上海电机学院 毕业设计（论文）开题报告课题名称 基于PLC的自动售货机的电气设计学 院 电气学院 专 业 电气工程及其自动化（轨道交通方向） 班 级 BG1002 学 号 101001010220 姓 名 廖鑫成 指导教师 龚建芳 定稿日期： 2013年月日基于PLC的自动售货机的电气设计摘要：文章首先简述了自动售货机系统的意义和发展现状以及PLC语言的特点，然后介绍了自动售货机的设计要求、设计思路，并给出了总体设计框图，通过分析设计写出PLC程序源代码，将代码在软件平台上进行编译、执行基本符合设计要求。最终完成的自动售货机系统具有商品选择，投币处理、出货找零、异常退币等主要功能，整个系统的开发体现了在软件平台上用PLC设计数字控制系统的实用性。关键词：自动售货机，可编程控制器（PLC），货币识别找零系统，货物传送系统1文献综述 随着社会的不断发展，从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了1。1.1自动售货机介绍自动售货机是可完成无人自动售货,集光、机、电一体化的商业自动化设备。随着当前城市规模的增大，很多公共场合都放置有自动售货机，极大的满足了人们的即时性需求，为人们进行简单物品的采购提供了一种便利。自动售货机行业长期以来在美国、日本等国家得到迅猛发展，目前已在45个国家得到广泛普及。据业内人士估计，中国的自动售货机拥有量仅有2万台，相对于13亿的人口大国和零售业态发展的趋势而言，中国自动售货机行业的发展空间将更加广阔。传统的自动售货机多采用单片机控制方案，系统硬件设计复杂，抗干扰能力相对较差，很难保证系统的可靠性和稳定性，维护维修困难。1.2 PLC的介绍随着微处理器、计算机对数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器（Programmable logic controller）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，其基本构成为：电源、中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块等几部分组成。它的工作原理可分为以下几部分：（1）扫描技术、（2）用户程序执行阶段、（3）输出刷新阶段。PLC常用的编程元件有以下几种：输入继电器，输出继电器和辅助继电器，特殊辅助继电器，定时器，计数器，数据存储器，状态器，还有一些包括标志跳转，中断，子程序程序入口等等。 可编程控制器（PLC）的特点1）可靠性高，抗干扰能力强2）配套齐全，适应性强，应用灵活3）编程方便，易于使用4）功能强，拓展能力强，性价比高5）PLC控制系统设计、安装、调试方便6）维修方便，维修工作量小7）PLC体积小、能耗低，易于实现机电一体化。2.选题背景及其意义2.1背景自动售货机（Vending Machine）起源于公元前215年的古埃及，当时用于人们在神庙里用金币购买圣水。19世纪70年代，自动售货机在美国、日本迅猛发展，如今已成为世界上最大的现金交易市场。作为一种前卫的零售方式，自动售货机已在45个国家广泛普及。据统计，日本平均每23人就拥有一台自动售货机，美国平均每40人拥有一台自动售货机，美国自动售货机的零售营业额高达293亿美元，日本每个消费者每年在自动售货机上的消费金额达5.5元。全世界每年通过自动售货机销售商品的总额已达2000亿美元。近些年，随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不断提高，自动售货机也已悄然步入了我国的大中城市。自动售货机在北京、上海、大连、沈阳、西安开始出现，成为不少年轻人时髦的购物选择。在国家相关政府部门的大力支持下，中国的自动售货机产业以超常规的速度迅猛发展，并带动了一批新的服务业、物流运输配送业的快速发展，丰富了中国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助服务时代。2.2意义自动售货机是一种全新的商业零售形式。随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对自动售货机的安全性、可靠性的要求越来越高。PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以安全可靠性、运行稳定、编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点。在自动售货机控制系统过程中得到了广泛的应用。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。实践和直觉告诉我们，自动售货机在中国的横空出世，必将为国内的食品、香烟、饮料等诸多行业带来新的契机，中国的现代文明又将以自动售货机的应用和普及开启一个新的里程碑！所以设计自动售货机是非常必要的。3.研究内容3.1研究目标此次设计的是基于PLC控制的自动售货机设计。其要求为：对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能购买某种商品，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，能够现实已投入的币值，以及再投入货币累计显示，同时提示可以购买的商品。当按下选择商品的按钮时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去该商品的价格，同时起动相应的电机，提取该商品到出货口，此时售货机继续等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买，则按下退币按钮，售货机进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。（1）此自动售货机可投入5角或1元硬币；（2）投入硬币在限定时间内（30）不按任何按键，自动售货机退还硬币；（3）投入硬币的总值等于大于物品价值时，对应的物品指示灯亮绿灯；（4）当物品对应的指示灯亮绿灯时，按下相应的按键，相应的物品排出，同时指示灯绿灯闪烁；（5）超出物品总值时，将自动退还余款；（6）当购买成功一件物品，20秒无操作，将自动退还；（7）投入钱币以后，不想购买，按退款键，钱币自动退还；（8）当物品不足时，对应的物品指示灯亮红灯，按键无反应，并向总部发送所缺物品信息。 3.2控制面板设计及功能图4 自动售货机工作流程图假设9种饮料，不同价格摆放在货架上用数字键代替商品按键，就能在某种商品缺货的时候能及时地补上其他的商品种类，并且不会使顾客混淆，使人机界面更加友好。其控制要求如下：(1) 货物种类共9种，这9种物品分别对应着9个不同的按键选择，其中1元、2元、3元价格不等的物品各3种；货币识别装置能够识别0.5元、1元的货币。 (2) 在规定的30秒时间内可多次投入货币，能够实现货币累加功能，超过30秒投币无效。(3) 如果累计投入的货币数目超过所购买物品的总价，机器能够实现找钱功能；如果投入的货币没有达到所选择物品的价格，投入的钱将全部退还；在投入一次累加货币后选择物品时，如果投入的累加货币数目大大超过所选择物品的预设单个价格时，能够实现选择同一件物品购买多个。(4) 设计13个按键选择，其中9个是货物选择，还有一个确定键和一个取消键，如果当物品不足时，对应的物品指示灯亮红灯，按键无反应，并向总部发送所缺物品信息。3.3电气控制系统总体方案研究此次设计中，饮料送出系统是一个自动运行的系统。要求电机把物件运至指定位置并停止后，能够抓取物件搬移到另外一条传送带上，然后返回搬运下一个物件。其中控制系统还是采取了PLC控制。应此要确定PLC的类型，西门子PLC 可靠性高，使用寿命长,环境适应性强,灵活通用,使用方便,维护简单，整个连接过程仅需要一把螺丝刀即可完成,所以采用西门子S7-300系列的PLC15。然后在确定电气控制系统的硬件连线之前，先确定按钮、行程开关、光电开关等外部的输入设备，还要确定电磁阀、线圈等输出控制对象，尽量减少PLC的输入和输出的点数，简化输入输出端口的接线。PLC硬件功能图如下：3.4 PLC用户程序的设计根据机械手传送带物料分拣系统电气控制的要求，编写完成相应的程序。然后进行程序的调试工作，在调试过程中会出现错误，应及时地修改，并耐性地反复调试，直至调试成功为止，得出正确完整的程序。并且写出程序清单、I/O端口分配表等。4工作特色及其难点，拟采取的解决措施4.1特色此次设计的饮料传送系统是可以自动运行的，无需人工操作，故障时能及时发出警报。大大减少了人力操作，更方便快捷。4.2难点PLC程序的编写以及程序合理性，对整个系统过程的分析，工作方式的选择，主要是在程序调试运行过程和饮料传送的动作过程相一致，保证各种工作方式下程序均能按要求正常运行。4.3措施程序编写前应大量查阅相关PLC的资料，熟悉程序编写的过程。程序便写好后，应在反复调试程序，直至程序无错和警告。如一直调试难以成功时，在查询书籍资料，或者求助老师。5.论文工作量及预期2013年12月- 2014年3月：收集资料，确定设计系统总体方案，书写开题报告，进行开题答辩。2014年03月-2014年04月：翻译有关外文资料及阅读技术文献，进行方案论证。分别对软、硬件进行设计 2014年04月：中期答辩2014年04月- 2014年05月：软、硬件调试，编写毕业论文。2014年05月：上交论文评阅2014年06月上旬：毕业答辩准备和答辩6.预期成果（1）完成电气控制原理图设计（2）完成输入输出端子的分配表及元件器材表（3）完成PLC的程序设计（4）完成安装调试报告（5）正确设计PLC与自动售货机的接线方式并进行控制信号线的连接。 （6）运行程序使自动售货机按照预订的设计运行。参考文献1 陈建民.电气控制与PLC应用（第二版）.电子工业出版社，2001.(3):76-902白丽自动售货机:第三次零售业革命 电子商务，2005，（3）3王雯隽基于Verilong-HDL 自动售货机的设计与实现 微型电脑应用，2005，2（） 4裴进灵一种新型自动售货机的研制科技情报开发与经济， 2003，13（12）5郑大宇，纪鹏自动售货机结构安全机制的研究 哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2006，22（1）6郑大宇，刘立晶自动售货机送出机构的设计及优化 黑龙江商学院学报（自然科学版）， 2000，6（3）7常斗南,等.可编程序控制器原理、应用、实验M.北京:机械工业出版社,1998.8 贺贾德胜.PLC应用开发实用子程序（第一版）M.人民邮电出版社，2006