自动售货机中的PLC控制系统的研究

凌盛成

(浙江杭钻机械制造股份有限公司，浙江 杭州 310020)

1 引言

自动售货机是一种自动化服务设备，可以为市民提供全天候不间断的商业零售服务。销售商品种类从最初单一的饮料、香烟等到现在琳琅满目的日常用品，因此深受市民们的喜爱。随着自动售货机功能的日益丰富，其对核心控制系统的运算速度、可靠性要求更高。相比传统自动售货机采用单片机作为核心控制系统，PLC作为通用工业控制装置具有性能高、可靠性强、维护简单等优势，更加适合在公共场合的复杂环境下使用。

2 PLC工作原理及系统功能需求分析

PLC系统主要组成部分包括CPU、编程器、I/O接口、存储器等。与计算机采用“待命和中断”的工作方式不同，PLC采用是“顺序扫描，不断循环”对外界输入信号集中处理，任务调度配置和子程序调用运行都通过系统循环扫描来实现。当子程序处于运行状态时不再接受输入端信号，下次循环扫描才读取新状态。整个循环流程包括集中读取信号阶段、任务程序运行阶段和系统集中刷新阶段，其中集中读取信号阶段，CPU采集所有输入状态并保存，然后停止输入信号，进入下一阶段。在任务程序运行阶段，逐条运行子程序，并保存逻辑运算结果。在系统集中刷新阶段，将运算结果输出，驱动外部元件实现功能的操作。

为了保证自动售货机提供便捷的服务，PLC控制系统需要实现以下功能：

(1)可以识别5角、一元的硬币和五元、十元的纸币，并在每一次投币后由7段数码管上显示已经投入的总金额数目。

(2)当金额值大于或等于某件商品的价格时，则其对应指示灯显示可销售。否则指示灯显示不可销售。同样，当商品售空时，也显示不可售状态。

(3)顾客选中某件商品时，判断余额值。若余额值为正，自动售货机排出商品，并判断余额是否足够购买其他商品，并修改商品对相应的指示灯的状态。

(4)顾客购买完商品或者放弃购买，点击退款键，自动售货机将余额退出。

(5)顾客每次操作时间间隔大于规定时间则取消这次交易，并退回全部余额。

3 系统研究与实现

3.1 PLC 系统配置

PLC系统配置主要包括I/O接口、定时器、数学运算指令的配置。I/O接口是PLC与系统按钮连接部件，是PLC接收和发送各种数据的通道。配置I/O接口即匹配按钮与PLC元件的一一对应。定时器与继电器控制系统的时间继电器功能相似，为PLC提供常开常闭的延时触点。定时器具有断电复位的特性，其值设定为10INT，则其允许的最大值为32767。数学运算指令可以完成系统整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令。

3.2 PLC 系统设计

通过对系统功能需求分析，整个PLC功能实现以模块化的方式设计：

(1)系统初始化功能模块。系统初始化包括硬件初始化和软件初始化，其中，硬件初始化实现了对硬件设备中编程器、I/O接口等资源设为默认状态。软件初始化包括标志位、状态参数、寄存器初始化。

(2)人民币的辨识功能模块。顾客每次投币，识别传感器将人民币的面额和真伪信息发送给PLC，并人民币的数额相加计算并保存。

(3)系统显示功能模块。系统显示包括指示灯、7段数码管显示。指示灯显示商品是否处于可购买状态，7段数码管将顾客投入总金额数目显示给顾客。

(4)价格比较功能模块。投币完成后，系统会将在余额中钱币数据和可以购买的饮料价格进行区间比较，判断商品是否满足可购买状态，并计算余额值。

(5)商品选择功能模块。可以实现用户对一件或多件物品的选择，当顾客选择的商品满足购买条件时，将商品售出。

(6)退币功能模块。顾客购买完商品或者放弃购买时，PLC读取保存的寄存器余额，并且依据结果控制外围电动机将硬币退给顾客。

(7)报警功能模块。当有清仓状态或者有假币投入、意外击打撞击情况出现时，自动售货机将会出现发出蜂鸣声报警。

3.3 PLC系统验证

为了验证系统的可行性，可以采用PLC编程软件的模拟运行功能。通过将梯形图程序编译导出，在仿真软件中把导出的ASCLL文件导入仿真软件，开启仿真软件就可以仿真。

4 结束语

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。将PLC应用到自动售货机控制系统中，采用简单梯形图、逻辑图就可以实现软件编程，PLC系统具有的设计、安装、调试便捷，自动售货机发生故障问题时，一般只需修正软件程序就可以解决。当系统需要对出售物品种类升级时，只需要对在PLC控制系统的硬件增加相应的输入信号，其硬件的原有接线不需要改变。PLC稳定性高、故障率，具有良好的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的公共场合的复杂环境下，是现有可靠的工业控制设备之一。

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