基于PLC的自动售货系统设计
前言
自动售货机 是劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约，无人自动售货机作为一种必须的机器便应运而生了。
………
韩国大约有78万台自动售货机，是除了日本、美国、英国之外自动售货机使用数量最多的国家。从不同的种类来看，咖啡茶的自动售货机约占全部售货机的40%以上；另外，还有冰饮料自动售货机、听装饮料自动售货机、办公咖啡自动售货机和照片胶粘标签自动售货机、票类自动售货机、手机充电自动售货机、成人用品自动售货机、生活用品自动售货机、烟、方便面自动售货机等多种。主要的设置场所包括学校、楼房、公共机关、地铁站、公共汽车站、公园、体育场、展示场、工厂等。运营自动售货机产业的公司在全国大约有800余个，而销售自动售货机原料、商品流通、机械销售的公司大约达到了1150个。
（一级标题前空一行）
①
1 自动售货机介绍（一级标题、顶格）
1.1 自动售货机功能分析（二级标题、缩进2格）
这部分阐述了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，并介绍了自动售货机运行系统种所包括的人工操作步骤。
1.1.1 自动售货机的基本功能（三级标题、缩进4格）
在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定自动售货机本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。
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： 某售货机中有8种商品，其中01号商品（代表第一种商品）价格为2.60元，02号商品
① 自动售货机是一种无人值守的小型售货装置，常置于商场或人流密集的地方，为顾客或过路行人提供如饮料、糕点、报纸、杂志等急需小商品服务。通常要求在顾客选择所需货品并投入指定种类的全额硬币后，能自动输出相应的货品。当顾客投入的硬币总额超值时应予以差额退补；总额不足时则拒绝服务并退出硬币。对于饮料和食品还应满足顾客对热、冷的不同需求。
1
为3.50元，其余类推。现投入1个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。自动售货机的工作流程图如图1.1.1-1所示：
（ 图上方空一行）
图1.1.1-1 自动售货机工作流程图
（ 图下方空一行）
1.2 PLC的选型与工作原理
[1]﹑[2]、[4]
当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。一方面要选择多大容量的PLC ,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。
对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。
1.2.1 PLC的硬件结构图：
2
（ 图上方空一行）
图1.2.1-1 PLC硬件结构图
（ 图下方空一行）
1.2.2 PLC各部分的作用与工作原理
1.2.2.1 中央处理器 （四级标题、缩进6格）
CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，其基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下：（非标题性标注，用特殊符号）
★ 诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 ★ 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。 ★ 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。 ★ 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。
★ 应各种外部设备的工作请求。 1.2.2.2 存储器
PLC的存储器分为两大部分：
一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据；二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。
1.2.2.3 输入输出接口电路 ………………
1.2.2.6 PLC的基本工作原理
3
PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图1.2.2.6-1所示。
（ 图上方空一行）
图1.2.2.6-1 PLC的扫描全过程
（ 图下方空一行）
1.2.2.6.1 输入刷新阶段（五级标题、缩进8格）
在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。
1.2.2.6.2 程序执行阶段
在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。
1.2.2.6.3 输出刷新阶段
当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。 ………………………
由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出
4
状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。I/O端口设置见表1.2.2.6.3-1：
（ 表上方空一行）
表1.2.2.6.3-1 I/O端口设置
Dir 0 0 0 0 1 1 Attrib 0 0 1 1 0 1 Data 0 1 0 1 功能 下拉 上拉 悬浮 悬浮 反相输出 同相输出 唤醒功能 是 是 是 否 否 否 功能描述 带下拉电阻的输入管脚 带上拉电阻的输入管脚 悬浮式输入管脚 悬浮式输入管脚 Data数据位反相输出 Data数据位同相输出 （ 表下方空一行） 由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的I/O刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。…………………………………。
. .
3.2.1 价格比较过程及其程序设计
[8]
按照本课题给定的货品种类和交易方式，通过前面对于投币付款的识别与比较过程分析，可以采用梯形图给出价格比较过程的控制程序。（附录一）
. . .
（全文完）
5
附录1：价格比较过程梯形图
6
附录2：自动售货机总控制梯形图
7
参考文献：
[1] 程 周：可编程序控制器原理与应用，高等教育出版社，2006.4，P3-P7
[2] 王永华：现代电气控制及PLC 应用，北京航空航天大学出版社，2007.6, P21-P30 [3] 周美兰、周封、忘岳宇：PLC电气控制与组态设计，科学出版社，2005.2, P7-P10 [4] 吴中俊、黄永红：可编程序控制器原理及应用，机械工业出版社，2008.8 , P52-P57 [5] 张万忠、刘明芹：电器与PLC控制技术，化学工业出版社，2009.6, P31-P42 [6] 王兆义：实时服务可编程序控制器教程，机械工业出版社，2007.7, P15-P27 [7] R.T.Gratton：PLC Principles and application，Prentice-Hall Inc. 2008.5,
P135-P141
[8] 谢正友：PLC的梯形图程序设计，计算机应用技术，2008年第2期，P21－P28
8
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容