售货机论文终版

西华大学毕业设计说明书基于 S7-300 的自动售货机售卖部分控制设计摘要：本设计是基于西门子 S7-300PLC 的自动售货机售卖系统的设计。文章阐述了自动售货机的历史和未来的发展趋势；在了解并完善了自动售货机的功能之后对其售卖系统设计方案进行了论证。另外，还对西门子 S7-300PLC 的基本组成、工作方式和工作特点做了较为详细的介绍，之后对系统的的部分硬件做了设计和介绍；最后采用了西门子 S7-300PLC 专用编程软件 STEP7 进行了售货机售卖系统的梯形图编写，编写完成后借助仿真软件 PLCSIM 进行调试和仿真，最终实现并完善了自动售货机的功能，使之能够可靠稳定地运行。关键词：PLC，自动售货机，梯形图，仿真Abstract: This design is the design of the vending machine Siemens sale system based on S7-300PLC. This paper expounds the history and the future development trend of the vending machine; in the understanding and improve the function of the vending machine to the sale system design scheme is demonstrated. In addition, the Siemens S7-300PLC basic composition, working mode and characteristics are introduced in detail, then part of the hardware system and the design of done; by the end of the special programming software S7-300PLC STEP7 was Siemens ladder vending system vending machine to write, write after the completion of the simulation software PLCSIM debugging and simulation, finally realize and improve the function of the vending machine, which can work stably.Keywords: PLC, Vending machine, Ladder diagram，Simulation西华大学毕业设计说明书目 录1 前言 .11.1 引言 .11.2 自动售货机的历史及发展趋势 .11.3 设计概述 .22 总体方案设计 .42.1 方案一 .42.2 方案二 .42.3 方案论证选择 .53 系统硬件结构介绍与设计 .63.1 PLC 介绍 .63.1.1PLC 的工作原理 .63.1.2 PLC 控制系统的设计步骤 .73.2 西门子 S7-300 PLC.93.3 系统功能模块介绍与设计 .93.3.1 钱币识别 .103.3.2 数码显示 .103.3.3 商品送出机构 .113.4 系统端口分配及硬件接线 .114 系统软件设计 .144.1 编程环境介绍 .144.2 控制流程 .144.3 程序设计 .154.3.1 计币部分 .154.3.2 比较部分 .174.3.3 商品选择出货部分 .174.3.4 退币部分 .184.3.5 其他辅助功能 .215 系统仿真调试及 HMI 界面设计 .235.1 仿真软件介绍 .235.2 仿真过程 .235.2.1 投币过程仿真 .235.2.2 选择过 程仿真 .255.2.3 退币过程仿真 .265.3 HMI 界面设计 .286 结论与体会 .307 谢辞 .318 参考文献 .32附录 1：梯形图 .33附录 2：外文资料翻译 .49西华大学毕业设计说明书第 1 页1 前言1.1 引言自动售货机是可完成无人自动售货，集光、机、电一体化的商业设备，它使用方便，应用场合较广并且可以 24 小时营业，是一种全新的商业零售模式。近年来，国内的自动售货机行业发展迅速：在车站、地铁、景区等地区都可以看到自动售货机的身影；这种新兴的购物方式不仅给人们带来了方便，同时也是一个城市现代化的标志之一。自动售货机主要组成有钱币处理、购买提示信息、在售商品处理等部分构成。其中，钱币处理是主要部分，其功能是识别投入钱币的真伪，根据面额分选钱币，累加面额。如果投入的面额总值达到相应商品的价格即提示可购买，对应指示灯亮。在售商品处理装置主要是推出储存商品，当有购买信号且购买金额满足条件时，自动将所选商品推出。从供给的条件看，自动售货机可以极大地缓解了人力资源不足的情况，而且还可以降低商品售卖的人力成本，全天候的营业模式更是可以有效增加营业收入。因此，运营成本的降低，使用灵活是其最大的优势，也是自动售货机发展迅速的主要原因。1.2 自动售货机的历史及发展趋势历史上最早的自动售货机可以追溯到公元 1 世纪，那时，希腊人制造出了简易的售货机用于出售圣水；1925 年美国研制出的自动售货机，这种自动售货机一开始只用于出售香烟，随后随着改进，又开始用于出售车票等。现代化的自动售货机的分类、组成等主要是随着售卖物品的不同而不同，有零食、饮料等自动售货机。70 年代以来，自动售货机又开始采用了当时的较为先进的微机控制方式和使用信用卡进行购买支付的新型支付手段；随着计算机网络通信的发展，利用网络通信连接的售货系统应用已经越来越广泛，如车票联网售卖、银行自动取款机等。自动售货机 20 世纪 70 年代自日本和欧美发展起来。在日本，有超过 70%的罐装饮料出售是通过自动售货机完成的。美国著名饮料商可口可乐公司的自动售货机在全球就有约 50 万台。日本的自动售货机运用最为普遍（总共 550 万台），庞大的自动售货机应用规模每年的营业额都占全球第一。顾客只需在售货机的控制面板进行操作，当投币完成后，选择商品和购买的数量，系统便将商品送到出货处。自动售货机可售卖的商品种类繁多，人们甚至可以从食品自动售货机上买到热呼呼的面条和米饭团。可以说，一个国家自动售货机应用的规模在一定程度上直接体现了该国工业自动化的发展程度。自动售货机的普遍应用是劳动密集型的产业结构向技术密集型产业结构转变的标志之一。自动售货机的发展正在走向智能化并进一步实现节能环保化。例如通过网络西华大学毕业设计说明书第 2 页通信，利用网络通信线路将各自动售货机网点内的各种商品销售情况等信息有效及时地送入各营业点的管理中心，从而方便了管理人员及时了解售卖情况并统筹规划。并且，出于对自动售货机使用成本及环境保护等因素的考虑，因此节能型的自动售货机已经成为了该产业发展的一个新方向。尤其是自动售货机的冷藏节能功能在夏季电能消费高峰时，冷藏一段时间后即使关闭这种节能型的自动售货机的冷藏功能后也能在相当长的一段时间内保持住内部的低温，从节能的角度来看，它可以减少 1015%的电能消耗。在未来，自动售货机也将继续朝着进一步的节能和环保以及功能多样化的方向发展。随着科技的进步发展，自动化技术将在我们的生产生活中发挥着越来越重要的作用；我们也将会看到更多的自动化设备进入我们的生产生活中，带来方便；在这个发展迅速的趋势下，我们也看到了自动售货机应用的广阔前景。1.3 设计概述本次设计的目的是设计一个功能完善的自动售货机系统。首先熟悉掌握设计平台S7-300PLC，对其功能、结构组成、工作方式等作较为深入的学习；掌握设计中所需的运算指令、功能模块调用等。其后要明确自动售货机的工作模式以便确定控制方案及结构。在掌握基本知识和对自动售货机功能的分析后，编写相应的控制梯形图，然后通过不断地修改完善，运用专业的仿真软件模拟程序在真实的 PLC 中的运行情况，对不足之处再做修改完善，最后设计 HMI 界面，使设计工作最终达到要求，并具有现实运用的意义。参照自动售货机的功能，具体设计要求如下：（1）此自动售货机可以分别投入一元的硬币，5 或 10 元纸币，投币过程中根据投币的数量 LED 显示投入的金额；售卖的商品价格不超过 9 元，所有商品价格均为整数；（2）本售货机允许投入的最大金额不超过 20 元，当投币超限时，投币指示灯亮，对应内部开关动作，关闭投币口；（3）当顾客投币完成后，在系统的计时时间（1 分钟）到后仍无任何操作，自动售货机将自动退钱；（4）当累计投入的钱币总额大于或等于商品价值时，对应的商品可购买提示绿灯亮；（5）当商品对应的可购买指示绿灯亮时，按下该商品购买键，金额 LED 指示将显示购买后余额，推出该商品，同时此商品绿提示灯闪烁 5 秒；（6）当系统检测到顾客购买完商品后且有余额，即开始 25s 定时，定时到后自动找零并清零 LED 显示。（7）当顾客已经投入钱币后却又不想购买商品，可按下找零按键，自动售货机会自动找出相应金额，金额 LED 显示清零；（8）当内部某商品缺货时，该商品的内部开关动作，该商品的缺货指示红灯亮，即使西华大学毕业设计说明书第 3 页按下购买键也无法购买；（不出商品，不减余额） ；（9）如果顾客投入钱币总值低于所选物品的价值时，顾客按下按钮也无法购买（不出物品，不减余额） ；（10）当投币器存储数量超限后，对应内部开关动作，对应投币口指示灯亮红灯；（11）当内部存储器检测到无零钱时，则无法购买商品，投币指示灯亮，对应内部开关动作，关闭投币口；（12）该售货机可以出统计一天内售出各类商品总数。西华大学毕业设计说明书第 4 页2 总体方案设计自动售货机的设计方案是参照现实生活中的自动售货机的基本功能，并且将这些功能再做细化分类，按功能作用将其功能分为几个子系统，在明确了各个系统的工作方式和工作原理后，用梯形图编程加以实现，最终系统联调，完成设计。2.1 方案一该方案控制流程如图 2.1 所示，系统由投币显示系统、商品选择比较系统、出货系统、退币系统等组成；工作方式为通过不断检测是否有投币，如有便累加投币总额，驱动指示灯，选择商品后判断总额是否足够，若足够，则计算余额，推出商品，若不足，则继续检测投币；之后进入找零系统，该系统分为计时找零和手动找零，最终完成一个购买过程。 无 是否 按键找零有 20s 定时到有小于 大于图 2.1 方案一控制流程方框图2.2 方案二该方案控制流程如图 2.2 所示，首先检测是否有顾客购买商品（即是否有商品选择按键按下） ，如果检测到有，则进入投币检测系统并开始投币计时，若在规定时间内检测到投入金额足够，便推出商品，计算余额，若在规定时间内未达所需金额，也会自动退钱，并返回初始状态。初始状态检测是否有投币显示投币总额，驱动对应商品指示灯按下对应商品选择按钮比较投币总额与所选商品价格是否有余额？找零退余额？推出商品计算余额返回显示西华大学毕业设计说明书第 5 页计时 计时或手动找零否 到小于大于图 2.2 方案二制流程方框图2.3 方案论证选择方案一：方案一工作方式是在顾客投币结束后，系统通过比较的方式，确定能够购买物品的信息后通过指示灯反馈给顾客，顾客根据需求购买，之后可由顾客自主选择继续还是交易完成。方案二：方案二工作方式是一开始，系统不断检测是否有顾客选择了商品，如果检测到，便提示顾客投币，进入计时投币状态，顾客需要在计时内完成投币，否则返回初始，若在计时内达到所需金额，推出商品，计算余额，交易完成。方案选择：两种方案都能够实现自动售货机的售卖功能，但是方案二在控制方式上有一些不足之处，比如系统是通过不断地检测选择按键是否按下来判断是否进入下一状态，这种方式虽然可以实现，但是不太符合日常生活中人们的购买习惯；而且这种方式较易受到外界干扰，可靠性降低，使售货机的工作效率下降。方案一比较起来，顾客先投币，再根据可买信息确定购买物品，这样使自动售货机更具效率，也符合日常生活中人们的操作习惯；由以上分析可知，两种方案随可实现，但是方案一的控制逻辑更为清晰，功能在 PLC 上实现起来也比较容易，因此选择方案一。初 始 状 态检测是否有选择商品选 择 且 有 商 品 计时投币 推出商品计算余额找 零有余额无余额返回检测返回初始西华大学毕业设计说明书第 6 页3 系统硬件结构介绍与设计3.1 PLC 介绍PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller） ，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 具有通用性强、灵活性好、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、安装简单等优点。PLC 结构框图如图 3.1 所示。图 3.1 PLC 的基本结构框图随着自动化技术、计算机技术及网络通信技术的迅速发展，PLC 的功能日益增多。它不仅能实现单机控制，而且能实现多机群控制；不仅能实现逻辑控制，还能实现过程控制、运动控制和数据处理等。3.1.1PLC 的工作原理PLC 的工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新阶段。PLC 以扫描的工作方式将所有的输入信号读入到输出映像寄存器中存储。用户程序执行时按从上到下，从左到右的顺序扫描每条指令，并分别从输入映像寄存器和输出映像寄存器所获得的所需数据进行运算、处理，再将程序执行结果写入输出映像寄存器。PLC 的工作过程如图 3.2所示。PLC 是在系统软件的控制和指挥下，采用循环顺序扫描的方式工作的，其工作过程西华大学毕业设计说明书第 7 页就是程序的执行过程，它分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。现场 读信号 读 受控写 元件输入 输出采样 刷新图 3.2 PLC 工作过程（1）输入采样阶段。在输入采样阶段，PLC 用扫描方式，把所有输入端的外部输入信号的通/断状态一次写入到输入映像寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，在程序执行阶段或输出阶段，输入映像寄存器与外界隔离，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的内容也不会随之改变。输入信号变化了的状态，只能在下一个扫描周期的输入采样阶段才被读入。（2）程序执行阶段。在程序执行阶段，PLC 逐条解释和执行程序。若是梯形图程序，则按先上后下、先左后右的顺序进行扫描。若遇到跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。在顺