毕业设计（论文）-基于S7-1200 PLC的自动售货机控制系统设计

III基于PLC的自动售货机控制系统设计摘要自动售货机凭借其自动化、智能化和无人值守的新概念得以在全球各大社区、便利店、零售超市中被推广和部署，该设备的出现使得当今零售产业转而从传统劳动密集型向技术密集型产业过渡。本设计采用西门子S7-1200PLC为下位机，采用MCGS组态软件为上位机，设计了一套可以售卖汽水和咖啡的自动售货机。在支付方式上，传统的支付方式通常选择纸硬币进行支付，但是现金交易容易产生故障，为了方便顾客交易，本系统取消了传统的纸硬币支付方式，选择了微信和支付宝两种第三方支付方式。顾客在完成商品选择后通过点击去结算跳转到支付页面，并且在支付页面选择支付方式，然后界面会弹出支付二维码，顾客扫描二维码支付，最后机器出货。通过分析控制要求，进行了总体设计，选择了PLC，设计了主电路和控制电路，PLC输入和输出接线图，使用编程软件编写了梯形图和语句表程序，最后使用MCGS组态软件组态了仿真和监控画面，进行了模拟测试。关键词：PLC；自动售货机；控制系统AbstractWithitsnewconceptofautomation,intelligenceandunattended,vendingmachineshavebeenpromotedanddeployedinmajorcommunities,conveniencestoresandretailsupermarketsallovertheworld.Theemergenceoftheequipmentmakestoday'sretailindustrytransitionfromtraditionallabor-intensivetotechnology-intensive.ThisdesignusesSiemensS7-1200PLCasthelowermachine,usingMCGSconfigurationsoftwareastheuppermachine,designedasetofvendingmachinesthatcansellsodaandcoffee.Intermsofpaymentmethods,traditionalpaymentmethodsusuallychoosepapercoinsforpayment,butcashtransactionsarepronetofailure.Inordertofacilitatecustomertransactions,thesystemcancelsthetraditionalpapercoinspaymentmethodandchooseswechatandAlipayastwothird-partypaymentmethods.Aftertheproductselection,thecustomercanclicktosettleandjumptothepaymentpage,andselectthepaymentmethodonthepaymentpage.Thenthetwo-dimensionalcodeofpaymentwillpopupontheinterface,andthecustomercanscanthetwo-dimensionalcodetopay,andfinallythemachinewillship.Throughtheanalysisofcontrolrequirements,theoveralldesign,selectPLC,designthemaincircuitandcontrolcircuit,PLCinputandoutputwiringdiagram,usingprogrammingsoftwaretowriteladderdiagramandstatementtableprogram,finallyusingMCGSconfigurationsoftwareconfigurationsimulationandmonitoringscreen,simulationtest.Keywords:PLC;Vendingmachines;Controlsystem目录1绪论 11.1研究背景及意义 11.2国内外研究现状 12自动售货机控制系统总体设计 32.1控制要求 32.2系统组成 33自动售货机控制系统硬件设计 53.1PLC选型 53.2伺服电机选型 73.3电磁阀选型 83.4变频器选型 93.5触摸屏的选型 113.6I/O地址分配 113.7PLC接线图设计 123.8电气原理图设计 144自动售货机控制系统软件设计 164.1编程软件概述 164.2程序流程图设计 164.3梯形图设计 184.4系统组态设计 295结论 31参考文献 321绪论1.1研究背景及意义随着我国的经济水平的不断发展，人们的生活水平得到了显著的提高，人们对于消费的观念得到了很大的变化，消费档次也越来越高。自动售货机是一种常见的零售设备，具有方便快捷、24小时营业等优点。目前，自动售货机已经成为了现代生活中不可或缺的一部分。它们能够提供各种各样的产品，使消费者的购物更加方便快捷。但是传统的自动售货机通常只是简单的机械设备，无法实现智能化控制和管理，难以满足现代消费者的需求。随着科技的不断发展，PLC技术的应用已经成为了自动化控制领域的重要组成部分。通过PLC进行自动售货机控制可以提高售货机的智能化程度，为消费者提供更便捷的购物体验；实现自动化管理和监控，减少人工干预，提高售货机的效率和精度；为售货机的实时管理和运营提供可靠的数据支持。因此，基于PLC的自动售货机控制系统的研究和开发具有重要的现实意义和应用价值。本课题则进行基于PLC的自动售货机控制系统设计，采用PLC控制方式，首先根据自动售货机控制要求确定其系统组成与设计方案；然后根据设计方案进行PLC控制模块、电磁阀、变频器及触摸屏的选型，并进行I/O点定义与分配；最后完成自动售货机控制系统控制程序的设计，并在软件中进行仿真调试。本课题利用PLC对自动售货机控制系统进行详细的设计与研究，对于推动自动售货机的广泛应用与推广有着重要的实践意义。1.2国内外研究现状自动售货机控制系统的研究和应用在国内外均有较为广泛的发展和应用。在国外，自动售货机控制系统的研究和应用已经非常成熟。目前，国外自动售货机控制系统主要采用电子支付、智能化控制、数据分析等技术，实现了自动化销售、库存管理、流量统计等多种功能。例如，美国的Coca-Cola公司开发了一种智能自动售货机，具有多种支付方式、可远程管理和监控、智能库存管理等功能，大大提高了售货机的运营效率和管理水平。日本的自动售货机市场也非常发达，其自动售货机控制系统采用了多种先进的技术，如RFID技术、智能化控制等，实现了更加方便快捷的购物体验。在国内，自动售货机控制系统的研究和应用也在不断发展。目前，国内自动售货机控制系统主要采用PLC控制器、智能化控制、物联网技术等，实现了自动化销售、库存管理、远程监控等多种功能。例如，中国的售货宝公司开发了一种基于PLC控制器的自动售货机控制系统，具有智能化控制、远程监控、数据分析等功能，可以实现自动化销售和管理。还有一些国内的科技公司也在自动售货机控制系统方面进行了研究和应用，如阿里巴巴、京东等，利用物联网技术和智能化控制，推出了更加智能化的自动售货机。总之，国内外自动售货机控制系统的研究和应用已经非常成熟和广泛，未来还将有更多的科技和技术应用到自动售货机控制系统中，提高售货机的智能化程度和管理效率，为消费者提供更加方便快捷的购物体验。2自动售货机控制系统总体设计2.1控制要求（1）消费者需求分析本课题研究的自动售货机控制系统所要售卖的是饮品，比如汽水这种受大众欢迎的饮品，消费者对此类自动售货机控制系统的要求大体上如下：1）某自动售货机控制系统主要用来销售矿泉水、酸奶和咖啡，可通过微信和支付宝进行支付；2）使用前，按下需要的商品按钮，然后指示灯1以1Hz频率闪烁20s，期间开始投币；3）当检测到支付成功后，根据选择的商品相应的气缸动作3s，将商品推出；4）如果在20s之内没有支付，则取消本次交易，指示灯1熄灭。（2）经营者需求分析提供自动售货机控制系统这种服务以及对其进行维护的管理个体或者团队，统一称之为经营者。他们是体现市场需求的一个群体，他们的需求也更能贴近市场对自动售货机控制系统的产品需求、功能需求以及整个自助售货行业的发展趋势所在。经营者对自动售货机控制系统的要求大致如下：1）自动售货机控制系统要可靠稳定地运作，使用寿命长，整体功耗低，维护成本低，能够适于不同的工作环境；2）售货机内的执行部件需有故障检测与故障报警的功能，可以自动进行检测、恢复以及停止等功能；3）最好能够具有远程监控，销售信息统计以及管理的功能，能对设备的运行情况做及时汇报，且便于经营者能更好地去了解市场需求，从而及时做出销售策略调整；4）可充分地发挥自动售货机控制系统具备的特有附加价值，比如新颖外观、配置触摸屏作为人机界面等等，增加亲和力以及吸引力。2.2系统组成基于PLC的自动售货机控制系统的硬件主要包括PLC控制器、执行器、传感器和人机界面等。PLC控制器是系统的核心，负责接收传感器采集到的数据，运行程序控制执行器，实现自动售货和管理。执行器包括货道电机、出货电磁铁等，负责实现商品的出货和补货。传感器包括货道传感器、支付传感器等，负责采集货道状态、支付状态等数据。本设计方案中，利用人机界面进行监控，人机界面主要包括主界面、手动控制界面、自动控制界面与参数设置监控界面，企业根据不同产品在参数设计界面中输入相应参数。基于PLC的自动售货机控制系统总体设计框图如图2.1所示。基于PLC的自动售货机控制系统的工作流程如下：用户选择商品并支付，PLC控制器接收支付信息并进行验证，根据用户选择的商品信息驱动货道电机将商品推出，出货后更新库存信息，同时检测库存状态并进行补货。图2.1硬件控制系统结构图人机模块：通过触摸屏实现人机交互，顾客可在触摸屏上选择想要购买的商品。售卖模块：货柜由多层货架组成，当购物者指定所需商品后，由控制系统启动售卖模块出货。支付模块：采用微信和支付宝两种第三方支付方式，顾客在完成商品选择后通过点击去结算跳转到支付页面进行支付。执行模块：接受支付模块信息，确认已接受的金额是否可购买消费者所指定的商品，确认后按要求售出商品。通讯模块：当出现故障时，发送报警信息给管理人员。3自动售货机控制系统硬件设计3.1PLC选型PLC是一种特殊的电子器件，主要用于控制系统的数字化。串行存储器是一种用于存储指令、顺序、时间、计数、算术运算，并通过数字输入、输出或模拟输入来控制不同的装置和生产工艺。虽然有多种程序控制器，各种功能指令，但它们都是以单片机为核心的专用IPC，其结构和工作原理基本相同，且各设备之间也有相似之处。其中，CPU、RAM、ROM、I/O接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口为系统主要组成，内部总线还可以进行数据和命令的传送。随着PLC技术的发展，目前已能够完成下列控制功能：（1）有条件的控制功能。也被称为逻辑控制功能或序列控制功能，它是指使用非PLC命令来取代串联或并联的继电器触点，以达到开关控制的目的。（2）时间控制/计数功能。状态控制则是通过由PLC所发出的定时器、计数器等命令，取代“时间继电器”，对某一具体动作进行计时或计数。（3）数据处理功能。PLC的数据处理功能，包括数据传输，比较，移动，数字转换，算术运算，逻辑运算，编解码等。（4）控制功能。所谓步进控制，就是利用步进命令对多个工艺过程进行控制，以代替步进控制器，实现对全部工艺过程的控制。在目前的流程结束后，可以对后面的流程进行控制。（5）A/D转换功能。主要是通过A/D、D/A模块完成A/D之间的转换，并实现A/D之间的转换。（6）运动控制功能。采用高速计数模块和位置控制模块实现一个或多个轴的运动控制。（7）过程管理功能。过程控制功能是通过PLC命令或者PID控制模块来实现对温度、压力、速度和流量等物理量的闭环控制。（8）扩展功能。扩充功能就是为了增强PLC的可控性，而将I/O扩展模块（也就是I/O扩展模块）连接起来，以增大I/O点的数目，或者添加多种智能模块和专用功能模块。（9）远程输入输出特性。远程控制I/O功能是指将多台远程控制设备通过I/O设备与一台PLC主机相连，实现远程控制和数据的接收和输出。（10）网络通信功能。通信网络的作用是利用PLC之间的网络，来实现远程I/O控制或大型系统数据交换、PLC与上位机的连接等，从而达到综合控制的目的。（11）监控功能。监视功能是指PLC能够监视整个系统的运行状况及各个部件的运行过程，并对发生在系统中的各种不正常的现象给予报警、记录，乃至使其自动停机；时间、计数及其它输入输出状态。在监视程式中，这个数值可以在线修正，也可以强制修正。PLC有很多种，如分为不同的结构类型，性能，容量，指令集，编程方法，价格等。西门子、AB、欧姆龙、三菱、台达等等是目前常用的产品。在选用特定类型的PLC时，必须考虑到下列因素：（1）结构类型：可编程控制器的结构型态以整体型和模块型为主，整体型I/O点大部分整合在PLCCPU上，不容易扩充，多应用于工艺比较简单的控制系统。模块型功能模块分离，便于扩充；输入输出点种类繁多，数目众多，并且具有很强的灵活性，可以很容易地进行扩充。（2）安装方式：按照装配方法，可将PLC系统分为集中式、远程I/O系统和分布式等多种PLC网络化形式。集中式的管理系统无需配置任何的远程设备，具有快速的系统反应能力和低廉的运行费用；远端I/O的配置范围很广，远端I/O可以分开设置，并且系统联接更加便捷；分布式为多个PLC组成的分布式网络，可以对多个装置进行独立的控制。（3）功能要求：一般的PLC都具备逻辑运算，计数，定时，存储等功能，可以达到通用的控制需求。（4）响应速度：在自动控制中，PLC被广泛应用于各种控制系统。各层的控制系统之间的响应时间有很大的差别，从数毫秒到数百毫秒都有可能。通过对系统的控制需求进行分析，并选取适当的控制器，可以达到单功能、多效益的目的。（5）统一模式：尽量实现统一的控制系统模式，使设备通用化，简化采购，便于沟通，资源共享。根据系统管理和运行要求，自动售货机控制系统选择西门子S7-1200PLC作为核心控制器，实物图见图3.1。该系列PLC具有以下优点：（1）稳定性高：S7-1200PLC采用先进的硬件设计和工艺制造技术，具有较高的稳定性和可靠性。（2）易于使用：S7-1200PLC采用友好的人机界面，操作简单方便，适合于初学者和专业人士使用。（3）维护和升级方便：S7-1200PLC支持在线升级和远程维护，用户可以通过网络对PLC进行升级和维护，降低了维护成本和工作量。（4）高性价比：S7-1200PLC价格相对较低，性能和功能较为全面，适用于中小型控制系统的设计和应用。（5）可靠性高：S7-1200PLC在设计和制造过程中考虑了各种电磁干扰和环境因素，具有较高的可靠性和稳定性，适用于各种恶劣环境下的应用。图3.1S7-1200PLC3.2伺服电机选型结合基于PLC的自动售货机控制系统需求，通过综合比较，得出了液压驱动和气压驱动都不具备对饮品进行输送定位的要求。因此，根据本课题中本课题中的机械手的自动售货机的特性，电力驱动能更好地符合系统要求。并且不同的电力驱动电机对运动精度有着不同的影响，所以需要选择合适的电力驱动方式。对于步进电机和伺服电机这两大类的驱动设备，两者主要的性能区别在于：（1）控制精度不相同。步进电机步进角越小，执行器细度越大，控制精度越高；伺服电机的控制精度与其内置的编码器有关，编码器上的刻度数越大，则控制精度越高。（2）低频特性不相同。步进电机在低速时易产生低频振动，通常采用阻尼或细分技术来克服这一现象；伺服电机运行平稳，即使在低速时亦无振动现象。（3）矩频特性不相同。步进电机输出力矩随着转速的增加而减小，但在高速状态下则减小得很快；伺服电动机均可在额定转速范围内输出额定扭矩。（4）过载能力不相同。普通的步进电动机没有过载能力，而伺服电动机则有很强的过载能力。（5）运行性能不相同。步进电机是开环控制的，当起动频率太高或负载太大时，很容易发生漏步或阻塞转动，而且在停止运转时，转速太高，很容易发生超调；伺服电机驱动系统是闭环控制，它的驱动器能够直接采集到内置的编码器反馈信号，在它的内部构成了一个速度回路和位置回路，用来调整它的速度和位置，通常情况下，它不会出现漏步或过冲现象，所以它的控制性能更加可靠。（6）速度响应不相同。步进电机从静止加速到工作转速需要几百毫秒，然而伺服电机仅需要几毫秒。综合考虑满足自动售货机控制系统要求以及设计成本的前提下，最终选择松下AC伺服电机。伺服电机驱动器又称为伺服控制器，是现代运动控制系统的重要组成部分。它是一种用于控制伺服电机的控制器，主要应用于高精度定位系统。伺服驱动器以数字信号处理器为控制核心，它的作用就像是变频器作用于普通交流电动机一样，它是建立在变频技术的基础上的，它的电流环、速度环、位置环都比普通的变频技术更加精确的控制技术和算法。由系统控制器发出一系列的脉冲信号，实现了速度与位置的控制。本课题控制自动售货机控制系统的伺服电机驱动器选择的是松下A5伺服驱动器。伺服控制模块控制连接图如图3.2所示。图3.2伺服控制模块控制连接图3.3电磁阀选型电磁阀是一种以电磁方式进行控制的工业装置，它是一种控制流体流动的基本自动化元件，属于执行机构。当电磁阀通电时，其内部的电磁线圈通电，产生电磁力，将阀座上的关闭部件抬起，使阀门开启；当电磁阀断电后，由电磁线圈所产生的电磁力消失，电磁阀内的弹簧就会把闭合元件弹回到阀座上，从而使阀门关闭。本课题中电磁阀选择AirTAC公司型号为4V210-08/DC24V的二位五通换气电磁阀，如图3.3所示。其使用压力范围是0.15-0.8Mpa，工作电压是直流24V，最高动作频率是5次/秒。图3.3二位五通换气电磁阀3.4变频器选型变频器是一种功率控制装置，通过功率半导体器件的2位操作将功率从一种频率转换为另一种频率。电源频率将50Hz、60Hz的电源转换为变频交流电源，实现变频运行。控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流转换为直流，中间直流电路对整流电路的输出进行平滑滤波，将直流转换为交流。变频器具有以下特点：（1）节能高效：由于变频器可以根据负载需求调整电机转速，减少了机械传动系统的能量损失，实现了节能高效的控制。（2）精确控制：变频器可以实现对电机的精确控制，使电机的运行速度和负载匹配，达到最佳控制效果。（3）范围广泛：变频器适用于不同类型、不同容量的交流电机，可以满足不同应用场景的需要。（4）稳定性高：变频器具有良好的稳定性和可靠性，可以保证电机的稳定运行。（5）便于维护：变频器具有自诊断和保护功能，可以自动检测和保护电机和变频器，便于维护和管理。当前，变频器广泛应用于各种机械设备中，如风机、水泵、压缩机、输送机等，可以实现对电机的精确控制和节能高效的运行，具有重要的应用价值。（1）变频器的控制方式变频器的控制方式可以分为以下几种：1）向量控制：向量控制是一种基于磁场定向的控制方式，可以实现对电机的速度、扭矩和位置等多种控制。具体来说，该控制方式通过对电机的电流、磁通和转子位置进行监测和计算，然后根据这些参数来控制电机的转速和转矩。2）V/F控制：V/F控制是一种基于电压和频率的控制方式，通过控制变频器的输出电压和频率来控制电机的转速。该控制方式适用于一些简单的应用场景，如风扇、水泵等。3）直接转矩控制：直接转矩控制是一种能够实现高精度转矩控制的方式，通过直接控制电机的电流来实现对电机的转矩控制。该控制方式适用于对转矩精度要求较高的场景，如印刷机、纺织机等。4）感应电机矢量控制：感应电机矢量控制是一种基于电机磁场定向控制的方式，通过对电机的电流、转子位置、转速等参数进行监测和计算，然后根据这些参数来控制电机的转速和转矩。该控制方式适用于对控制精度要求较高的场景，如电梯、卷扬机等。（3）变频器的容量选择变频器功率通常用输出电流（A）、输出功率（kVA）和适用电机功率（kW）来表示。额定输出电流为变频器所能承受的最大有效值。无论如何，这个电流值不应该被连续输出所超过。变频器的输出功率由其输出电流与电压构成的三相总功率所决定。电机采用2极和4极两种标准电机作为动力源，也就是驱动电机在额定电流范围内工作。由于6极及以上的电动机、换极电动机、特殊电动机的额定电流都超过了标准电动机的额定电流，所以变频器的输出不能以电动机的输出为基准进行选择。因此，对于6极以上变极或变极电机驱动的负载、交流负载、间歇负载和短期负载，应根据可能出现的最大运行电流选择变频器功率。本系统中，控制主电机的变频器由电力半导体器件组成，并通过改变变频器的频率来调整自动售货机控制系统电机的转数。因此，本设计采用了西门子G120变频调速装置。西门子G120系列变频器是专用于工业应用的大功率变频器，它们可以通过以太网与本地控制器通信。G120逆变器的额定功率从0.37kW到250kW不等。G120控制单元选用CU240E-2DP，有两个DP接口，接线图如图3.4所示：图3.4CU240B-2控制单元接线图3.5触摸屏的选型人机界面（HMI）为用户提供了一个交互平台和一个触摸屏控制系统。触摸屏技术是目前和将来最重要的人机交互技术之一。今后，该技术将被广泛地应用于相关的产品和领域。其实质是一种主要由触控屏幕构成的传感器。操作员触碰屏幕时，触摸屏会向控制器传送触点信号，并把触点信号变换成触点坐标，再传至控制器，由CPU进行操作。触摸屏上的传感器按其探测原理可划分为电阻式、电容式、红外式。在本系统中，选择KTP700Basic触摸屏，具有屏幕显示、监控、数据采集、报警、通讯等功能。3.6I/O地址分配在PLC系统中，I/O单元起着重要的作用，它是PLC和工业现场之间的接口，将现场的信号传递给PLC。基于PLC的自动售货机控制系统I/O单元具体分配情况如表3.1所示。表3.1输入输出I/O口分配输入注释输出注释I0.0假币传感器SQ0Q0.0投币指示灯1I0.11元传感器SQ1Q0.1投币指示灯2I0.25元传感器SQ2Q0.2假币指示灯L0I0.310元传感器SQ3Q0.3矿泉水指示灯L1I0.4矿泉水按钮SB0Q0.4汽水指示灯L2I0.5汽水按钮SB1Q0.5酸奶指示灯L3I0.6酸奶按钮SB2Q0.6咖啡指示灯L4I0.7咖啡按钮SB3Q0.7找钱指示灯L5I1.0找钱按钮SB4Q1.0假币退出继电器KM0I1.1汽水有货SQ4Q1.1矿泉水出货继电器KM1I1.2酸奶有货SQ5I1.3咖啡有货SQ6I1.4备用I1.5备用I2.0备用Q2.0汽水出货继电器KM2I2.1备用Q2.1酸奶出货继电器KM3I2.2备用Q2.2咖啡出货继电器KM4I2.3备用Q2.3找1元继电器KM5I2.4备用Q2.4找5元继电器KM6I2.5备用Q2.5备用I2.6备用Q2.6备用I2.7备用Q2.7备用3.7PLC接线图设计根据I/O分配表绘制PLC接线图，见图3.5。图3.5PLC接线图3.8电气原理图设计电气原理图是电气工程中的一种基本文档，用于表示电气设备、电路和系统的电气连接关系、电路元件及其参数等信息。电气原理图设计的基本步骤如下：（1）确定电路结构：根据电气设备、电路和系统的需求，确定电路结构，即确定电路中的各个电路元件、接线方式和电气连接关系。（2）选择元件：根据电路结构的要求，选择合适的电路元件，包括开关、传感器、电容器、电阻器、电感器、变压器等。（3）绘制原理图符号：根据所选电路元件的类型和参数，在电气原理图上绘制对应的符号，包括电源符号、接地符号、开关符号、传感器符号等。（4）连接元件：依据电路结构和绘制的符号，连接各个电路元件，标注电路连接的方式、电路元件的名称和参数。（5）完善原理图：检查电气原理图的正确性和完整性，完善电路元件符号、参数标注，添加必要的注释和说明。（6）生成电气原理图：将电气原理图保存为电子文档或打印成纸质文档，方便使用和维护。综上，绘制自动售货机控制系统电气原理图，如图3.6所示。图3.6电气原理图4自动售货机控制系统软件设计4.1编程软件概述为了适应4.0行业发展的需要，西门子公司发布了一款全自动软件集成平台TIA博途（TIAportal）。该平台可以将各种PLC自动控制系统整合在一起，实现对各种自动控制系统的控制。TIA博途的开发平台包括以下几个软件：SIMATICStep7、SIMATICWinCC、SIMATICSafety、SIMATICStartdrive、SIMOTIONScout。TIA博途平台的Step7能够完成对S7-1200PLC的装置进行组态，并对其进行程序设计。其中，对梯形图（LAD）、函数块图（FDB）和结构化控制语言（SCL）的程序支持是其实现的关键。在编写代码之前，首先要对硬件进行配置，并按照硬件方案来选择适当的PLC模块以及扩展模块，在编写代码的时候，要按照系统控制流程来将各个程序块进行划分，这样可以方便地对程序进行调试和修改。TIA博途的硬件配置是在一个统一的工程环境中进行的，而硬件的配置就是对PLC模块及扩展模块的有关参数的设定，其中包含了CPU的选择和I/O端口的分配、HMI的选择与通信的设定等，按照一定的次序分成了三个阶段：①增设硬件模组，需增设下列模组：CPU模组、输入/输出扩充模组、人机界面控制模组、通信模组。打开这个项目，点击两次“添加新设备”，就可以增加中央处理器的主要模组，以及中央处理器的型号1214CDC/DC/DC。在设备配置界面的目录中选择S6ES7215-1AG40-0XB0的相应型号和订单号，并将该模块拖拽到设备支架上。②搭建一个硬体网路，并为其指定网址。其中，精智系列面板为上位机系统，S7-1200为主机，一台从站S7-1200PLC作为远程设备站，对主机进行远距离控制；调整博途的硬件和网络接口中显示的连接。③通信端口参数配置。ModbusRTU协议通信端口配置：在TIA博途中打开CM1241（RS485）_1模块，对端口进行组态。4.2程序流程图设计基于PLC的自动售货机控制系统的主程序流程图如下图4.1所示。自动售货机控制系统开机运行后首先进行自检，检查各个部件是否处于正常状态，如果有不正常的状态则显示错误信息以方便工作人员进行维修；如果所有状态正常，即自检通过，检查货物信息，是否缺货，如果某一商品缺少，则停止售卖该商品，显示无货；然后等待消费者进行购买，如果有消费者选择商品，等待支付成功后立马执行售卖模块，将商品送出售货机。图4.1主程序流程图支付宝和微信的扫码支付的实现类似，本节在此仅介绍支付宝支付的设计流程。首先需要在支付宝官网完成认证、创建、审核等步骤，然后完成支付宝公钥和私钥的生成并下载支付宝服务端SDK，最后完成参数配置。程序流程如图4.2所示。图4.2支付宝支付开发流程图4.3梯形图设计基于PLC的自动售货机控制系统梯形图见图4.3。图4.3梯形图4.4系统组态设计本自动售货机控制系统使用MCGS组态软件进行组态界面设计。MCGS工业控制组态软件是一款能够有效、省时地设计和开发一套监测系统的软件，无需操作者具有良好的编程基础，只要增加输入框、标准按钮、标签、位图、动画显示、报警显示、实时曲线、历史曲线等，就能开发一个监控系统，可以动态地展示从现场设备采集的实时数据，为用户提供了便利。MCGS工控组态软件的主要特点及基本功能如下：（1）简单灵活的可视化操作界面：该软件采用中文语言，非常适合英语基础不好的使用者。配置是在窗口内部进行的，每个窗口都可以随意切换，如果需要，用户可以根据需要进行图形化的设计，从而实现系统的开发。（2）丰富、生动的多媒体画面：在设计组态时，使用者可以利用由系统提供的元件、文字、输入框、图符、报告等，或自行选择插图，设计一个集图像、声音、动画于一体的生动的、能实时监控的图形界面，从而达到实时监测数据的要求。（3）完善的安全机制：通过分别输入管理员和普通用户的系统信息，允许用户登录到系统中进行监控，确保系统的安全。（4）强大的网络功能：具有TCP/IP、Modem、RS-485/RS-422/RS-232等多种数据通信手段，MCGS网络版组态软件更是为用户提供了远程监控服务，通过登陆浏览器即可随时了解现场情况。（5）实时的数据库：实时数据库就像一个数据包，无论是建立数据对象，还是配置接口的存储，都是在一个实时数据库中进行的。在实际操作中，各个部件都是由一个实时数据库进行数据交换的，从而联系在一起。采用MCGS组态软件进行基于PLC的自动售货机控制系统组态界面设计，打开应用管理器，选择“增加新应用”，在应用名称对话框中输入一个应用程序的名称，命名为“自动售货机控制系统”，按“确定”按钮。在工程列表中会出现新建的工程，双击该工程，开始组态工作。组态界面见图4.4。图4.4组态界面5结论本课题详细设计了基于PLC的自动售货机控制系统，运用S7-1200PLC进行系统控制，通过与各种开关电器、电磁阀、变频器等硬件的相互配合，从而完成了自动售货机控制系统的自动控制程序设计。通过进行系统组态设计分析，得知本课题设计的基于PLC的自动售货机控制系统性能良好，能够实现商品的自动售卖、货币识别等功能，有着一定的实际应用价值，能够在实践中得到有效应用。总之，自动售货机控制系统已经成为了一种趋势和发展方向，各国的研究和应用也在不断深入和创新。随着科技的不断发展和创新，自动售货机控制系统将会变得更加智能化、更加个性化，为人们的生活带来更多的便利和舒适。参考文献[1]SabahM,Al-MayyahiM,HazimN.DesignandimplementationofvendingmachineembeddedcontrolsystemusingFPGA[C]//InternationalConferenceonInformation&CommunicationTechnology.2019