聶 虹

(福建農林大學機電工程學院，福建 福州 350002)

自動售貨機作為自助服務領域中的一員，被國內外該領域廠商不斷研究改進，并得到廣泛應用。自動售貨機是根據投入的金額自動售貨的機器，是商業(yè)自動化的常用設備，其不受時間和地點的限制，可節(jié)省人力、方便交易。傳統(tǒng)的自動售貨機控制系統(tǒng)采用單片機作為控制核心，不僅需在輸入輸出接口上做大量的工作，且系統(tǒng)的抗干擾性較差。PLC的應用面廣、功能強大、使用方便，已被廣泛應用在各種機械設備和生產過程的自動控制系統(tǒng)中［1］。自動售貨機作為完成商品零售和綜合服務的獨立設施，要求其結構必須可靠、穩(wěn)定且執(zhí)行率高。文中介紹了一種使用 PLC實現(xiàn)的自動售貨機控制系統(tǒng)的硬件和軟件設計［2－3］。

1 自動售貨機控制系統(tǒng)的控制要求

售貨機能銷售3元/瓶的可樂和5元/瓶的咖啡兩種飲料，具有金額顯示、金額累加、自動售貨、自動找零等功能，可接受1角、5角、1元共3種硬幣?？刂葡到y(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)流程圖

2 PLC選擇及硬件設計

2.1 PLC機型的選擇

該系統(tǒng)是一個小型控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關信號的數(shù)量，根據自動售貨機的控制要求，輸入點為7點，輸出點為11點，同時考慮到I/O擴展，即選擇了性價比較高的西門子的24點主機CPU224XP，其中輸入點為14點，輸出點為10點。有7個擴展模塊，配有內置時鐘，并具有更強的模擬量和高速計數(shù)處理功能。I/O擴展模塊選擇一個輸出擴展模塊EM222，其有4個相互獨立的輸出點［4］。

2.2 自動售貨機I/O點的分配

在確定PLC的機型后，即可進行該控制系統(tǒng)的硬件接口設計?？紤]到編程簡單、檢查方便和接線操作便捷等因素，文中編制了控制系統(tǒng)的輸入、輸出 I/O地址分配表，如表1所示。

表1 輸入輸出信號地址分配表

3 PLC程序設計

PLC程序設計思路如下:

(1)編寫硬幣計數(shù)程序，計算硬幣的總面值并保存。

圖2 硬幣計數(shù)程序

(2)編寫數(shù)碼管顯示程序，可顯示投入的金額。

圖3 顯示程序

(3)編寫汽水和咖啡指示燈程序，判斷金額是否充足并點亮相應的指示燈。

圖4 咖啡指示燈程序

(4)編寫售貨程序，當金額達到購買相應貨物時，可選擇物品，并且編寫指示燈點亮的時間。

圖5 售貨程序

(5)當購物完畢時，執(zhí)行找零程序。

(6)編寫報警程序，金額不足時，相應指示燈點亮報警。

(7)系統(tǒng)復位。

4 上位機監(jiān)控系統(tǒng)的設計

組態(tài)王軟件以優(yōu)越的性能、純中文界面、編程風格簡單、實時性能強且與其他應用程序交互方便、易調試等優(yōu)點，在工控領域得到了廣泛的應用［5］。該監(jiān)控系統(tǒng)采用King View 6.53工控組態(tài)軟件開發(fā)實現(xiàn)，其設計開發(fā)包括自動售貨機監(jiān)控體統(tǒng)的通信設置以及構建過程數(shù)據庫、組態(tài)監(jiān)控面設計與編程等方面的內容［6］。

4.1 設備連接

PLC與上位機通過西門子PC/PPI電纜物理連接，上位機組態(tài)王King View 6.53與下位機的PLC之間采用PPI協(xié)議實現(xiàn)通信。

4.2 設備配置

在組態(tài)王工程瀏覽器的工程目錄顯示區(qū)，選中“設備”項下PLC與上位計算機所接連的串口(COM1或COM2)，在右側雙擊“新建”圖標，在彈出“設備配置向導”對話框上設置各項參數(shù)，包括設備(PLC)、生產廠家(西門子)、通信方式(PPI)、設備名稱(COM1)、設備地址(2)以及通信參數(shù)。

4.3 構建數(shù)據庫

數(shù)據庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分［7］，圖形界面系統(tǒng)、I/O驅動程序等組件均以數(shù)據庫為核心，相互通信、共享數(shù)據，是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。在組態(tài)王中，書庫中變量的集合被稱為“數(shù)據詞典”，其記錄了所有用戶可使用的數(shù)據變量詳細信息，如圖6所示。

圖6 數(shù)據變量列表圖

4.4 售貨機監(jiān)控畫面的設計

監(jiān)控畫面有:金額顯示、金額總數(shù)顯示、金額≥3元可購買汽水的顯示、金額≥5元的顯示、金額不足報警顯示、購買汽水按鈕、購買咖啡按鈕、汽水已售顯示以及咖啡已售顯示等。

圖7 監(jiān)控界面

5 運行和調試

將設計好的PLC程序下載并且運行，打開組態(tài)王并啟動運行系統(tǒng)Touchvew，對組態(tài)王系統(tǒng)進行調試。調試時假設出現(xiàn)異常情況，如變量設置錯誤、對象參數(shù)設置錯誤、動畫連接錯誤等。經過多次測試，系統(tǒng)運行正常，動畫效果良好。

［1］廖常初.S7－200 PLC編程及應用［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［2］董淑冷，茅紅偉.PLC在自動售貨機控制系統(tǒng)中的應用［J］.上海師范大學學報，2007，36(2):47 －51.

［3］趙紅梅.張軍.自動售貨機PLC控制系統(tǒng)的設計［J］.科技資訊，2009(3):37－39.

［4］魏祥禎.基于組態(tài)軟件的PLC虛擬控制裝置開發(fā)［J］.閩西職業(yè)技術學院學報，2006(1):126－128.

［5］練偉新.基于PLC的自動售貨機電控系統(tǒng)改造［J］.電氣時代，2006(7):94－95.

［6］陳勇.基于組態(tài)控制技術的PLC實驗開發(fā)［J］.中國科技信息，2007(24):24－25.

［7］覃貴禮.組態(tài)軟件控制技術［M］.北京:北京理工大學出版社，2007.