自动售货机

第1章 自动售货机控制工艺分析............................................................................ 1 1.1 系统硬件配置及组成原理 ................................................................................. 1 1.2 系统变量定义及分配表 ..................................................................................... 1 1.4 系统可靠性设计 ................................................................................................. 2 第2章 控制系统设计................................................................................................ 3 2.1 控制程序流程图设计 ......................................................................................... 3 2.2 控制程序时序图设计 ......................................................................................... 4 2.3 控制程序设计思路 ............................................................................................. 4 2.4 编程系统的调试 ................................................................................................. 5 第3章 上位监控系统设计........................................................................................ 8 3.1 PLC与上位监控软件通讯 .................................................................................. 8 3.2上位监控系统组态设计 ...................................................................................... 8 第4章 系统调试及结果分析.................................................................................. 12 结论与体会.................................................................................................................. 13 参 考 文 献................................................................................................................ 14 附 录............................................................................................................................ 15

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第1章 自动售货机控制工艺分析

1.1 系统硬件配置及组成原理

有三个钱币输入按钮，0.01代表1元，0.02代表5元，0.03代表10元，当投入的硬币总值超过12元时，汽水指示灯1.00亮，当投入的硬币超过15元时，花茶指示灯1.01亮，咖啡指示灯1.02亮，如果要汽水则按汽水按钮0.05，这时汽水输出指示灯1.03亮，输出汽水，然后汽水指示灯闪烁，3 s后停止。如果要花茶则按花茶按钮0.06，这时花茶输出指示灯1.04亮，输出花茶，然后花茶指示灯闪烁，3 s后停止。如果要咖啡，则按咖啡按钮0.07，这时咖啡输出指示灯1.05亮，输出咖啡，然后咖啡指示灯闪烁，3s 后也自动停止，当要完汽水、花茶或咖啡时，如有多余的钱，则找钱指示灯1.06亮，如果多余钱超过10元则找钱口1.07自动退出余额，3s 后停止，如果少于十元则找钱口1.08自动退出余额，如果当顾客投入一定的硬币后什么都不想要时，则可考虑复位按钮0.08，则投入的钱会原数从出钱口退出。 1.2 系统变量定义及分配表

表1-1 输入输出分配表 输入 设备 复位按钮 1元 5元 10元 汽水按钮 咖啡按钮 花茶按钮 退币按钮 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 输入点 0.00 0.01 0.02 0.03 0.05 0.06 0.07 0.08 设备 汽水指示灯 花茶指示灯 咖啡指示灯 汽水输出 花茶输出 咖啡输出 找钱指示灯 十元出钱口 一元出钱口 LED LED LED LED LED LED LED LED LED 输出 输出点 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.3 系统接线图设计

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0.00 SB2 0.01 SB3 0.02 SB4 0.03 SB5 0.05 SB6 0.06 SB70.07 SB80.08 COM PLC 1．00 1．01 1．02 1．03 1．04 1．05 1．06 1．07 1．08 COM

图1-1 硬件连接图

1.4 系统可靠性设计

当自动售货机发生故障时，系统会给出提示并发出鸣叫声，顾客看到这种情况可以直接按下退币按钮，将投入的钱币取回，当钱币出来时，系统会发出“叮”的声音提示顾客将钱币取回。

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第2章 控制系统设计

2.1 控制程序流程图设计

启动 一元钱币入口DM0加一 五元钱币入口DMO加五 十元钱币入口DM0加十 咖啡指示灯亮 花茶指示灯亮 按花茶按钮 汽水指示灯亮 按汽水按钮 汽水输出按钮亮 DM减12 3秒后 汽水输出按钮和汽水指示灯灭，汽水输出 按咖啡按钮 咖啡输出按钮亮 DM减20 3秒后 咖啡输出按钮和咖啡指示灯灭，咖啡输出 花茶输出按钮亮 DM减15 3秒后 花茶输出按钮和花茶指示灯灭，花茶输出 没有按退币 DM大于10 十元出钱口 图2-1 控制程序流程图

按下退币 DM小于10 一元出钱口

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2.2 控制程序时序图设计

图2-2 时序图

2.3 控制程序设计思路

设计一台完整的销售汽水和咖啡的自动售货机，具有硬币识别、币值累加，自动售货、自动找钱功能，此售货机可接受的硬币为1元、5元和10元。汽水的售价为12元，花茶的售价为15元，咖啡的售价为20元。

自动售货机是台机电一体化的自动化装置，在接受到货币已输入的前提下，靠触摸控制按钮输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。

用自动控制系统替代现有的人工销售方式，节省人力，减少销售开支，扩大销售覆盖面，当投入的硬币总值超过12元时，汽水指示灯亮。当投入的硬币总值超过15元时，汽水和花茶的指示灯都亮。当投入的硬币总值超过20元时，汽水、花茶和咖啡的指示灯都亮。当汽水指示灯亮时，按汽水按钮，则汽水从售货口自动售出，汽水指示灯闪烁（闪烁频率为1s ON,1s OFF）,3秒后自动停止。当花茶指示灯亮时，按咖啡按钮，则花茶从售货口自动售出，花茶指示灯闪烁（闪烁频率为1sON,1sOFF）,3秒后自动停止。当咖啡指示灯亮时，按咖啡按钮，则咖啡从售货口自动售出，咖啡指示灯闪烁（闪烁频率为1sON,1sOFF）,3秒后自动停止。当按下汽水按钮、花茶按钮或咖啡按钮后，如果投入的硬币总值超过所需的钱数时，找钱指示灯亮，自动售货机自动退出多余的钱，3s后自动停止。动作停止后按退币钮，可以退回余额，退回金额如果大于10元，则先退10元再

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退1元，如果小于10元则直接退1元的。 2.4 编程系统的调试

如果顾客所付的金额不足，系统不会有任何一只指示灯亮起来，顾客还需要再投入金额，当顾客两次投入的金额加起来足够时，可选择自己所需要的饮料

如果顾客投入的金额大于饮料价格，进入自动找零，无法找零时，给出提示并退回硬币，实现找零时，进行找零操作，提示找零金额和取饮料信息。 梯形图如下：

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图1-2 梯形图

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第3章 上位监控系统设计

3.1 PLC与上位监控软件通讯

本次课程设计涉及到欧姆龙PLC与力控组态软件的通讯。目前欧姆龙的小型PLC组要是CPM1A和CPM2A系列；PLC与组态软件通过串口RS232通信，那么就要了解PLC的通信协议是什么方式的。

第一步：通过PLC的编程软件来了解通信协议，在欧姆龙PLC的“PLC设定”对话框中“外围端口”标签中设置“通信协议”为“标准”，模式是“Host Link”，单元号为“0”，在网络设置对话框的“驱动器”标签中，设置“端口名称”为“COM3”，“波特率”为“9600”，“数据位”为“7”，“校验”为“偶校验”，“停止位”为“2”，在“设备类型设置”的“通用”标签中，设置“CPU类型”为“CPU40”在“变更PLC”对话框中，“设备类型”为“CPM1（CPM1A）”，“网络类型”为“SYSMAC WAY”。

第二步：与力控的通讯：在上位机力控组态软件的“设备配置—第一步”的对话框中，设置“设备地址”为“0”，“通讯方式”为“串口（RS232/422/485）”，在“设备配置—第二步”的对话框中，设置“串口”为“COM8”,点击“设置”按钮设置通信参数“波特率”为“9600”，“数据位”为“7”，“校验”为“偶校验”，“停止位”为“2”。 3.2上位监控系统组态设计

本仿真系统由上位机和下位机组成。上、下位机通过串行口进行通信交换数据。

上位机内装组态软件和CX-P编程软件。组态软件用以制作仿真画面、编写仿真程序并与下位机进行通信，是专用的自动化软件，集数据采集监控功能于一体。

CX_P是可编程控制器与PC机联机的编程支持工具，用户利用它可以实现程序输入、程序注释、程序修改、程序编译、状态监控和测试以及设计系统寄存器和PLC 各种参数等。CX_P是WINDOWS操作系统下使用的软件，有多种编程方式，其中主要是梯形图和助记符编程。需要注意的一点是在进行程序的上传下传时一定要把PLC的COM口连接方式设置成“计算机链接”否则PLC将自锁，不再与外界通信，只有使用手持编程器才能再次开启。

由于售货机的全部功能是在上位机上模拟的，所以售货机的部分硬件是由计算机软件来模拟代替的。如钱币识别系统，可以用按某个“仿真对象”输出一个

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脉冲直接给PLC发布命令，而传动系统也是由计算机直接模拟的，这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟实际自动售货机的运行。

(1)实验状态假设

a、由于是在计算机上模拟运行的，实验中有些区别于实际情况的假设： b、自动售货机只售出三种商品；

c、自动售货机可以识别10元、5元、1元； d、自动售货机可以退币10元、5元、1元； e、自动售货机有液晶显示功能；

f、试验中售货机忽略了各种故障以及缺货等因素； (2)一次交易过程分析

为了方便分析，我们以一次交易过程为例

a、初始状态：有电子标签显示各商品价格，显示屏显示界面，此时不能购买任何商品；

b、投币状态：按下投币按钮，显示投币框，按下所投币值，显示屏显示投入、消费、余额数值，当所投币值超过某商品价格时，相应商品选择按钮发生变化，提示可以购买。

c、购买状态：按下可以购买的选择按钮，所选的 出现在出货框中，同时显示屏上的金额数字根据消费情况相应变化。取走商品则出货框消失。

d、退币状态：按下退币按钮显示退币框，同时显示相应的退币值和数量，按下确认按钮则恢复初始状态。到此为止，自动售货机的一个完整工作结束。这也是本仿真系统的设计思想。

在清楚自动售货机运行工作过程的基础上，制定出设计方案，确定任务的目标，以设计出合理的仿真系统。

首先，应该做上位机和下位机的任务分工：上位机主要用来完成仿真界面的制作工作，而下位机则主要完成PLC 程序的编写。其次，要分别对上位机和下位机进行资料的查找和收集。例如在进行仿真界面的设计时，可以去观察一下真正售货机的外观，必要时可以借助于一些宣传图片来设计自动售货机的外形，在进行PLC程序的编写时，需要先分配PLC的I/O点，确定上下位机的接口。然后对上下位机进行设计工作。最后进行上位机和下位机设计结果的配合工作，经调试后，完成整个系统的设计。

仿真程序的编写利用利用组态软件FORCECONTROL2.6，下位机程序的编制则利用PLC专用编程软件欧姆龙完成的。在详细设计过程中，没有将上位机的设计和下位机的设计整体分开来写，而是相互交替，尽量清楚地叙述。

PLC程序已经介绍，现在我们看一下仿真界面设计。

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(1)销售机背景的设计

售货机背景是一个不动的画面，可以利用图片处理的方法按照制定样式的功能画出售货机的整体。先分几部分进行仿真设计，如图3-1所示。

(2)显示屏部分的设计

显示屏部分的设计利用了组态软件设计两个显示画面，一个是未交易时初始状态的欢迎界面如图3-2，在交易过程中的币值显示画面如图3-3所示 ，其中图3-1中的欢迎字符是可以闪烁变化的，‘aaaa’字符可以显示系统时间，图3-2中的‘8888’用来显示币值，它们均是可以定义的变量。

图3-1售货机背景

图3-2欢迎界面 图3-3币值界面

（3）标签设计

电子标签用来显示程序中传上来的价格，所以其中要有可以定义的字符，所以标签设计为

，其中“J.03显示03商品价格的变量。

（4）按钮设计

“选择”按钮的设计要反映出可以购买和不可以购买的差异，所以其中也要有可以变化的字符，设计如右图

，其中字符“选择”在满足条件下可以

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闪烁变色，退币按钮设计成

（5）投退币提示框设计

样式，按钮均可以动作。

投退币提示框要有可已投入的硬币，确认按钮以及框架，其中硬币、确认按钮和字符“a”均是可以定义的变量

图3-4 投币提示框

图3-5退币提示框

（6）出货框的设计

出货框中要有01-03商品的示意图以及框架，其中商品在满足条件后可以出现，鼠标点击后可以消失，因此也是可定义的变量效果如图3-6所示。

图3-6 出货框

图3-7 运行结果图

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第4章 系统调试及结果分析

4.1 硬件调试

断电时检查电源是否接好，地线是否接好，各输入点和输出点是否接好接牢。 接通PLC电源，确认“PWR”指示灯点亮，传入程序，检查“RUN”指示灯点亮。

4.2软件调试

在梯形图编辑器中配合使用的编译器查找，修改程序中的语法错误。 将编好的程序传入PLC运行，使用编辑器联机调试操作，检查各点工作状态，并配合观察PLC各点输入和输出指示灯LED或输入和输出设备工作是否符合程序功能要求。配合着上位机软件动画效果来观察硬件的连接。

通过软件的调试发现了梯形图中设计时的一些错误，比如7段数码管的清零问题，开始设计时用的是RESET指令，后来通过调试得知此指令只能置位位，考虑到实质是把通道清零，用MOVE指令即可。对其他的一些平时实验用不到的指令及程序设计，经过梯形图的设计及调试加深了理解，比如七段译码指令的使用。 4.3 结果分析

该系统程序设计较全面的演示自动售货机的使用功能，通过修改PLC控制程

序，可在自动售货机上实现多种控制方式、销售方式、销售种类。自动售货机可以根据投入的钱币自动付费。它根据投入钱币的多少，提示你可以买什么东西，再按一下相应的按钮，购买的饮料就可以从出口处提出，出口处提示用户将物品拿走，不买东西了就按下退币按钮，将多余的钱币取回，经过6秒后钱币没有取回则自动启动报警，避免顾客有不必要的损失。在交易的过程中，币值界面会显示投入钱币的金额、消费钱币的金额、余额。

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结论与体会

现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实现联机方式，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称为该行业的主流。在夏季电力消费高峰时，这种机型的自动售后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，它能节约10-15%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。 通过这次课程设计，我体会到了很多，也让我懂得了不少知识，让我知道在学习方面还是有缺陷的，这次课程设计包括许多方面的知识，主要是可编程控制器PLC是以微处理器为核心的工业控制装置。它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高的可靠性，灵活通用，易于编程，使用方便等特点，因此在今年来工业控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。 通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

在本次设计中，我还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我很好的助手。在查阅资料的过程中，我要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。

在做课程设计的过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。

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参 考 文 献

[1]廖常初编．PLC基础及应用[M]．北京：机械工业出版社，2001．

[2]贾德胜编．PLC应用开发实用子程序[M]．北京：人民邮电出版社，2000． [3]钟肇新，彭侃编．可编程序控制器原理及应用[M]．广州：华南理工大学出版社，2000．

[4]朱绍祥编．可编程序控制器原理与应用[M]．上海：上海交大出版社，1997． [5]赵跃华编．可编程序控制器原理与应用[M]．成都：电子科技大学出版社，1998．

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附 录

LD 0.00 OR 201.00

BSET(071) #0 DM0 DM2 @CLC(041) LD 0.01

DIFU(013) 200.00 LD 0.01 LD 200.00

+(400) DMO #1 DM0 LD 0.02

DIFU(013) 200.01 LD 0.02 AND 200.01

+(400) DM0 #OA DM0 LD 0.03

DIFU(013) 200.02 LD 0.03 AND 200.02

+(400) DM0 #OA DM0 LD P_On

CMP(020) #OC DM0 LD P_LT OUT 200.03 LD 200.03 LDNOT 1.03 OUT 1.00 LD 1.03 LD P_1s LD P_On

CMP(020) #OF DM0 LD P_LT

OUT 200.04 LD 200.04 LDNOT 1.04 OUT 1.01 LD 1.04 LD P_1s LD P_LT OUT 200.05 LD 200.05 LDNOT 1.05 OUT 1.02 LD 1.05 LD P_1s LD 0.05 LD 1.03 LDNOT T0000 OUT 1.03 LD 0.06 OR 1.04 ANDNOT T0000 OUT 1.04 LD 0.07 OR 1.05 OUT 1.05 LD 1.03 OR 1.04 OR 1.05 TIM 0000 #030 LD 0.05 OR 0.06 OR 0.07

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OR 1.06 LD 200.04 OR 200.03 OR 200.05 ANDLD OUT TR0 ANDNOT T0001 OUT 1.06 LD TR0 TIM 0001 #80 LD 1.03 AND 0.05 DIFU(013) 200.07 LD 1.03 AND 200.07

-(410) DM0 #OC DM0 LD 1.04 LD 0.06

DIFU(013) 200.08 LD 1.04 AND 200.08

-(410) DM0 #OF DM0 LD 1.05 LD 0.07

DIFU(013) 200.09 LD 1.05 AND 200.09

-(410) DM0 #OF DM0 LD 0.08 LD 0.00 OUT 201.00 LD 201.00 LD 0.06 AND 201.00

CMP(020) #OA DM0 LD P_EQ OUT 1.07 LD P_LT LD P_GT OUT 1.08

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