自動(dòng)售貨機(jī)中的PLC控制系統(tǒng)的研究

凌盛成

(浙江杭鉆機(jī)械制造股份有限公司，浙江 杭州 310020)

1 引言

自動(dòng)售貨機(jī)是一種自動(dòng)化服務(wù)設(shè)備，可以為市民提供全天候不間斷的商業(yè)零售服務(wù)。銷售商品種類從最初單一的飲料、香煙等到現(xiàn)在琳瑯滿目的日常用品，因此深受市民們的喜愛。隨著自動(dòng)售貨機(jī)功能的日益豐富，其對(duì)核心控制系統(tǒng)的運(yùn)算速度、可靠性要求更高。相比傳統(tǒng)自動(dòng)售貨機(jī)采用單片機(jī)作為核心控制系統(tǒng)，PLC作為通用工業(yè)控制裝置具有性能高、可靠性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，更加適合在公共場(chǎng)合的復(fù)雜環(huán)境下使用。

2 PLC工作原理及系統(tǒng)功能需求分析

PLC系統(tǒng)主要組成部分包括CPU、編程器、I/O接口、存儲(chǔ)器等。與計(jì)算機(jī)采用“待命和中斷”的工作方式不同，PLC采用是“順序掃描，不斷循環(huán)”對(duì)外界輸入信號(hào)集中處理，任務(wù)調(diào)度配置和子程序調(diào)用運(yùn)行都通過系統(tǒng)循環(huán)掃描來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)子程序處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)不再接受輸入端信號(hào)，下次循環(huán)掃描才讀取新狀態(tài)。整個(gè)循環(huán)流程包括集中讀取信號(hào)階段、任務(wù)程序運(yùn)行階段和系統(tǒng)集中刷新階段，其中集中讀取信號(hào)階段，CPU采集所有輸入狀態(tài)并保存，然后停止輸入信號(hào)，進(jìn)入下一階段。在任務(wù)程序運(yùn)行階段，逐條運(yùn)行子程序，并保存邏輯運(yùn)算結(jié)果。在系統(tǒng)集中刷新階段，將運(yùn)算結(jié)果輸出，驅(qū)動(dòng)外部元件實(shí)現(xiàn)功能的操作。

為了保證自動(dòng)售貨機(jī)提供便捷的服務(wù)，PLC控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)可以識(shí)別5角、一元的硬幣和五元、十元的紙幣，并在每一次投幣后由7段數(shù)碼管上顯示已經(jīng)投入的總金額數(shù)目。

(2)當(dāng)金額值大于或等于某件商品的價(jià)格時(shí)，則其對(duì)應(yīng)指示燈顯示可銷售。否則指示燈顯示不可銷售。同樣，當(dāng)商品售空時(shí)，也顯示不可售狀態(tài)。

(3)顧客選中某件商品時(shí)，判斷余額值。若余額值為正，自動(dòng)售貨機(jī)排出商品，并判斷余額是否足夠購(gòu)買其他商品，并修改商品對(duì)相應(yīng)的指示燈的狀態(tài)。

(4)顧客購(gòu)買完商品或者放棄購(gòu)買，點(diǎn)擊退款鍵，自動(dòng)售貨機(jī)將余額退出。

(5)顧客每次操作時(shí)間間隔大于規(guī)定時(shí)間則取消這次交易，并退回全部余額。

3 系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

3.1 PLC 系統(tǒng)配置

PLC系統(tǒng)配置主要包括I/O接口、定時(shí)器、數(shù)學(xué)運(yùn)算指令的配置。I/O接口是PLC與系統(tǒng)按鈕連接部件，是PLC接收和發(fā)送各種數(shù)據(jù)的通道。配置I/O接口即匹配按鈕與PLC元件的一一對(duì)應(yīng)。定時(shí)器與繼電器控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器功能相似，為PLC提供常開常閉的延時(shí)觸點(diǎn)。定時(shí)器具有斷電復(fù)位的特性，其值設(shè)定為10INT，則其允許的最大值為32767。數(shù)學(xué)運(yùn)算指令可以完成系統(tǒng)整數(shù)、雙整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的加、減、乘、除指令。

3.2 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過對(duì)系統(tǒng)功能需求分析，整個(gè)PLC功能實(shí)現(xiàn)以模塊化的方式設(shè)計(jì)：

(1)系統(tǒng)初始化功能模塊。系統(tǒng)初始化包括硬件初始化和軟件初始化，其中，硬件初始化實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件設(shè)備中編程器、I/O接口等資源設(shè)為默認(rèn)狀態(tài)。軟件初始化包括標(biāo)志位、狀態(tài)參數(shù)、寄存器初始化。

(2)人民幣的辨識(shí)功能模塊。顧客每次投幣，識(shí)別傳感器將人民幣的面額和真?zhèn)涡畔l(fā)送給PLC，并人民幣的數(shù)額相加計(jì)算并保存。

(3)系統(tǒng)顯示功能模塊。系統(tǒng)顯示包括指示燈、7段數(shù)碼管顯示。指示燈顯示商品是否處于可購(gòu)買狀態(tài)，7段數(shù)碼管將顧客投入總金額數(shù)目顯示給顧客。

(4)價(jià)格比較功能模塊。投幣完成后，系統(tǒng)會(huì)將在余額中錢幣數(shù)據(jù)和可以購(gòu)買的飲料價(jià)格進(jìn)行區(qū)間比較，判斷商品是否滿足可購(gòu)買狀態(tài)，并計(jì)算余額值。

(5)商品選擇功能模塊。可以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)一件或多件物品的選擇，當(dāng)顧客選擇的商品滿足購(gòu)買條件時(shí)，將商品售出。

(6)退幣功能模塊。顧客購(gòu)買完商品或者放棄購(gòu)買時(shí)，PLC讀取保存的寄存器余額，并且依據(jù)結(jié)果控制外圍電動(dòng)機(jī)將硬幣退給顧客。

(7)報(bào)警功能模塊。當(dāng)有清倉(cāng)狀態(tài)或者有假幣投入、意外擊打撞擊情況出現(xiàn)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)將會(huì)出現(xiàn)發(fā)出蜂鳴聲報(bào)警。

3.3 PLC系統(tǒng)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性，可以采用PLC編程軟件的模擬運(yùn)行功能。通過將梯形圖程序編譯導(dǎo)出，在仿真軟件中把導(dǎo)出的ASCLL文件導(dǎo)入仿真軟件，開啟仿真軟件就可以仿真。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。將PLC應(yīng)用到自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)中，采用簡(jiǎn)單梯形圖、邏輯圖就可以實(shí)現(xiàn)軟件編程，PLC系統(tǒng)具有的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試便捷，自動(dòng)售貨機(jī)發(fā)生故障問題時(shí)，一般只需修正軟件程序就可以解決。當(dāng)系統(tǒng)需要對(duì)出售物品種類升級(jí)時(shí)，只需要對(duì)在PLC控制系統(tǒng)的硬件增加相應(yīng)的輸入信號(hào)，其硬件的原有接線不需要改變。PLC穩(wěn)定性高、故障率，具有良好的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的公共場(chǎng)合的復(fù)雜環(huán)境下，是現(xiàn)有可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。

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