【《自动售货机PLC控制系统的设计与仿真分析》15000字（论文）】

自动售货机PLC控制系统的设计与仿真分析摘要当今世界大规模的人力劳动已经无法满足现代工业发展的需求，20世纪40年代西方发达国家已经开始使用自动化设备去提高生产力，减轻劳动强度。因改革开放的发展，国家政策的支持和资金的投入，企业对外交流和自身努力的提高，中国的工业逐步向世界看齐。随着时代的发展，当今的产品的数字化，智能化，信息化，网络化，制造业本身生产产品的结构也随之更加复杂，更加精细。简单的人力劳动已经无法与现代高层次的产品匹配。自动售货机作为现代工控系统的典型的缩影，虽然麻雀虽小五脏俱全。几个简单的步骤就获得商品，免除了去超市购买需要排队和时间限制的烦恼。可这几个简单的步骤却人们却忽视了现代工控技术的发展，识别和处理，凝结了多个元器件的工作。而自动售货机的心脏就是PLC，根据我们的设计是基于PLC控制，所以我们主要浅谈PLC控制系统。我们将在博途软件中选择PLC和HMI的型号，通过博途内部自带的WINCC组建组态设计，并进行仿真。关键词：SIMATICATICS7-1200、WINCC、HMI、仿真、自动售货机。目录TOC\o"1-3"\h\u16889摘要 IV1绪论1.1自动售货机现状对于自动售货机我们并不陌生，商场里，教学楼内，宿舍内随处可见。投入几枚硬币，选择商品，商品下落，拾起盖板，取出商品，下拉退币。高级一点的使用支付宝或者微信支付，更高级的连手机也不需要使用，你的人脸就是购买商品的通行证。远在公元一世纪自动售货机就已经出现了.希腊人制造了机器设备可以用于售卖圣水。具有自动售货机数量最多日本每年的销售额高达四千一百亿元人民币。自动售货机的市场有进一步扩张的趋势。1.2自动售货机的特点自动售货机是当代较为流行的销售模式，现对于普通的零售模式免去了人工交易的环节，从而需要更高精度的元器件去替代这一环节。首先要投入的纸币和硬币，货币识别器需要精准的红外识别，并将产生的数字信号传输到CPU内，消费者点击可购买的选货按键指示灯购买商品，CPU要接收购买指令输入，处理，输出指令，齿轮电机接收CPU的输出指令转动合理的圈数带动，带动货道的弹簧将商品推出。或者在只售卖饮料售货机上，利用半开半合的一个“闸”，利用电机转动来达到饮料外出的效果，因为闸是半开半合的，当闸继续转动，货道的出货口将被挡住。从而阻止商品继续掉落。如果投入的硬币和纸币还有足够的余额，则可继续购买商品。消费者可以旋转退币旋钮或在无动作一分钟后，自动售货机将自动退出零币。在机械的角度来看，自动售货机实际就是一台缩小版的智能仓库和一台冰箱。对硬币纸币的识别率要求很高，识别错误将会对自动售货机的拥有者和使用者带来金钱上的损失。对驱动齿轮电机的要求更加严格，齿轮电机转动的圈数比实际设定值低，商品就不会下落，齿轮电机转动的圈数比实际设定值高，商品就会多掉下来，给商家带来损失。商品销售情况需要连接后台系统，经过大数据和云计算功能，对商品的销售情况进行精准画像。投入更加符合市场的产品。自动售货机因投放到室外要格外注意防盗问题，避免损失。1.3自动售货机设计发展前景当前我国老龄化问题越来越突出，人力成本不断上涨，面铺租金上涨等成本问题。和5G时代的到来万物互联，大数据和云计算的发展，智能化和数据化成为不可逆时代发展潮流。自动售货机解决了人力成本的问题，只需要一名配货工就可以配送多台售货机的货物。一台自动售货机占地不到两平米，相对于寸土寸金的商场和人流量较大的旅游景点，自动售货机相对于普通的零售模式有着独家的租金优势，管理者并通过设备后台数据及时了解售货机内商品的剩余数量和自动售货机售货额，以便于更好的分析人们的购买喜好。自动售货机实现全天无人零售，自助结账。节约了人工成本：依靠庞大的云数据，一个人可以管理多台无人售货机。实现数字化运营：商品可以精准画像，提供更优质产品陈列及对购物方式。线上线下互通共享：线上电商平台可与线下自动售货终端实现会员共享，营销共享，线上预定，线下取货等。极大的便利了人们的生活需求。自动售货机支持在线支付、免去了排队的烦恼，节约了购物者购物的时间。对于当代青年人快生活的节奏，这无疑是一个很好的选择。其中自动售货机相对于无人超市/便利店来说，需要的人工和租金成本更低廉，并且向消费者靠拢、更加灵活，将自动售货机摆放到店铺门口外面还可以24小时全天销售，不用再寻找新的租位，从而达到双赢的局面。2自动售货机的硬件选择总动售货机除最基本的线圈装置，还有很多辅助设备，控制设备和商品的传动装置，每次消费者购买不同的产品都要驱动不同的设备装置，售货机的复杂结构程度不允许有丝毫误差以避免给自动售货机的商家带来经济风险。通常自动售货机具有三个基本的结构组成：硬币检测装置、传动系统和控制系统,。2.1机硬币检测装置当我们饿了或者渴了的时候身上不一定装着恰好购买零食或者饮料的纸币或者硬币，自动售货机如何识别并退回无法被识别接收的硬币或者纸币，并且知道你一共投入了多上钱呢？机器能够准确识别每一枚钱币，第一光学传感器探测每一枚钱币的大小，电磁铁识别金属的材质，在投币的瞬间，机器就能够识别硬币的面额，并将它们分类存放在不同币桶内，当发现异样后，硬币将被退回到退币处。在找零的时候，币桶会小心翼翼的把硬币弹到斜槽里，一次掉落一枚。这需要85个组件协同合作，每年每一台自动售货机将要处理一万五千多枚硬币。我们将每一枚硬币或者纸币转化为数字信号，存储到CPU内。当结束购买时，通过CPU数据运算得出所剩的余额，并将数据重新转化为数字信号驱动继电器弹出所剩余的硬币。图2-1硬币检测装置2.2商品传输装置在购买的按键下，电脑控制着多个像火柴盒大小的齿轮电机，这些齿轮电机连接着弹簧，它可以让螺旋的弹簧的弹簧旋转360度。当食物或者饮料下落时，会通过下面的十个红外光束。如果没有物体通过光束，CPU会让螺旋弹簧再转动一圈。正因为这样聪明的设计，我们总可以拿到自己想要的东西，避免挨饿。货道弹簧是一个售货机的标志性特征。弹簧钢制成的螺旋弹簧在消费者未支付钱的时候就会夹住商品。这些形状简单的弹簧如何处理从饮料罐到膨化食物这些形状规则不同的商品呢？我们将会为不同的产品配上合适的螺旋弹簧。我们首先安装一套小型的齿轮电机，齿轮电机驱动齿轮转动，从而带动弹簧。正好可以把里面的物品推下货架。大尺寸或者不规则的货物需要两个弹簧配合工作。这两个弹簧的螺旋方向相反，否则里面的商品就会被卡住。零食正好夹在两个双簧之中，一个逆时针旋转，一个顺时针旋转。逆时针旋转是反方向的，顺时针旋转是正方向的。当旋转的时候，他们的方向是相反的，正好可以把商品往前推。如果同向旋转它就会把商品推回去，而我们需要把弹簧裁剪到合适的长度并确保这些弹簧旋转正常。图2-2传动系统2.3控制装置在工控活动中，经常使用PLC大多有：SIEMENS西门子、SchneiderElectric施耐德电气、MitSubiShiGroup三菱、PanaSonic松下以及其他的一些国产品牌。基于我们对本设计的需求，我们选择西门子系列的SIMATICATICS7-1200。SIMATICATICS7-1200是SIMATICS7系列PLC系列中的新型模块化微型PLC。当相对于市面上的PLC来说，编程的程序和PLC内部结构都是如出一辙的。相对于SIMATICATICS7-1200说，S7-1200的组成有CPU，信号模块，信号板，控制器，通讯模块，附件等。图2-3PLC总成图2.1.1IPS（电池模块）电池板是用于长期备份的实时模块。我们选择电池板BB1297用于长期缓冲实时时钟，可插拔在信号电路板中S7-1200（从FW3.0起）图2-4IPS（电池模块）订货号6ES7297-0AX30-0XA0。该模块输出的电流为5A，输出电压24v。该模块一般应用于给S7-1200系列PLC的CPU、信号模块等储备供电。以避免实时时钟模块初始化。2.3.2CPU（中央处理器）S7-1200的CPU共有五种型号：CPU1217C、CPU1215C、CPU1214C、CPU1212C、CPU1211C。除了CPU1217C外，每个型号都有DC/DC/RLY和DC/DC/DC和AC/DC/RLY三种类型。符号分为三个部分，第一个符号表示CPU的供电电压，AC是交流85-264V电压供电，DC是直流24V供电；第二个符号DC表示输入信号是24V电压供电的。第三个符号表示CPU的输出类型，RLY是继电器输出类型，一般DQ输出DC5-30V,DQ输出电流为2A，DC30W/AC200W。DC为晶体管输出类型，一般DQ输出DC24V,DQ输出为0.5A，MOSFET类型。每个CPU1217C/15C/14C/12C/11C可以扩展通讯模块均为三个，信号板模块均为一个。信号模块CPU17C/15C/14C均为八个，12C为两个，11C为一个。根据我们的实际需求、成本考虑和后续的产品升级的方面考虑，我们选择CPU1212CDC/DC/DC。订货号为6ES7212-1AE40-0XB0。CPU1212CDC/DC/DC具有75KB工作存储器；24VDC电源，板载DI8x24VDC漏型/源型，DQ6x24VDC和AI2；板载4个高速计数器（可通过数字量信号板扩展）和4路输出；信号板扩展板载I/O；多达3个用于串行通信的通信模块；多达2个用于I/O扩展的信号模块；0.04Ms/1000条指令；PROFINET接口，用于编程、HMI和PLC间数据通信。西门子新系列从低到高为200Smart，S7-1200，S7-1500。现在200Smart替代的是以前的低端的S7-200。现在的S7-1200替代的是以前的高端的S7-200和低端的S7-300。现代的S7-1500替代的是以前的S7-300和S7-400。现代的小型单机项目可由200Smart可以胜任，而大型的单机项目和简单的联网项目可以使用S7-1200。在硬件的成本上200Smart的价格低，S7-1200的价格略高在软件的优化程度，硬件的参数和组态的集成程度就可以凸显这一点，复杂的，集成度高的项目如果使用简单的Smart200和S7-200时，硬件的的点数远远不满足实际的需求使用，而且200Smart的通讯功能略逊于S7-1200，更加适合在单机项目使用200Smart。图2-5PLC接线图3.3.3CP（通讯模块）在SIMATICATICS7-1200的CPU上可以增加最多3个通讯模块。根据我们设计的需求我们选择CP1243-1订货号：6GK7243-1BX30-0XE0。通信处理器CP1243-1，作为附加以太网接口连接SIMATICATICS7-1200，以及通过远程控制协议（DNP3、IEC60870、TeleControlBasic）、安全方式（防火墙、VPN、SINEMA远程连接）连接控制中心。图2-6CP（通讯模块）3.3.4SM（信号模块）在信号模块上，综合我们CPU自带的8个AC输入和6个AC输出的情况下。在数字量输入方面我们选择的是SM1221DI8x24VDC。订货号：6ES72211BF300XB0SM1221数字量输入模板，8点数字量输入，直流24V，漏/源输入。图2-7SM（数字量输入信号模块）3.3.5HMIHMI是人机接口，也被人们称为人机界面。一般是一块触摸屏，或者是一台电脑主机。其主要作用是方便人去操作设备，收集设备的信息，以及处理设备的故障。当项目是一个大型的项目的时候，设备将会分布在一个很大的区域里面，当人处于安全线以外的区域，处理项目问题极为不方便，但是拥有一块HMI的时候将会极大的改善人们的办公环境。还将利于把项目的温度、转速、报警信息的等问题汇集到一个平台上。同时汇集到HMI上的报警信息将会使负责人快速解决问题。使用HMI要注意：（1）要建立与PLC通讯连接（2）读取PLC数据具有足够高的权限。通讯连接错误时，HMI将无法读取PLC的数据进行处理，访问PLC数据时，要授权HMI读取数据的权限。将PLC和HMI进行仿真的时候，数据将会通过传输协议进行交换，同步进行传输。在显示屏幕上我们选择的是一块SIMATICATICHMITP1200Comfort智能面板。它具有12.1''TFT显示屏，1280x800像素，16M色；触摸屏；1xMPI/PROFIBUSDP，1x支持MRP和RT/IRT的PROFINET/工业以太网接口（2个端口）；2x多媒体卡插槽；3xUSB。足够满足本设计的需求。图2-8人机界面2.4总体电路图图2-9PLC的接线图PLC是24v的DC和240V的AC供电。作为输入的有：一元投币、五元投币、十元投币、二十元投币、退币和外力破坏、购买一号商品、购买二号商品。购买三号商品、购买四号商品。作为输出的有：一号商品出柜、二号商品出柜、三号商品出柜、四号商品出柜和警报灯组成。PLC的接线是汇点式，即每个I/O电路公用相同电源。输入模块采用的输入接口作用：直流输入按钮、行程开关或传感器等产生的信号。转换为数字信号送入主机。里面的隔离电路采用的广电耦合器，再经过RC滤波电路送入PLC的CPU，用于防止外部干扰源和触点触动的情况。交流输入采用的发光二极管和光耦均采用反并联结构，在交流输入的正负半波分别导通，C1起隔直作用。本设计使用直流输入按钮和传感器信号输入。输出模块分为:继电器输出、晶体管集电极输出、双向可控硅输出。继电器输出：低速大功率、交流和直流负载。起到隔离、功率放大的作用。晶体管集电极输出:高速小功率、直流负载。双向可控硅输出:高速大功率、交流负载。本设计使用晶体管输出。3自动售货机PLC程序设计在挑选完S7-1200硬件后，我们就需要使用S7-1200编程软件博途进行程序设计。在程序编写之前，我们应该明白我们自动售货机的设计要求，分清那个是输入量，那个是中间量，那个是输出量。并且受我们仿真软件的影响，仿真软件无法对自动售货机的传感器模块进行模仿，也无法模拟齿轮电机的传动带动弹簧。所以我们对仿真进行了化简。直接使用按键模拟传感器是否检测到物品，使用输出直接模拟齿轮电机的传动带动弹簧推下货物。于此我们准备三个程序块来分别编写梯形图：主程序、流水灯和仿真的接通延时影像。博途把软件变成为结构化编程，程序由数个模块组成，各个模块承担着相应的功能。在博途软件中，程序块分为：OB、FB、FC和DB块。OB是组织块，FB为函数块，FC为函数，DB是数据块。组织块OB作为主程序将会一直进行循环执行，编写者可以在内部进行编写程序，设置控制硬件的指令，也可以调用函数块和函数。函数块FB是将自身的产生值永久的存储在背景数据块中的代码块中，在块执行后这些值还可以用。函数FC是没有专用存储区的代码块。数据块DB保存程序的数据,可以通过程序编程者控制程序的行为和将特定的事件分配给给定事件的属性，通过分配参数编辑参数的属性。组织块的属性分配参数为时间中断OB和循环中断OB硬件中断OB等。启动OB：启动程序在从“STOP模式切换到"RUN"模式期间执行一次。输入过程映像中的当前值对于启动程序不可用，也不能设置这些值。启动OB执行完毕后，将读入输入过程映像并启动循环程序。启动例程的执行没有时间限制。因此未激活扫描循环监视时间。不能使用时间驱动或中断驱动的组织块。可以使用多个OB(OB编号大于等于123)。使用多个程序循环OB时，将按照OB编号依次调用。首先调用OB编号最低的程序循环OB。程序循环OB的优先等级为1。这对应于所有OB的最低优先级。任何其它事件类别的事件都可以中断循环程序。对循环程序执行进行编程可通过在循环OB以及所调用的块中编写用户程序对循环程序执行进行编程。一旦成功执行启动程序后，就会开始第一次循环程序执行。每次循环程序执行结束后,循环重新开始。3.1自动售货机工作流程当无人购买商品时，将会轮番滚动百事和可口可乐广告。购买商品分为两种情况：微信支付和现金支付。当使用微信时，使用现金程序会锁定，消费者点击需要购买商品的按钮，然后点击选择微信，弹出微信支付的收款二维码，用户扫描支付，用户支付成功后，通过网络传输信号传递到自动售货机内，显示微信支付成功的画面，并推出所购买的商品，消费者继续购买商品或者结束购买。当点击微信购买过程或微信支付的过程超过15S时候，将会自动关断程序，恢复初始化进程。当使用现金支付时，微信支付程序将被锁定，用户可以投入一元硬币或者一元，五元，十元，二十元纸币，硬币检测装置检测，如果是假币将会吐出，用户可依次放入所需要购买的金额，购买相应的商品，同时减去相应的金额，自动售货机监测符合购买的条件将推出所购买的商品，消费者可以继续购买商品或者结束购买。当消费者购买完一件商品后20S无操作和投入钱币在一分钟内不按任何按钮，自动售货机将余额退还。图3-1自动售货机流程图3.2主要指令介绍图3-2常开触点指令常开触点：触点上存储位置信息，所在的位置得电后，触点为“1”，线路接通。触点为“0”时，线路关断。图3-3常闭触点指令常闭触点：触点上存储位置信息，当所在的位置得电时，常闭触点“1”，线路关断。当触点“0”时，线路接通。图3-4线圈线圈：当前置条件全部为1时，线圈得电接通。当前置条件不全部为1时，线圈保持关断。图3-5上升沿指令扫描操作数的信号上升沿：上面为要扫描信号的地址，下面为存储上一次查询信号状态的边沿存储位。当每次执行扫描位置的上升时，都会查询是否位于上升沿。当检测到是信号上升沿的时候，要查询的位置的状态都在这个程序周期内保持“1”，除此之外，要查询的位置信号状态均为“0”。图3-6下降沿指令扫描操作数的信号下降沿：上面为要扫描信号的地址，下面为存储上一次查询信号状态的边沿存储位。当每次执行扫描位置的下降时，都会查询是否位于下降沿。当检测到是信号下降沿的时候，要查询的位置的状态都在这个程序周期内保持“1”，除此之外，要查询的位置信号状态均为“0”。图3-7减指令减指令：当SUB的EN端为“1”的时候，执行加法指令。SUB的IN1和IN2两个存储的数字相减，相减的结果将会被存储到SUB指令的OUT端，若SUB执行成功，SUB的OUT端输出状态“1”。图3-8加指令加指令：当ADD的EN端为“1”的时候，执行加法指令。ADD指令IN1和IN2存储的数字做加法，所得的和将会被存储到ADD的OUT端，若ADD执行成功，则ADD的OUT端输出状态“1”。图3-9移动值指令移动值指令：MOVE的EN端是“1”时，将会运行MOVE操作，将会把IN里面的数字传输到OUT1中，并将指令的ENO端输出为“1”。图3-10生成接通延时生成接通延时：TON的IN为输入，脉冲从“0”升“1”时，接通延时继电器将会开始动作。PT为设定时间，当指令动作时，PT开始计时。当超出所设定的时期，接通延时指令Q端将会置“1”。如果接通延时指令的IN端仍保持在“1”上，接通延时指令的Q端将会保持为“1”。同时将会把此刻的时间存放在接通延时指令的ET端。当状态从“1”变为“0”时，接通延时指令的Q端将会归原。图3-11生成关断延时生成关断延时：当信号由“0”变为“1”，接通延时指令Q端将会把状态变为“1”。TOF的IN为输入，状态从“1”降“0”，接通延时继电器将会开始动作。PT为预设定时间，当指令动作时，PT开始计时。当超出所设定的时间时，接通延时指令的Q端将会输出“0”。同时将会把此刻的时间存放在接通延时指令的ET端。图3-12循环右移指令循环右移指令:RPR的EN为输入，ENO为输出，IN是要重复位移的数，N是将数反复移动位数，OUT是的结果。当输入为“1”时，开始执行循环右移。要循环位移的值里面的内容向右循环循环移动的位数，如果执行ROR指令，则使能输出的信号状态为“1”。3.3主程序模块3.3.1主程序I/O分配表表3.1主程序I/O分配表名称数据类型地址名称数据类型地址投币总额Int%MW6购买三号商品无动作自锁Bool%M13.7一元Bool%M10.0购买四号商品无动作自锁Bool%M14.0五元Bool%M10.1购买一号商品无动作退币Bool%M4.1十元Bool%M10.2购买二号商品无动作退币Bool%M14.2二十元Bool%M10.3购买三号商品无动作退币Bool%M14.3一元存址Bool%M10.4购买四号商品无动作退币Bool%M14.4五元存址Bool%M10.5投币无动作一分钟退币Bool%M14.5十元存址Bool%M10.6微信购买一号自锁Bool%M14.6二十元存址Bool%M10.7微信购买二号自锁Bool%M14.7购买一号商品Bool%M11.0微信购买三号自锁Bool%M15.0购买二号商品Bool%M11.1微信购买四号自锁Bool%M15.1购买三号商品Bool%M11.2Clock_ByteByte%MB0购买四号商品Bool%M11.3Clock_10HzBool%M0.0退币按钮Bool%M11.4Clock_5HzBool%M0.1一号商品出柜Bool%Q0.0Clock_2.5HzBool%M0.2二号商品出柜Bool%Q0.1Clock_2HzBool%M0.3三号商品出柜Bool%Q0.2Clock_1.25HzBool%M0.4四号商品出柜Bool%Q0.3Clock_1HzBool%M0.5一号商品出柜存址Bool%M12.1Clock_0.625HzBool%M0.6二号商品出柜存址Bool%M12.2Clock_0.5HzBool%M0.7三号商品出柜存址Bool%M12.3限制现金支付Bool%M15.6四号商品出柜存址Bool%M12.4限制微信支付Bool%M15.7微信支付Bool%M12.5微信购买15s无动作Bool%M16.0余额输出Bool%M12.6微信自锁1.1Bool%M16.1余额输出存址Bool%M12.7微信自锁1.2Bool%M16.2微信支付成功Bool%M13.0微信自锁1.3Bool%M16.3一号商品退币锁定Bool%M13.1微信自锁1.4Bool%M16.4二号商品退币锁定Bool%M13.2微信支付关断图像自锁Bool%M16.5三号商品退币锁定Bool%M13.3微信支付图像常闭Bool%M16.6四号商品退币锁定Bool%M13.4微信支付输出Bool%M100.0购买一号商品无动作自锁Bool%M13.5微信支付常开Bool%M100.1购买二号商品无动作自锁Bool%M13.63.3.2主程序模块设计图3-13程序段1当我们的投币总额大于一元的时候，输出限制微信支付。当我们使用硬币或者纸币支付的时候，现金支付与微信支付形成互锁。图3-14程序段2当我们每按下一元硬币的按钮的时候，我们用上升沿检测一元硬币的按键情况。监视到一个上升沿时，我们的加法指令ADD自动加一。由于加法计数器的限制我们只能使用INT的数据类型存储投币总额。当限制微信支付M15.6常闭得电断开时，我们将无法投入一元硬币。图3-15程序段3当我们每按下五元纸币的按钮的时候，我们用上升沿检测五元纸币的按键情况。监视到一个上升沿时，我们的加法指令ADD自动加五。当限制微信支付M15.6常闭得电断开时，我们将无法投入五元纸币。图3-16程序段4当我们每按下十元纸币的按钮的时候，我们用上升沿检测十元纸币的按键情况。监视到一个上升沿时，我们的加法指令ADD自动加十。当限制微信支付M15.6常闭得电断开时，我们将无法投入十元纸币。图3-17程序段5当我们每按下二十元纸币的按钮的时候，我们用上升沿检测二十元纸币的按键情况。监视到一个上升沿时，我们的加法指令ADD自动加二十。当限制微信支付M15.6常闭得电断开时，我们将无法投入二十元纸币。图3-18程序段6我们按下购买一号商品的键时，M11.0线圈为“1”。当投币总额大于等于3元时，一号商品出柜Q0.0得电接通，一号商品出柜。购买一号与二号、三号和四号商品形成互锁。图3-19程序段8我们按下购买二号商品的键时，M11.1线圈为“1”。当投币总额大于等于4元时，一号商品出柜Q0.1得电接通，一号商品出柜。购买二号与一号、三号和四号商品形成互锁。图3-20程序段10我们按下购买三号商品的键时，M11.2线圈为“1”。当投币总额大于等于5元时，一号商品出柜Q0.2得电接通，三号商品出柜。购买三号与一号、二号和四号商品形成互锁。图3-21程序段12当我们按下购买四号商品的键时，M11.3线圈为“1”。当投币总额大于等于6元时，一号商品出柜Q0.3得电接通，四号商品出柜。购买四号与一号、二号和三号形成互锁。图3-22程序段14一号商品出柜后，线圈Q0.0得电为“1”，检测到Q0.0上升沿，减法指令用投币总额MW6减去三元得出剩余的投币总额。图3-23程序段15二号商品出柜后，线圈Q0.1得电为“1”，检测到Q0.1上升沿，减法指令用投币总额MW6减去四元得出剩余的投币总额。图3-24程序段16三号商品出柜后，线圈Q0.2得电为“1”，检测到Q0.2上升沿，减法指令用投币总额MW6减去五元得出剩余的投币总额。图3-25程序段17四号商品出柜后，线圈Q0.3得电为“1”，检测到Q0.3上升沿，减法指令用投币总额MW6减去六元得出剩余的投币总额。图3-26程序段18当我们购买一号商品时，线圈M11.0（购买一号商品无动作自锁）得电接通，形成自锁。一号商品接通延时指令接通开始计时。当没有其他动作时，接通接通延时继电器20s后输出端接通，线圈M14.1（购买一号商品无动作退币）得电接通。当投入硬币后或再次购买一号商品二号商品三号商品四号商品时和按下退币按钮，这些常闭触电得电接通，重新计时。图3-27程序段19当我们购买二号商品时，线圈M11.1（购买二号商品无动作自锁）得电接通，形成自锁。一号商品接通延时指令接通开始计时。当没有其他动作时，接通接通延时继继电器20s后输出端接通，线圈M14.1（购买二号商品无动作退币）得电接通。当投入硬币后或再次购买一号商品二号商品三号商品四号商品时和按下退币按钮，这些常闭触电得电接通，重新计时。图3-28程序段20当我们购买三号商品时，线圈M11.2（购买三号商品无动作自锁）得电接通，形成自锁。一号商品接通延时指令接通开始计时。当没有其他动作时，接通接通延时继继电器20s后输出端接通，线圈M14.2（购买三号商品无动作退币）得电接通。当投入硬币后或再次购买一号商品二号商品三号商品四号商品时和按下退币按钮，这些常闭触电得电接通，重新计时。图3-29程序段21当我们购买四号商品时，线圈M11.3（购买四号商品无动作自锁）得电接通，形成自锁。一号商品接通延时指令接通开始计时。当没有其他动作时，接通接通延时继继电器20s后输出端接通，线圈M14.3（购买四号商品无动作退币）得电接通。当投入硬币后或再次购买一号商品二号商品三号商品四号商品时和按下退币按钮，这些常闭触电得电接通，重新计时。图3-30程序段28当无动作一分钟时接通延时继电器（投币无动作一分钟）输出接通，线圈M14.5（投币无动作一分钟退币）得电接通。当再次投币一元、五元、十元、二十元和购买一号商品、购买二号商品、购买三号商品、购买四号商品、退币时，接通延时指令为“0”，重新计时。图3-31程序段23图3-32程序段24消费者购买商品20s无动作和放进钱币在一分钟内不按任何按钮或下拉退币按钮设备将把余额推出。图3-33程序段26按下购买一号商品键时，常开触点M11.0闭合。线圈M14.6（微信购买一号自锁）得电，形成自锁。当消费者购买完一号商品商品出柜后或者继续购买二、三、四号商品或者微信购买时无动作15s这些常闭触点会得电打开，关断自锁。图3-34程序段27常开触点M14.6（微信购买一号自锁）得电为“1”。当消费者点击微信支付按钮的时候，常开触点M12.5（微信支付）闭合，线圈M16.1（微信自锁1.1）得电。图3-35程序段28当常开触点M16.1（微信自锁1.1）得电闭合。消费者微信支付成功时常开触点M13.0（微信支付成功）得电闭合，线圈Q0.0（一号商品出柜）得电闭合。一号商品出仓购物结束。图3-36程序段29按下购买二号商品键时，常开触点M11.1闭合。线圈M14.7（微信购买二号自锁）得电，形成自锁。当消费者购买完二号商品商品出柜后或者继续购买一、三、四号商品或者微信购买时无动作15s这些常闭触点会得电打开，关断自锁。图3-37程序段30常开触点M14.7（微信购买二号自锁）得电为“1”。当消费者点击微信支付按钮的时候，常开触点M12.5（微信支付）闭合，线圈16.2（微信自锁1.2）得电。图3-38程序段31当常开触点M16.2（微信自锁1.2）得电闭合。消费者微信支付成功时常开触点M13.0（微信支付成功）得电闭合，线圈Q0.1（二号商品出柜）得电闭合。二号商品出仓购物结束。图3-39程序段32当按下购买三号商品键时，常开触点M11.2闭合。线圈M15.0（微信购买三号自锁）得电，形成自锁。当消费者购买完三号商品商品出柜后或者继续购买一、二、四号商品或者微信购买时无动作15s这些常闭触点会得电打开，关断自锁。图3-40程序段33常开触点M15.0（微信购买三号自锁）得电为“1”。当消费者点击微信支付按钮的时候，常开触点M12.5（微信支付）闭合，线圈M16.3（微信自锁1.3）得电。图3-41程序段34当常开触点M16.3（微信自锁1.3）得电闭合。消费者微信支付成功时常开触点M13.0（微信支付成功）得电闭合，线圈Q0.2（三号商品出柜）得电闭合。三号商品出仓购物结束。图3-42程序段35当按下购买四号商品按钮时，常开触点M11.3闭合。线圈M15.1（微信购买四号自锁）得电，形成自锁。当消费者购买完一号商品商品出柜后或者继续购买一、二、三号商品或者微信购买时无动作15s这些常闭触点会得电打开，关断自锁。图3-43程序段36常开触点M15.1（微信购买四号自锁）得电为“1”。当消费者点击微信支付按钮的时候，常开触点M12.5（微信支付）闭合，线圈M16.4（微信自锁1.4）得电。图3-44程序段37当常开触点M16.4（微信自锁1.4）得电闭合。消费者微信支付成功时常开触点M13.0（微信支付成功）得电闭合，线圈Q0.3（四号商品出柜）得电闭合。四号商品出仓购物结束。图3-45程序段38当常开触点M14.6、M14.7、M15.0、M15.1、M16.1、M16.2、M16.3、M16.4得电接通时DB14得电计数，15s后接通延时继电器输出端Q得电接通。若常闭触点M12.5（微信支付）、M12.6（微信支付成功）得电断开，接通延时继电器重新计时。图3-46程序段25当常开触点M14.6、M14.7、M15.0、M15.1、M16.1、M16.2、M16.3、M16.4得电接通。线圈M15.6（限制现金支付）接通，与现金支付形成自锁。3.4跑马灯和报警灯模块3.4.1跑马灯和报警灯I/O分配表表3.2跑马灯和报警灯I/O分配表名称数据类型地址跑马灯常闭Bool%M22.0跑马灯存址1Bool%M22.1跑马灯存址2Bool%M22.2跑马灯(1)Byte%QB3跑马灯1Bool%Q3.0跑马灯2Bool%Q3.1跑马灯3Bool%Q3.2跑马灯4Bool%Q3.3跑马灯5Bool%Q3.4跑马灯6Bool%Q3.5外力破坏Bool%M20.0警灯Bool%Q1.0确认警报Bool%M20.7外力破坏自锁Bool%M21.03.4.2跑马灯和报警灯程序设计图3-47程序段1M22.0（跑马灯常闭）触点得电变为“0”时，检测到M22.0下降沿，位移值指令将编写好的000001传输到QB3中。图3-48程序段2时钟频率为1HZ的时钟存储器，以每秒一次的上升沿向循环右移指令发出信号，右移将输入端的内容将向右循环1位。并存储到输出端内，循环往复。图3-49程序段3当发生偷盗的情况，常开触点M20.0（外力破坏）得电闭合，线圈M21.0（外力破坏自锁）得电，形成自锁。当常闭触点M20.7得电打开，自锁关断。图3-50程序段4当常闭触点M21.0（外力破坏自锁）得电闭合。接通时钟频率为5HZ的时钟存储器，常开0.2S常闭0.2S接通线圈Q1.0（警灯），警灯以0.4S的周期闪烁。3.5接通延时图像模块3.5.1接通延时图像模块I/O分配表表6.3接通延时图像模块I/O分配表名称数据类型地址一号商品出柜图像Bool%M20.1二号商品出柜图像Bool%M20.2三号商品出柜图像Bool%M20.3四号商品出柜图像Bool%M20.4广告牌图片接通延时1Bool%M20.5广告牌图片接通延时2Bool%M21.13.5.2接通延时图像模块程序设计图3-51程序段1M23.5（广告牌图片接通延时1）为“1”，接通延时指令（图片接通延时1）为“1”，接通延时10S，接通延时继电器输出端通电，线圈M21.1（广告牌图片接通延时2）得电。图3-52程序段2M21.1（广告牌图片接通延时2）为“1”，接通延时继电器（图片接通延时2）得电，接通延时10S，接通延时继电器输出端通电，线圈M20.5（广告牌图片接通延时1）得电。图3-53程序段3常开触点Q0.0（一号商品出柜）得电接通，又关断，关断延时继电器（1号商品出柜延时器）得电失电启动，延时3s关断M20.1（一号商品出柜图像）图3-54程序段4常开触点Q0.1（二号商品出柜）得电接通，又关断，关断延时继电器（2号商品出柜延时器）得电失电启动，延时3s关断M0.2（二号商品出柜图像）图3-55程序段5常开触点Q0.2（三号商品出柜）得电接通，又关断，关断延时继电器（3号商品出柜延时器）得电失电启动，延时3s关断M20.3（三号商品出柜图像）图3-56程序段6常开触点Q0.3（四号商品出柜）得电接通，又关断，关断延时继电器（4号商品出柜延时器）得电失电启动，延时3s关断M20.4（四号商品出柜图像）图3-57程序段7当常开触点M12.5（微信支付）得电闭合又失电且M14.6、M14.7、M15.0和M15.1常开触点任意一个得电闭合，启动关断延时继电器（微信支付图像），延时5s关断。线圈M100.0（微信支付输出）延时5s关断。图3-58程序段8M13.0（微信支付成功）的状态为“1”且M16.1、M16.2、M16.3和M16.4常开触点任意一个得电闭合，启动关断延时继电器（微信支付关断图像），延时3s关断。线圈M16.6（微信支付图像常闭）延时3s关断。4组态WINCC的设计4.1HMI_1TP1200精智面板的I/O分配表为了更好地采集我们PLC按键的准确度，我们将变量额采集周期都设为100MS。表4.1WINCC画面I/O分配表名称数据类型PLC变量采集周期Tag_1Bool微信支付图像常闭100Ms一元Bool一元100Ms五元Bool五元100Ms十元Bool十元100Ms二十元Bool二十元100Ms一号商品出柜图像Bool一号商品出柜图像100Ms二号商品出柜图像Bool二号商品出柜图像100Ms三号商品出柜图像Bool三号商品出柜图像100Ms四号商品出柜图像Bool四号商品出柜图像100Ms外力破坏Bool外力破坏100Ms广告牌图片延时1Bool广告牌图片延时1100Ms广告牌图片延时2Bool广告牌图片延时2100Ms微信支付Bool微信支付100Ms微信支付图像_QBool微信支付图像.Q100Ms微信支付成功Bool微信支付成功100Ms微信购买一号自锁Bool微信购买一号自锁100Ms微信购买三号自锁Bool微信购买三号自锁100Ms微信购买二号自锁Bool微信购买二号自锁100Ms微信购买四号自锁Bool微信购买四号自锁100Ms投币总额Int投币总额100Ms确认警报Bool确认警报100Ms警灯Bool警灯100Ms购买一号商品Bool购买一号商品100Ms购买三号商品Bool购买三号商品100Ms购买二号商品Bool购买二号商品100Ms购买四号商品Bool购买四号商品100Ms跑马灯1Bool跑马灯1100Ms跑马灯2Bool跑马灯2100Ms跑马灯3Bool跑马灯3100Ms跑马灯4Bool跑马灯4100Ms跑马灯5Bool跑马灯5100Ms跑马灯6Bool跑马灯6100Ms跑马灯常闭Bool跑马灯常闭100Ms退币按钮Bool退币按钮100Ms4.2根画面的设计图7-1总体设计图由于某些变量仿真无法实现，所以我们用按键来代替实际情况。例如微信支付、微信支付成功，我们用按钮来替代真实的情形。当我们点击硬币的按钮时，计数器将会增加相应的金额。当点击购买时，余额大于等于所需要购买商品的价格时，计数器减去相应的金额，商品在取货口掉落。点击退币按钮后金额归零。当点击购买商品时，选择微信支付，出现相应的收款二维码图片，在人为的干预下点击微信支付成功按钮，会显示微信支付成功的画面，相应商品在取货口掉落。当点击外力破坏的按钮时，警报灯会闪烁。当点击警情确认时警报灯将会关闭。5WINCC仿真5.1仿真通讯系统图5-1仿真通讯系统编写好程序与组态后。将连个硬件连接起来，通过PN/IE-1协议进行仿真模拟。5.2组态仿真5.2.1现金支付仿真图5-1现金支付仿真1WINCC仿真启动后，广告画面开始启动，雪碧广告延时5s显示时间。图5-2现金支付仿真2当雪碧广告显示5s后，可乐广告显示5s，当可乐广告延时5s后，重现显示雪碧广告5s以此往复。图5-3现金支付仿真3当点击一元按钮的时候，现金计数器自动加一，多次点击，多次累加。图5-4现金支付仿真4当点击五元按钮的时候，现金计数器自动加五，多次点击，多次累加。图5-5现金支付仿真5图5-6现金支付仿真6图5-7现金支付仿真7当点击十元按钮的时候，现金计数器自动加十，多次点击，多次累加。图5-8现金支付仿真8当点击二十元按钮的时候，现金计数器自动加二，多次点击，多次累加。图5-9现金支付仿真9假设我们已经投入二十元，点击雪碧的购买按钮（3元购买），现金计数器总动减三元，显示为十七元，雪碧的延时图像在取货口出现，延时5s消失。图5-10现金支付仿真10假设我们已经投入二十元，点击可口可乐的购买按钮（4元购买），现金计数器总动减四元，显示为十六元，可口可乐的延时图像在取货口出现，延时5s消失。图5-11现金支付仿真11假设我们已经投入二十元，点击百事可乐的购买按钮（5元购买），现金计数器总动减五元，显示为十五元，百事可乐的延时图像在取货口出现，延时5s消失。假设我们已经投入二十元，点击娃哈哈的购买按钮（5元购买），