基于PLC的自動售貨機控制系統教學設計

張巧　梁晶　王彥志

摘要：為了讓學生更好的學習PLC，使抽象的程序控制得以實物實現，滿足教學需要，根據自動售貨機的控制要求，利用西門子S7-200 smart可編程控制器實現自動售貨機的模擬控制系統，通過實踐，實現了自動售貨機的控制功能，達到實踐教學的目的。

關鍵詞：自動售貨機；PLC；控制；程序

目前，我們在小區、生活廣場、車站等地方經常看到零售礦泉水、盒裝方便面……的自動售貨機，通過售貨機面板提示，顧客可以自行完成購物，且不受時間限制。自動售貨機給人們帶來了極大的方便，同時也在很大程度上提升了人們購買商品的體驗。若自動售貨機控制系統以PLC作為控制核心，和以往的單片機控制核心相比較，不但可提高系統的可靠性，還使編程簡單，系統后期維護方便。

自動售貨機具有顯示投幣金額、投幣計數、找零等功能，所以常被作為PLC數值運算教學中的典型實例，為了讓學生更好的學習PLC，使抽象的程序控制得以實物實現，方便教師教學，本文介紹了一種使用西門子PLC實現的自動售貨機的模擬控制系統，包括售貨機的功能、模擬掛箱的構成、控制原理等，并通過實驗驗證了系統的可行性。

1.自動售貨機的控制要求

（1）自動售貨機可投入1元、5元、10元三種貨幣（用3個按鈕模擬），投幣后在8段數碼管上顯示投幣金額；

（2）能夠銷售1元/瓶的水和3元/瓶的可樂；

（3）當投入的錢幣總值等于或大于1元時，水按鈕指示燈亮；當投入的紙幣總值等于或大于3元時水和可樂按鈕指示燈均亮；

（4）按下水或可樂按鈕后，分別在水或可樂出口處推出相應物品（用2個指示燈模擬），等待購買者拿走；

（5）購買者成功購買后，貨幣指示處顯示余額，這時還可繼續購買，如果貨幣不足，可再次投幣，投幣總值=余額+第二次投幣+ … …；若按下找零按鈕后，可退出多余的錢。

2.自動售貨機的控制原理

以一次交易過程為例，自動售貨機控制原理為：假設投幣5元，投入后貨幣指示處的八段數碼管顯示數字“5”表示投幣5元，水和可樂指示燈均亮，說明這兩種物品都可以購買，按下“可樂”按鈕后，在可樂出口處售出一瓶可樂。售出可樂后系統進行計算（投入貨幣5元-一瓶可樂的錢數3元），計算結果“2”顯示在八段數碼管上，表示剩余2元，這時如果按下“找零”按鈕，則在找零處退出2元（用指示燈表示），且貨幣指示處顯示“0”；若不進行找零操作，而按下“水”按鈕，會在水的出口處售出一瓶礦泉水，用指示燈模擬，售出水后系統再次進行計算（剩余的2元-一瓶水的錢數1元），計算的結果“1”顯示在八段數碼管上，按下找零按鈕，退出1元，用指示燈模擬，且貨幣指示處顯示“0”。

3.PLC簡介

可編程控制器（PLC）是以微處理器為基礎，結合了計算機技術、自動控制技術和通信技術而發展起來的一種新型、通用工業自動控制裝置。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程[1]。具有可靠性高、操作方便、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列優點[1]，在自動控制的各個領域得到廣泛應用。本系統中PLC采用西門子S7-200 SMART型號實現。

4.自動售貨機PLC程序設計

4.1 PLC的I/O口定義

根據PLC的型號對該控制系統的I/O口進行定義，定義的原則為編程、接線、檢查方便。輸入端口為投幣1元、5元、10元的模擬按鈕，水按鈕、可樂按鈕和找零按鈕；輸出端口為貨幣顯示、水的指示燈、可樂的指示燈、水出口、可樂出口和找零出口，共6個輸入點，6個輸出點。

4.2 程序設計

系統程序設計包括投幣計算總金額、判斷金額是否滿足購買水或可樂、找零等程序，系統控制流程如圖1所示。

（1）投幣計數。每投一次貨幣，通過按鈕把信號傳遞到PLC，并把投入的貨幣金額進行求和計算，計算結果保存到變量存儲區VW0中。

（2）錢數比較。如果VW0中的數值大于或等于商品價錢時，對應的商品指示燈亮，表示可以購買該商品。

（3）購買水和可樂過程。按下亮燈所對應的水或可樂按鈕，水或可樂出口處指示燈亮，表示系統售出購買的商品。

（4）找零。找零操作有兩種情況。一種情況是買完水或可樂之后，系統將計算出多余的錢，按下找零按鈕后找零指示燈亮，表示退出多余的錢。另一種情況是投幣后不想買了，按下找零按鈕，找零指示燈亮，系統退出投入的錢幣。

4.3 安裝、調試

（1）根據系統的I/O口定義完成接線，并檢查，確認接線正確；

（2）根據自動售貨機的控制要求編寫梯形圖程序，并將程序下載到PLC，監控程序運行狀態。

（3）進行系統調試，直至最大限度地滿足系統的控制要求為止。

5.結束語

PLC這門課程實踐性很強，通過自動售貨機的實訓，不但讓學生掌握了課程內容，還激發了大家的學習興趣。該自動售貨機控制系統實現了售貨機的主要功能，學生充分掌握了PLC編程特點，提高了課堂教學效果。

參考文獻：

[1]李海波，徐瑾瑜. PLC應用技術項目化教程（S7-200）.北京：機械工業出版社，2012.

[2]陶權，韋瑞錄. PLC控制系統設計、安裝與調試. 北京：北京理工大學出版社，2014.

[3]徐國林.PLC應用技術.北京：機械工業出版社，2007.