机电一体化系统设计设计内容:自动售货机控制系统的设计姓 名：院 系： 物理与机电工程学院专 业：机械设计制造及其自动化班 级：学 号：L 黒 0、I & 9 宙蓋篠I 9 窗世異W衣 g 二 g 枳本酬烬能M g 31 a g gnn坷旺世云酬，川 寸歿曇盘宙& 寸後W宙二 寸咲里酬n E nn宙，1 联皿2 ZI二 二22688着ea，十 屠宙疋 : 畫蚤 畫墨 金穩启云 : & :窗矍蛊柏1 :窗世畫W4摘要自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是 商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方 便交易。是一种全新的商业零售形式，又被称为24 小时营业的微型 超市。能分为三种：饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售 货机。随收入水平的提高，人们追求灵活、方便、快捷以及自助式服 务是自动售货机得以如此迅猛发展的主要原因。在发达国家自动售货 机已经成为零售业一个不可分割的部分，特别是对青年一代，这种伴 随其成长的前卫零售方式更可谓是一种新的消费时尚。自动售货机具 有技术含量高、销售方式新、市场潜力大、商品货真价实等优点，决 定了它广阔的发展前景。一、设计题目自动售货机控制系统的设计二、设计要求1、设计要求（1）、根据控制要求，所需输入信号、输出信号的点数，选择适当型号的 PLC；（2）、I/O 地址分配，设计 PLC 外部接线图；（3）、根据系统的工作过程，画出工作流程图或时序图；（4）、根据工作流程图或时序图，设计满足控制要求的梯形图；（5）、根据梯形图编写程序，并在实验室模拟调试。2、设计内容描述PLC 控制的自动售货机系统主要有三个可以感受到投币量的传感器，六个按 钮开关（分别为启动按钮、停止按钮、退币按钮、汽水选择按钮、花茶选择按钮 和咖啡选择按钮）三个指示灯,（分别为汽水指示灯，花茶指示灯和咖啡指示灯）， 和两个七段数码管。传感器用来接收投币信号，传送投币量的多少；按钮开关分 别对系统功能进行控制，当投入的钱币够某一种饮料时，按下这种饮料的选择按 钮时才会有饮料送出，有剩余钱币时，还可以通过按下退币按钮来找回剩余钱币； 三个指示灯分别用来只是哪种饮料可以选择，只有投币量大于或等于这种饮料的 价格时，这种饮料的指示灯才会亮；同时，还有两个七段数码管，用于显示当前 剩余的总钱币。具体对自动售货机的控制要求如下:（1）此自动售货机可投入 1 元、2 元和 5 元硬币。（2）当投入的硬币总值等于或超过 2 元时，汽水按纽指示灯亮；当投入的硬币总 值等于或超过3 元时，汽水、花茶按纽指示灯都亮；当投入的硬币总值等于或超 过5 元时，汽水、花茶、咖啡按纽指示灯都亮。（3）当汽水按纽指示灯亮时，按下汽水按纽，则汽水排出 10秒后自动停止。（4）当花茶按纽指示灯亮时，动作同上。（5）当咖啡按纽指示灯亮时，动作同上。（6）若投入的硬币总值超过所需的钱数时，找钱指示灯亮。三、设计作用与目的随着社会不断的进步，人们的物质文化与精神文化都在明显的提高，这样表 现在出入各个场所采用信用卡支付现金，一人一部手机，节假日看电影，坐地铁， 听音乐会，逛步行街。这个现象都表明在物质生活提高的同时，精神生活也提高 了，随处可见的出租车，还有随处可见的售货机，这在繁华的都市也已成为不可 缺少的一个为市民提供方便的一部机器，只需要投几个硬币就可以选择自己想要 的物品。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。自动售货机解放了人力，方便了生活，创造了效益，方便广大的市民。所以 设计自动售货机是非常必要的。四、所用设备及软件1三菱FX2N可编程控制器2.PC 机一台3. 自动售货机模拟控制台五、系统设计方案1、系统总体设计自动售货机是可完成无人自动售货的商业自动化设备，它不受任何场地限 制，方便快捷，在我国也越来越普及。传统的自动售货机采用单片机作为控制核 心，但这样在输入输出接口上消耗很大。PLC不但可实现类似控制功能，还具有 可靠性高、编程简单、功能强、能耗低、调试方便等优点。本文设计的是售汽水、 咖啡和花茶这三种饮料的自动饮料机，它的售货过程是：首先由顾客按下商品选 择开关时，然后顾客投入的硬币（投入硬币的面值和剩余值由 PLC 驱动数码管显 示）经过光传感器感应，再由光传感器驱动硬币识别传感器识别硬币。如果是无 效币则使继电器打开阀门，将硬币退出；如果是真币则系统将硬币自动传送到相 应的硬币贮币腔，并经硬币识别传感器将信号送给PLC。最后经顾客选择，同时 PLC控制，使PLC的输出口上有相应的信号输出。若贮币腔内无硬币（红外检测 器感应）、饮料的量位小于设定值（红外传感器感应）、售货机遭损，系统就报警。大体运行如图 5-1：图 5-1 自动售货机控制系统硬件组成示意图六、系统硬件设计1.系统整体设计本系统是一个小型集中控制系统，PLC选型主要取决于控制系统输入、输出 开关信号的数量、用户程序的长短及相关的功能。根据控制要求，I/O点数在48 个左右，选择性能价格比较高的三菱FX2n-48MR，其中其输入点为24点，输出 点为24点，该PLC为继电器输出型。了解各个控制对象的驱动要求，分析对象的控制要求，完成PLC硬件结构配 置。本设计中，退币按钮、各种饮料按钮和饮料出口（驱动电磁阀）等均为开关 量。根据上述要求，因条件所限输出均用指示灯代替，由此绘制出PLC控制电路 接线图，如图 6-1 所示：-渝二诲HWffl二翹理昶三兄时盅摊丑币拥齣-预令脚愛二刼讎勰三预鯉曬询戎趟艷第時歸经曙CC期X1X2X3斟士一三亠二二wPortX2X3X54 5 314 - - Y Y V賄加戦誉跛有花蘇普-亍猫电机拠二定働电机齡三頑前电机拋迪亡将亍奸L币积餉图6-1自动售货机控制系统的PLC输入/输出的接线2.1/0分配输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间 的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为 PLC对被控对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理的结果送给被 控对象，以实现控制目的。本次自动售货机I/O点的分配表如表6-1所示。表6-1 I/O 口分配输入,【士 口 信号输出信号名称代号输入点 编号名称代号输出点 编号1元投币感应器ST1X0显示指示灯HL1Y0Y75元投币感应器ST2X1汽水指示灯HL2Y1010元投币感应器ST3X2咖啡指示灯HL3Y11汽水按钮SB1X3汽水电磁阀YV1Y12花茶按钮SB2X4花茶电磁阀YV2Y13咖啡按钮SB3X5咖啡电磁阀YV3Y141元退币感应器ST4X6无币报警控制YV4Y155元退币感应器ST5X7没有汽水报警YV5Y1610元退币感应器ST6X8没有咖啡报警YV6Y17退币控制按钮SB3X10售货机遭破坏报警YV7Y181元剩余钱币感应器ST7X111元传动电机控制YV8Y205元剩余钱币感应器ST8X122元传动电机控制YV9Y2110元剩余钱币感应 器ST9X135元传动电机控制YV10Y22汽水液位感应器ST10X14退币指示灯HL4Y23咖啡液位感应器ST11X15投币不足指示灯HL5Y24售货机遭破坏感应 器ST12X16七、系统软件设计1.主程序流程设计7-1程序流程图2.各子程序设计1）计币部分当有顾客购买时，每投入一次钱币都得经过感应器进行真假监辨后，再给PLC进行计币的指令。当发现伪币时，感应器不给PLC累计投币值的指令，同时 自行退出伪币。而当PLC接收到感应器传来的记币的指令时，PLC自动把接收来 的货币对应的数据累加到寄存器D1中。PLC编程梯形图如图7-2：由图可以知道我是把投进的不同货币，进行不同的记录，并把总数目都寄存 到寄存器D1中。为了避免小数点的影响，我是把货币的数据化成整数进行处理的，这样可以减少自己在编程时会出现的差错。X002X004为设置为高电平的输 入，这样中间继电器M1M3侧为一周期内都会保证了 X002X004的输入有效。一 方面避免了扫描漏了有投币的有效反应；另一方面也可以避免了不良输入对记数 的不良影响。11!)1000卄IC1-I卜rLSrtS?LSD：N1射一L47LPDDDIKIJI馬側DIK10Ml；M2*励 M100 ；DIMDI_图7-22）比较部分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。投币完成后，系统会将D1内钱币数据和可以购 买的饮料价格进行比较：当投币2元，则没有可购买的商品指示灯亮，表示所 投钱币不能购买任何东西，此时可以继续投币或退币；只有投币在2元或以上时 会见到汽水选择的指示灯长亮，此时可以选择购买汽水或退币；同样，大于3 元的就有可乐的选择显示，5元就出现咖啡的选择显示，此时都是可以选择购买 或退币。梯形图如图7-3：在梯形图7-3中，为了实现数据的实时比较，用了一个特殊内部继电器M8000,在程序执行过程中，M800始终保持闭合，FNC1O CMP是16位数据比较指令,用它来比较余额和商品的价格。当余额大于等于某种商品价格时，程序使相应的指示灯亮起来表示可以购买该种商品。为了优化程序，我都设计了比较的价格是比商品的价格少1角的。因为余额都是五的倍数，少一就可以达到等于或大于商品价格的意图了，还可以用上中间继电器来辅助显示可选商品的等亮起来。55pP Dl K2fl hW71I底HICO-I1-pJP DIKSC M7T2 KFOW15-k-HrW)12NSO13-I 1-MZYDIc-rTO13N9013-I.1：-图7-33）选择和饮料供应部分比较完成后，按下指示灯长亮的选择按钮，相应的电磁阀（Y12或Y13）起动，并且相应的选择指示灯由长亮转为以Is为周期的闪烁直至饮料供应完毕后4）余额计算部分饮料输出的同时减去相应的购买币数。梯形图如图7-5：in114M10一卜SUB D1PLSK20Y( .3122一II