触摸屏自动售货机控制系统的设计.doc
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题目触摸屏自动售货机控制系统的设计
英文题目TheDesignofcontrolsystemofTouch
ScreenAutomaticVending
摘要
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。
随着工业自动化的发展,基于PLC越来越普及,几乎遍布所有自动化领域,与之相应的人-机交互系统也应运而生,并得到同步发展。
液晶显示工业触摸屏是人-机交互系统中一颗耀眼的明星,由于高可靠、长寿命、高性能,使触摸屏在工业自动化行业中倍受重视。
本文介绍了触摸屏自动售货机的基本原理以及工作流程,然后以一次交易过程为例,把交易过程分为几个程序块,然后分别对程序块进行编辑。
具体说明了可编程控制器在自动售货机中的作用。
程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。
利用PLC和触摸屏控制的自动售货机提高了系统的稳定性,保证自动售货机能够长期稳定运行。
【关键词】PLC;触摸屏;梯形图;I/O点的分配
Abstract
Alongwiththesocialcontinuousprogress,thepeople'smaterialcultureandthespiritualcultureallintheobviousexaltation,expressthusatcomeinandgoouttheadoptioncreditcardintheeachplacetopaytopaybycash,acellularphoneofoneperson,thestanzadayoffgotothemovie,sittingthesubway,gototheconcert,strollingtheonfootstreet...Thisphenomenonsallexpressatthetimeofphysicalliferaise,thespirituallifealsoraised,everywhereitisthusclearthatoffor-rentcar,stillhaveeverywhereitisthusclearthatofbeveragesellgoodsthemachineautomatically,thisamachinethatprovidestheconvenienceforthecitizenrythatalsohasbecometheindispensabilityintheprosperouscity,needtothrowthebeveragethatafewcoinscanchoosetheoneselftowantonly.Withthedevelopmentofindustrialautomation,basedonthePLCisbecomingincreasinglypopular,almostalloverthefieldofautomation,withtheappropriateperson-machineinteractionsystemalsocameintobeing,andthesimultaneousdevelopmentofTouch-screenliquidcrystaldisplayindustryispeople-machineinteractionsysteminadazzlingstar,duetothehighreliability,longlife,highperformance,touchscreensothatintheindustrialautomationindustry,muchattentionto.
Abstract:
ThisarticleintroducedTouchscreenvendingmachine’sbasicprincipleaswellastheworkflow,thentakeatransactionprocessasexamples,dividesintoseveralblocksthetransactionprocess,thencarriesontheprogrammingseparatelytotheblock.Explainedtheprogrammablecontroller’sinvendingmachinefunctionspecifically.Theprocedureinvolvedthevendingmachineworkmajorpartprocess.Enhancedsystem’sstabilityusingthePLCandTouchingscreencontrol’svendingmachine,theguaranteevendingmachinehasbeenablethelong-termstabilitymovement.
【Keywords】PLC;Touchingscreen;Trapezoidalchart;I/Opointofthe
distribution
目录
前言 1
第一章绪论 2
1.1自动售货机的理论背景与实际意义 2
1.2触摸屏自动售货机设计的主要内容 3
1.3触摸屏自动售货机设计的基本思路 3
第二章触摸屏技术 4
2.1触摸屏概述 4
2.1.1触摸屏的发展 4
2.1.2触摸屏的工作原理 4
2.1.3触摸屏的基本类型 5
2.1.4触摸屏的应用 5
2.1.5触摸屏技术的发展趋势 6
2.2触摸屏的特点功能 6
2.2.1功能 6
2.2.2坐标系统 7
2.2.3定位系统 7
2.3触摸屏设计软件 7
2.3.1触摸屏的发展潜力 7
2.3.2触摸屏设计软件的种类 8
第三章方案论证与设计 9
3.1控制系统设计原则 9
3.2方案的选择与设计 9
3.2.1继电控制 9
3.2.2单片机控制 10
3.2.3PLC控制 10
3.3方案确定 11
第四章触摸屏自动售货机控制系统设计 12
4.1硬件选择 12
4.1.1电机的选择 12
4.1.2货币处理装置 12
4.1.3送出机构 13
4.1.4显示装置 13
4.2自动售货机的基本功能 14
4.3机型的选择 14
4.3触摸屏画面的制作 15
4.4自动售货机I/O点的分配 22
4.5自动售货机设计的梯形图(LAD) 23
4.6自动售货机的外部接线图 31
第五章自动售货机仿真 32
总结 39
参考文献 40
致谢 41
IV
前言
近年来,随着科技的发展和社会的进步,我国的自动售货机行业突飞猛进。
自动售货机实现了商品需求化、性能多样化的发展,又由原来只能出售有限商品品种,转变为继百货公司、超级市场、便民店之后,以消费者与售货机“一对一”自动售货的无店铺销售业态,给人们的生活带来了极大的方便。
传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心,这样不仅会在输入输出接口上做大量的工作,而且由于输入电压不稳定,作为CPU的MCS-51型单片机超压发热容易造成爆裂,且系统的抗干扰性也比较差。
可编程序控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型的工业控制装置,它具有可靠性高、编程简单、采用PLC、触摸屏控制,运行可靠,操作直观,价格便宜,实际制作中很容易实现。
维护方便等优点,己在工业控制领域得到广泛地应用。
因为自动售货机作为社会上完成商品零售和综合服务的独立设施,要求它的结构必须可靠、稳定和执行效率高。
本论文设计的是基于三菱FX2N系列PLC和触摸屏构成的自动售货机系统。
第一章绪论
1.1自动售货机的理论背景与实际意义
自动售货机是一种全新的商业零售形式,20世纪70年代自日本和欧美发展起来。
它又被称为24小时营业的微型超市。
在日本,70%的罐装饮料是通过自动售货机售出的;全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。
在中国,自动售货机1999年开始进人中国市场.如今,在机场、地铁、商场、公园等客流较大的场所,已不难发现自动售货机的身影。
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
它的售货领域非常广泛,是发达国家商品零售的一种主要方式。
近几年,自动售货机逐渐被越来越多的消费者所接受。
但由于售货机分布零散、范围广阔的特点,自动售货机在为消费者带来方便的同时,也为经营者在监控、管理、维护等方面带来很大的不便。
目前售货机运行的各种情况都需要由人工判断,包括缺货、缺零钱、币箱已满、售货机机械故障等,经营者普遍采用人工定时巡回视察的管理办法,既费时费力,又无法及时准确获取自动售货机状态报告,给经营者增加了管理成本和难度,也有可能给消费者的正常消费造成不便。
同时自动售货机采用按钮控制,人性化较低,影响消费者消费热情,进而影响消费额。
本系统的设计和实现可以使自动售货机的经营者可以根据网络统计的销售状况进行商品销售状况分析,预测商品的销售走势,确定合理的采购和配送策略,以期获得最高的投资回报率。
同时售货机的一些故障信息和警报信息可以实时的传送到相应运营人员,从而可以在第一时间内发现并解决问题。
本系统设计的自动售货机采用触摸屏控制,可以是消费者更方便,人性化高,从而促进消费者消费。
1.2触摸屏自动售货机设计的主要内容
(1)此自动售货机可以投入一元的硬币、五/十元的纸币;
(2)如果顾客投入硬币在限定的时间内(1分钟)不按任何按键,自动售货机将退还所投硬币;
(3)当投入硬币的总值等于或才超过物品价值时,对应的物品指示灯亮绿灯;当剩余金额大于零时,对应的金额指示灯亮,提示可退币;
(4)当物品对应的指示灯亮绿灯时,按下按下相应的按键,相应的物品排出,同时指示灯绿灯闪烁;同时触摸屏弹出物品取出模拟窗口;
(5)如果顾客投入硬币后又不想买物品,按下退款按键,对应的金额指示灯绿灯闪烁,自动售货机会自动将余款退还顾客;
(6)当物品不足时,对应的物品指示灯不亮,顾客按下相应的按键触摸屏弹出货物不足的窗口(不出物品,不减余额),并向总部发送所缺物品。
(7)当投入货币不足时,顾客按下相应的购买按键,触摸屏弹出带有当前金额窗口(警示当前金额不足,如需购买请继续投币);
(8)管理员可进入需要密码的统计页面,在统计页面内显示物品销量、销售额和所有物品销售额;管理员还可点击数据清理按钮使销售数据清零。
1.3触摸屏自动售货机设计的基本思路
本次设计的题目是触摸屏自动售货机,主要是应用三菱FX2N型PLC的梯形图来设计控制程序,并简单介绍相关的知识,如:
PLC的定义、PLC的编程语言、PLC的硬件组成、触摸屏的定义和软件等。
根据设计内容和控制要求画出梯形图,再根据PLC的相关知识设计出它的外部接线图,结合触摸屏、梯形图和外部接线图分析说明该设计的控制原理过程。
本次设计的重要部分是第三章的设计部分,即触摸屏自动售货机梯形图和触摸屏界面的设计。
首先就得根据设计内容和控制要求准确画出它的顺序功能图,再根据所画出的顺序功能图准确设计出它的梯形图,然后设计触摸屏控制界面,这样才能真正理解本次触摸屏自动售货机的控制原理。
第二章触摸屏技术
2.1触摸屏概述
2.1.1触摸屏的发展
1970年代,美国军方首次将触摸屏(TouchPanel)技术应用于军事用途,此后,该项技术逐渐向民用移转,并且随着网络技术的发展和互联网应用的普及,新一代触摸技术和产品相继出现,其坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点得到大众的认同。
目前,这种最为轻松的人机交互技术已经被推向众多领域,除了应用于个人便携式信息产品(如使用手写输入技术的PC、PDA、AV等)之外,应用领域遍及信息家电、公共信息(如电子政务、银行、医院、电力等部门的业务查询等)、电子游戏、通讯设备、办公室自动化设备、信息收集设备及工业设备等等。
触摸屏技术在我国的应用虽然只有10多年的时间,但是它已经成了继键盘、鼠标、手写板、语音输入后最为普通百姓所易接受的计算机输入方式。
因为利用这种技术,用户只要用手指轻轻地触碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作,从而使人机交互更为直截了当,这种技术极大方便了用户,非常适合多媒体信息查询。
同时,这种人机交互方式赋予了多媒体崭新的面貌,是极富吸引力的全新多媒体交互设备。
2.1.2触摸屏的工作原理
为了操作上的方便,人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。
工作时,我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏,然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。
触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成;触摸检测部件安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,接受后送触摸屏控制器;而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。
2.1.3触摸屏的基本类型
触摸屏的主要三大种类是:
电阻技术触摸屏、表面声波技术触摸屏、电容技术触摸屏。
每一类触摸屏都有其各自的优缺点,要了解那种触摸屏适用于那种场合,关键就在于要懂得每一类触摸屏技术的工作原理和特点。
2.1.4触摸屏的应用
触摸屏近来发展迅速,触摸屏多媒体的演示系统以其色彩亮丽的画面,丰富的多媒体表现形式,简便的使用操作,提供全方位的形象展示、业务咨询、信息查询等功能。
目前,触摸屏已经广泛地应用于各个领域,这里择几个主要的应用领域作一介绍:
(1)商店付款系统
一些现代化商店的结算柜台使用了计算机交互终端设备,顾客通过在触摸屏上操作即可以打印出标有货物名称、价格的付款单。
商家在终端机上可以利用满屏的视频图像进行产品促销,而顾客也可以根据自己的需要可以对商品进行查询。
(2)入场券查询预订系统
使用触摸屏入场券查询预订系统,可在屏幕上显示出预订的座位及该位置观看比赛的效果,当确定了座位之后,将信用卡放进系统中即可以完成预订过程。
(3)视频音乐点播机
视频音乐点播机中储存有多首带画面的歌曲、多首视频音乐及卡拉OK歌曲,通过触摸屏可以对这些内容进行选择。
有些视频音乐点播机还有供选用游戏软件,只需触摸屏幕即可玩这些生动有趣的游戏。
(4)金融交易
在金融交易中,速度与准确性是极为重要的两个因素。
触摸屏的使用为用户提供了轻松与迅速处理瞬息变化的信息的手段,用户根据显示内容做出判断,并随即点触屏幕即可完成决策,因此,可以让使用者集中精力交易。
(5)公用信息查询服务
这方面的应用最为普遍,比如,a)房地产查询和销售;b)邮电查询与话费查询;c)售票与航运服务等。
(6)触摸屏在图书馆中的应用随着多媒体技术的发展和应用,一种叫超文本检索的多媒体检索系统已被开发应用。
超文本的软件系统包括正文编辑、图形编辑、数据库管理、三维阅览工具及映射显示、鼠标窗口、偶像和弹拉式菜单等标准超文本工具等,其特点是联想式、非线性、链的网状层次联系,允许用户以其认可有意义的方式相联,直接快速检索到所需的信息。
2.1.5触摸屏技术的发展趋势
触摸屏技术方便了人们对计算机的操作使用,是一种极有发展前途的交互式输入技术。
世界各国对此普遍给予重视,并投入大量的人力物力进行研发,新型触摸屏不断涌现。
触摸笔:
利用触摸笔进行操作的触摸屏类似白板,除显示界面、窗口、图标外,还具有利用触摸笔签名、标记的功能,系统已做到了自动辨认。
触摸板:
触摸板采用了压感电容式触摸技术,屏幕面积最大,3m×4m是一种壁挂式系统。
触摸板由三部分组成:
最底层是中心传感器,用于监视触摸板是否被触摸,然后对信息进行处理,中间层提供了交互用的图形、文字等,最外层是触摸表层,由强度很高的塑料材料构成。
总之,触摸屏的发展呈现专业化、多媒体化、立体化和大屏幕化等趋势。
可以预见,随着触摸屏技术的迅速发展,触摸屏对于计算机技术的普及利用将发挥重要的作用。
2.2触摸屏的特点功能
2.2.1功能
触触摸屏监控器(简称PT)是90年代出现的新型可编程终端,是新一代高科技人机界面产品。
适于在恶劣的工业环境中应用,可代替普通或工控计算机作为人机界面,具有交互性好,可靠性高,编程简单,与PLC联结简便等特点。
PT的主要功能有:
(1)PT主要用于实时显示设备或系统在操作状态方面的实时信息。
(2)触摸屏上的触摸按钮可产生相应的开关信号,或输入数值、字符给PLC进行数据交换,从而产生相应的动作控制系统或设备的运行。
(3)可多幅画面重叠或切换显示,显示图形、字符串、报警信息、历史记录、趋势图等。
2.2.2坐标系统
我们传统的鼠标是一种相对定位系统,只和前一次鼠标的位置坐标有关。
而触摸屏则是一种绝对坐标系统,要选哪就直接点哪,与相对定位系统有着本质的区别。
绝对坐标系统的特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系,每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标,不管在什么情况下,触摸屏这套坐标在同一点的输出数据是稳定的。
2.2.3定位系统
各种触摸屏技术都是依靠传感器来工作的,甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。
各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。
几种常用触摸屏的技术特性比较表见图2-1:
图2-1各种触摸屏基本技术对照表
2.3触摸屏设计软件
2.3.1触摸屏的发展潜力
触摸屏由于其坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等诸多优点得到大众的认同。
根据iSuppli公布的全球触摸屏市场的最新调查,触摸屏06年的总供货额达到24亿美元,预计2012年将增至06年的1.8倍,即达到44亿美元。
显而易见,这是一个飞速成长的巨大市场。
目前,这种最为轻松的人机交互技术已经被推向众多领域,遍及信息家电、公共信息、电子游戏、通讯设备、办公室自动化设备、信息收集设备及工业设备等等。
2.3.2触摸屏设计软件的种类
因为触摸屏巨大的发展潜力和市场,很多大型企业都开发出触摸屏的设计软件,下面就列举几个比较著名的公司的软件:
(1)三菱触摸屏编程调试软件
可编缉FX-10DU、FX-25DU、FX-30DU、FX-40DU、FX-40DU-TK、FX-50DU-TK、FX-50DU-TKS、F920GOT、F930GOT-BWD、F940GOT-LWD、F940GOT-SWD、F940WGOT-TWD系列触摸屏;可与三菱FX系列PLC、三菱A系列PLC、欧姆龙C系列PLC、富士N系列PLC、松下FP系列PLC、AB-SLC500系列PLC、西门子S7-200系列PLC、西门子S7-300系列PLC等可编程控制器通信连接;
(2)FreeTouch触摸屏制作软件
设计人员可使用FreeTouch可以随心所欲的制作各类触摸屏程序,而无需编写代码。
最终用户还可以根据自己的情况随时对内容进行更新、添加、删除。
树型显示整个内容的结构,并可通过拖放实现整个分支内容部分的移动,实现内容的重新组织;可设定演示从任意页面开始。
页面中可加入可触摸标签、文字段落、图片、视频、音频、网页、gif动态图片、flash动画、word/Excel文件,甚至可以加入网站的地址。
(3)HitechADP软件
可读/写数据包括应用数据文件及更新系统、配方及写纪录历史、警报历史数据,可轻而易举制作赏心悦目的流程表,使用者可以毫不费力地设计图形和移动动作,可处理16位或24位的彩色图形,能转换成256色或64K,可让HMI在屏幕上显示彩色和鲜艳的影像色的图形,可汇入的图形格式包括位图影像(*.BMP)、JPEG影像档案(*.JPG)、GIF档案(*.GIF)、AutoCad档案(*.DWG)和AutoCad档案(*.DXF)。
第三章方案论证与设计
3.1控制系统设计原则
任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。
因此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则:
(1)最大限度地满足被控对象的控制对象。
设计前,应深入现场进行调查研究,收集资料,并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合,共同拟订电气控制方案,协同解决设计中出现的各种问题。
(2)在满足控制系统要求的前提下,力求使控制系统简单、经济,使用及维修方便。
(3)保证控制系统的安全、可靠。
(4)考虑到生产的发展和工艺和改进,在选择PLC容量时,应适当留有裕量。
3.2方案的选择与设计
3.2.1继电控制
利用具有继电特性的元件进行控制的自动控制系统。
所谓继电特性是指在输入信号作用下输出仅为通、断等几个状态的特性。
继电控制也称通断控制。
例如,电炉温度调节中根据炉温是否超过规定值而断开或接通电源。
这种只有通、断两个状态的控制又称双位式控制。
对于继电控制型伺服系统,继电控制是指驱动电源的全部电压按照控制偏差值符号的正负,正向或反向地加到执行电动机上。
为避免正反向之间的持续振荡,在正向和反向之间常设置一个死区。
继电控制中使用的元件并不限于电磁式继电器,也可用别的手段来实现继电特性。
例如,在双位式温度调节中,常采用双金属片作为敏感元件,温度变化时双金属片因两部分金属的膨胀系数不同而弯曲变形,接通或断开触点。
其他如液压和气动阀等也是具有继电特性的元件。
继电控制系统的主要分析方法有相平面法和描述函数法。
继电控制的缺点:
继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。
他们比以往的产品具有更高的可靠性。
但是,这也是随之带来的一些问题。
如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的,容易损坏。
而且继电器的触点容易产生电弧,甚至会熔在一起产生误操作,引起严重的后果。
再者,对一个具体使用的装有上百个继电器的设备,其控制箱将是庞大而笨重的。
在全负荷运载的情况下,大的继电器将产生大量的热及噪声,同时也消耗了大量的电
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