1、自動冰欺凌售貨機自動冰淇淋售貨機摘要：本文介紹了自動冰淇淋售貨機的基本原理以及工作流程，然后對其自動售冰淇淋進行編程，具體說明了可編程序控制器在自動售冰淇淋機中的作用。程序涉及到了自動售冰淇淋機工作的絕大部分過程。利用PLC控制的自動售冰淇淋機提高了系統的穩定性和工作快速性。滿足社會對快速生活節奏的需求。關鍵詞：可編程控制器自動冰淇淋機第一章綜述1 .冰淇淋冰淇淋是以稀奶油為主要原料，加入牛乳、糖類、蛋品、香料、穩定劑等經殺菌后冷凍成為較松軟的混合物在中國很久以前就開始食用的冰酪”。公元1295年，在中國元朝任官職的馬可被羅從中國把一種用水果和雪加上牛奶的冰食品配方帶回意大利，于是歐洲的冷飲才

2、有了新的突破。宋人楊萬里對冰酪”情有獨鐘，有詩詞：似膩還成爽，如凝又似飄。玉來盤底碎，雪向日冰消2 .冰淇淋機介紹冰淇淋機又稱為冰淇淋凝凍機，是一種用來生產冷凍甜品-冰淇淋而專門設計的自動化設備。3 .冰淇淋機的結構隨著人們對生活質量要求的不斷提高，對冰淇淋的組織、形態和口味都有較高的要求，冰淇淋產業不斷發展進步，其相關設備和技術也不斷完善，如制冷技術、新原料、新配方和新添加劑的研究、制造工藝的改進、新設備的開發推廣等，但是不論冰淇淋生產技術如何改進，如何完善，冰淇淋機的主要工藝仍然主要包括配料、均質、老化等。(1)均質系統均質系統的主要作用是對原料進行均質，主要基于剪切、撞擊和孔穴等三種作用

3、，按照其工作原理可分為：離心式均質機、超聲波均質機、高壓均質機和高剪切均質機等。其中由于高壓均質機的各種參數可隨不同的溶液參數進行調節，因此高壓均質機應用比較廣泛。(2)老化系統經過配料、均質后的溶液必須迅速冷卻到老化溫度，并儲存一段時間，使溶液中的脂肪凝結為固體，蛋白質和穩定劑發生水合作用，提高溶液的黏度和凝凍時的膨脹率，這個過程稱為老化，也就是物理上的成熟。(3)凝凍系統凝凍處理是冰淇淋生產過程中一道極為重要的工序，凝凍機是完成凝凍處理的設備，在冰淇淋生產中是關鍵的機械設備，它的性能優劣直接關系到冰淇淋質量的好壞。(4)硬化系統冰淇淋產品的質量不僅與均質、凝凍等多種因素有關，還與硬化過程有

4、很大關系，硬化設備主要有速凍庫和速凍隧道兩種。4 .冰淇淋機分類軟冰淇淋機一般按出料口的數量分為單頭，三頭，七頭或更多頭的冰淇淋機(1)單頭冰彳淋機：只有一個儲料缸一個制冷缸和一個出料口同時只能出一種顏色即一種口味的冰淇淋.這種冰淇淋機我們稱為單色冰淇淋機。(2)三頭冰淇淋機：有兩個儲料缸兩個制冷缸和三個出料口同時可以出三種顏色即三種口味的冰淇淋，其中包括兩種純口味和一種混合口味。如圖1-1(3)七頭或多頭冰淇淋機：又叫做七色冰淇淋機或七彩冰淇淋機。有四個儲料缸四個制冷缸和七個出料口.同時可以放入四種口味的冰淇淋料液，可以出四種純色和三種混合色共七種顏色口味的冰淇淋。圖1-1三頭冰淇淋機本次以

5、三頭冰淇淋機為載體，對其進行自動售貨的改造。其改造后主要結構如圖1-2.月琮朗混臺泵混合泵原味指示燈巧克力指示燈葛樂赫港擊1V原味逸驛逑 巧克力選擇過 雙包含樣盤*電源開關雙邑指示燈+,口八V圖1-2改造后主要結構圖5 .自動冰淇淋機的工作流程首先將原料原味奶和巧克力味奶加入原料缸中，打開電源開關。原味奶經過混合泵按一定比例與空氣一起壓入高壓凝凍缸中進行均質、老化后凝凍成稠密的液體（巧克力奶同上）。最后分別通過三個PLC控制的流量閥打出不同的冰淇淋。6 .冰淇淋自動售貨機原理圖4自動冰欺凌售貨機自動冰淇淋售貨機原理圖自動冰欺凌售貨機7 .自動冰淇淋售貨機設計要求1 .自動冰淇淋機可投入1角，5

6、角，1元的硬幣。2 .當投幣總值超過2元時，原味冰欺凌、巧克力冰欺凌的指示燈亮，當投幣總值超過3元時，原味冰欺凌、巧克力冰欺凌和雙色冰欺凌指示燈都亮。3 .當原味冰欺凌、巧克力冰欺凌的指示燈亮時，按下原味冰欺凌、巧克力冰欺凌按鈕。原味冰欺凌、巧克力冰欺凌自動打出，5s后自動停止。在這段時間內原味冰欺凌、巧克力冰欺凌的指示燈閃爍。4 .當雙色冰欺凌指示燈亮時，按下雙色冰欺凌按鈕，10S后自動停止。在這段時間內雙色冰欺凌指示燈閃爍。5 .如果投幣超出所需要的錢幣時，則找錢指示燈亮后，延時退出找回的錢。第二章PLC的選擇1 .PLC的產生20世紀20年代起，人們把各種繼電器。定時器。接觸器及其觸點按

7、一定的邏輯關系連接起來組成控制系統，控制各種生產機械，這就是大家所熟悉的傳統繼電接觸器控制系統.由于它結構簡單。容易掌握。價格便宜，在一定范圍內能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業控制領域中一直占主導地位.但是繼電接觸器控制系統有明顯的缺點：設備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構成的系統，接線復雜，當生產工藝或對象改變時，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。20世紀60年代末期，美國的汽車制造業競爭激烈，各生產廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產線的控制系統亦隨之改變，以及對整個開展系統重新配置.為拋棄傳統的繼電接觸器控

8、制系統的束縛，適應白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標，對汽車流水線控制系統提出具體要求，歸納起來是：(1) 編程方便，可現場修改程序(2) 維修方便，采用插件式結構(3)可靠性高于繼電器控制裝置(4)體積小于繼電器控制盤(5)數據可直接送入管理計算機(6)成本可與繼電器控制盤競爭(7)輸入可以是交流150V以上(8)輸出為交流115M容量要求在2A以上，可直接驅動接觸器，電磁閥等(9)擴展時原系統改變最小(10)用戶存儲器至少能擴張到4KB(適應當時汽車裝配過程的需要)十項指標的核心要求是采用軟布線(編程)方式代替繼電控制的硬接線方式，實現大規模生產線的流程控制。2

9、. PLC的發展趨勢PLC總的發展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發展。具體表現在以下幾個方面。(1) 向小型化、專用化、低成本方向發展隨著微電子技術的發展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結構更為湊，相當與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。(2) 向大容量、高速度方向發展大型PLC采用多微處理器系統，有的采用了32位微處理器，可同時進行多任務操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數據處理的功能。另外，存儲容量大大增加。(3) 智能型I/O模塊的發展智能型I/O模塊是以

10、微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們的CPUWPLC的主CP陰行工作，占用主CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。(4) 基于PC的編程軟件取代編程器隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統的硬件組態，即設置硬件的結構和參數，例如設置各框架各個插梢上模塊的型號、模塊的參數、各串行通行接口的參數等。(5) PLC編程語言的標準化與個人計算機相比，PLC的硬件、軟件的體系結構都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPIM塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容

11、。為了解決這一問題，IEC制定了可遍程序控制器標準。標準中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應特殊的工作。(6) PLC通信的易用化PLC的通信聯網功能使它能與個人計算機和其他智能控制設備交換數字信息，使系統形成一個統一的整體，實現分散控制和集中控制。(7) 組態軟件與PLC的軟件化個人計算機(P。的價格便宜，有很強的數學運算、數據處理、通信和人機交互的功能。(8) PLC與現場總線相結合現場總線I/O與PLC可以組成功能強大的、廉價的DC繇統。(9) 開發新型特殊功能模塊I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。(10)

12、CPU的處理速度進一步加快目前，PLC的處理速度與計算機相比還比較慢，其高的CPU&不過80486,將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU8行處理、分時處理或分任務處理方式，將各種模塊智能化，部分系統程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達到納秒級。3. PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性好PLC在電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸取了生產廠家長期積累的生產控制經驗，主要模塊均采用大規模與超大規模集成電路。I/O系統設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面：1）隔離這是抗干擾的主要措施之一。

13、PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內部電路之間避免了電的聯系，可有效的抑制外部干擾源對于PLC的影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。2）濾波這是抗干擾的另一個主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進行有效的抑制。3）對內部電源還采用了屏蔽、穩壓、保護等措施，以減少外界干擾，保護供電質量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。4）內部設置了連鎖、環境檢測與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發現故障或程序循環執行時間超過了警戒時鐘（WDT規定時間（預示

14、程序進入了死循環），立即報警，以保證CPLW靠運行。5）利用系統軟件定期進行系統狀態、用戶程序、工作環境和故障檢測，并采用信息保護和恢復措施。6）對用戶程序及動態工作數據進行電池備份，以保障停電后有關狀態或信息不丟失。10自動冰欺凌售貨機7)采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結構，以適應工作現場的惡劣環境。8)以集成電路為基本元件，內部處理過程不依賴于機械觸點，以保障高可靠性。而采用循環掃描的工作循環方式，也提高了抗干擾能力。(2)控制系統結構簡單，通用性強PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統。(3)編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分

15、考慮到現場工程技術人員的技能和習慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內學會。(4)功能完善PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應與任何形式和性質的開關量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現延時、鎖存、比較、跳轉、和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術運算、數制轉換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示

16、、監控、打印、及報表生成等功能。(5)設計、施工、調試、的周期短用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結構，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。(6)體積小，維護操作方便PLC體積小，質量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統能夠直觀的反映現場總線信號的變化狀態，還能通過各種方式直觀的反映控制系統的運行狀態。(7)易于實現網絡化PLC可連成功能很強的網

17、絡系統。(8)可實現三電一體化PLC將電控(邏輯控制)、電儀(過程控制)和電結(運動控制)這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規模和要求的控制系統，以適應各種工業控制的需要。5.PLC的主要功能(1)條件控制功能條件控制(或稱邏輯控制或順序控制)功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯、并聯極其他各種邏輯連接，進行開關控制。(2)定時/記數控制功能定時/記數控制功能指用PLC提供的定時器、記數器指令實現對某種操作的定時或記數控制，以取代時間繼電器和記數繼電器。(3)數據處理功能數據處理功能是指PLC能進行數據傳送、比較、移位、數制轉換、算術運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操

18、作。(4)步進控制功能步進控制功能是指用步進指令來實現在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構成的步進控制器。(5)A/D與D/A轉換功能A/D與D/A轉換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數字量之間的轉換。(6)運動控制功能運動控制功能是指通過高速記數模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。(7)過程控制功能過程控制功能是指通過PLCPID控制指令或模塊實現對溫度、壓力、速度、流量等物理參數的閉環控制。擴展功能擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元(即I/O擴展單元)模塊來增加輸入輸出點數，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元

19、來提高PLC的控制功能。(8)遠程I/O功能遠程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。(9)通信聯網功能通信聯網功能是指通過PLC之間的聯網、PLC與上位機的鏈接等，實現遠程I/O控制或數據交換，以完成較大規模系統的復雜控制。(10)監控功能監控功能是指PLC能監視系統各部分的進行狀態和進程，對系統中出現的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調整、修改控制程序中的定時器、記數器等設定值或強制I/O狀態。6.PLC的選型原則當某一個控制任務決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面

20、要選擇多大容量的PLC，另一方面是選擇什么公司的PLC及外設。對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y輸出點的類型非常關鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數有可能大于實際電數。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負載負載使用。則直流24V的負載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級和種類的負載，比如使用

21、交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的PLC了。對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮：(1)功能方面所有PLC一般都具有常規的功能，但對某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通信要求；或對PLC的計算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或對PLC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。(2)價格方面不同廠家的PLC產品價格相差很大，有些功能類似、質量相當、I/O點數相當的PLC的價格能相

22、差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因數。7.三菱PLC基本性能FX2N系列PLC是日本三菱電機株式會社生產的小型、高性能、整體式PLC。FX2N系列作為FX系列中功能強、速度高的微型可編程控制器，應用廣泛。它由基本單元、擴展單元、擴展模塊、特殊模塊和特殊單元組成，如圖2-1所示。圖2-1三菱FX2N-32MRFX2N系列PLC的型號從FX2N-16W128M其輸出電路有3種:繼電器型、雙向晶閘管型和晶體管型，基本單元、擴展單元和擴展模塊均可選擇這3種輸出方式。主要性能有：輸入、輸出16256點；內置8K步容量的存儲器，最大可以擴展到16K步；CPU算處理速度0.

23、550.7/基本指令；FX2N系列右側可連接輸入輸出擴展模塊和特殊功能模塊；基本單元內置2軸獨立、最高100KH型定位功能（晶體管輸出型）；實時始終內置于基本單元中；基本指令27條；步進階梯指令2種（可表示SFC應用（功能）指令128種；內置運行/停止開關(具有外部運行/停止功能)；運行過程中寫入程序。FX2NW3000多點輔助繼電器、1000點狀態繼電器、200多點定時器、200點16位加計數器、35點32位加/減計數器、8000多點16位數據寄存器、128點跳步指針、15點中斷指針，這為應用程序的設計提供了豐富的資源。FX2NK本指令的執行速度超過了很多大型PLG它的128種功能指令包括數

24、學運算、邏輯運算、浮點數運算、數據檢索、數據排序、PID運算、三角函數運算、中斷輸入處理、修改輸入濾波時間常數、脈沖調制、ASCII碼輸出、BCDWBIN的相互轉換、串行數據傳送、校驗碼、比較觸點等。FX2N內裝實時時鐘，有時鐘數據的比較、加減、讀出/寫入指令，可用于時間控制。所以根據本次設計需要選用FX2N-32MF®號PLC第三章系統主要元件錢幣識別系統錢幣識別系統由錢幣識別器、識別后的錢幣自動分類貯存機構和退幣機構。貨幣識別器主要包括硬幣識別器與紙幣識別器兩部分。(1)硬幣識別器原理我國目前發行的1元、5角和1角硬幣的金屬原材料足為造幣而專門用的特殊合金，因此在它通過投幣口進入

25、由電感和電容組成的特定高頻振蕩線路所產生的磁場時，金屬材質和體積的差異對電感量的影響大小也出現微弱的差異，電感量的變化引起振蕩頻率的變化，再通過檢測頻率的變化，與設定值進行比較，確定某種硬幣種類后，經窄帶選頻電路將頻率信號變成電壓信號輸出，完成對金屬22硬幣的識別。如圖3-1圖3-1硬幣識別器及退幣(2)紙幣識別器原理把正常的鈔票在各傳感器接收到的信號進行統計取樣、識別，并寄存起來，作為檢測的依據。當識別紙幣時，把在各通道接口接收到的信號參數與原寄存起來的信號參數進行比較、判斷，若有明顯差異時就立即送出報警信號并截停電機，同時送出對應的信號提示。如圖3-2圖3-2紙幣識別器第四章系統程序設計1

26、 .系統流程圖自動售貨機工作流程圖系統工作狀態下，當投入兩元硬幣，程序識別到硬幣，進入比較程序如大于2元小于3元，原味冰淇淋和巧克力冰淇淋指示燈亮。按下原味冰淇淋選擇按鈕，程序接收到指令控制原味冰淇淋的電磁閥打開延時10s后斷開。程序判斷是否還有剩下的錢，如還有多余的錢則進入退幣程序，退出多余的錢。2 .PLC輸入輸出分配表輸入信號名稱代號編號一角投幣ST1X0五角投幣ST2X1F投幣ST3X2原味冰淇淋按鈕SB1X3巧克力冰淇淋按鈕SB2X4雙色冰淇淋按鈕SB3X5找錢開關SB4X6電源開關SB5X7輸出信號原味冰淇淋指示燈HL1Y0巧克力冰淇淋指示燈HL2Y1雙色冰淇淋指示燈HL3Y2放原味冰淇淋按鈕電磁閥YV1Y3放巧克力冰淇淋按鈕電磁閥YV2Y4放雙色冰淇淋按鈕電磁閥YV3Y5找錢執行機構YAY6冷凍壓縮機和混合器電機KM1KM2Y7輸入輸出分配表3 .程序設計(1)計幣系統當有人買冰淇淋投幣室，計幣系統將投入的硬幣進行識別和累加并存入數據寄存器的D5中并與2元、3元進行比較