洛阳理工学院毕业设计（论文）
第2章 自动售货机硬件设计
要了解自动化售货机的硬件组成则需要先对所设计的自动售货机的控制系统进行详细的了解根据控制系统进行各方面的硬件设计或者相关硬件的选型。
2.1 自动售货机控制子系统设计
自动售货机相关控制系统主要有三部分组成： （1）售货前期准备:商品价格及储存系统
自动售货机可售卖多种商品,每种商品的价格会有不同,因此需要在售货前设定所售商品种类和价格,并将其贮存到控制系统内,另外还需将每次贮存的商品数量进行贮存,方便货物数量查询及货物的补给。此部分可设计在售货机箱体内部,由售货机持有人进行每次设置。这部分可由按键和存储器构成,使用按键输入相关需要保存的数据信息,而存储器则用来保存数据,存储器选择具有断电保持功能的型号。
（2）售货期间：货币检测累计、可售指示及退币系统
该部分为此次售货机设计的重要部分,货币检测是来识别货币币值及真假,并将其累加与之前设置的商品价格进行比较,给予消费者相关的售货提示方便其自主消费,当消费完成后进行货币清算及退币,退回多余货币。此部分设计详见本章其他小节。
在售货期间还要有检测系统,检测货物是否售出完毕,并给予消费者售货售完的提示,要实现此部分功能可以在自动售货机商品贮存道下方安装接触行程开关,贮存道有商品时,行程开关被压下,售货机正常工作,当此类商品售出完毕,相应的行程开关被释放并发出信号,CPU接收到无货信号后向相应指示灯发出信号,提示“售空”,商品指示灯停止响应可售信号。
（3）售货结束:累计及自测功能
在顾客进行相关的商品选择并结束操作后,自动售货机内部的数据寄存器会对所卖出的商品进行销售额及销售量的统计,并于售货前期已保存的相关数据进行比较或者进行运算来完成历史的销售额及历史销量,可与
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电脑或者其他设备联机方便工作人员对相关数据的统计。
2.2 自动售货机硬件组成
自动售货机主要由PLC控制器、内部显示装置、商品选择按钮、指示灯、电动机、货物送出电磁阀、货币识别器等组成,结构框图如下图2-1。
图2-1自动售货机硬件组成
2.3 PLC介绍及选择
2.3.1 PLC产生及发展
可编程控制器最早产生于美国的汽车制造行业,因当时竞争激烈,且在进行汽车制造时为生产适应市场的新型汽车,相应的生产线都要不时变化,这样就造成了相当庞大的浪费,因此为了适应汽车产业的相关发展,同时减少设计继电器控制系统所需要的成本和时间,美国通用公司提出了新型工业控制装置的10项技术指标要求：
（1）编程要简单,可即时进行修改。 （2）硬件维护方便,采用插件式结构。 （3）靠性要高于继电器控制装置。 （4）体积要比继电器控制装置小。 （5）实现数据与计算机的即时通信。
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（6）尽可能的减少成本。 （7）输入可以是交流115V。
（8）输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀。 （9）扩展时原有系统的改动要小。
（10）用户程序储蓄器容量至少可以扩展到4KB。
1969年美国数字设备公司以这些指标为依据,研制出了第一台可编程控制器并将其投入到通用汽车的生产线过程控制中,最终证明效果非常好，从此开创了可编程控制器的新纪元,并在以后得到快速发展及广大应用。
2.3.2 PLC硬件组成
PLC的硬件组成有中央处理器(CPU)、存储器(RAM、EPROM等)、输入/输出I/O模块、外设I/O接口、I/O通道接口、编程器及电源部分等,如下图2-2所示。其中,CPU是PLC的核心,输入/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路,通信接口用于链接编程器、上位计算机等外部设备。
图2-2 PLC硬件组成
2.3.3 PLC的工作原理
PLC的工作程序都比较复杂,但是都采用不断循环的顺序扫描的工作方式,即PLC工作时对用户程序反复循环扫描,逐条地解释用户程序,并加以处理。每个扫描周期大致可分为三个阶段:输入采样、执行程序、输出刷
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新。扫描周期即为扫描动作执行一周的时间,如下图2-3所示。
图2-3 PLC程序扫描示意图
2.3.4 PLC的功能
(1)条件控制功能 (2)定时/记数控制功能 (3)数据处理功能 (4)步进控制功能 (5)A/D与D/A 转换功能 (6)运动控制功能 (7)过程控制功能 (8)扩展功能 (9)远程I/O功能 (10)通信联网功能 (11)监控功能
2.3.5 PLC的选择
现已决定用PLC来作为中心控制,现在就要选择PLC的容量、品牌及外设, PLC的容量就是具体分析现在所要设计的自动售货机上所有需要的I/O
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点。关于PLC的品牌选择,主要参考自己所设计的售货机的功能,对PLC有无特殊要求,如计算速度、用户程序容量等;还需要根据实际情况考虑价格问题,因为不同的品牌价格差别较大。
根据设计要求共有13个输入点,分别为:5个货币输入点、7个饮料选择按钮、1个退币按钮;输出点共有18个,分别为:7个饮料指示灯、7个饮料输出电磁阀、2个退币口、1个退币指示灯、1个取物指示灯。选择PLC时除了需要满足控制要求,还需要考虑留有适当的裕量以备补充扩展使用。通常裕量的选择是有存储器裕量和I/O点数裕量,存储器裕量为10%至25%,I/O点数裕量为10%至15%。
现在可供选择的PLC有三菱、西门子、欧姆龙、施耐德等多种品牌,但是根据现有实际情况及学校可供模拟实验台的情况,我选择了三菱FX-2N系列的PLC来完成此次设计,之前已经计算过I/O口数量所以本次设计选择PLC的型号为FX-2N-48MR,具体的I/O分配如下表:
表2-1 I/O接口分配表
输入 设备 0.5元硬币 1元硬币 1元纸币 5元纸币 10元纸币 矿泉水按钮 可乐按钮 雪碧按钮 冰红茶按钮 果粒橙按钮 纯牛奶按钮 咖啡按钮 退币按钮 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 SB15 输入 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 9
输出 设备 矿泉水指示灯 可乐指示灯 雪碧指示灯 冰红茶指示灯 果粒橙指示灯 纯牛奶指示灯 咖啡指示灯 矿泉水出货阀 可乐出货阀 雪碧出货阀 冰红茶出货阀 果粒橙出货阀 纯牛奶出货阀 HL6 HL7 HL10 HL11 HL12 HL13 HL14 YV6 YV7 YV10 YV11 YV12 YV13 输出 Y006 Y007 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y016 Y017 Y020 Y021 Y022 Y023