基于PLC的自動售貨機控制系統設計

包西平

（徐州工業職業技術學院機電工程技術學院，江蘇徐州 221140）

基于PLC的自動售貨機控制系統設計

包西平

（徐州工業職業技術學院機電工程技術學院，江蘇徐州 221140）

自動售貨機不受任何場地限制，方便快捷，可以每天24小時售貨，因此在汽車總站、商廈、醫院、小區、學校等地區獲得廣泛應用。介紹了一種基于PLC的自動售貨機控制系統，系統主要設三個投幣口，可自動售出三種飲料，通過軟件程序控制能夠實現根據投幣總額和飲料價格實現飲料的自動售出、紙幣識別、數據通信、自動找零、投幣總額顯示、報警、系統復位等基本功能。通過實際自動售貨機程序調試及運行測試可知，實現了自動售貨的功能，效果良好。

自動售貨機；PLC軟件控制；數據通信

0 引言

隨著社會文明進步和先進科學技術的發展，被廣泛用于汽車總站、商廈、醫院、小區、學校等公共場所的全自動售貨機械，給人們的出行和生活帶來了極大方便。像各種成型包裝小商品以及飲料、票、證、卡等均可售出。隨著生活節奏的加快和市場經濟的繁榮，作為自動服務設施代表的自動售貨機必將得到越來越廣泛的應用。

本文設計了基于PLC的自動售貨機控制系統，介紹了功能及硬件系統的簡單構成、各功能模塊軟件程序設計的實現，重點介紹紙幣識別、通信模塊等功能的實現。通過實驗驗證，證實了系統的可行性。

1 自動售貨機主要功能及硬件構成

自動售貨機的主要工作過程及功能如下[1]。

（1）貨幣從投幣口投入，光電傳感器進行貨幣數據信息采集，獲取人民幣面值，判別人民幣真偽。

（2）然后再將所獲信息傳遞給通信模塊，PLC主控系統接受通信模塊傳遞的信息，主控系統顯示人民幣面值，然后啟動面板按鍵，顯示出哪個貨道有存貨，已售完的貨道是哪幾個，等待顧客通過按鍵選擇商品。

（3）自動售貨機自動把商品送出，然后等待顧客把選好的貨取走。

（4）然后售貨機顯示人民幣余額，若余額充足，顧客可選擇繼續選擇新商品或找零；若余額不足或不想再購買其他商品，可延時退幣。

（5）系統復位，完成售貨。

（6）當選定商品后投入錢幣不足或識別出假幣，系統會啟動報警程序。

系統的簡化結構框圖如圖1所示。

圖1 自動售貨機硬件系統簡圖

數據采集模塊的功能是通過光電傳感器把光信號轉變成電信號，然后通過A/D轉換傳給PLC的CPU；識別模塊是將A/D轉換器傳送過來的數字信號與系統內人民幣標準數據做比較，做出相應的判斷；通信模塊是負責PLC主控系統與識別模塊之間的數據通信；PLC主控系統是控制自動售貨機各個部分的運行及完成各部分的交互通信。

2 數據采集及紙幣識別

在錢幣通道上、下設有特殊光發光部件和接收部件，當錢幣通過時，接收部件將檢測到的光信號傳給A/D轉換器。在系統中設三路發光/接收電路。

為能完成人民幣的準確快速識別，對紙幣圖像進行預處理。圖像傾斜常常會影響圖像定位和待識別信息的提取。因此需對圖像的傾斜進行矯正。二值化處理可把灰度圖像信號處理為二值（0，1）數字信號。二值化法有整體閾值法和自適應動態閾值法。紙幣圖像實際處理是比較復雜的，為了更準確無誤的對質量差的紙幣圖像進行處理，常采用動態閾值法。通常對以下5種人民幣：第4版10元和5元及第5版10元、5元和2元的長和寬的尺寸進行信息采集，應用模糊邏輯推理法進行紙幣面值的分類。獲得紙幣面值后，再對其進行紙幣正反面和正反向的識別，并對紙幣真假進行識別。

3 通信模塊的設計

現在的自動售貨機對主控器的要求越來越高，設計一個實用、簡單、穩定的內部通訊總線協議[2]，可大大提高自動售貨機的運行效率。

可采用歐洲售貨機制造者協會（EVMMA）的MDB/ICP總線協議。它可協調主控制器（MMC）與多個外設之間通信。MDB是主從串行總線接口，波特率為9 600。所有外圍設備均為主控制器的從機。所有外圍設備與主控制器之間的通信方式都一致。在MDB總線上，VMC（自動售貨機控制器）通過廣播方式向外設發送命令。發送指令后，外設應答VMC的指令，VMC將再通過發送一個字節應答外設傳回的數據。

4 系統部分PLC軟件設計[3-4]

（1）記幣系統

當有顧客購買時，每投入一次錢幣都得經過感應器進行真假監辨后，再給PLC進行計幣的指令。當發現偽幣時，感應器不給PLC累計投幣值的指令，同時自行退出偽幣。而當PLC接收到感應器傳來的記幣的指令時，PLC自動把接收來的貨幣對應的數據累加到寄存器D0中。PLC梯形圖如圖2所示。

圖2 記幣系統PLC梯形圖

（2）價格比較系統

價格的比較要貫穿實驗過程的始終，只要余額大于某種商品價格時，就需要輸出一個信號，提示可以購買。投幣完成后，系統會將D0內錢幣數據和可以購買的飲料價格進行比較：當投幣＜12元，則沒有可購買的商品指示燈亮，表示所投錢幣不能購買任何東西，此時可以繼續投幣或退幣；只有投幣在12元或以上時會見到汽水選擇的指示燈長亮，此時可以選擇購買汽水或退幣；同樣，大于15元的就有汽水和花茶的選擇顯示，20元就出現汽水、花茶和咖啡的選擇顯示，此時都是可以選擇購買或退幣。PLC梯形圖如圖3。

（3）選購商品系統

當投入的幣值可以購買某種商品時，即商品下相應的指示燈亮了，按下相應的“選擇”按紐即可在出貨框中出現該種商品，同時消費顯示欄中顯示出扣除已經消費掉的金額的余額幣值，接著余額繼續與價格相比較，判斷是否能繼續購買。

圖3 價格比較系統PLC梯形圖

若余額還能符合上面比較過程的條件時，相應商品的指示燈還會亮的，不然燈不亮了。PLC編程梯形圖如圖4。

圖4 商品選購系統PLC梯形圖

（4）退幣系統

系統可在顧客購買完飲料后退回余幣。按下退幣按鈕后，數據寄數器D0內的幣數除以10，商的整數部分就是需要退回1元硬幣的個數并儲存在D1上，余數就自動的默認在D2上；再把D2的數據除以5，商的整數部分就是需要退回1元的個數，并儲存在D3中（這里由所可投的貨幣限制來看，1元個數就只有兩種情況，0或1，故在選PLC時可以只給這里的留一個端口就行了。）選擇退幣的同時起動2個退幣電動機。2個感應器開始記數，當感應器記幣的個數等于數據寄存器的退幣數時，退幣電動機停止運轉。PLC編程梯形圖如圖5。

圖5 退幣系統PLC梯形圖

（5）報警系統

當選定商品后投入錢幣不足、識別器識別出假幣等情況時，系統會啟動報警程序。此時如果按下購買按鈕X3會通過傳送指令賦予D1的值為1，而通過仿真軟件GTDesigner2設置當D1的值為1時，會跳出報警窗口頁面并同時顯示余額以及提示及時投幣。

圖6 系統簡單報警PLC梯形圖

5 系統程序運行和調試簡介

將PLC程序寫入后，首先要仔細檢查程序，并改正程序中的錯誤。用戶程序要先在實驗室模擬調試，不用接PLC實際的負載(如接觸器、電磁閥等)。根據功能表圖，也可以用開關或按鈕來模擬實際的反饋信號。在調試時，應充分考慮各種可能情況的出現，對系統不同的工作方式、功能表圖中的每一條支路、各種可能路線，都應逐一檢查，不能有絲毫的遺漏。有問題應及時修改梯形圖和PLC程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間關系完全符合要求為止。

若程序中某些定時器設定值過大，為了縮短調試時間，可以在調試時人為將它們減小，模擬調試結束后再修改為原來的實際設定值。在設計和模擬調試的同時，也可同時設計、制作控制臺或控制柜，或者進行其他硬件的安裝、接線工作。

模擬調試完成后，就可進行工業現場的調試工作，首先進行聯機總調試，在調試過程中可能會顯示出系統中的傳感器、執行器和硬接線等方面的出現問題，或者PLC外部接線圖和梯形圖設計中出現問題，對出現的問題及時處理解決。如果調試達不到用戶的指標要求，可對相應硬件和軟件部分設計作適當的調整，通常只需略微修改程序就可能出現良好效果。現場調試通過后，需再經過一段時間的適應性實驗，才可投入到實際運用中。

本系統經現場調試后，整體運行效果良好，達到了令人滿意的效果。

6 結論

本文研究了自動售貨機主要功能模塊，如：數據采集模塊、紙幣識別模塊、通信模塊等。特別指出用模糊邏輯推理方法對圖像面值進行識別。對系統各模塊進行了PLC程序的設計和調試，結果良好。

［1］葉銀蘭，自動售貨機的設計與實現［J］.微計算機信息，2008（8）：53-55.

［2］黃賢英，李玉桃.基于Linux的嵌入式實時數據庫的設計［J］.微計算機信息，2007（1-2）：112-114.

［3］孔凡才.自動控制系統［M］.北京：機械工業出版社，2003.

［4］余雷聲.電氣控制與PLC應用［M］.北京：機械工業出版社，1998.

Control System Design of Vending Machine Based on PLC

BAO Xi-ping
（xuzhou Industrial and Vocational Technology Institute，Electricity Engineering Institute，Xuzhou 221140，China）

The vending machine is not subject to any site restrictions，convenient and quick.It can vend 24 hours a day，so at the bus station，shopping malls，hospitals，communities，schools and other regions It is obtained to use in a wide range.In this paper，a control system of vending machine based on PLC is introduced，this system mainly has three slots，it can automatically sell three drinks. it can automatically sell according to the total amount of coin and drinks price，it can realize some basic functions，such as judge true and false coin，data communication，automatically change，the display of the total amount of coin，alarm，system reset and so on.Through actual vending machine program debugging and running test，this design can realize the function of vending，the effect is good.

vending machine；PLC software control；data communication

TP391

A

1009－9492(2014)08－0022－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.007

包西平，男，1972年生，山東蒙陰人，碩士研究生，講師。研究領域：電力電子技術應用及自動化控制，已發表論文10篇。 (編輯：阮 毅)

2014－02－28