基于PLC及組態王的自動售貨機監控系統設計

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，是商業自動化的常用設備，其不受時間和地點的限制，可節省人力、方便交易。傳統的自動售貨機控制系統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、穩定且執行率高。文中介紹了一種使用 PLC實現的自動售貨機控制系統的硬件和軟件設計［2－3］。

1 自動售貨機控制系統的控制要求

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。控制系統流程如圖1所示。

圖1 控制系統流程圖

2 PLC選擇及硬件設計

2.1 PLC機型的選擇

該系統是一個小型控制系統，PLC選型主要取決于控制系統輸入、輸出開關信號的數量，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的硬件接口設計。考慮到編程簡單、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)編寫硬幣計數程序，計算硬幣的總面值并保存。

圖2 硬幣計數程序

(2)編寫數碼管顯示程序，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)系統復位。

4 上位機監控系統的設計

組態王軟件以優越的性能、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、易調試等優點，在工控領域得到了廣泛的應用［5］。該監控系統采用King View 6.53工控組態軟件開發實現，其設計開發包括自動售貨機監控體統的通信設置以及構建過程數據庫、組態監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，上位機組態王King View 6.53與下位機的PLC之間采用PPI協議實現通信。

4.2 設備配置

在組態王工程瀏覽器的工程目錄顯示區，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，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。

4.3 構建數據庫

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

圖6 數據變量列表圖

4.4 售貨機監控畫面的設計

監控畫面有:金額顯示、金額總數顯示、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，打開組態王并啟動運行系統Touchvew，對組態王系統進行調試。調試時假設出現異常情況，如變量設置錯誤、對象參數設置錯誤、動畫連接錯誤等。經過多次測試，系統運行正常，動畫效果良好。

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

［2］董淑冷，茅紅偉.PLC在自動售貨機控制系統中的應用［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控制系統的設計［J］.科技資訊，2009(3):37－39.

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

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

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

［7］覃貴禮.組態軟件控制技術［M］.北京:北京理工大學出版社，2007.