自动售货机论文完整版

1、西门子PLC在自动售货机控制系统中的应用研究摘要自动售货机可以可以作为其他销售方式的全面补充，并可以根据消费模式的不断变化而不断地发展，全天候运行的自动售货机系统可以更方便而直接地满足人们的需要，能在劳动力缺乏的今天不失为对其他销售方式的一种强而有力的补充。在本文中详细描述的是自动售货机的历史与现状，描述的是可编程逻辑控制器的定义，设计的步骤和程序设计，编程语言等方面的内容。系统地阐述了如何在自动售货机控制系统中结合西门子PLC来运行，并结合组态王进一步验证西门子PLC在自动售货机控制系统的运用可行性，使大家可以直接地了解和看到运行的效果。关键字： 自动售货机；西门子PLC；顺序功能图；梯形图

2、；I/O点的分配Siemens PLC Application In The Vending Machine Control System ResearchABSTRACT Vending machines can be used as a full complement of other sales methods, and can and constantly evolving in response to changing consumption patterns, vending machines around the clock to run the system can more

3、easily and directly meet people's needs, the lack of energy in today's workforce after all, a way for other sales strong supplement. Detailed in this article is history and current situation of the vending machine, is the definition of a programmable logic controller description, content des

4、ign steps and procedures design, programming languages and so on. Systematic exposition of how to combine Siemens PLC control system in the vending machine to run, combined with further validation of Siemens PLC configuration king in our use of the vending machine control system, so that we can unde

5、rstand and see the effect of running . Keywords: vending;：Siemens PLC; sequential function chart; ladder; allocate I / O points目 录1绪论1 1.1自动售货机研究的意义1 1.2国内外相关研究现状3 1.3自动售货机设计的基本思路32自动售货机的设计5 2.1西门子 PLC简述与特点5 2.1.1西门子S7-200 PLC的概述5 2.1.2 PLC的简介5 2.1.3 PLC的工作原理5 2.1.4 PLC的循环扫描工作6 2.1.5 PLC的硬件组成7 2.1.6

6、 PLC的编程语言8 2.2自动售货机设计软元件9 2.2.1定时器9 2.2.2 数学运算指令93 自动售货机的设计11 3.1自动售货机的基本功能11 3.2自动售货机I/O点的分配12 3.3自动售货机的外部接线图12 3.4梯形图13 3.5自动售货机的相关说明22 3.6组态运行结果234结论与展望31参考文献32致谢34 31绪论1.1自动售货机研究的意义自动售货机是商品零售的一种新形式，起源于20世纪70年代的欧洲部分国家，美国和日本。因为它能够不分昼夜地为人民服务，所以也叫24小时迷你超市。自动售货机是在商业自动化中较为常用的设备，时间与地点的限制对其并没有较大的影响，并且可以

7、节省人力，方便交易的进行。大约在公元1世纪时，发明会自动贩卖圣水的机器的希腊人可以称为是世界上最古老的自动售货机制造商。20世纪前期，美国人研制的自动售货机能实现出售香烟的功能，然后出现了卖邮票，门票，各种现代化的自动售货机。根据所售商品，主要是食品现代自动售货机类型，结构和功能变化，饮料，香烟以及各种票类还有日用品等物品的功能了。通常的自动售货机是由自动售货设备，显示设备，存储设备和其他组件的组合而成的。货币装置是该自动售货机的核心，其主要功能是根据投入的硬币分拣其类型，计算货币数量的真实性。如果钱超过需要购买的商品的价格，就能购买该商品，并找零。指示装置，用于指示顾客选择的产品的品种。存储

8、设备保存自动售货机的商品，接收指示买卖信号，接收顾客的选择信号。自70年代中期以来，出现了使用新型微电脑控制自动售货机和利用信用卡代替钱币并连接到电脑更大的无人售货系统，这些系统更广泛应用在自选商场，火车站和自动售票系统，银行取款机等可以支持自动付款的地方。 如今，自动售货机的产业正在向网络化进一步发展，并进一步合理化其自身的产业结构。如一个在线的方式，通过计算机监控每一部自动售货机以及自动售货机里的库存信息，从而保证顺利补充货品及机器的维护。而且，为了防止全球气候变暖，致力于节能，节能汽水售卖机应运而生了。在夏季用电高峰期，自动售货机这种模式即使在离线的情况下还可以使用，还可以保持较低的温度

9、，与以往的自动售货机相比，可节电10-15。未来，自动售货机也将进一步在节约能源和资源的前提下向高功能化方向更好的发展。据统计，日本的罐装饮料70是由自动售货机售出，作为世界上最大的饮料生产商可口可乐公司拥有超过50万台饮料自动售货机遍布于全世界。然而在中国，自动售货机的应用起步较晚，20世纪90年代后期开始进入中国市场。但现在发展迅速，在商场，公园，地铁，机场等客流量大的地方，已经可以很容易地找到许多自动售货机的身影。自动售货机的销售领域极为广泛，是很多发达国家的商品零售主要途径。近年来，越来越多的自动售货机逐渐被广大消费者所接受，但由于自动售货机分布广泛而零散的这种特征，自动售货机带把方便

10、带给消费者的同时，同时也为运营商带来极大的不便，具体体现在在维护，管理，监督等各个方面。从自动售货机的发展的轨迹和趋势来看，这似乎是技术密集型取代劳动密集型社会的产业构造转变的标志。大量消费，大量生产和销售环境和消费模式的改变，需要新的流通渠道出现，相对于百货商场，超市，网上购物等新的销售渠道，人工成本都在上涨，再加上购物的约束和限制的各种因素，自动售货机作为一种必要的工具应需求而生。自动售货机作为社会上完成商品交易和公益服务的独立设施，要求它的结构必须严谨齐备。而为实现各种不同需要，在外型尺寸和外观造型上必须适应现代商品社会的整体和谐。现在而言，所有的情况下都是通过人工的判断来运行一台自动售

11、货机，包括缺硬币，币箱已满，自动售货机机械故障，缺少货物等，普遍使用人工操作员的定时巡视的这种管理方法来解决，虽然问题得到解决，但结果是既费力又费时，但他们不能得到及时，准确的实时状态报告，自动售货机，操作增加了管理难度和成本，但也有可能给消费者的消费造成不方便。在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。举一个简单的例子来说明，例如：售货机中有8中商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2.60元，02商品为3.50元，其余类推。现投入1个

12、1元硬币，当投入的货币超过01商品的价格时，01商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，其他商品同比。当按下选择01商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去01商品的价格同时启动相应的电机，提取01号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。该系统的设计与实施可以跟自动售货机的商品销售情况进行分析，运营商可以

13、进行销售状况的统计，通过数据来预测大部分商品的走势，确定合理的采购及分销策略来获得回报的最佳方案。同时，一些报警和故障信可以实时的传送到相应的业务人员手中，这样就可以在很短的时间内发现问题并解决。1.2国内外相关研究现状在中国，自动售货机不仅仅是售卖商品的机器，而是一个潜力巨大的产业，这将引发第三次零售业革命，是自从超市和百货商店之后最为有影响力的一次，因此前景十分广阔。由于自动售货机出售的商品可以根据特定的地方特定的需要而定，包括零食，电话卡，饮料等具体商品按需求放在不同的地方的自动售货机里。并且，通过这种智能的自动贩卖系统，库存，销售，物流的准确信息能够实时反馈给客户和管理人员。此外，自动

14、售货机还支持多种付款交易模式，方便的实现了大金额的支付和结算。 2004年，通过手机购物的自动售货机开始出现在国内，而国内已经有公司开发了这种类型的自动售货机。除了可以使销售货品更加方便，也可作为一种传播更为普遍的广告媒介存在，这也是这种全新一代自动售货机应用比较广泛的原因。在其他国家，自动售货机的发展更加成熟。日本自动售货机行业的发展更加完善，单单是机器就有大约2000种型号，囊括超过6000种商品。在美国，有多达上万家运营商，并拥有与大型饮料商或者大食品贸易商合作的经验。因为它的普遍性和24小时不断时供应，自动售货机十分受非常忙碌的人欢迎。 中国的自动售货机行业的发展较为缓慢的原因有很多。

15、其中，最大的障碍是自动售货机自身的特点虽然便利但是中国消费者还是有很大一部分人怀疑它的可靠性。此外，自动售货机出售的商品比较简单，价格一般高于同类产品的同时只能接收硬币和纸币。而且如果是设置在超市，便利店等地方的不同也会影响消费者的选择。同时，还存在着这样的问题，因为好奇或者无聊等原因，一些城市在自动售货机的首次上市的几乎是一个“灾难”。曾经有人偷了几百块钱的货品而令一个价值高达几百万的自动售货机遭受损坏。1.3自动售货机设计的基本思路本次设计的题目是西门子PLC在自动售货机的应用，主要是应用西门子PLC的S7-200型来设计控制程序，并简单地介绍相关的各种知识包括有：PLC的定义，编程语言和

16、硬件组成等。首先我们要根据设计内容和控制要求写出程序，再结合程序分析说明该设计的控制原理过程。本次毕业设计的最主要部分是第二章的设计部分，就是设计自动售货机的程序。2自动售货机的设计2.1西门子 PLC简述与特点2.1.1西门子S7-200 PLC的概述PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计出来的。S7-200

17、PLC是体积已经做成很小型的PLC，它可以在几乎是每种行业都可以应用，大部分场合中的自动检测、自动监测及自动控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论是脱网单机使用或连接网络，很多曾经被视作难实现的控制功能都能得以实现。S7-200 PLC可提供4个不同的型号与8种CPU可供使用者选择使用。2.1.2 PLC的简介CPU是PLC的核心，通过计算机技术和通信技术的完美结合，就可以开发出一个通用的工业自动控制装置，是现代工业控制技术的重要组成部分。而今，生产技术达到世界领先水平的PLC厂商有68个，当然最有名的几个制造商在日本，美国和德国的。几家日本厂分别是东芝，日立，富士，横河，立石，三菱，

18、夏普等较为知名的公司。还有一些美国制造商分别是得克萨斯州食品公司，通用电气公司，歌德，数字设备公司等等。比较有名的还有欧洲的飞利浦公司和西门子公司和亚洲的鹰达公司都是非常有名的。2.1.3 PLC的工作原理计算机的工作原理是基本上和PLC可以归为同一类，我们简单地描述为在系统程序的管理下，通过应用程序的运行来完成用户的各项指令。在PLC通电后，首先进行硬件和软件初始化，初始化反复不停处理各种任务，具体可以通过下面的图得知。但PLC有其自身的特点，PLC在确定进行各项任务后，将成为一个特殊的专用的机器，它采用循环扫描的工作方式来管理任务和执行任务。读取输入执行用户程序处理通信要求自诊断检查改写输

19、出RUN状体读取输入处理通信要求自诊断检查改写输出STOP状体处理任务的各阶段2.1.4 PLC的循环扫描工作每一次程序，CPU都从第一指令开始执行，通过进行顺序的周期性的扫描，如果从用户程序中的第一条开始一直都没有跳转指令的话，机器就是一个接一个的顺序执行，直到遇到终止指令，然后返回到第一条指令，如此循环连续循环，每个循环被称为一个扫描周期。 PLC扫描的具体过程可以查看下面的图。（1） 输入刷新阶段在输入刷新的时候，CPU将会自动扫通过描每一个输入口，以读取后再写入将其状态存入状态寄存器。完成后，输入端口将会关闭，程序将会开始执行。（2） 程序执行阶段 在程序执行的时候，根据用户所写出来的

20、控制程序，开始一个一个地从第一条开始执行，以及相应的逻辑运算结果存储在相应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。（3） 输出刷新阶段当每一个已写好的命令执行完之后，已输出状态寄存器的内容，将会依次输出锁存器电路并输出给相应驱使外部执行部件的工作，这就是使用PLC实际的输出。 PLC的扫描全过程2.1.5 PLC的硬件组成PLC硬件主要由CPU，存储器，输出单元，输入单元，通信接口，扩展接口，电源和其他组件组成的。其中，CPU是PLC的核心;输入装置/输出装置是CPU和现场输入/输出设备的连接电路;用于连接编程单元，其它外部主机装置，各硬件如下图所示。PLC硬件结构图2.1.6 PLC的编程语言PL

21、C为用户提供了各种的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言一般包括有以下5种：顺序功能图（SFC）、梯形图（LAD）、结构文本（ST）、功能块图（FBD）和语句表（STL）。2.1.7 PLC的特点（1）可以抗干扰，性能相对可靠I / O系统包含有信号调理电路和完善的通道保护;，防热，防潮，防尘，防震等都在设计的时候考虑到了。（2）内部控制系统结构简单，兼容性强 可以灵活适应各种大小和不同要求的控制系统。（3）易于编程，方便使用者使用 程序的编制简单方便。（4）功能完善 在西门子PLC内部有很多不同的控制功能以实现不同的控制要求。（5）所占体积小，维护和操作都方便 PLC体积和重量都

22、很小，安装方便。2.2自动售货机设计软元件2.2.1定时器 定时器是PLC中最重要的用以编程的元件，是用来累计时间增量的一种位于内部的器件。定时器的工作过程与继电器控制系统的时间继电器基本相仿，但它没有瞬动触点，失电时，常闭触点闭合，常开触点打开；定时器得电时，常闭触点打开，常开触点闭合。定时器的当前值、设定值均为10位有符号整数（INT），允许的最大值为32767。定时器指令表见表1。 表1 定时器指令语句描述TON Txxx，PT 接通延时定时器TOF Txxx，PT断开延时定时器TONR Txxx，PT保持型接通延时定时器BITIM OUT起动间隔定时器CITIM IN,OUT计算间隔定

23、时器2.2.2 数学运算指令在梯形图中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令（见表2）分别执行下列运算：IN1+IN2=OUT，IN1IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。表2 加减乘除指令梯形图语句表描述梯形图语句表描述ADD_I+I INT1,OUT整数加法DIV_DI/D INT1,OUT双整数除法SUB_I-I INT1,OUT整数减法ADD_R+R INT1,OUT实数加法MUL_I*I INT1,OUT整数乘法SUB_R-R INT1,OUT实数减法DIV_I/I INT1,OUT整数除法MUL_R*R INT1,OUT实数乘法ADD_DI+D INT

24、1,OUT双整数加法DIV_R/R INT1,OUT实数除法SUB_DI-D INT1,OUT双整数减法MULMUL INT1,OUT整数乘法产生双整数MUL_DI*D INT1,OUT双整数乘法DIVDIV INT1,OUT带余数的整数除法在语句表中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令分别执行下列运算：IN1+ OUT =OUT，OUTIN1=OUT，IN1* OUT =OUT，OUT /IN2=OUT。3 自动售货机的设计3.1自动售货机的基本功能 自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规程（如图4），并介绍了自动售货机运行系统中所包括的人工操作步骤。在实际生

25、活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。例如：售货机中有2种商品，A商品价格为0.5元，B商品为1元。现投入1个1元硬币，当投入的货币超过A商品的价格时，A商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，B商品也提示。当按下选择A商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去A商品的价格同时启动相应的电机，提取A号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币

26、，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能。图4 自动售货机工作流程图3.2自动售货机I/O点的分配输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。 PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。本次自动售货机的I/O点的分配如表3所示。表3 自动售货机I/O点的分配表输入：I0.0投币1元I0.4选择咖啡I0.

27、1投币5元I0.5找零按钮I0.2投币10元I0.6I0.3选择奶茶I0.7输出：Q0.0排出奶茶电磁阀Q0.4找零灯Q0.1排出咖啡电磁阀Q0.5指示红灯Q0.2奶茶红灯Q0.6退币电机Q0.3咖啡红灯Q0.73.3自动售货机的外部接线图 本设计的外部接线图如下图所示，具体的I/O点的分配可以参考上面的表格。3.4梯形图梯形图是用的最多的PLC图形编程语言。梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，如图7所示。继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为

28、广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。本此设计自动售货机主要销售两种饮料，可以投币一元，五元，十元，因为自动售货机无论售卖多少种货物，我任务原理都是一样的，所以我这里就只搞了两种货物，这个设计我希望是可以在很多地方都应用上，所以是设计成售卖饮料的形式。本次自动售货机的梯形图如下所示：3.5自动售货机的相关说明本此设计自动售货机主要销售两种饮料，可以投币一元，五元，十元，因为自动售货机无论售卖多少种货物，我任务原理都是一样的，所以我这里就只搞了两种货物，这个设计我希望是可以在很多地方都应用上，所以是设计成售卖饮料的形式。3.6组态运行结果本小结主要是介绍

29、自动售货机系统的仿真运行，仿真采用设备采用组态王提供的模拟仿真PLC设备通过I/0设备与模拟下位机向画面提供数据，对系统进行调试。仿真系统运行时可以通过设定不同的参数来模拟实际运行中的条件变化，改变系统的运行工况并讲系统在不同工况下运行的数据进行显示，通过对数据的分析，可以进一步优化控制系统。起始状态：模拟投币50元：要一杯咖啡：倒完咖啡后，售货机自动记录营业额和所剩余额：按下退币按钮，找零灯亮，售货机自动退钱：售货机售货完后的状态：投币20元：顾客要一杯奶茶，物品出口处有变化：奶茶售出后，奶茶存量显示自动减少，售货机自动记录营业额，余额：按下退币按钮，余额自动从硬币出口处出来，找零给顾客：余

30、额退回给顾客后，自动清零，回复原始状态：4结论与展望本文主要针对自动售货机系统在控制系统中存在得不足之处，进行了控制系统改进研究。采用组态软件对自动售货机系统进行控制仿真设计。本论文研究中，在对控制系统进行仿真运行时，将系统的数学模型进行了简化处理(即不考虑对象的滞后，并忽略了一些小细节等等)。如果在控制系统中引入模糊数学理论以及先进的控制规律(如模糊控制，神经网络等)对自动售货机统实行计算机控制，将会取得更好的控制效果。本毕业设计我的最核心的任务是通过西门子PLC去实现一个自动售货机的功能。一个看似简单和易于使用的普通的自动售货机，其实不是那么容易。这样的设计，可以通过模拟以实现其功能里面的

31、PLC编程部分。设计的自动售货机的主要功能是对不同的物品自动进行交易，通过对输入PLC的程序达到自动售货的目标。本设计的效果是：当投入钱，自动售货机会自动判断有多少钱，然后余额会进行相应的更改，在余额大于客户的选择的物品的时候，就可以自动输出被选择的物品，按下退款的按钮以后机器可以接收到信号并退还余额。本设计的优点和缺点是：通过自锁和互锁程序可以正确辨别信号，并给出正确的结果。这样设计出来的自动售货机，操作方便，能耗低，一个简单的设备可以满足一些商店和工厂无人销售的状况，任何人群都都能够使用。这种设计的缺点是物品的品种较少，识别钱方面有一些限制。所以说,自动售货机是今后小商品和饮料销售方式的一

32、个很好的发展趋势.它的出现将极大的方便人们购买所需要的小商品。 这种设计的结果能满足设计要求和对具体问题的效果，虽然物品的品种较少，但可以在原理论的基础上更改，输入和输出端口可以增加，以满足生活中的各类人群的需要！参考文献1 程周, 可编程序控制器原理与应用M , 北京：高等教育出版社， 2003年2 王永华, 现代电气控制及PLC 应用技术.M ,北京：北京航空航天大学出版社，2000年3 吴建强, 姜三勇, 可编程控制器原理及应用M, 哈尔滨工业大学出版社，2000年4 王兆义, 可编程序控制器教程M, 北京：机械工业出版社，2001年5 裴进灵., 新型自动售货机的研制 J ，科技情报开

33、发与经济 ， 2002年6 张万忠, 刘明芹, 电器与PLC控制技术M, 北京：化学工业出版社，2003年7 周美兰, 周封 忘岳宇, PLC电气控制与组态设计M, 北京：科学出版社，2003年8 廖常初, S7-200 PLC 基础教程M, 北京：机械工业出版社，2001年9 吴中俊, 黄永红, 可编程序控制器原理及应用M, 北京：机械工业出版社，2003年10 李艳杰. PLC原理与实用开发指南M. 北京:机械工业出版社. 2009 年11 贾德胜. PLC应用开发实用子程序M. 北京:人民邮电出版社.

34、0;2007 年12 王雯隽自动售货机的设计与实现J微型电脑应用. 2005年13 裴进灵一种新型自动售货机的研制J科技情报开发与经济. 2003年 14 刘小春、华满香. PLC控制系统设计与维护M. 北京:高等教育出版社. 2008  年15 王雯隽自动售货机的设计与实现J微型电脑应用. 2005年16 郑大宇自动售货机送出机构的设计及优化N 黑龙江商学院学报. 2000年 17 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术M. 北京:北京航空航天大学出版社. 2008 年18 王雯隽自动售货机的设计与实现J微型电脑应用. 2005年19 纪鹏自动售货机结构安全机制的研究N哈尔滨商业大学学报(自然科学版). 2006年20 百丽. 自动售货机第三次零售业革命J. 电子商务.2005年21 史国生. 电气控制与可编程控制器技术M. 哈尔滨:化学工业出版社. 2010 年22 朱军. 自