基于PLC的自动售货机控制系统设计.pdf

宴动化 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 4 ． 0 8 ． 0 0 7 基于P L C的自动售货机控制系统设计 包西平 徐州工业职业技术学院 机电工程技术学院，江苏徐州 2 2 1 1 4 0 摘要自动售货机不受任何场地限制，方便快捷，可以每天2 4 J ] 时售货，因此在汽车总站、商厦 、医院、 小区、学校等地区获 得广泛应用。介绍了一种基于P L C 的自动售货机控制系统，系统主要设三个投币口，可自动售出三种饮料，通过软件程序控制 能够实现根据投币总额和饮料价格实现饮料的自动售出、纸币识别、数据通信、自动找零、投币总额显示、报警、系统复位等 基本功能。通过实际自动售货机程序调试及运行钡 4 试可知 ，实现了自 动售货的功能，效果良好。 关键词自动售货机；P L C 软件控制；数据通信 中图分类号 T P 3 9 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 40 80 0 2 20 3 Co n t r o l S y s t e m De s i g n o f Ve n d i n g M a c h i n e Ba s e d o n P LC BA0 Xi p i n g x u z h o u I n d u s t r i a l a n d V o c a t i o n a l T e c h n o l o g y I n s t i t u t e ，E l e c t r i c i t y E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ，X u z h o u 2 2 1 1 4 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e v e n d i n g ma c h i n e i s n o t s u b j e c t t o a n y s i t e r e s t ri c t i o n s ，c o n v e n i e n t and q u i c k ． I t c a n v e n d 2 4 h o u r s a d a y ，S O a t t h e b u s s t a t i o n，s h o p p i n g ma i l s ， h o s p i t a l s ， c o mmun i t i e s ， s c h o o l s a n d o t h e r r e g i o n s I t i s o b t a i n e d t o u s e i n a wi d e r a n g e ． I n t h i s p a p e r ， a c o n t r o l s y s t e m o f v e n d i n g ma c h i n e b a s e d o n PL C i s i n t r o du c e d，t h i s s y s t e m ma i n l y h a s t h r e e s l o t s ， i t c a n a u t o ma t i c a l l y s e l l t h r e e d rin k s ． i t c a n a u t o m a t i c a l l y s e l l a c c o r d i n g t o t h e t o t a l a mo u n t o f c o i n a n d d r i n k s p ri c e ，i t c a n r e a l i z e s o me b a s i c f u n c t i o n s ，s u c h a s j u d g e t r u e and f als e c o i n，d a t a c o mmu n i c a t i o n，a u t o ma t i c a l l y c h a n g e，t h e d i s p l a y o f t h e t o t a l a mo u n t o f c o i n，a l a r m，s y s t e m r e s e t a n d S O o n ． Th r o u g h a c t u al v e n d i n g ma c h i n e p r o g r a m d e b u g g i n g a nd r u n n i n g l e s t ，t h i s d e s i g n c a n r e ali z e t h e f u nc t i o n o fv e n d i n g，t h e e f f e c t i s g o o d． Ke y wo r ds v e n d i n g ma c h i n e；P LC s o f t wa r e c o n t r o l ；d a t a c o mmu n i c a t i o n O引言 随着 社 会 文 明进 步 和 先 进 科 学 技 术 的发 展 ，被广泛用 于汽车总站 、商厦 、医院、小 区、学校等公共场所的全 自动售货机械 ，给人 们 的出行和生活带来 了极大方便 。像各种成型 包 装 小 商 品 以及 饮 料 、票 、证 、卡等 均 可 售 出。随着生活节奏的加快和市场经济的繁荣 ， 作为 自动服务设施代表的自动售货机必将得到 越来越广泛 的应用 。 本文设计 了基于 P L C的 自动售货机控制系 统，介绍了功能及硬件系统的简单构成 、各功能 模块软件程序设计的实现，重点介绍纸币识别、 通信模块等功能的实现。通过实验验证，证实了 系统的可行性。 收稿 日期 2 0 1 40 22 8 1自动售货机主要功能及硬 件构成 自动售货机的主要工作过程及功能如下u 。 1 货币从投币口投入，光电传感器进行货 币数据信息采集，获取人民币面值，判别人民币 真伪 。 2 然后 再 将 所 获信 息 传 递 给通 信 模 块 ， P L C 主控系统接受通信模块传递的信息，主控系 统显示人民币面值 ，然后启动面板按键，显示出 哪个货道有存货，已售完的货道是哪几个，等待 顾客通过按键选择商品。 3 自动售货机 自动把商品送出，然后等待 顾客把选好的货取走。 4 然后售货机显示人民币余额，若余额充 足，顾客可选择继续选择新商品或找零 ；若余额 包西平基于P L C的自 动售货机控制 系统设计 工业 不足或不想再购买其他商品，可延时退币。 5 系统复位 ，完成售货。 6 当选定商品后投人钱币不足或识别出假 币，系统会启动报警程序。 系统的简化结构框图如图1 所示。 数据采集 识别模块 I I通信模块 主控系统 图 1 自动售货机硬件系统简图 数据采集模块的功能是通过光电传感器把光 信 号转变成 电信号 ，然后通过 A ／ D转换传 给 P L C 的C P U；识别模块是将 A ／ D 转换器传送过来的数 字信号与系统内人民币标准数据做 比较 ，做出相 应的判断 ；通信模块是负责P L C主控系统与识别 模块之间的数据通信 ；P L C主控系统是控制 自动 售货机各个部分的运行及完成各部分的交互通信。 2数据采集及纸币识别 在钱币通道上 、下设有特殊光发光部件和接 收部件 ，当钱币通过时 ，接 收部件将检测到 的光 信号传给A ／ D转换器。在系统中设三路发光／ 接收 电路 。 为能完成人民币的准确快速识别，对纸币图 像 进行 预处理 。图像倾斜常常会影响图像定位和 待识别信息的提取。因此需对图像的倾斜进行矫 正。二值化处理可把灰度图像信号处理为二值 0 ，1 数字信号。二值化法有整体阈值法和 自 适 应动态阈值法 。纸币图像实际处理是 比较复杂 的，为了更准确无误 的对质量差 的纸币图像进行 处理 ，常采用动态阈值法 。通 常对 以下 5种人 民 币 第4版 1 0元和5 元及第5 版 1 0 元 、5 元和2 元的长和宽的尺寸进行信息采集 ，应用模糊逻辑 推理法进行纸币面值的分类。获得纸币面值后 ， 再对其进行纸币正反面和正反向的识别，并对纸 币真假进行识别。 3 通信模块的设计 现在 的自动售货机对主控器 的要求越来越 高 ，设计一个实用 、简单 、稳定 的内部通讯总线 协议伫 ，可大大提高自动售货机的运行效率。 可采用欧洲售货机制造者协会 E V M M A 的 MD B ／ I C P总线协议 。它可协调 主控制器 MMc 与多个 外设之 间通信 。MD B是主从 串行 总线接 口，波特率为9 6 0 0 。所有外围设备均为主控制器 的从机 。所有外 围设备与主控制器之 间的通 信方 式都一致。在M D B总线上，V M C 自动售货机控 制器通过广播方式向外设发送命令。发送指令 后 ，外设应答 V MC的指令 ，V MC 将再通过发送一 个字节应答外设传回的数据。 4系统部分 P L C软件设计 】 1 记币系统 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 P L C进行计币的指 令。当发现伪币时 ，感应器不给P L C累计投币值 的指令 ，同时 自行退 出伪币 。而当P L C接收到感 应器传来 的记 币的指令时 ，P L C自动把接收来的 货币对应的数据累加到寄存器D O 中。P L C 梯形图 如图2 所示 。 图2 记币系统P L C 梯形图 2 价格 比较系统 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 D O内钱 币 数据和可以购买的饮料价格进行比较当投币 1 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 1 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1 5 元的就有汽水和花茶的选择显示，2 0 元就出现汽水 、花茶和咖啡的选择显示，此时都 是可以选择购买或退币。P L C 梯形图如图3 。 3 选购商品系统 当投入的币值可以购买某种商品时，即商品 工 、业 自 动 化 图3 价格比较系统P L C 梯形图 下相应 的指示灯亮 了，按下相应 的 “ 选择 ”按纽 即可在出货框 中出现该种商 品 ，同时消费显示栏 中显示出扣除已经消费掉的金额的余额币值，接 着余 额继续 与价 格相 比较 ，判 断是否 能继续 购 买 。 若余额还能符合上面 比较过程的条件时 ，相 应商 品的指示灯还会亮 的 ，不然灯不亮 了。P L C 编程梯形图如图4 。 图4 商品选购系统P L C 梯形图 4 退币系统 系统可在顾客购买完饮料后退回余币。按下 退币按钮后 ， 数据寄数器D O 内的币数除以l O ，商 的整数部分就是需要退回 1 元硬币的个数并储存 在D l 上，余数就自动的默认在D 2 上；再把D 2 的 数据除以5 ，商的整数部分就是需要退回1 元的个 数 ，并储存在 D 3中 这里由所可投的货币限制来 看 ，1 元个数就只有两种情况 ，0 或 1 ，故在选 P L C时可以只给这里的留一个端 口就行了。 选择 退币的同时起动2 个退币电动机。2 个感应器开始 记数 ，当感应器记币的个数等于数据寄存器的退 币数时，退币电动机停止运转。P L C编程梯形图 如图5 。 图5 退币系统P L C 梯形图 5 报警系统 当选定商品后投入钱币不足、识别器识别出 假币等情况时，系统会启动报警程序。此时如果 按下购买按钮X 3 会通过传送指令赋予D l 的值为 1 ，而通过仿真软件G T D e s i g n e r 2 设置当D l 的值 为 1 时 ，会跳 出报警窗 口页面并 同时显示余额以 及提示及时投币。 图6 系统简单报警P L C 梯形图 5系统程序运行和调试简介 将 P L C程 序写人后 ，首先 要仔 细检查程 序 ，并改正程序中的错误。用户程序要先在实 验室模 拟调试 ，不用 接 P L C实 际的负载f 如接触 器 、电磁 阀等 。根据功 能表 图 ，也可 以用开关 或按钮来模拟实际的反馈信号。在调试时，应 充分考虑各种可能情况的出现 ，对系统不 同的 工作方式 、功能表图中的每一条支路 、各种可 能路 线 ，都 应 逐一 检查 ，不 能 有丝 毫 的遗 漏 。 有 问题应及 时修 改梯形 图和 P L C程 序 ，直 到在 各种可能的情况下输入量与输出量之间关系完 全符合要求为止。 若程序中某些定时器设定值过大 ，为 了缩短 调试时间，可以在调试时人为将它们减小，模拟 调试结束后再修改为原来的实际设定值。在设计 下转第 4 7 页 李刚营基于三爪 自定心卡盘偏心件车削方法的研 究 J j n - r 技术与 的工件打表时百分表应该显示的最大值与最小值 的差为 4 m m，如果 1 m m为 1 圈的话则为 4 圈。 在进行偏心件的加工 时往往会发现 ，虽然在 一 个卡盘上垫 了3 m m的垫片 ，但打表时很多时候 百 分表 的显 示 不是 刚好 4圈 ，有 时候会 大 于 四 圈，有时候会小于四圈，一些旧卡盘的误差会更 大 ，这是由于卡盘内做相对运动的部件磨损或变 形等造成的；那么当遇到这种情况该如何处理 呢 下面分三种情况进行分析 。 第一，如果垫了3 m m的垫片百分表偏小 6 0 ．4 m m，则需要再继续垫垫片 ，需要另外加的垫 片厚度为多少呢分析如下 。 根据上述分析可知 ，百分表的最大最小值之 差 b 的一半 为偏心距 e ，即 e b ／ 2 ，垫片 的厚度 ￡ 1 ．5 e ，因此垫片的厚度t 3 b ／ 4 ，也就是说，当百分 表显示 的最大值与最小值之差 比目标值小 0 ． 4 mm 的时候 ，则应该添加的垫片为0 ． 3 m m。 第二 ，如果垫了3 m m的垫片百分表偏大6 0 ． 4 mm，则需要减小垫片的厚度 ，需要减小垫片 的厚度为 多少 呢根据第一种情 况的分析可知 ， 垫 片厚度 和百分 表显示 的偏差 值 的关 系为 t 3 b ／ 4 ，因此偏 大 0 ． 4 mm需要减小 的垫片厚度依然是 0． 3 mm 。 第三，当垫了3 m m的垫片百分表显示最大最 小差值与 目标值相差不大时，如0 ． 1 m m甚至0 ． 2 ● -一 mm，可以不用增减垫片的厚度 ，而通常先通过调 整不同卡爪的松紧来使百分表达到目标值 ，如比 目 标值小了0 ． 1 5 m m，可以把没有垫垫片的两个卡 爪拧松一些 ，把有垫片的卡爪加紧一些 ，通过百 分表显示的读数进行调整 ；如果百分表显示 的差 值偏大则操作方法相反进行调试。 3结束语 偏心件 的加工是车削加工 中常见 的一个加工 特征，也是一个比较花费时间甚至难以保证加工 精度 的加工特征 ，只有理解 了偏心件 的相关加工 理论 】 ，如垫片厚度 t 1 ． 5 e 3 b ／ 4 e 为偏心距 ，b 为百分表偏差值 ，再通过多次 的偏心件加工实 践 ，不断地对偏心件 的加工方法技巧进行思考 和 总结 ，才能够逐渐掌握较为快速地加工 出合格偏 心工件的方法。 参考文献 [ 1 ]黄晓保． 偏心轴的加 工 [ J ]． 中国科技信 息，2 0 1 2 1 1 1 3 0 1 3 1 ． [ 2 ]丁国峰 ，成涛，何强． 偏心轴的一种加工工艺 [ J ]． 现代制造技术与装备 ，2 0 0 5 o 4 1 8 1 9 ． [ 3 ]夏向阳． 偏心轴车削加工的三种方法 [ J ]． 机械工人 冷加 工，2 0 0 7 1 1 3 1 - 3 2 ． 作者简介李刚营 ，男 ，1 9 8 0 年生 ，河南许昌人，硕士研 究生。研究领域 现代制造技术，数控车削加工方法，车 削性能。已发表论文4 篇。 编辑 向 飞 上接 第2 4页 和模拟调试的同时，也可同时设计 、制作控制台 或控制柜 ，或者进行其他硬件的安装 、接线工作 。 模拟调试 完成后 ，就可进行工业现场的调试 工作 ，首先进行联机总调试 ，在调试过程 中可能 会显示 出系统 中的传感器 、执行器 和硬接线等方 面的出现 问题 ，或者 P L C外部接线 图和梯形图设 计 中出现 问题 ，对出现 的问题及时处理解决 。如 果调试达不到用户的指标要求，可对相应硬件和 软件部分设计作适当的调整 ，通常只需 略微修改 程序就可能出现良好效果。现场调试通过后 ，需 再经过一段时间的适应性实验 ，才可投入到实际 运用中。 本 系统经现场 调试 后 ，整体运行 效果 良好 ， 达到了令人满意的效果。 6结论 本文研究 了 自动售货机 主要 功能模块 ，如 数据采集模块 、纸币识别模块、通信模块等。特 别指出用模糊逻辑推理方法对图像面值进行识 别 。对系统各模块进行 了P L C程序的设计和调 试 ，结果 良好。 参考文献 [ 1 ]叶银兰，自动售货机的设计与实现 [ J ]． 微计算机信 息 ，2 0 0 8 8 5 3 5 5 ． [ 2 ]黄贤英，李玉桃． 基于L i n u x的嵌入式实时数据库的设 计 [ J ]． 微计算机信息，2 0 0 7 1 2 1 1 2 1 1 4 ． [ 3 ]孔凡才．自动控制 系统 [ M]． 北京机械工业出版 社 ．2 0 0 3 ． [ 4 ]余雷声． 电气控制与P L C 应用 [ M]． 北京机械工业 出版 社 ． 1 9 9 8 ． 作者简介包西平，男，1 9 7 2 年生，山东蒙阴人，硕士研 究生 ，讲师。研究领域 电力电子技术应用及 自动化控 制，已发表论文 1 0 篇。 编辑i 阮毅