典型机电一体化产品PLC控制自动售货机.doc

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1、典型机电一体化产品题 目：PLC控制自动售货机姓 名： 喜 子 学 号： 班 级： 平顶山工业职业技术学院 2011年 5 月 3 日目录1. 引言21.1 自动售货机介绍21.2 自动售货机的发展31.3 自动售货机的基本功能32. PLC控制系统42.1 PLC控制系统编程42.1.1 最大限度地满足被控对象的控制要求42.1.2 保证PLC控制系统安全可靠42.1.3 力求简单、经济、使用及维修方便42.1.4 适应发展的需要42.2 电机选择及介绍52.2.1 步进电机的工作原理63. 自动售货机PLC控制73.1 自动售货机PLC控制任务73.2 自动售货机PLC控制方案分析83.3

2、 自动售货机PLC控制电路设计93.4 自动售货机PLC控制控制程序114. 自动售货机的发展与展望125. 结束语136. 参考资料141. 引言1.1 自动售货机介绍随着经济发展，自动化商业机械也有了越来越广泛的应用，自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所，人们通过自动售货机可以买到自己想要的物品，自动售货机实现了商品需求化，性能多样化的发展，给人们的生活带来了极大的方便。传统的固定地点人员售货方式暴露出许多弊端：人力资源需求大；受所需服务地点，地理条件的限制；而且在服务时间上不能最大限度的服务于消费者。自动售货机的出现解决了这些难题。品种繁多，对生活的覆盖面广，自动售货，效

3、率高，可 24 小时不间断运营；选址容易，且方便改换场地；适合全职经营，也可兼职（副业）经营；作为广告载体，可赚高额外块。投资风险低，收益高。工作人员唯一所需要做的就是添加商品取走货币。如此多的优点使得自动售货机在世界范围内得到广泛的应用。同现在通用的自动售货机，它增加了一些找零，显示余额，报警等功能，使之功能更为强大，本文着重介绍的是PLC控制步进电机。近年来,我国的自动售货机行业突飞猛进:在汽车总站、商厦、医院、小区、学校等地区纷纷涌现出自动售货机的踪迹。 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

4、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（Programmable Logical Controller），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。自动售货机的新奇、文

5、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。1.2 自动售货机的发展自动售货机是现代社会中的一种商务工具，2004年以后，中国的自动售货机产业将实现快速增长，奥运会和世博会为自动售货机市场带来了巨大商机，2008年后已进入

6、发展期。自动售货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。 中国自动售货机市场将到2012年后进入成熟期。另外，北京的城市改造将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才可以使自动售货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。1.3 自动售货机的基本功能在进行上、下位机程序编写之前，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

7、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8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

8、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. PLC控制系统2.1 PLC控制系统编程 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：2.1.1 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。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注

9、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。2.1.2 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。2.1.3 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

10、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。2.1.4 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。2.2 电机选择及介绍 采用直流电动机控制。直流电动机精度较低，不易实现精确的位置控制。用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电动机的步数和旋转方向，可以考虑达

11、林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速，减小因惯性、速度和步距角过大而引起的调整误差。其控制信号为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制时间，将难以控制其精确位置，系统稳定性也比较差。但使用方便，价格便宜。 但是由单片机直接控制，步进电机可以直接接受的数字信号不需要数/模转换，具有快速起停功能，延时短、定位准确、精度高和可操作性强。与驱动控制器匹配使用时控制起来方便，在销售移动距离较小的商品的时候不会产生误差。 步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电数模（D/A）转换器。在开环数字程序控制系统中，输

12、出控制部分常用步进电机作为驱动元器件。步进电机的控制电路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动。很明显脉冲的总数决定了移动量，指令的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲可否被可靠的执行，基本上取决于步进电机的性能。2.2.1 步进电机的工作原理图1三相步进电机结构示意图 步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是单极性的直流电源。要使步进电机转动，就必须对步进电机的定子的各项绕组以适当的时序进行通电。步进电机的步进过程表示为，其定子的每相都有一对磁极，每个磁极都只有一个齿，即磁极本身，故三相步进电机有三对磁极一共是6个齿；其转子有4个齿，分别称为0.1.2.3齿

13、直流电源U通过开关A，B，C，分别对步进电机的A，B，C，相绕组通电。初始状态时，开关A接通，则A相磁极和转子的0，2 号齿对齐，同时转子的1，3号齿和B，C相磁极形成错齿状态。当开关A断开，B接通，由于B相绕组和转子的1，3号齿之间的磁力线作用，使得转子的1，3号齿和B相磁极对齐，则转子的0，2号齿就和A，C， 相绕组形成错齿状态。此后，开关的B断开，C接通，由于C相绕组和转子的0，2之间的磁力线的作用，使得转子0，2号齿和C相磁极相对齐，这时转子的1，3 号齿和A，B相绕组磁极产生错齿。当开关C断开，A接通后，由于A相绕组磁极和转子1，3号之间的磁力线的专用使转子1，3号齿和A相绕组磁极对

14、齐，这时转子的0，2号齿和B，C 相绕组磁极产生错齿。很明显，这时转子转动了一个齿距角。如果对一相绕组的操作称为一拍，那么对A，B，C三相绕组的轮流通电需要三拍。对A，B，C，三相轮流通电一次成为一个周期。从上面分析看出，该三相步进电机转子转动一个齿距需要三拍操作。由于按ABCA相轮流通电，则磁场沿A，B，C方向转动了360度空间角，而这时转子沿ABC方向转动了一个齿距的位置。在图一中，转子的齿数为4，故齿距角为90度，转动了一个齿距就是转动了90度3. 自动售货机PLC控制3.1 自动售货机PLC控制任务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

15、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) 投币总额或当前值显示在7段数码管上8) 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9) 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元的3.2 自动售货机PLC控制方案分析 图1. I/O接线图 图2. 自动售货

16、机PLC控制流程图 3.3 自动售货机PLC控制电路设计 输入（I）X01元投币关电开关输出（O）Y0-Y77段数码管X15元投币关电开关Y10汽水指示灯X210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 图4 I/0分配表 10 RMB 显示屏 5 RMB 1 RMB 汽水 花茶 咖啡 汽水指示灯及按钮 花茶指示灯及按钮 咖啡指示灯及按钮 电磁阀 退币按钮 杯子 出口 图5. 饮料自动售货机工作框图3.4 自动售货机PLC控制控制程序 4. 自动售货机的发展与展望 据说世界上最早

17、的自动售货机出现在公元前3世纪，那是埃及神殿里的投币式圣水出售机。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。现在，自

18、动售货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货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，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约1015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。5. 结束语 我所做的“自动售货机系统”这个分析是一个综合的工作。它涉及到电路的设计、单片机的编程，电路焊接等工作还有

19、些相关软件的使用。由于本人的能力有限，在分析的过程中，遇到的问题和困难很多，但在老师的指导和同学的帮助下，我成功地完成了系统的分析工作。在此，我向他们致以诚挚的感谢!首先要感谢的是我的指导老师。老师虽然公务繁忙，还在上课，但几乎每次见到我，都要关注询问我的作业进展情况，对于我在作业中遇到的一些问题，都给予我耐心的指导和解释，提出了大量宝贵的意见，并介绍了许多期刊书目资料供我参考。在此，我向老师致以我最诚挚的谢意！ 特别要感谢张老师给了我很大的帮助，我经常向他请教一些单片机方面的问题，还有询问芯片方面的问题每次张老师都不厌其烦地给我讲解；以及实验室的其他老师还有我们班的很多同学也给了许多帮助，在此，对他们一并表示感谢。最后，再次对老师和同学们致以衷心的感谢！是他们的关心和帮助，使我顺利地完成了看似困难的工作。 6. 参考资料1单片机原理及应用 西安电子科技大学出版社 李建忠 2002.22机电专业毕业设计指南 机械工业出版社 张桂香 柯志敏 2005.13微型计算机控制技术 清华大学出版社 于海生 19994电子线路设计.实验.测验 华中科技大学出版社 谢自美 2002.。75 王国海主编 可编程序控制器及其应用 第二版 中国劳动社会保障出版社 2007 6 张万忠，刘明芹电器与PLC控制技术北京：化学工业出版社。2003