基于PLC1200多功能售卖一体机设计

第2章系统工艺分析以及总体控制方案2.1多功能售卖一体机的系统工艺分析本设计的多功能售卖一体机可以识别三种钱币，分别是1元、5元，采用两个按键进行模拟。多功能售卖一体机一共可以出售四种物品，分别是矿泉水、冰红茶、可乐、脉动，价格分别为2元、3元、4元和5元。当投入的钱币数大于或等于货物价格且贩卖机里有这种货物时，指示灯长亮，表示可以购买此物品，四种货物分别用四个指示灯代替来进行模拟。除此之外，本设计还涉及了显示、退币、货物供应、故障报警等功能的实现，其中显示功能用数码管进行显示，显示投入钱币的总数和购买后的余额以及货物剩余数量；当按下退币按键后，数码管显示进行清零，多功能售卖一体机则要进行退币操作，退回剩余的钱币，并在程序中清零，完成此次交易。货物供应部分采用电机推动进行模拟，选择货物后将货物依次送到下方的货物出口处。当出现故障时多功能售卖一体机发出报警，故障主要包括内存货物不足，内部电路损坏和退币键失灵等。由上述各功能来看，多功能售卖一体机进行一次交易涉及到了加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的运送来实现完整的一个自动贩卖、退币功能。可把多功能售卖一体机工作过程分为4个状态：初始状态、投币状态、购买状态、退币状态2.2多功能售卖一体机的总体控制方案在多功能售卖一体机控制系统中，各种硬件设备与PLC连接，当硬币识别器，纸币识别器对钱币识别后给PLC一个信号，PLC部进行货币的加数计算。通过各种按钮进行购买，退币的控制。当购买商品时，按下商品选择按钮，PLC输出指令通过接触器控制电机进行商品的出货、退币。该多功能售卖一体机可靠性强,使用方便,对投入的钱币有自动识别真伪功能,并能对投入的钱进行累计,根据投入的钱币选择商品,当商品缺货时对应的缺货指示灯亮,交易结束进行自动找零。系统主要包括钱银辨认器、操控器、温度调节模块、PLC。多功能售卖模块通过PLC控制送出指定货物。用户端通过操控器发送信息给多功能售卖系统。多功能售卖一体机向用户反馈语音信息、通过投入投币后出货。显示屏显示货物库存和用户购买信息。温度调节模块：自动调节售货机内温度。电加热玻璃除雾提供清晰购物。红外掉货检测是否正常出货出货失败自动退款。总体控制方案图2-1所示。图2-1总体控制方案流程图

第3章多功能售卖一体机的系统硬件设计3.1多功能售卖一体机的硬件选型PLC全称为可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，其硬件主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中CPU是PLC的核心，输入单元和输出单元是CPU与现场输入、输出设备之间的接口电路，通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备。本次设计的多功能售卖一体机采用西门子S7-1200作为自动贩卖控制系统。因为它的种类很多、模块丰富、指令功能强大、编程简单、使用方便、安装接线方便。CPU选为224，集成14输入和10输出一共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点。16K字节程序和数据存储空间，完全适合本设计。图3-1PLC控制系统图图3-2PLC外形图根据多功能售卖一体机的功能要求，对PLC进行模块化设计(1)系统初始化功能模块。每当发生一次交易时系统都要进行一定的初始化以方便再次购买。(2)货币的辨识功能模块。当有货币投入时，通过货币识别模块进行对货币的识别，当识别通过后会给PLC发送指令通过累计器对钱币计数。(3)系统显示功能模块。通过系统显示模块来识别投入的钱币是否能够购买某种商品，和商品是否缺货无法购买。(4)价格比较功能模块。通过价格比较模块来比较投入的货币是否能达到购买某种商品。(5)商品选择功能模块。多功能售卖一体机售有4种产品,分别为1元的纯净水、2元的山泉水、3元的红茶,4元的奶茶，当投入的货币币值大于等于商品按钮时只要选择对应的商品按钮就可以购买。(6)退币功能模块。当交易结束时按下退币按钮就可以退出余额结束购买。3.2硬币的识别硬币的识别主要通过识别硬币的材料和尺寸来判别硬币的真伪，硬币的材质是由特殊的合金制作成的，无法伪造出来，不同币值的硬币在尺寸重量上有很明显的差别。当硬币投入后，硬币通过由电感和电容组成的磁场，由于硬币材料和尺寸上的不同，通过磁场时会影响电感的电感量，电感量的变化引起振荡频率的变化，检测到的振荡频率与系统中存在的频率进行对比，就可判别出钱币的真伪，如果钱币为真则给PLC发送信号，进行货币的计算。当投入假币时，由于假币在振荡频率的不同无法通过硬币识别器被弹了出来。图3-3硬币识别器3.3纸币的识别在纸币的投币过程中，纸币要先经过纸币识别器进行识别。在市场上纸币的识别通常为紫外线识别，由于纸币是由特殊的纸制作而成，在紫外线下没有荧光反射，可以根据荧光的强度辨别钱币的真伪。不同币值的纸币面积大小有所不同，可通过红外装置来辨别钱币纸的大小来区分币值，当钱币为真时，钱币可通过纸币识别器，并给PLC一个信号，进行货币的累加计算。如果钱币为假，则吐出假币，无信号输出。图3-4纸币识别器3.4电机的选择当发生购买后，多功能售卖一体机要自动出货，市场上售货机出货方式多种多样，根据售货的种类不同，出货方式也有所不同。市场上的售货机大都是通过电机提供动力出货，在多功能售卖一体机部每种产品的出货都需要一个电机来实现，但多功能售卖一体机中电机的功率并不需要多大，但当要求电机通电后能迅速动作，因此在电机选择方面我们选择低电压功率较小的直流电机。3.5温度调节模块设计温度传感器就是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。其工作原理如图3-5所示。图3-5温度传感器原理图当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO，称为自由端(也称参考端)或冷端，则回路中就有电流产生，如图2-8所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向)，称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向)，称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。利用此现象可以做成能够检测温度的传感器。在本设计中采用集成温度传感器AD590。摄氏温度测量电路如图3-6所示。图3-6用于测量摄氏温度的电路如图3-7所示，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如下：在0℃时调整R2，使输出VO=0，然后在100℃时调整R4使VO=100mV。如此反复调整多次，直至0℃时，VO=0mV，100℃时VO=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25℃，那么VO应为25mV。冰炉混合物是0℃环境，沸炉为100℃环境。由于我们测量的温度在0℃-100℃之间，所以输出电压在0mV-100mV之间。其实物如图3-7所示。图3-7AD590集成温度传感器3.6多功能售卖一体机的I/O地址分配表硬件选型完成后，开始绘制梯形程序图，根据所需的输入与输出列出I/O地址分配表如表3-1所示表3-1多功能售卖一体机I/O地址分配表（入口）操作地址分配启动I0.0光点I0.1选择饮料1I0.2选择饮料2I0.31元按钮I0.55元按钮I0.610元按钮I0.7退币按钮I1.0表3-2多功能售卖一体机I/O地址分配（出口）操作地址分配饮料1电机正转Q0.0饮料1电机反转Q0.1饮料2电机正转Q0.2饮料2电机反转Q0.3电加热Q0.4退币提示Q0.53.7多功能售卖一体机的硬件接线图根据I/O地址分配表绘制多功能售卖一体机的硬件接线图如图3-8所示图3-8硬件接线图第4章多功能售卖一体机的系统软件设计4.1整体系统工作流程图图4-1总流程图4.2系统功能模块分析开始程序，先进行程序初始化，寄存器清零，具体程序为图4-2功能模块程序图4.2.1钱币计数系统当进行交易时，每次投入的钱币需要经过货币真伪识别系统识别。如果货币为伪造或假币，系统会拒绝并不会向PLC传递计币指令。如果钱币为真币，则传感器将发送计币指令给PLC。PLC将接收到的信号指令进行处理，累加币值。例如，投入1元货币将累加1，投入5元货币将累加5，投入10元货币将累加10。图中3.3展示了当投入或购买商品后，币值发生变化时，C1的值将改变。例如，当投入1元时，I0.0闭合，C1加1。投入5元时，M0.1闭合5次，C1加5。投入10元时，M0.3闭合10次，C1加10。在购买商品后，对应商品的控制按钮会闭合，C1的值会减去对应商品的售价。图4-3币值计数当投入五元钞票时，PLC接收到I0.1闭合的信号，同时M0.0继电器闭合，触发系统的自锁状态。此时，T51计时器开始计时，当计时时间到达设定时间后，系统会自动解除自锁状态，M0.0继电器断开。图4-4多元投币梯形图M0.0关闭后，T51和T52开始计数。当T51完成计数时，系统将停止计数。在T52的计时结束时，M0.1输出一个信号，T53开始计数。当T53的计时结束时，T52停止计数并重新开始。此时，系统完成一个输出周期。在T51的定时周期内，M0.1输出5次，C1的值增加5次。更改T51的值可以完成其他多币种输入。4.2.2商品购买系统一旦投币完成，系统会将所投入的钱币值累加起来，然后将其与各个商品的售价进行比较。如果投币值大于等于某个商品的售价，则该商品的购买指示灯将亮起，表示可以购买该商品。按下相应的商品选择按钮后，商品的可购买指示灯将灭掉，商品出货口将开始工作。购买完成后，系统将根据购买的商品售价计算余额，并将余额存入计数器C1中。在购买商品时，当按下选择按钮后，计时器T57开始计时，同时M1.3常开触点闭合。当计时结束后，M1.3断开，通过下降沿触发Q0.1输出，电机开始工作，将商品推出出货口。图4-5商品的购买出货图4-6商品差价计算当您点击购买按钮时，T57开始计时，同时T58和T59也开始计时。0.5秒后，T59开始计时，而T58的常开触点则会闭合，从而使M0.4输出一个信号，导致加减计数器减少1。又过了0.5秒后，T59的常开触点闭合，常闭触点则会断开。这表示一个周期已经结束，C1的值会减少1。在T57计时结束的这段时间内，总共发生了一个周期，M0.4也输出了一次信号，C1的值减少了1。4.2.3商品计数系统多功能售卖一体机中的纯净水商品数量是有限的，每次发生购买行为时，Q0.1都会闭合一次，从而导致商品数量减少一次。当购买五次后，纯净水商品就无法再进行购买，因为商品数量已经不足。此时需要补充商品才能再次进行购买。图4-7商品计数4.2.4商品可购买显示当投入的金额大于商品的售价时且多功能售卖一体机有该商品时则该商品显示绿灯，Q0.7闭合商品可以购买。图4-8商品可购买显示4.2.5缺货显示系统在多功能售卖一体机中，如果某种商品被购买了多次，那么C2就会从设定的商品数量值逐渐减少，直到减少到0。一旦C2的值降至0，C2的常闭触点就会断开，常开触点则会闭合。这意味着该商品已经售空，不能再被购买了。此时，对应的红灯会亮起，即使您投入的钱币金额大于或等于商品售价，也无法进行购买。相反，如果商品还有库存，对应的绿灯会显示，表示该商品可供购买。图4-9商品缺货显示4.2.6找零系统当购买结束后，按下找零按钮I0.5，Q0.5闭合，找零电机动作，即可把余额退出。图4-10退币找零系统

第5章系统调试5.1PLC系统软件测试为了学习PLC，最有效的方法是通过手动编程和上机调试来进行实践操作。然而，由于一些条件限制，有时候无法进行真实的实验操作来验证编写的程序是否正确。这个问题得以通过仿真软件得以解决。S7-1200仿真软件可以模拟S7-1200的大部分指令和功能。在编写程序之后，可以进行编译来确认系统无误，然后使用该软件进行仿真模拟，以确保系统的正确可行性。在系统配置中，需要选择CPU1224型号。CPU右侧是拓展模块，可以根据需要添加I/O点来进行扩展。由于仿真软件无法直接接受S7-1200的程序代码，所以需要在编程软件中导出文件，并将程序转换成扩展名为“.awl”的文本文件。打开仿真软件后，在“程序”中选择“装载程序”，并选择要加载的文件。如果仿真软件支持程序中的所有指令和功能，单击工具栏中的“运行”按钮，切换到RUN模式，就可以对程序进行监控。图5-1系统界面的设置5.2系统硬件设置在系统的仿真中，系统处于RUN状态，并对程序块进行监控。初始状态下，币值计数C1的值为0。图5-2投币计数系统模拟如果投入的钱币不足以购买商品，则商品不可购买指示灯亮，同时投币按钮和商品选择按钮都无效。当商品售空时，无论投入多少钱币都无法购买该商品，售空指示灯亮。为了实现这些功能，可以使用PLC进行编程。当I0.0和I0.1信号输入后，根据信号触发条件，通过逻辑控制语句修改C1计数器的值。根据计数器的值和商品售价之间的比较关系，通过逻辑控制语句控制指示灯的状态。当商品选择按钮按下后，使用计时器控制M0.4的输出次数，并使用加减计数器控制商品库存量。如果库存量减到0，则商品售空指示灯亮，并且无法再进行购买操作。图5-3商品计数当某个产品售罄时，相应的缺货指示灯将亮起，并且无法购买该产品。另外，当余额低于产品价格时，该产品相应的可购买指示灯将熄灭，并且该产品将无法购买。在交易结束时，如果余额大于0，按下零钱按钮I0.5将激活Q0.5输出，零钱将通过硬币分配器分配。C1值将清除为0，事务将完成。5.3系统调试软件调试是指检查程序编写是否有逻辑错误，确保程序能够按照规定的功能表正常运行。通常，调试程序的过程需要将程序分解成多个子程序进行单独调试，以确保每个子程序都没有错误。然后将这些子程序集成为一个完整的程序，检查其仿真图是否与预期的结果相一致。程序下载后，需要逐条检查代码并修复错误。可以使用模拟器来模拟输入信号，比如使用按钮和开关，使用PLC上的发光二极管来显示输出信号的通断情况。程序调试完成后，可以选择运行模式，此时在梯形图工作区中会显示绿色的线条，表示程序正在运行。在调试程序时，应该考虑各种可能的情况，并逐一检查系统的各种不同工作方式，功能表中的每一条支路，以及各种可能的进展路线。如果发现问题，需要及时修改梯形图和程序，直到输入和输出之间的关系符合要求。5.4系统实物图图5-4系统总体实物设计：下位机图5-5电源24V75w直流开关电源给PLCS7-1200提供稳定的电压，该直流开关电源可以将220V交流电转换成24V的直流电并供给PLCS7-1200，使PLCS7-1200稳定运行，当插头接入电源使PLC灯光亮起，说明电源模块正常工作。图5-6PLCS7-1200实物图西门子PLC

S7-1200系列是专门为中小型自动化控制系统设计的可编程序逻辑控制器。有集成性好、拓展能力强、结构紧凑、安全性高的优点，该PLC用于本设计中的核心模块，可以使自动售卖机功能完美实现。用组态王进行编程，接入电源PLC灯光亮起，用电脑界面进行控制，即可作出相应的功能。图5-724V硅橡胶加热板由于售卖机内外温差较大时，售卖机的玻璃容易出现雾气，影响顾客进行商品的选择，此时可以利用PLC控制该加热板，且能手动设置相应的温度，从而改善玻璃内外的温差，达到除雾气的效果，当玻璃没有雾气时可以手动进行关闭。PLC设置相应的温度，加热板能升到相应的温度，说明该加热模块功能正常。图5-8温湿度传感器和红外感应器温湿度传感器可以实时显示售卖机内部的温度情况，保证商品产品的新鲜，该温度传感器测量出的温度可以直接显示在电脑界面，方便观察啊。红外感应器可以对顾客购买商品是否成功出货作出反应，当货物卡住该红外模块就会检测到，系统会作出反应，红灯亮起。方便顾客作出其他措施。

图5-9指示灯和蜂鸣器指示灯用来模拟自动售卖机的履带正转、反转，当顾客投币选择完商品，出货时代表着履带正转的指示灯亮起，出货完毕，反转指示灯亮起代表履带归位。该指示灯本设计拥有两组代表该售卖机拥有两个货道；蜂鸣器用来提示退币成功，当顾客购买完商品，选择进行退币时，蜂鸣器就会发出警报，提醒顾客退币成功。

第6章总结本篇文章描述了一个毕业设计项目，涉及多功能售卖一体机的设计与制作。文章中详细介绍了该售卖机的工作原理、硬件选型、I/O分配表、梯形图、硬件接线图等方面的内容，并描述了该项目的优点和不足之处。该项目的优点包括：程序简洁易懂，画面一目了然，操作简便，适用于各种公共场所。此外，通过自己的努力奋战，成功将理论知识应用到实物上，对自动控制和PLC等方面有了深刻的认识，对理论知识有了进一步的理解与巩固，并将二者连接起来。通过多次的上机调试和综合分析，提高了自己的实践能力和问题解决能力，并掌握了许多设计方法和思维方式，为毕业后的工作打下了良好的基础。然而，该项目也存在不足之处。比如，钱币识别系统只能识别一元、五元和十元的钱币，不能识别五角硬币和更大面值的钞票。希望在未来的发展中能够改进这些问题，提高该售卖机的实用性和适用范围。总的来说，该项目为作者提供了许多难以忘记的回忆和收获。通过这个项目，成功地将理论知识应用到实际中，提高了自己的实践能力和问题解决能力，掌握了许多设计方法和思维方式，并为毕业后的工作打下了良好的基础。相信，随着PLC技术的不断发展和普及，多功能售卖一体机将会成为一个非常普遍和实用的设备，为中国的经济建设和社会发展做出更大的贡献。

参考文献[1]陈金星.自动售卖机出货装置创新设计[J].科技风,2015(16):1.[2]赵江涛。PLC在电气自动控制中的应用实践[J].科技风，2019（04）：61.[3]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2013.[4]孙文,傅启养.电气控制与可编程控制器:201621052143[P][5]王晓丽。一种基于PLC的自动售货机系统的设计[J/OL].集成电路应用，2019（02）：74-75.[6]陈金星.自动售卖机出货装置创新设计[J].科技风,2015(16):1..[7]朱文杰.S7-1200PLC编程与应用[M].中国电力出版社,2015.[8]李锋。PLC在电气自动化控制中的应用探讨[J].机电信息，2019（17）：16-17.[9]谢东辰，郭胜东，朱振江。PLC技术中电气工程自动化中应用[J].科技风，2019（04）：81.[10]陶权,韦瑞录.PLC控制系统设计、安装与调试[M].北京理工大学出版社,2011.[11]王啸东.PLC控制系统设计方法解析[J].自动化与仪器仪表,2011(1):3.DOI:10.[12]EmreOnerTarta