基于SiemensS7—300PLC自動售貨機的設計及仿真

單丹　馮禹

摘 要：本設計控制核心選用Siemens S7-300 PLC設計出的自動售貨機系統，按照自動售貨機的工作方式，將運行的過程分為：外部控制端啟動部分，無人操作定時清零模塊，投幣模塊，余額比較模塊，余額報警模塊，商品選擇模塊，找零模塊，缺貨報警模塊等。并通過wincc組態軟件實現視窗控制。

關鍵詞：自動售貨機；西門子PLC；wincc組態軟件

前言

自動售貨機是一種全新的商業零售形式，20世紀70年代自日本和歐美發展起來，它又被稱為24小時營業的微型超市。一般的自動售貨機由錢幣裝置、指示裝置、貯藏售貨裝置等組成。自動化是未來的發展趨勢，不論是制造業、服務業還是零售業。我們都將看到更多的設備取代人工。在這樣一個大的趨勢下，自動售貨機行業的前景時光明的。PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller），是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。PLC是一種專門為在工業環境中應用而設計的數字運算操作的電子控制裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。文章是基于西門子PLCS7-300所設計的自動售貨機，在本設計中，我們按照收貨的工作方式，將其分為了外部控制端啟動模塊、夜光燈控制模塊、無人操作定時清零模塊、投幣模塊、余額比較模塊、余額不足報警模塊、商品選擇模塊、找零模塊、缺貨報警模塊9大模塊。通過STEP7軟件進行編程，完成自動售貨機的基本功能并再WINCC中進行仿真運行。

1 自動售貨機的工作流程

我們對無人售貨機的控制要求進行了說明，文章所設計的自動售貨機，可以購買的貨物價格分為10元區、5元區、3元區和1元區，每個價位區的物品有三種，為了方便仿真操作，設定每種貨物只有10個，且每次啟動售貨機時，默認貨物是補滿狀態。此售貨機可投1元硬幣、5元紙幣、10紙幣。此售貨機具有無人操作計時功能，顧客向售貨機中投入錢幣時，若1分鐘內沒有進行購買或者找零退錢，系統將自動將錢幣清零。此售貨機具有余額比較功能，在余額不足的情況下，進行購買和找零會提示余額不足且無法完成相應操作。由于設定每種貨物為10個，當貨物售完時，會提示缺貨，且再次購買此貨物時不會扣除余額。本設計采用的購物方式為組合按鈕購物，ABCD控制行（價位），123控制列（貨物種類），確認選擇后會有10秒的定時，在10秒內顧客可以按下重新選擇按鈕進行重新選擇。設定有一個總控制端，可以控制售貨機的起停和夜間夜光燈的起停，且任意貨物缺貨時，總控制端都會顯示缺貨。

在設計自動售貨機的工作初始條件是一切程序的執行首要條件為售貨機必須為啟動狀態。因此，工作流程第一步，啟動售貨機；在啟動售貨機后，CPU會自動對售貨機的余額部分進行清零，防止余額出現錯誤。當有顧客進行投幣操作時，余額開始累加，設定定時時間為1分鐘，若1分鐘內顧客沒有任何操作，系統會自動對余額進行清零；若顧客有操作，則會進入余額比較環節，若余額滿足不了顧客所做操作則會有余額不足提示；若余額充足，顧客便可選擇貨物，此時，CPU又會對貨物的數量進行比較（注：本設計規定每種貨物只有5個，且每次售貨機啟動都默認貨物補滿），只有在貨物充足的情況下，推進器才會啟動并且扣除余額，若貨物已經缺貨，則會提示缺貨無法進行購買，并且進行相關操作不會扣除余額。最后是找零環節，當顧客購物完成且售貨機存在余額時，顧客一定要選擇是否找零，因為此時，CPU又開始對售貨機進行無人操作計時，若1分鐘內顧客沒有繼續進行購物或者找零，余額會自動被清零；每次找零，只需要按下對應的找零按鈕即可。自動售貨機的流程圖如圖1所示。

2 梯形圖編程

按照自動售貨機的工作方式，我們將運行的過程分為外部控制端啟動部分，夜光燈控制部分，無人操作定時清零部分，投幣部分，余額比較部分，余額不足報警部分，商品選擇部分，找零部分，缺貨報警部分。根據不同的運行過程進行了不同的梯形圖編程。下面將給出一部分關于貨物操作部分的梯形圖程序，其中包括了貨物補充、缺貨報警程序及完成購物貨物減少程序。設定每種貨物只有10個，當貨物數量等于0時，缺貨提示，同時任意貨物缺貨總控制端都會報警缺貨。默認每次重新啟動售貨機貨物都會補滿。在這里運用整數函數ADD_I進行貨物的復位，每次啟動售貨機2個輸入端輸入常數0和10，則輸出端輸出10；運用比較函數EQ_I（比較整數“等于”）進行貨物的比較，當貨物數量等于0時，報警提示。購物完成貨物減少程序穿插在購物程序中，每完成一次貨物交易，貨物推進器吸合一次，上升沿檢測檢測到一次上升沿，使用整數函數SUB_I進行減法運算，對應物品減少一個，直至為0，提示缺貨。如圖2所示。

3 Wincc組態

SIMATIC WINCC（視窗控制中心），它是西門子最經典的過程監視系統，現已成為市場的領導者，乃至業界遵循的標準。我們根據自動售貨機的工作要求，設計出全自動售貨系統仿真圖。

4 結束語

本次設計的自動售貨機功能較為簡單，只支持3種貨幣，因此在這方面上存在一定的局限性，同時，由于是組合按鍵購物，其特點是在有大量可選擇貨物時減少按鍵的個數，節約建造成本，但由于能力有限，僅僅設計了12種可選貨物，在此基礎上使用組合型按鍵進行選擇購物，沒有有效的利用所有按鍵，對按鍵造成了浪費。同時，余額找零時，本設計規定，余額充足時按下對應找零按鈕只會找零對應金額一次，不能一次性找零。因此，不完善的地方仍需進一步調試、修改、完善，以滿足顧客的需求。

參考文獻

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