普与此种出货方式,由于国内自动售货机行业开展时间短,与先进国家还有一段的差距。国内自动售货机在稳定性方面,销售商品的多样性还与国外有一定的差距,在管理方面也有很大的欠缺不足,不能很好的监控到售货机的状态。随着行业的开展售货机逐渐接近成熟支持多种付款方式线上和线下支付,支持较大金额的支付与交易结算,根据销售商品的不同商品的出货方式也不同,根据气候地区的不同自动售货机具有制冷,半制冷,制热功能,同时具有多种监控方式。国内自动售货机不断开展以满足商业需求和人们的购物需求,内部系统和智能方面也逐渐完善,自动售货机也逐渐的出现在人们的生活中,在一些城市校园中我们随处可见,它改变着人们的购物方式。目前市场上的自动售货机根据操作方式分为两类,一类为先选择商品在投入钱币操作流程如如下图:图1.1 操作流程图此类售货机根据选择的商品价格投入一定的货币。另一类为先投入钱币在选择商品,操作流程如下:图1.2 操作流程图此类先投入一定的货币,根据投入的货币选择可购置的商品,两类售货机在购置流程上有一定的差异。(1 当发生交易时,货币从投币入口投入,经过货币识别器识别出货币的真伪。当货币为真时,传感器给PLC传送指令。2 PLC接到指令把投入的钱币币值累加到一起,再与商品价格形成比照,当投入的币值大于等于商品售价时,对应的商品显示灯亮可进展购置此类商品。自动售货机内此种商品售空,如此无法在进展此种商品的购置,此种商品的缺货指示灯亮。 3当某类商品可购置时,按下对应的商品按钮,就可以在取货口进展取货。4当一次购置完毕后,余额会再次和商品价格进展比拟,假如余额仍大于某些商品售价,如此还可进展购置。购置完毕如此可按退币按钮,进展退币完毕交易。5系统复位,完成售货。1.3 本课题研究的目的与意义在自动化时代,任何的开展研究都是为更好的服务人们的生产生活。由于时间的和地理位置的因素,商场和超市并不能很好的满足人们的购物要求。为了满足商业的销售,也为了更好的满足人们的购物需求,自动售货机便渐渐的渗透到生活的各个角落,如今在学校图书馆,餐厅,车站候车室,以与人员密集的街道都能看到自动售货机的身影。简易的购物操作,多方式的支付方式,和稳定的控制系统,能为用户带来良好的体验。 研究的主要内容自动售货机是一种自动化设备,为人们提供24小时售货服务,其扮演的角色不断方便着我们的生活,也越来越受到人们的喜爱。相比以单片机为控制根底的售货机,以PLC为控制根底的售货机更能抵抗外部因素带来的干扰,系统稳定性强,设备维修方便,在程序设计上也比拟简便,更加适合在复杂的公共环境下使用。具体研究方法分以下步骤:(1) 硬件设计:通过对自动售货机的功能分析,了解自动售货机的工作原理,分析出硬件组成结构。(2) 软件设计:根据自动售货机功能的要求,对系统进展模块分解,逐个分析系统模块,掌握模块系统的根底上对整体的系统进展研究分析,编写出所要求的控制程序以实现自动售货机的功能。(3) 仿真模拟:通过编程软件STEP 7-Micro_WIN SP9编出对应功能的梯形图,调试确认无误后导出程序,在S7-200 仿真软件上,对系统进展仿真模拟以分析控制系统是否达到设计要求,并通过模拟反应完善系统设计。确认系统无误后在实验室进展接线模拟,确认系统在实际运用的可行性。第二章 系统硬件设计在自动售货机控制系统中,各种硬件设备与PLC连接,当硬币识别器,纸币识别器对钱币识别后给PLC一个信号,PLC内部进展货币的加数计算。通过各种按钮进展购置,退币的控制。当购置商品时,按下商品选择按钮,PLC输出指令通过接触器控制电机进展商品的出货、退币。该自动售货机可靠性强,使用方便,对投入的钱币有自动识别真伪功能,并能对投入的钱进展累计,根据投入的钱币选择商品,当商品缺货时对应的缺货指示灯亮,交易完毕进展自动找零。图2.1 硬件结构图2.2 PLC选型设计图2.2 PLC控制系统图本次设计以西门子S7-200为内部控制系统。以西门子S7-200为根底的控制系统的自动售货机可根据销售对象的种类来选择要扩展的模块。直接读写摸拟量I/O模块,不需要复杂的编程,方便了开发人员的程序设计。普通PLC温度适用X围为055度,宽温型S7-200适用温度X围为-25+70度,为自动售货机复杂的销售环境提供了可能。S7-200以其极高的性价比,在工业控制中占有不可替代的地位。图2.3 PLC外形图根据自动售货机的功能要求,对PLC进展模块化设计(1)系统初始化功能模块。每当发生一次交易时系统都要进展一定的初始化以方便再次购置。如钱币计数系统的初始化,当售货机内存货不足时要与时补给商品,并对商品数量计数系统进展初始化。(2)货币的辨识功能模块。当有货币投入时,通过货币识别模块进展对货币的识别,当识别通过后会给PLC发送指令通过累计器对钱币计数。(3)系统显示功能模块。通过系统显示模块来识别投入的钱币是否能够购置某种商品,和商品是否缺货无法购置。 (4)价格比拟功能模块。 通过价格比拟模块来比拟投入的货币是否能达到购置某种商品。(5)商品选择功能模块。自动售货机售有4种产品,分别为1元的纯净水、2元的山泉水、3元的红茶,4元的奶茶,当投入的货币币值大于等于商品按钮时只要选择对应的商品按钮就可以购置。 (6)退币功能模块。当交易完毕时按下退币按钮就可以退出余额完毕购置。 硬币的识别主要通过识别硬币的材料和尺寸来判别硬币的真伪,硬币的材质是由特殊的合金制作成的,无法伪造出来,不同币值的硬币在尺寸重量上有很明显的差异。当硬币投入后,硬币通过由电感和电容组成的磁场,由于硬币材料和尺寸上的不同,通过磁场时会影响电感的电感量,电感量的变化引起振荡频率的变化,检测到的振荡频率与系统中存在的频率进展比照,就可判别出钱币的真伪,如果钱币为真如此给PLC发送信号,进展货币的计算。当投入假币时,由于假币在振荡频率的不同无法通过硬币识别器被弹了出来。图2.4 硬币识别器2.4 纸币的识别 在纸币的投币过程中,纸币要先经过纸币识别器进展识别。在市场上纸币的识别通常为紫外线识别,由于纸币是由特殊的纸X制作而成,在紫外线下没有荧光反射,可以根据荧光的强度区分钱币的真伪。不同币值的纸币面积大小有所不同,可通过红外装置来区分钱币纸X的大小来区分币值,当钱币为真时,钱币可通过纸币识别器,并给PLC一个信号,进展货币的累加计算。如果钱币为假,如此吐出假币,无信号输出。图2.5 纸币识别器当发生购置后,自动售货机要自动出货,市场上售货机出货方式多种多样,根据售货的种类不同,出货方式也有所不同。市场上的售货机大都是通过电机提供动力出货,在自动售货机内部每种产品的出货都需要一个电机来实现,但自动售货机中电机的功率并不需要多大,但当要求电机通电后能迅速动作,因此在电机选择方面我们选择低电压功率较小的直流电机。在市场上自动售货机的出货种类方式较多,不同的出货方式都有其优缺点,下面是市场上的两种种出货机构。目前市场上出现了一种机械臂出货方式,该方式相对于传统的掉落式出货方式更加智能,当发生购置时,自动售货机内部的机械手便上升到对应商品的位置,在抓取商品后,送到取货口出,即可取出货物,这种出货方式很大程度上保护了商品。适用于易碎易损商品的出售,但本钱较高不适合以饮料为出售对象的售货机。旋转式送出机构,把出售的商品放置在螺旋轨道上,当购置时电机动作带动螺旋轨道旋转,当商品转到货到底部开设的口槽时,便从槽口下货,这种出货方式在市场上占有很大份额,它要求电机的转矩较大,不适用于易碎易损商品的出货方式。但本次的销售对象为抗摔抗破碎商品因此选择旋转式出货机构。第三章 系统软件设计自动售货机内部系统工作是从投币开始,从退币完毕。当投入货币时开始对币值进展累加计数,然后判断投入的币值是否大于等于商品的售价,是否能购置商品,购置后计算出余额,假如交易完毕按下选择按钮即可完毕交易,假如继续购置余额继续与商品售价比对,判断是否可以购置。表3.1 自动售货机I/O分配表功能名称定义点符号投1元硬币SB1投5元纸币SB2投10元纸币SB3纯净水选择按钮SB4山泉水选择按钮SB5 找零按钮SB6 红茶选择按钮SB7果汁选择按钮 SB8纯净水出货山泉水出货红茶出货果汁出货找零纯净水绿灯可购置山泉水绿灯可购置红茶绿灯可购置果汁绿灯可购置纯净水红灯售空山泉水红灯售空红茶红灯售空果汁红灯售空在上表中SB1,、SB2、SB3为货币投入模拟按钮,SB3、SB5、SB7、SB8为相应的商品选择按钮,当投入的钱币满足购物时只需要按下相应的按钮即可购置。SB6为找零按钮。在投入货币后,当货币值大于等于某商品时,此时满足购置此物的条件,对应的指示绿灯亮,表示可以购置。如果商品对应的指示红灯亮表示该商品缺货无法购置。3.3 PLC外部接线图图3.2 自动售货机外部接线图27 / 273.4 PLC程序的设计当出现交易时,顾客每次投入的钱币都需要经过货币真假识别系统进展识别,假如货币为伪假币如此系统不给PLC传递计币指令。假如钱币为真如此传感器给PLC发送计币指令,PLC把接收来的信号指令进展系统的处理,累加币值,当投入1元的货币累加1,投入5元的货币累加5,投入10元的货币累加10。如下图3.3是当投入钱币,或购置商品后币值发生变化时,C1的值改变。当投入1元时I0.0闭合,C1累加1,投入5元时M0.1闭合5次C1的值加5,投入10元时M0.3闭合10次,C1的值加10。当发生购置后,根据对应商品的售价值其对应的控制按钮闭合,C1的值减去对应商品的值。图3.3 币值计数如下图是当五元时,I0.1闭合,M0.0闭合,系统处于自锁状态。且当T51计时时间到时系统断开。图3.4 多元投币梯形图当M0.0闭合后,T51,T52开始计时,当T51计时完毕时系统断开停止计时。在 T52计时时间到时M0.1输出一个信号,同时T53开始计时,T53计时时间到后T52断开,并开始计时。此时系统完成一个输出周期。在T51完毕计时期间M0.1共输出5次,C1的值加5。只要改变T51的值就可完成其它多元的投币。当投币完成后,系统把所投入的货币值累加到一起,系统内部进展货币与商品售价的比照,当投币币值大于等于某商品时,该商品的可购置指示灯亮,此时可以进展购置该商品。 按下相应的商品选择按钮即可在自动售货机出货口内取货,接着再进展价格与余额的比拟,假如余额符合购物条件还可再次进展购置,相应的指示灯亮,假如再一次购置后余额仍大于一些商品的价格如此还可以继续购物。不然商品指示灯不亮。 如如下图3.5,当投入的金额或余额大于等于该商品售价时如此可以摁下商品选择按钮I0.3就可购置此商品,然后通过加减计数器指令计算出余额并存入C1中。当购置该商品时,按下此商品的选择按钮,T57开始计时,M1.3常开触点闭合,当计时完毕后,M1.3断开经过下降沿触发Q0.1输出,电机工作商品被抛出。图3.5 商品的购置出货图3.6 商品差价计算当按下购置按钮后,T57开始计时,同时T58也开始计时,0.5S后T59开始计时,T58常开触点闭合M0.4输出一个信号,加减计数器减1,再过0.5S后T59常开触点闭合,常闭触点断开。此时一个周期完毕C1的值减1,在T57计时完毕期间共有一个周期,M0.4一次输出,C1的值减1。自动售货机内商品一次存放的数量都是有限的,当自动售货机内的商品销售缺货时,如此无法再进展此类商品的购置。以下是纯净水数量的计数,每发生一次购置Q0.1闭合一次,商品数量减少一次,当购置五次后,如此无法再进展购置,需要补充商品。图3.7 商品计数当投入的金额大于商品的售价时且自动售货机内有该商品时如此该商品显示绿灯,Q0.7闭合商品可以购置。图3.8 商品可购置显示当商品被屡次购置后,C2从设定的商品数量值减到0如此C2常闭触点断开,常开触点闭合,如此该商品对应的售空不可购置红灯亮,即使投入的钱币大于等于商品售价,也无法进展购置,商品可购置绿灯不再显示。3.4.6 找零系统当购置完毕后,按下找零按钮I0.5,Q0.5闭合,找零电机动作,即可把余额退出。图3.10 退币找零系统第四章 仿真模拟学习PLC最有效的手段就是手动编程和上机调试,由于一些条件的限制缺乏实验条件,编写程序后无法检测是否正确,仿真软件的出现解决了这一现状。S7-200 仿真软件能模拟S7-200的大多数指令和功能,PLC编程过后通过编译确认系统无误后可通过该软件进展仿真模拟,并确认系统的正确可行性。在系统配置中选择此次试验的CPU的型号,CPU224。在CPU的右边是拓展模块,可根据要添加的I/O点拓展模块数量。仿真软件不能直接承受S7-200的程序代码,程序编译成功后,在编程软件中导出文件,将程序转换成扩展名为“awl的文本文件。打开仿真软件,在“程序中选择“装载程序,选择要装载的文件。如果仿真软件支持程序中的全部指令和功能,单击工具栏的“运行按钮,切换到RUN模式,此时可对程序进展监控。图4.1 仿真软件的设置4.2 系统仿真在系统的仿真中,系统处于RUN状态,并对程序块进展监控。初始状态下,币值计数C1的值为0。图 4.2 投币计数系统模拟图 4.3 一元投币计数当按下I0.0投币按钮后,I0.0常开闭合C1的值加1。当按下5元投币按钮后,I0.1常开闭合,M0.1输出,C1的值加5。图4.4 多元投币计数当投入的钱币大于等于商品售价时商品可购置指示灯亮。图4.5 商品可购置提示当商品可购置按下商品选择按钮,通过计时器,控制M0.4的输出,商品售价为1如此M0.4输出1次,加减计数器的值减1。同时Q0.1有输出,电机工作商品被送出。当一次购置出货后,自动售货机内,商品的库存量减一。图4.6 商品计数当商某一商品被售空对应的缺货指示灯亮,此时无法再进展购置该商品。且当余额小于商品售价时,此商品对应的可购置指示灯熄灭,该商品无法购置。当交易完毕时,余额大于0,按下找零按钮I0.5,Q0.5输出,电机工作找零出币,C1值清零 ,交易完毕。图4.7 退币找零图4.8 系统复位4.3 接线模拟
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