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第2章 自动售货机硬件结构设计

2.1PLC的硬件组成

PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中，CPU是PLC的核心；输入单元/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备，其硬件结构图如图2-1

硬件结构图2-1

2.2 电机的选择

电动机选择的参考因素主要包括：电动机型式、电压与转速；电动机型式种类；电动机防护型式的选择；电动机电压和转速。 1、电动机型式、电压与转速的选择

合理选择电动机型式、电压与转速的具体内容及一般步骤

首先要根据生产机械对电力传动提出的要求，如起动与制动的频繁程度，有无调速要求等等来选择电动机的电流种类，即选用交流电动机还是选用直流电动

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机；其次应结合电源情况选择电动机额定电压的大小；再由生产机械所要求的转速及传动设备的要求选取它的额定转速；然后根据电动机和生产机械的安装位置和周围环境情况来决定电动机的结构型式和防护型式；最后由生产机械所需要的功率大小来决定电动机的额定功率（容量）。综合以上方面考虑，最后在电机产品目录中选择与要求相符的电动机，如果产品目录中所列电动机不能满足生产机械的某些特殊要求，则可向电机生产厂家单独定制。 2.电动机型式种类的选择

选择电动机是从交流和直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方面来考虑的，所以选择时要遵循下列原则：

①首先考虑选用三相鼠笼型异步电动机。因为它具有简单、坚固耐用、工作可靠、价格低廉和维护方便等优点，但是它的缺点是调速困难、功率因数低、起动电流较大和起动转矩较小。因此主要适用于作为机械特性较硬而无特殊调速要求的一般生产机械和拖动，如一般的机床和功率小于100KW的水泵或通风机等生产机械。

②绕线型电动机的价格较笼型电动机高，但是它的机械特性可通过转子外加电阻的办法加以调节，因而能限制起动电流并提高起动转矩，故它可适用于电源容量较小，电动机功率较大或有调速要求的场合，如某些起重设备、卷扬提升设备、锻压机及重型机床的横梁移动等。

③当调速范围低于1：10，且又要求能平滑调速的场合，可先选用滑差电动机。该电动机的结构型式按其安装位置的不同可分为卧式和立式两种。卧式电动机的转轴是水平安装的，立式电动机的转轴则是与地面垂直安装的，故两种电机不可以更换对调使用。在一般情况下应尽量选用卧式电动机，只有在需要垂直运转的场合（如立式深井水泵以及钻床等），为了简化传动装置时才考虑采用立式电动机（因为它的价格较贵）。

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3.电动机防护型式的选择

电动机的防护型式有多种，实用中选择时必须根据不同的工作环境选择适宜的防护型式电动机。电动机的防护型式有开启式、防护式、封闭式、防爆式、潜水式等数种。通常情况下选用开启式，因为它便宜，但它只适用于干燥清洁的环境，对于潮湿、易受风雨侵蚀、多灰尘、易燃、腐蚀性的环境应选用封闭式，而在灰尘多对电机绝缘无害且易被压缩空气吹净时，可选用防护式。至于潜水泵用电机，则应采用完全密封式，以保证在水中工作时不被潮气侵入，当电动机在有火灾或爆炸危险的环境中时，应注意必须选用防爆式。 4.电动机电压和转速的选择

（1） 现有工厂企业的生产机械选配电动机时，电动机的额定电压应与工厂配电电压一致，新建工厂的电动机，其电压选择要与工厂供配电电压的选择一起考虑，根据不同电压等级经技术经济比较后择优决定。

我国规定的低电压标准为220/380V，高压配电电压大多数为10KV。一般中小容量的电动机大都是低压的，其额定电压分别为220/380V（D/Y接法）和380/660V(D/Y接法)两种。当电动机容量超过约200KW时，建议使用者选择3KV、6KV或10KV的高压电机。

（2）电动机的（额定）转速选择，要根据拖动生产机械的要求及传动装置的配比情况来考虑。电动机每分钟的转数通常有3000、1500、1000、750及600等多种，异步电动机额定转速由于存在转差率，一般要比上述转速低2％～5%。从电动机制造角度讲，同样功率的电动机若额定转速越高，其电磁转矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量亦轻，并且高速电机的功率因数及效率比低速电机都高。若能选择转速愈高的电动机，则经济性愈好，但若由此而引起电动机与被拖动机械间的转速相差过大时，所需装设减速装置的传动级数就越多，这就会加大设备成本及传动的能量损耗。故要经过分析比较择优选定。我们通常应用的电机大部分是选用4极1500r/min的电机，因为这种额定转速的电机适应范围广，而且其功率因数和工作效率也较高。

自动售货机吐出饮料的过程实际为电机动作推饮料下来。综合考虑选择电机为L293D步进驱动电机。由于电机都是电感性负载，在停转的时候会有反向电流，所以需要用PC847光电隔离器把控制和驱动信号隔离开来，然后用L293D步进驱动电机，电机驱动需24 V电压，控制信号经过L293D后变为24 V左右的电源信号才可驱动电机。

电机有三根线：电源、地线和反馈信号(电机转一圈送出一个低电平)。在机械制作中使电机转一圈刚好推出一瓶饮料，电机转一圈同时产生一反馈信号，此信号使电机停止转动，另外一种情况是红外检测到有货物落下则电机停止转动。

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2.3 货币处理装置

货币处理装置包括：检测货币投入状态的投入状态检测装置；检测有无货币退还操作的退还操作检测装置；在投入状态及投入货币退还操作的有无达到规定的基准状态时，将说得到的基准状态信号利用所外部；连接装置向投入外部装置输出的状态输出装置。

目前投入试用的“货币识别机”设置有感应线圈，通过对货币的材料、大小尺寸等各个要素进行感应并探明真伪。不同的材质具有不同的磁场变化，可以通过电子技术进行分析、探查和识别，更高级的检测还可以运用频谱分析。

货币识别器种类繁多,但贮币退币机构基本上分为两类：一类是平面式贮币，电磁阀退币；另一类是圆筒式贮币，步进电机退币。

根据设计中对自动售货机的要求，选择平面式贮币，电磁阀退币。当货币投入后经过识别识出电信号后，伪币和异物被排出，真币按面值由几组分布电磁阀分配到不同贮币腔体内备用；当收到退币找零电信号后，通过退币电磁阀或退币电机拉杆，将贮币腔内下部货币依电信号程序推出，完成自动售货机的退币找零功能。货币处理装置流程如图2-2

检测

外部输出装置 外部装置 规定的基准状态 退还操作检测装置 投入状态检测装置

2-2货币处理装置流程图

2.4 送出机构

目前，应用于自动售货机上的商品送出机构种类较多，下面是一些较典型的送出

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