基于PLC和組態(tài)的自動售貨機系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計.doc

畢業(yè)設(shè)計說明書題 目:基于plc和組態(tài)的自動售貨機系統(tǒng) 學院(直屬系): 機械工程與自動化學院 年級專業(yè): 09級機械電子工程 姓 名: 學 號: 332009010607139 指 導 教 師: 完 成 時 間: 2013年5月30日 摘 要本設(shè)計主要應用了大學期間所學習的cad、plc、力控組態(tài)等知識，完成對自動售貨機系統(tǒng)的控制和監(jiān)控模擬。文章首先對各功能組件的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，包括進幣結(jié)構(gòu)的設(shè)計、出貨機構(gòu)的設(shè)計和退幣機構(gòu)的設(shè)計等，接著利用西門子plcs7200來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，包括cpu的選型及模塊配置、主電路的設(shè)計和控制電路的設(shè)計等，最后運用力控組態(tài)軟件實現(xiàn)了自動售貨機交易的真實畫面和環(huán)境的監(jiān)控模擬?；趐lc的自動售貨系統(tǒng)穩(wěn)定性好，能實現(xiàn)長期的穩(wěn)定運行?！娟P(guān)鍵詞】自動售貨機；組態(tài)；plc；編程；模擬abstractcad, plc and the power control configuration of such knowledge are mainly used in this design. the vending machine system for control and monitoring is completed. this paper introduces the design of each function module structure design. it includes shipping structure design, the coin structure design and refund mechanism design. plc of s7200 is used to realize to control the entire system. it is includes the selection and design of module configuration, the main circuit of cpu and control circuit design. the use of sunwayland software is used to realize the monitoring of vending machine business reality and environment simulation. based on plc ,the stability of vending system achieve a stable long-term operation. key words: the vending machine; configuration; plc; programming; simulate目 錄1前言31.1自動售貨機的設(shè)計背景31.2 國內(nèi)外自動售貨機的研究現(xiàn)狀31.3 自動售貨機設(shè)計的主要工作42系統(tǒng)的總體方案62.1工藝過程62.2 系統(tǒng)的總體方案73系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計93.1 紙幣進幣機構(gòu)的設(shè)計93.2 出貨機構(gòu)的設(shè)計113.3 硬幣的入口機構(gòu)和退硬幣機構(gòu)的設(shè)計124硬件電路的設(shè)計144.1 plc的選型及其模塊配置144.2 主電路的設(shè)計184.3 控制電路的設(shè)計195 plc程序的設(shè)計及仿真225.1 plc程序的設(shè)計225.1.1主程序的設(shè)計225.1.2 進幣程序的設(shè)計235.1.3 錢幣進入錢包程序的設(shè)計245.1.4 幣值比較對應可選商品程序的設(shè)計255.1.5 選擇商品程序的設(shè)計265.1.6 退幣程序的設(shè)計275.2 plc程序仿真286 監(jiān)控組態(tài)設(shè)計326.1組態(tài)程序的設(shè)計326.1.1建立工程326.1.2創(chuàng)建點326.1.3定義i/o 設(shè)備346.1.4 創(chuàng)建窗口366.2 自動售貨機狀態(tài)模擬實現(xiàn)376.2.1 關(guān)于腳本的介紹376.2.2 商品出貨動畫界面的設(shè)計426.2.3 投紙幣動畫界面的設(shè)計446.2.4 投紙幣動畫界面的設(shè)計486.2.5 商品選擇按鈕動畫界面的設(shè)計506.2.6自動售貨機整體界面的設(shè)計51結(jié) 論54總結(jié)與體會55致 謝56參考文獻57附錄一 電氣原理圖58附錄二 plc 程序58附錄三 plc組態(tài)聯(lián)機程序58附錄四 部分組態(tài)聯(lián)機圖581前言1.1自動售貨機的設(shè)計背景自動售貨機是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。1在日本，70的罐裝飲料是通過自動售貨機售出的。全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機。【2】從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，它的出現(xiàn)是勞動密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。大量生產(chǎn)、大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道；而相對的超市、百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升；再加上場地的局限性以及購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器便應運而生了。近幾年，自動售貨機逐漸被越來越多的消費者所接受。但由于售貨機分布零散、范圍廣闊的特點，自動售貨機在為消費者帶來方便的同時，也為經(jīng)營者在監(jiān)控、管理、維護等方面帶來很大的不便。目前售貨機運行的各種情況都需要由人工判斷，包括缺貨、缺零錢、幣箱已滿、售貨機機械故障等，經(jīng)營者普遍采用人工定時巡回視察的管理辦法，既費時費力，又無法及時準確獲取自動售貨機狀態(tài)報告，給經(jīng)營者增加了管理成本和難度，也有可能給消費者的正常消費造成不便。1.2 國內(nèi)外自動售貨機的研究現(xiàn)狀公元1世紀,希臘人希羅制造的自動出售圣水的裝置是世界上最早的自動售貨機。1925年美國研制出售香煙的自動售貨機，此后又出現(xiàn)了出售郵票、車票的各種現(xiàn)代自動售貨機。現(xiàn)代自動售貨機的種類、結(jié)構(gòu)和功能依出售的物品而異，主要有食品、飲料、香煙、郵票、車票、日用品等自動售貨機。一般的自動售貨機由錢幣裝置、指示裝置、貯藏售貨裝置等組成。錢幣裝置是售貨機的核心，其主要功能是確認投入錢幣的真?zhèn)?，分選錢幣的種類，計算金額。如果投入的金額達到購買物品的數(shù)值即發(fā)出售貨信號，并找出余錢。指示裝置用以指示顧客所選商品的品種。儲藏售貨裝置保存商品，接收出售指示信號，把顧客選擇的商品送至付貨口。一般售貨機的錢幣裝置由投幣口、選別裝置、確認錢幣真?zhèn)蔚臋z查裝置、計算金額的計算裝置和找錢裝置組成。70年代以來，出現(xiàn)了采用微型計算機控制的各種新型自動售貨機和利用信用卡代替錢幣并與計算機連接的更大規(guī)模的無人售貨系統(tǒng)，如無人自選商場、車站的自動售票和檢票系統(tǒng)、銀行的現(xiàn)金自動支付機等。現(xiàn)在，自動售貨機產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進一步實現(xiàn)合理化。例如實行聯(lián)機方式，通過電話線路將自動售貨機內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補充以及商品選定的順利進行。為防止地球暖化，自動售貨機的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費高峰時，這種機型的自動售貨機即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機相比，它能夠節(jié)約1015的電力。進入21世紀時，自動售貨機也將進一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。從自動售貨機的發(fā)展趨勢來看，大量生產(chǎn)，大量消費以及消費模式和銷售環(huán)境的變化，要求出現(xiàn)新的流通渠道，而相對的超市，百貨購物中心等新的流通渠道的產(chǎn)生，人工費用也不斷上升，在加上場地的局限性和購物的便利性等這些因素的制約，無人自動售貨機作為一種必須的機器也就有了其相當可觀的前景。1.3 自動售貨機設(shè)計的主要工作在日常的生活中，自動售貨機無處不在，24小時服務(wù)，售貨便利；無需專人盯守，省人工，省成本；售貨范圍廣，人們通過自動售貨機不僅可以買到食品、香煙、飲料、報紙、票、卡，甚至鮮花和小寵物等物品；此外它還是一種新穎獨特的廣告媒體。在本次設(shè)計中，本自動售貨機主要以賣飲料為主，可實現(xiàn)大部分自動售貨機的基本功能，本自動售貨機的主要工作如下。1) 此自動售貨機可以投入1元、5元、10元紙幣以及1元硬幣；2) 共有8件商品供顧客選擇；3) 商品的價位分別為3元、5元和8元；4) 有商品時則貨物燈亮，無商品時則不亮；5) 當投入人民幣的總值等于或超過物品價值時，對應的物品指示燈亮綠燈；6) 當物品對應的指示燈亮綠燈時，按下相應的按鍵，相應的物品排出；7) 找零時將會退1元硬幣。2系統(tǒng)的總體方案2.1工藝過程圖2.1自動售貨機工藝過程圖2.1為自動售貨機的工藝過程圖，當自動售貨機開始工作時，即可進行投幣，在投幣完成后，自動售貨機內(nèi)部進行幣值真假判斷，假幣即立刻退幣，真幣即進入下一部操作，比較幣值，當金額不足時，則沒有燈亮不能進行貨物選擇，當大于三元時，3元商品亮；當大于5元時，3元和5元商品亮；當大于8元時，全部商品燈亮。商品燈亮后，即可進行商品的選擇，選擇你所需要的商品，商品選擇結(jié)束后，自動售貨機內(nèi)部進行退幣余額的計算，余額計算完成后，則進入退幣程序，選擇不退幣，即又再次進入比較幣值階段；選擇退幣，則自動售貨機工作結(jié)束。2.2 系統(tǒng)的總體方案自動售貨機是可完成無人自動售貨的商業(yè)自動化設(shè)備，它不受任何場地限制，方便快捷，在我國也越來越普及。傳統(tǒng)的自動售貨機采用單片機作為控制核心，但這樣在輸入輸出接口上消耗很大。plc不但可實現(xiàn)類似控制功能,3還具有可靠性高、編程簡單、功能強、能耗低、調(diào)試方便等優(yōu)點。本次畢業(yè)設(shè)計中自動售貨機的基本功能就是對投入的錢幣數(shù)進行計算，然后根據(jù)運算結(jié)果做出相應的判斷，看看哪種商品可以進行購買，哪種商品不能購買，本次畢業(yè)設(shè)計的要求是可識別4種錢幣，分別是1元、5元、10元紙幣和1元硬幣，自動售貨機共出售8種貨物，其價格分別定為3元、5元、8元，當投幣數(shù)大于等于貨物價格時且售貨機里有這種貨物時，指示燈亮，表示可以進行購買，8種貨物分別用8個小燈代替。除此之外，本次設(shè)計還涉及了顯示、找零、出貨等功能的實現(xiàn)，其中顯示部分采用數(shù)碼管進行顯示，顯示投幣總數(shù)和購買后的余額；當按下找零按鈕后，數(shù)碼管顯示進行清零。送貨部分采用機械結(jié)構(gòu)，在出貨機構(gòu)處設(shè)計一個十字的旋轉(zhuǎn)擋片，當要出貨時，電機轉(zhuǎn)動帶動擋片進行一個90的旋轉(zhuǎn)，貨物由于卡在一個擋片處，即擋片旋轉(zhuǎn)時即可帶動商品出貨，實現(xiàn)商品的送貨部分。大體運行如圖2.2所示。 圖2.2 運行圖 在本次的大體運行圖中，對電機、數(shù)碼顯示管、按鍵、傳感器等都要進行相關(guān)的選型。對于電機的選型，選擇的是sj-2h042ma,因為此電機的型號為輕巧型，便于在自動售貨機內(nèi)部使用，電壓為dc12-32v，也在自動售貨機適用的電壓范圍之類。在數(shù)碼管顯示的選擇上，選擇了cd4511，因為此數(shù)碼管為8位數(shù)碼顯示管，具有bcd轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的cmos電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動共陰led數(shù)碼管，顯示完全也相對穩(wěn)定。在紙幣和硬幣進入的過程中都會使用到相應的紙幣傳感器和硬幣傳感器，在檢驗真?zhèn)蔚倪^程中，一般采用熒光檢測和紅外檢測即可。對于自動售貨機按鍵的選擇，選擇cnsc品牌pbs-29的型號，因為此型號為開啟式常開按鈕，按鈕的壽命長達10萬次，適合自動售貨機的長時間使用。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.1 紙幣進幣機構(gòu)的設(shè)計 圖3.1紙幣進幣機構(gòu)圖如圖3.1所示，當紙幣真假感應器感應到紙幣的時候，感應器做出真假判斷，當紙幣為真時，電機正轉(zhuǎn)，電機帶動上下兩條的運輸皮帶，通過摩擦力把紙幣運輸?shù)絻﹀X室里進行儲存；當紙幣為假時，電機反轉(zhuǎn)，把紙幣推送出去。此時，即可完成紙幣的進幣與假幣的退幣。在此設(shè)計中，要對電機進行一個選型，因此需要的是一個小功率電機所以選擇y80m1-4即可，y80m1-4的參數(shù)為額定功率0.55kw，額定電流1.5a，轉(zhuǎn)速1390r/min，效率73.0，功率因數(shù)0.76，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩的2.4倍，堵轉(zhuǎn)電流/額定電流的6.0倍，最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩的2.3倍，振動速度為1.8mm/s,重量為17kg請對應修改其他地方。紙幣識別器是把正常的鈔票在各傳感器收到的信號進行統(tǒng)計取樣、識別、并寄存起來，作為檢測的依據(jù)。當識別紙幣時，把在各通道接口收到的信號參數(shù)與原寄存起來的信號參數(shù)進行比較、判斷，若有明顯差異時就立即送出。本設(shè)計選用的是bs12c dn15，其相關(guān)參數(shù)為：電壓為dc +12v+-5；與電氣圖不符電流為待機0.12a 工作2a；工作溫度為0-55；保存溫度為-20-60；濕度為30-85rh；重量為0.8kg；插入方向為任意方向；識別時間為2.5秒。如圖3.2所示。 圖3.2 紙幣識別器硬幣識別原理的主要識別指標是材質(zhì)、厚度、直徑。材質(zhì)是用電磁的方式測的，使用空心線圈或磁芯線圈，線圈組數(shù)少的一組，多的常見是六組，工作狀態(tài)下，線圈及其外圍電路會以一個特殊的頻率震蕩，當硬幣以垂直或平行于線圈平面方式穿過時，會引起振蕩頻率的變化。材質(zhì)不同所引起的頻率變化幅度和方向也不同，對某種硬幣硬幣的變化特征進行記錄后，就成為使用中識別該種硬幣的依據(jù)。厚度是沒有東西專門測的，實際上這個指標是和材質(zhì)一起測。因為即使相同材質(zhì)的硬幣，如果厚薄不同，導致的頻率變化差異也較大。本設(shè)計選用的是bd-10025，其相關(guān)參數(shù)為：直徑18mm、32mm；厚度2mm、3.2mm；工作電壓為dc+12v,功與電氣圖不符率為靜能0.5mw;動能為0.5w。 圖 3.3 硬幣識別器3.2 出貨機構(gòu)的設(shè)計 圖3.4 出貨機構(gòu)圖如圖3.4所示，當錢的幣值達到商品的價位時，可選商品的燈即會在plc4的控制下亮起，當可選的商品燈亮時，按下所需要的商品，商品的出貨機構(gòu)開始運作。電機帶動貨物的旋轉(zhuǎn)擋板運動，當擋板碰到行程開關(guān)的時候，即停止旋轉(zhuǎn)。商品即會通過商品的出貨通道出貨，即此時完成商品的出貨。在此設(shè)計中，要對電機進行一個選型，因此需要的是一個小功率電機所以選擇y80m1-4即可，y80m1-4的參數(shù)為額定功率0.55kw，額定電流1.5a，轉(zhuǎn)速1390r/min，效率73.0，功率因數(shù)0.76，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩的2.4倍，堵轉(zhuǎn)電流/額定電流的6.0倍，最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩的2.3倍，振動速度為1.8mm/s,重量為17kg。 而對于行程開關(guān)的選擇，選擇了jlxk1系列行程開關(guān)，它適用于交流50hz、電壓380v或直流電壓220v控制電路中。與電氣圖不符此種行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、功能實用、價格低廉。3.3 硬幣的入口機構(gòu)和退硬幣機構(gòu)的設(shè)計 圖3.5 進硬幣和退硬幣機構(gòu) 如圖3.5所示，當硬幣真假感應器感應到硬幣時，感應器做出真假判斷。當硬幣為真時，電機正轉(zhuǎn)，擋板轉(zhuǎn)動，硬幣跟真擋板的運動方向運動，當碰到行程開關(guān)時，電機停止轉(zhuǎn)動，硬幣滑落至真硬幣存儲室；當硬幣為假時，電機反轉(zhuǎn)，擋板轉(zhuǎn)動，假硬幣跟著擋板的運動方向運動，當碰到行程開關(guān)時，電機停止轉(zhuǎn)動，假硬幣滑落至假硬幣的出口，假硬幣即被排除，掉落至出硬幣口，即完成真硬幣的進入和假硬幣的排除。當買完商品需要退錢時，按下退幣按鈕，plc即會輸出信號，出幣電機開始運動，出幣電機帶動連桿機構(gòu)進行運動，前爪式的出幣推子，推動硬幣滑落至硬幣出幣口。即完成硬幣的找零功能。在此設(shè)計中，要對電機進行一個選型，因此需要的是一個小功率電機所以選擇y80m1-4即可，y80m1-4的參數(shù)為額定功率0.55kw，額定電流1.5a，轉(zhuǎn)速1390r/min，效率73.0，功率因數(shù)0.76，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩的2.4倍，堵轉(zhuǎn)電流/額定電流的6.0倍，最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩的2.3倍，振動速度為1.8mm/s,重量為17kg。 而對于行程開關(guān)的選擇，選擇了jlxk1系列行程開關(guān)適用于交流50hz、電壓至380v或直流電壓至220v控制電路中。不符用來控制運動機構(gòu)的行程和變換運動的方向或速度。4硬件電路的設(shè)計4.1 plc的選型及其模塊配置plc的硬件主要由中央處理器（cpu）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等幾部分組成?！?】其中，cpu是plc的核心；輸入單元/輸出單元是cpu與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計算機等外部設(shè)備6，其硬件構(gòu)成圖如圖4.1。 圖4.1 硬件設(shè)備聯(lián)接件圖在本次畢業(yè)設(shè)計中，i/o輸入口中8件商品分別要有8個按鈕開關(guān)、8個商品有無感應器、8個商品的行程開關(guān)，還有8個商品電機所要的電機保護裝置。其中在輸入口中還涉及到進硬幣感應器、進紙幣感應器、硬幣真假感應器、紙幣真假感應器、1元感應器、5元感應器、10元感應器、進真硬幣行程開關(guān)和退真硬幣行程開關(guān)、進假硬幣行程開關(guān)和退假硬幣行程開關(guān)等48個輸入口。在i/o輸出口中的數(shù)碼顯示管cd4511需要占用8個輸出口，8件商品的有無指示燈需要占用8個輸出口，8件商品的可買指示燈需要占用8個輸出口，在8件商品出貨的過程中也需要8個線圈來進行商品的輸出控制，所以也需要占用8個輸出口，在進紙幣電機的正反轉(zhuǎn)和進硬幣電機正反轉(zhuǎn)上共需要4個輸出口，最后在退硬幣電機上需要一個線圈進行控制即可。所以在輸出口的數(shù)量上，根據(jù)需求，需要有至少40個輸出口。根據(jù)所羅列的需要的輸入口和輸出口，確定了所需要的cpu型號和所需要擴展的模塊數(shù)量，在本次設(shè)計中，我選擇了1個cup226（集成24輸入/16輸出）7和兩個em223（16s輸入/16輸出）8的拓展模塊。如圖4.2所示。 圖4.2 主機模塊連接簡圖表4.1和表4.2分別為i/o的地址分配表。 表4.1 輸入的地址分配表輸入代碼地址編號進紙幣感應器kf1i0.0紙幣真假感應器kf2i0.1硬幣真假感應器kf3i0.2一元紙幣感應器kf4i0.3五元紙幣感應器kf5i0.4十元紙幣感應器kf6i0.5商品1有無感應器kf7i0.6商品2有無感應器kf8i0.7商品3有無感應器kf9i1.0商品4有無感應器kf10i1.1商品5有無感應器kf11i1.2商品6有無感應器kf12i1.3商品7有無感應器kf13i1.4商品8有無感應器kf14i1.5退硬幣按鈕sf1i1.6商品1按鈕sf2i1.7商品2按鈕sf3i2.0商品3按鈕sf4i2.1商品4按鈕sf5i2.2商品5按鈕sf6i2.3商品6按鈕sf7i2.4商品7按鈕sf8i2.5商品8按鈕sf9i2.6商品1行程開關(guān)bg1i2.7商品2行程開關(guān)bg2i3.0商品3行程開關(guān)bg3i3.1商品4行程開關(guān)bg4i3.2商品5行程開關(guān)bg5i3.3商品6行程開關(guān)bg6i3.4商品7行程開關(guān)bg7i3.5商品8行程開關(guān)bg8i3.6進真硬幣左行程開關(guān)bg9i4.0進真硬幣右行程開關(guān)bg10i4.1進假硬幣左行程開關(guān)bg11i4.2進假硬幣右行程開關(guān)bg12i4.3退硬幣左行程開關(guān)bg13i4.4退硬幣右行程開關(guān)bg14i4.5進紙幣電機保護bb1i5.0商品1電機保護bb2i5.1商品2電機保護bb3i5.2商品3電機保護bb4i5.3商品4電機保護bb5i5.4商品5電機保護bb6i5.5商品6電機保護bb7i5.6商品7電機保護bb8i5.7商品8電機保護bb9i6.0進硬幣電機保護bb10i6.1退硬幣電機保護bb11i6.2表4.2 輸出的地址分配表輸出代碼地址編號數(shù)碼個位顯示1q0.0數(shù)碼顯示個位2q0.1數(shù)碼顯示個位4q0.2數(shù)碼顯示個位8q0.3數(shù)碼顯示十位1q0.4數(shù)碼顯示十位2q0.5數(shù)碼顯示十位4q0.6數(shù)碼顯示十位8q0.7進紙幣燈亮pg1q1.1運行顯示燈亮pg2q1.2進硬幣燈亮pg3q1.3有無商品1燈亮pg4q1.4有無商品2燈亮pg5q1.5有無商品3燈亮pg6q1.6有無商品4燈亮pg7q1.7有無商品5燈亮pg8q2.0有無商品6燈亮pg9q2.1有無商品7燈亮pg10q2.2有無商品8燈亮pg11q2.3可選商品1燈亮pg12q2.4可選商品2燈亮pg13q2.5可選商品3燈亮pg14q2.6可選商品4燈亮pg15q2.7可選商品5燈亮pg16q3.0可選商品6燈亮pg17q3.1可選商品7燈亮pg18q3.2可選商品8燈亮pg19q3.3進真紙幣線圈qa1q3.4進假紙幣線圈qa2q3.5商品1線圈qa3q3.6商品2線圈qa4q3.7商品3線圈qa5q4.0商品4線圈qa6q4.1商品5線圈qa7q4.2商品6線圈qa8q4.3商品7線圈qa9q4.4商品8線圈qa10q4.5進真硬幣線圈qa11q4.6進假硬幣線圈qa12q4.7退硬幣線圈qa13q5.04.2 主電路的設(shè)計圖4.3為本自動售貨機的主電路控制圖。主要是關(guān)于商品電機、紙幣電機和硬幣電機的電路圖。 圖4.3主電路在本設(shè)計中，主電路上采用了熔斷器和熱繼電器，對電路進行一定的保護9。熔斷器它能起到的作用主要是當自動售貨機的電路發(fā)生故障或異常時，伴隨著電流不斷升高，10 升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災。若電路正確地安置了熔斷器，那么，熔斷器就會在電流異常升高到一定的高度時，自身熔斷并切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。11熔斷器的型號選擇rt16-00。熱繼電器的作用主要是當自動售貨機中電動機過負荷時就會自動切斷電源，熱繼電器的構(gòu)造是兩片膨脹系數(shù)不同的金屬片構(gòu)成，電流過大時膨脹系數(shù)大的先膨脹，起到切斷電源的作用。12在本次主電路的設(shè)計中采用熱繼電器和熔斷器主要是要起到“過載保護的作用”，是主電路的安全性能提高。熱繼電器的型號選擇jr16b-60/3d 40-63a。4.3 控制電路的設(shè)計在控制電路中，連接了一個cpu226和兩個拓展模塊em223。在前面都有相應的簡單介紹在前面。根據(jù)i/o的輸入輸出口，選用了cpu226，如圖4.4所示。 圖4.4 cpu226接線圖本設(shè)計中拓展了2個em223，第1個拓展模塊em223的輸入模塊接的是商品行程開關(guān)和進幣、退幣的行程開關(guān)；其輸出模塊接的是可選商品的指示燈和控制部分商品出貨電機的接觸器線圈。如圖4.5。 圖4.5 第1個em223接線圖如圖4.5所示是第2個拓展模塊em223。在接第2個拓展模塊em223的輸入模塊接的是商品電機的保護和退硬幣的按鈕；其輸出模塊接的是出貨商品的線圈和退真硬幣和假硬幣的正反轉(zhuǎn)。如圖4.6。 圖4.6 第2個em223接線圖在對于電機的保護中，在輸入口放入了對電機的一個熱繼電器的保護裝置，從而使電機可以安全的運轉(zhuǎn)。在此選用tk-e02a-c熱過載繼電器此型號即可，因為，所使用的電機本來就是以輕巧型的為主，所以選擇小型的熱繼電器即可。13在商品的有無感應器其實應該算是一種接近開關(guān)，接近開關(guān)也叫近接開關(guān)，又稱無觸點行程開關(guān)，它除可以完成行程控制和限位保護外，還是一種非接觸型的檢測裝置，用作檢測零件尺寸和測速等，也可用于變頻計數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等。14接近快關(guān)主要是利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關(guān)通或斷的目的，從而來感知有無物體的存在與進入，而在商品的有無上恰好適用。在此選用tl-q5mc1/tlqm5b1tl-q5mc1為npn型，tlqm5b1為pnp型。方形，感應距離5mm。14在數(shù)碼管的顯示上主要采用的cd4511的八位數(shù)碼顯示管。cd4511 是一片 cmos bcd鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，用于驅(qū)動共陰極 led （數(shù)碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器。具有bcd轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的cmos電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動共陰led數(shù)碼管。cd4511顯示穩(wěn)定，使用壽命長。是自動售貨機顯示的較好選擇。15在商品顯示燈中選用xdn指示燈的型號即可。只要指示燈的顯示穩(wěn)定并顯示完整，使用時間和使用周期長即可。5 plc程序的設(shè)計及仿真 5.1 plc程序的設(shè)計根據(jù)自動售貨機控制系統(tǒng)的流程可以知道自動售貨機的主要系統(tǒng)包括：進幣程序的設(shè)計、錢幣進入錢包程序的設(shè)計、幣值比較對應可選商品程序的設(shè)計、選擇商品程序的設(shè)計、退幣程序的設(shè)計。5.1.1主程序的設(shè)計本次畢業(yè)設(shè)計中，自動售貨機的一個大體流程圖，如圖5.1。 圖5.1 流程圖當自動售貨機處于一個不工作狀態(tài)時既是它的一個初始狀態(tài)（等待狀態(tài)），當投入硬幣或紙幣時，自動售貨機開始工作，進紙幣感應器對錢幣進行感應和分類，其運行燈亮起，當完成投幣工作后，plc就要對紙幣進行一個計算或者是一個累加，以方便后面商品的可選燈亮起。錢包的累加完成后，即可進入下一個工作狀態(tài)，即是可選商品燈亮起，購買者便可選擇你可以購買并能夠購買成功的商品了。商品購買完成后即是最后一步退幣，plc會自動計算好你要退出的錢幣。16購買者選擇退幣按鈕即可完成你的退幣。退幣完成后，此次的自動售貨機售貨即完成。5.1.2 進幣程序的設(shè)計進幣的程序分為進紙幣程序和進硬幣程序，當有顧客購買飲料時，投入的錢幣經(jīng)過光傳感器的感應，然后由光傳感器驅(qū)動硬幣識別器識別錢幣,如果是假幣系統(tǒng)則會自動退出硬幣,如果是真幣系統(tǒng)則會將硬幣自動傳送到相應的錢幣貯存腔,并經(jīng)過光傳感器感應，然后在plc內(nèi)進行數(shù)據(jù)運算，進行一個錢包的累加。梯形圖如圖5.2所示。 （a） 圖5.2 進幣程序梯形圖5.1.3 錢幣進入錢包程序的設(shè)計 投幣完成后，系統(tǒng)將可識別的1元、5元、10元紙幣和1元的硬幣放入相對應的錢包并進行一個錢幣的累加。當進硬幣感應器感應到硬幣后，系統(tǒng)會給出一個上沖延，錢包計數(shù)器進行一個累加并儲存累加數(shù)。在此梯形圖中，運用到了加法運算指令，錢包的寄存地址為vw100,當in1進入一個值時，加法運算指令，進行一個記憶，累加完成后，就會通過out輸出，并在vw100上進行一個數(shù)值的反應。梯形圖如圖5.3。 圖5.3 錢包進入梯形圖5.1.4 幣值比較對應可選商品程序的設(shè)計投幣完成后，系統(tǒng)將會對比錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的飲料價格進行區(qū)間比較：若投幣3元，則沒有可選商品指示燈亮，不能進行商品的選擇；若3元投幣5元，則3元的可選商品指示燈亮；若5元投幣8元,則5元可選商品指示燈亮；若投幣8元，則所有的可選商品指示燈都亮。梯形圖如圖5.4所示。 圖5.4 幣值比較梯形圖5.1.5 選擇商品程序的設(shè)計當幣值達到向?qū)目蛇x商品時，進行商品的選擇，按下所對應的的選擇商品按鈕，即可出貨。以商品一舉例即可，其他商品的出貨方式均一樣。梯形圖如圖5.5所示。 圖5.5 選擇商品梯形圖5.1.6 退幣程序的設(shè)計 顧客可在購完飲料后，即可選擇退幣，當按下退幣控制按鈕后，退幣感應器開始運行，即可完成退幣。當退幣電機得電后，減法運算指令，就會進行一個計算，當in1得到錢包地址vw100的數(shù)值時，in2就會進行一個一個的錢幣遞減，遞減數(shù)值也會通過out輸出的地址vw100進行一個顯示。當out的vw100為0時，說明退幣工作已完成。梯形圖如圖5.6所示。 圖5.6 退幣程序梯形圖 5.2 plc程序仿真程序編寫好后無法驗證程序的正誤，編程能力很難提高，而仿真時解決這一問題的理想方法。17本次自動售貨機的仿真，首先配置cpu的型號，即雙擊灰色處便會彈出cpu型號的選擇，選擇cpu226即可，如圖5.7。 圖5.7 cpu型號在雙擊0和1處選擇擴展模塊的型號em223，如圖5.8。 圖5.8 em223選擇好cpu和拓展模塊后，接下來將梯形圖程序編譯導出，在仿真軟件中把導出的ascll文件導入仿真軟件，開啟仿真軟件就可以仿真。 將程序載入進去后，開始仿真。首先點擊run（即這個符號），隨后選擇商品有無感應器即i0.6i1.5，來檢測有無商品燈是否亮起即q1.4q2.3，燈亮即說明程序正確，如圖5.9。 圖5.9 有無商品燈亮接下來，要檢測的是錢包的正確性，對于錢包的正確性的檢查，首先要在狀態(tài)表里進行一個設(shè)置，如圖5.10。 圖5.10 錢包設(shè)置此狀態(tài)可以更好的觀察錢包數(shù)量的變化是否正確。點擊開始后，我們開始進行錢包的加減，點擊1元硬幣i0.2，1元紙幣i0.3，5元紙幣i0.4，10元紙幣i0.5后，錢包數(shù)量變?yōu)?7，如圖5.11。 圖5.11 錢包累加說明在plc梯形圖中錢包的累加程序是沒有錯誤的。18當錢包數(shù)量為17時，所對應的的可買商品的燈也應該亮，說明可以對該種商品進行一種購買，即q2.4q3.3亮，如圖5.12。 圖5.12 可買商品燈亮 燈如果亮起，說明程序無誤。接下來，即可進行商品的選擇與購買?？梢赃x擇一個3元商品（i1.7）、一個5元商品（i2.3)、一個8元商品（i2.6），即此時商品出貨，錢包變?yōu)橹皇?元，可選商品燈不在亮起，如圖5.13和圖5.14。 圖5.13 購買商品 圖5.14 錢包減少 如上圖顯示，即該程序進行無誤。接下來，進行最后一步程序即退幣程序的檢驗。點退幣按鈕（i1.6），退幣行程開關(guān)（i4.3），錢包數(shù)量變成0，即完成的退幣工作。如圖5.15。 圖5.15 退幣此時，錢包值為0，說明程序無誤。通過s7-200的仿真，檢驗了程序，并沒有問題，接下來，即可進行自動售貨機的組態(tài)工作。 6 監(jiān)控組態(tài)設(shè)計6.1組態(tài)程序的設(shè)計6.1.1建立工程打開應用管理器，選擇“增加新應用”，在應用名稱對話框中輸入一個應用程序的名稱， 不妨命名為“自動售貨機”，按“確定”按鈕。在工程列表中會出現(xiàn)新建的工程，雙擊該工程，打開draw，開始組態(tài)工作。196.1.2創(chuàng)建點1）draw 導航器中雙擊“實時數(shù)據(jù)庫”項使其展開，在展開項目中雙擊“數(shù)據(jù)庫組態(tài)”啟動組態(tài)程序dbmanger（如果您沒有看到導航器窗口，請激活draw 菜單命令“查看/導航器”），如圖6.1所示。 圖6.1 導航器2） 啟動dbmanger 后出現(xiàn)dbmanger 主窗口，如圖6.2所示。 圖6.2 主窗口3）選擇菜單命令“點/新建”或在右側(cè)的點表上雙擊任一空白行，出現(xiàn)“指定區(qū)域和點類型”對話框，如圖6.3所示。 圖6.3 點類型4）選擇“區(qū)域 00”及“模擬i/o 點”點類型，然后單擊“繼續(xù)”按鈕，進入點定義對話框，如圖6.4所示。 圖6.4 模擬點6.1.3定義i/o 設(shè)備在數(shù)據(jù)庫中定義了上述14 個點后，下面將建立一個i/o 設(shè)備plc，上述定義好的14個點的值將取自plc。1）在draw 導航器中雙擊“實時數(shù)據(jù)庫”項使其展開，選擇“i/o 設(shè)備驅(qū)動”項使其展開，在展開項目中選擇“plc”項并雙擊使其展開，然后繼續(xù)選擇廠商名“siemens(西門子)”并雙擊使其展開后，選擇項目“s7-200（ppi） 系列”，如圖6.5所示。圖6.5 plc設(shè)置2） 雙擊項目“s7-200(ppi)”出現(xiàn)“i/o 設(shè)備定義”對話框，在“設(shè)備名稱”輸入框內(nèi)鍵入一個人為定義的名稱，為了便于記憶，不妨為“plc200”（大小寫不限）。在通信端口下拉條中選擇“com7”，“設(shè)備地址”輸入框內(nèi)鍵入2。其余保持默認值。點擊“完成”按鈕。如圖6.6所示。此時在導航器的“s7-200(ppi)系列”下面增加了一項“plc200”。 圖6.6 設(shè)置配置3） 數(shù)據(jù)連接現(xiàn)在將已經(jīng)創(chuàng)建的14個數(shù)據(jù)庫點與plc200聯(lián)系起來，以使這14 個點的pv 不符？參數(shù)值能與i/o 設(shè)備plc200 進行實時數(shù)據(jù)交換。這個過程就是建立數(shù)據(jù)連接的過程。由于數(shù)據(jù)庫可以與多個i/o 設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，所以必須指定哪些點與哪個i/o 設(shè)備建立數(shù)據(jù)連接。a. 啟動數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序dbmanager，雙擊點“in1”，切換到“數(shù)據(jù)連接”一頁，出現(xiàn)如圖6.7所示對話框。 圖6.7 數(shù)據(jù)連接 b. 點擊參數(shù)“pv”，在“連接i/o 設(shè)備”的“設(shè)備”下拉框中選擇設(shè)備“plc200”。建立連接項時，點擊“增加”按鈕，出現(xiàn)如圖6.8所示的“設(shè)備連接項”對話框。 圖6.8 設(shè)置定義6.1.4 創(chuàng)建窗口選擇“文件f/新建”命令出現(xiàn)“窗口屬性”對話框，如圖6.9所示。 圖6.9 窗口屬性全部保持默認值，點擊“確定”按扭，建立了一個新的窗口。繪制過程為標準的windows 操作，這里就不一一說明了。6.2 自動售貨機狀態(tài)模擬實現(xiàn)6.2.1 關(guān)于腳本的介紹本腳本主要是針對商品電機出貨的編制，比如當商品電機等于5時，即旋轉(zhuǎn)角度為90時，行程開關(guān)為真，如果 不是則為假，為真時，擋板觸碰到行程開關(guān)后，則行程開關(guān)自動復位，停止運動。if out4.pv.07=1 then商品1電機=商品1電機+1； if 商品1電機=5 then in3.pv.08=1;else in3.pv.08=0;endifelse商品1電機=0；endifif out4.pv.08=1 then商品2電機=商品2電機+1; if 商品2電機=5 then in4.pv.01=1;else in4.pv.01=0;endifelse 商品2電機=0;endifif out5.pv.01=1 then商品3電機=商品3電機+1; if 商品3電機=5 then in4.pv.02=1;else in4.pv.02=0;endifelse商品3電機=0;endifif out5.pv.02=1 then商品4電機=商品4電機+1; if 商品4電機=5 then in4.pv.03=1;else in4.pv.03=0;endifelse 商品4電機=0;endifif out5.pv.03=1 then商品5電機=商品5電機+1; if 商品5電機=5 then in4.pv.04=1;else in4.pv.04=0;endifelse 商品5電機=0;endifif out5.pv.04=1 then商品6電機=商品6電機+1; if 商品6電機=5 then in4.pv.05=1;else in4.pv.05=0;endifelse 商品6電機=0;endifif out5.pv.05=1 then商品7電機=商品7電機+1; if 商品7電機=5 then in4.pv.06=1; else in4.pv.06=0;endifelse商品7電機=0;endifif out5.pv.06=1 then商品8電機=商品8電機+1; if 商品8電機=5 then in4.pv.07=1; else in4.pv.07=0;endifelse商品8電機=0;endifif out6.pv.01=1 then退幣電機=退幣電機+1;else 退幣電機=0;endifif out4.pv.05=1 then進紙幣電機=進紙幣電機+1； if 進紙幣電機=4 then in5.pv.01=1;else in5.pv.01=0;endifelse進紙幣電機=0； endifif out4.pv.06=1 then退紙幣電機=退紙幣電機+1; if 退紙幣電機=4 then in5.pv.02=1;else in5.pv.02=0;endifelse退紙幣電機=0;endifif out5.pv.07=1 then 進真硬幣電機=進真硬幣電機+1; if 進真硬幣電機=5 then in5.pv.05=1;else in5.pv.05=0;endifelse 進真硬幣電機=0;endifif out5.pv.08=1 then退假硬幣電機=退假硬幣電機+1; if 退假硬幣電機=4 then in5.pv.06=1;else in5.pv.06=0;endifelse 退假硬幣電機=0;endif6.2.2 商品出貨動畫界面的設(shè)計以其中一個3元商品舉例說明。首先畫出3元商品有無指示燈和可買商品指示燈。20然后對這兩個進行動畫設(shè)置。如圖6.10和圖6.11所示。 圖 6.10 3元商品有無指示燈 圖6.11 可買商品指示燈在畫出出貨機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)擋板的簡單示意圖，雙擊畫好的圖進行一個設(shè)置，勾上尺寸旋轉(zhuǎn)移動中的旋轉(zhuǎn)。如圖6.12所示。 圖6.12 子圖設(shè)置好旋轉(zhuǎn)動畫后點擊隱藏進行一個可見性定義設(shè)置，如圖6.13。 圖6.13 可見性定義在子圖中旋轉(zhuǎn)一個行程開關(guān)，進行相應的設(shè)置。雙擊行程開關(guān)，出現(xiàn)動畫連接單擊隱藏進行可見性定義，如圖6.14。 圖6.14 可見性定義整體的一個商品出貨機構(gòu)動畫圖如下放置即可。 圖6.14 出貨動畫此時，即完成了一個對出貨機構(gòu)動畫的設(shè)置，剩下的其他出貨機構(gòu)如上設(shè)置即可。在此就不做一一介紹了。6.2.3 投紙幣動畫界面的設(shè)計 首先在子圖里面選擇相應的指示燈成為投紙幣系統(tǒng)的指示燈。當有紙幣進入或退出時指示燈都會相應的亮起。雙擊進行設(shè)置，