论文总字数：13559字

摘 要

自动售货机是无需销售人员，可根据消费者投入钱币计算价格自动贩卖商品的智能机器。自动售货机具有常用商业自动化设备的显著特点，实现了24小时微型超市这一种商品零售形式。而PLC具有良好的稳定性，能够完整实现自动售货机的各项功能。辅助于一些电子元器件，使它能够不断开发出新的功能。本设计中的自动售货机就是基于PLC的自动售货机。在设计中，首先观察现有的自动售货机所具有的功能，并查阅相关资料。再根据这些功能设计出自己的自动售货系统，列出I/O分配表并编写程序，利用软件仿真以达到预计的效果。最后利用按钮开关模拟红外线传感器，用发光二极管模拟电机，动手接线完成调试，实现预设的自动售货功能。

论文阐述了基于PLC的自动售货系统的整个设计过程，简要地介绍了自动售货机的硬件部分、软件部分、PLC的接线与程序调试以及软件仿真^[1]。

关键字：自动售货机；PLC；西门子

Vending Machine System Design Based on PLC

Abstract

The vending machines are intelligent machines that can calculate the prices of goods according to the consumers’ inputs and vend goods without a sales staff. Vending machines are commonly used as commercial automation equipment to achieve a retail form of a 24-hour mini-supermarket. The PLC has a good stability and a complete implementation of the various functions of the vending machine. Being assisted by a number of electronic components enables it to continue to develop new features. In this design, the vending machine is based on the PLC. In the design, what we should do first is to observe the vending machines which we have had and search for some relevant information. According to these features we could design your own vending system. Then list the I/O allocation table and use simulation software after writing programs in order to achieve the expected results. Finally, use the push-button switches to analog infrared sensors and use light emitting diodes to analog motors. Wire all the parts and complete the debugging to achieve the goal.

The paper describes the design process of automatic vending system based on PLC and briefly describes parts of hardware and software of the vending machine, wiring and debugging, and software simulation.

Keywords：Vending Machine；PLC；Siemens

目 录

摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1 自动售货机的研究背景及意义 

1..1.2 研究自动售货机的目的

1.1.3 自动售货机的发展前景

1.1.4 自动售货机的结构及其功能

第二章 基于PLC自动售货系统的设计思路和解决方案

2.1设计思路

2.2 解决方案

2.3 预计效果

第三章 自动售货系统的硬件部分

3.1 PLC的选型与介绍

3.2 数码管的选型与介绍

第四章 自动售货系统的软件编程

4.1自动售货系统的流程图

4.2 主程序

4.2.1 主程序的功能

4.2.2 主程序I/O分配表

4.2.3 主程序梯形图与说明

4.3 数码管显示程序

4.3.1 数码管显示程序的功能

4.3.2 梯形图与说明（元）

第五章 软件仿真

5.1 软件使用介绍

5.2 软件仿真过程

5.2.1 主程序仿真

第一章 绪论

1.1 自动售货机的研究背景及意义 

自动售货机最早出现在20世纪60年代的欧美，当时在美国的地铁系统中。人们可以用1美分在自动售货机上购买到一块口香糖。这便是最早的自动售货机。作为一种全新的零售方式，20世纪80年代以来，自动售货机在美、日等发达国家得到了迅速的普及和发展。其产品特点是科技含量高，集光、机、电、防伪识别、数字密码、智能软件等技术于一体；24小时服务，售货便利，无需专人盯守，省人工，省成本；售货范围广，人们通过自动售货机不仅可以买到食品、香烟、饮料、报纸、票、卡，甚至鲜花和小宠物等物品；此外它还是一种新颖独特的广告媒体。目前，自动售货机已经在许多个国家和地区使用。根据美国《自动世代》统计，日本每23人拥有一台自动售货机、美国每40人一台、欧洲每60人一台。在邻国日本，全国市场70%的罐装饮料是通过自动售货机售出的，每个人一年投入自动售货机用于购物的货币高达400多美元；根据日本麒麟啤酒公司调查，一台自动售货机每年可售出上万罐清凉饮料，比一般不太繁忙的小商品销量还要大，美国可口可乐公司则拥有分布于世界各地的几十万饮料售货机；在西班牙，全国通过自动售货机售出的商品销售额占全国零售业的六成以上，并以每年10%的速度递增。全世界约有1800万台自动售货机处于运营中，包括自动售货机制造与运营在内的整个行业年销售额超过2500亿美元，自动售货业已成为零售业增长最快的行业之一。 

近几年，自动售货机在我国的大中城市发展势头非常迅猛，车站、码头、酒店宾馆、大学校园、繁华的街道等地方随处可见自动售货机的身影。据统计，广州市区就摆放了各种品牌的自动售货机，而这还不足以满足地铁和公交车站的需要。自动售货机不但给人们的生活带来了极大的方便，而且也成为现代化城市的一道亮丽的风景线。随着我国零售业态的不断发展和2010年上海世博会举行的过程中，我国无店铺销售业态的发展获得了良好的环境和契机。尤其是跨国企业的加入，进一步刺激和带动我国自动售货机产业的发展[6][8]。

1..1.2 研究自动售货机的目的

从自动售货机的发展趋势来看，它的出现是由于劳动密集型的产业构造向技术密集型社会转变的产物。大量生产、大量消费以及消费模式和销售环境的变化，要求出现新的流通渠道；而相对的超市、百货购物中心等新的流通渠道的产生，人工费用也不断上升；再加上场地的局限性以及购物的便利性等这些因素的制约。自动售货机行业长期以来在美国、日本等国家得到迅猛发展，目前已在多个国家得到广泛普及。据业内人士估计，但中国的自动售货机拥有量还不太多，相对于13亿的人口大国和零售业态发展的趋势而言，中国自动售货机行业的发展空间将更加广阔^[7]。

1.1.3 自动售货机的发展前景

据英国《每日邮报》12月27日报道，美国卡夫集团和英特尔公司合作开发了一款名叫“Isample”的新型自动售货机，用于推广一款新零食——Temptation果冻。这种售货机的特别之处在于它内置了一台生物信息扫描仪，从而推断出购买者的年龄和性别，并且只出售给成年购买者。由此可见，自动售货机正朝着更加智能的方向发展，它会具有更多更强大的功能，赚足眼球。

由于人类提出遏制全球变暖、合理利用资源、提高资源利用率的议案，自动售货机也朝着节能环保的方向发展，节能型自动售货机从此成为了主要发展方向。自动售货机也将开发出更多功能，渗透到生活的方方面面，加快劳动密集型产业结构向技术密集型的转变^[11]。

1.1.4 自动售货机的结构及其功能

自动售货机是无需销售人员，可根据消费者投入钱币计算价格自动贩卖商品的智能机器。自动售货机具有常用商业自动化设备的显著特点，实现了24小时迷你超市这一种全新的商品零售形式。

一般地，自动售货机由钱币感受装置、钱币币种识别系统、钱币真伪识别系统、商品安置装置、指示装置等几个模块组成。钱币感受装置是当消费者投入钱币时，对钱币有一定的感受，并把这种感受告诉中央处理器进行后面的处理，这是最基础的一部分。钱币币种识别系统是识别不同的钱币，并将它们分类摆放好，以便找零时使用。顾名思义，钱币真伪识别系统就是辨别消费者投入钱币的真伪性，如果钱币是假币则会进行退币操作。商品安置装置则是放置商品的地方，方便消费者选购。当钱币充足时，将货物放到出货口，方便顾客拿取。指示装置其实是一种人机界面，它会告诉消费者机器处于什么阶段以及什么状态，一般有待机状态、工作状态、缺货状态。当然，自动售货机还具有其他一些模块，例如退币按钮、找零/退币口、商品货号按钮等等一些辅助模块。如图1-1是自动售货机的一些单元模块。

图1- 1 自动售货机的基本模块

自动售货机避免了讨价还价的尴尬，可以避免售货员与顾客的争吵，机器始终可以保持良好的售货态度，简化了售货过程^[20]。

1. 基于PLC自动售货系统的设计思路和解决方案

2.1设计思路

本设计中，自动售货机的简单示意图如图2-1所示，自动售货机向顾客出售两种商品，相对应有两个按钮可以用来选择商品。于投币口投入钱币，设有退币按钮，用于投币后不想购买时，退还投入的钱币。状态指示灯指示机器所处的状态，本设计中所涉及的状态有两种：待机状态和工作状态。货物的指示灯用于指示选择了几号商品，货物按钮用于选择不同的商品。

图2-1 自动售货机的简单示意图

2.2 解决方案

⑴运用按钮开关，手动模拟红外线传感器的效果，以此替代红外线传感器；

⑵用发光二极管模拟电机，实际控制中与PLC相连的是接触器的线圈，我们用发光二极管模拟电机更直观，可以直接看到效果；

⑶用PLC执行程序，在内部进行钱数的加法与减法运算、电机转动的定时、各部件的逻辑运算，控制输出。

2.3 预计效果

本设计重点在于软件设计、接线调试、仿真，许多硬件部分只有大致的选型和介绍，在实际试验中运用了某些器件模拟其功能，简化调试过程。而硬件的选型与介绍是为了使整个设计更加完整所设，是为了更加完整地介绍自动售货机。

下面对自动售货机所能够完成的控制要求进行介绍：

⑴ 说明：本设计中，钱币识别所用到的红外线传感器用按钮开关模拟；假定只能投1元硬币和5元纸币；两种商品对应的电机和找零/退币电机用小彩灯模拟。

⑵在待机状态下，状态指示灯闪烁表示机器处于待机状态，1-2号商品的指示灯常亮表示未选择商品，数码管清零。

⑶当投入钱币后，状态指示灯常亮表示机器处于工作状态，1-2号商品的指示灯仍然保持常亮状态，表示未选择商品，数码管显示金额。此时，

① 若按下退币按钮，投入的钱币将会退还，即找零/退币电机转动10秒后停止，数码管显示退币金额。

② 若选择商品货号1、2，即按下相应按钮则会出现以下三种情况：

A．若投入钱数大于商品所需钱数，则所选择商品的对应指示灯常亮，其余指示灯熄灭；所选商品的电机转动10秒后停止，同时找零/退币电机转动10秒后停止；数码管显示找零金额。

B．若投入钱数等于商品所需钱数，则所选择商品的对应指示灯常亮，其余指示灯熄灭；所选商品的电机转动10秒后停止，数码管显示零。

C．若投入钱数小于商品所需钱数，则1-2号商品的指示灯仍然保持常亮状态；找零/退币电机转动10秒后停止，数码管显示退币金额。

⑷以上的各种情况结束后，恢复待机状态，即状态指示灯闪烁表示机器处于待机状态，1-2号商品的指示灯常亮表示未选择商品，数码管清零。

第三章 自动售货系统的硬件部分

3.1 PLC的选型与介绍

PLC使用西门子S7-200 PLC，S7-200是德国西门子公司生产的小型PLC，是整体式结构，适用于各行各业、各种场合的检测及控制的自动化，如图3-1所示。设计紧凑，良好的扩展性、灵活的配置、低廉的价格、丰富的功能以及强大的指令系统，使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案，使它能够控制各种设备以满足小规模自动化控制需求。S7-200的用户程序中包括了逻辑运算、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。S7-200具有14个输入/10个输出，在许多方面具有自己的独特功能，如存储系统、高速处理、实时时钟、网络通信，S7-200 CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC。在下载了程序之后，S7-200将保留所需的逻辑，用于监控应用程序中的输入输出设备。

图3-1 S7-200 PLC

在本设计中，使用STEP 7-Micro/WIN编程软件运用梯形图编程语言编写自动售货系统程序，并让PLC加以储存该程序，接完各个线路后进行程序调试，执行所编写的自动售货系统程序，实现自动售货系统的预设功能^[4][5]。

3.2 数码管的选型与介绍

数码管是一种半导体发光器件，数码管是由八个发光二极管组成，其中七个组成8字形，还有一个则会点亮小数点。这八段分别用小写英文字母a、b、c、d、e、f、g、d p表示，如图3-2所示。当数码管的某些段加上一定的电压后，就会形成我们所看到的数字或大写字母，一般地有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F这16种。一般情况下，每个发光二极管的管压降在1.6V至2.1V左右，最大电流不超过30mA，一般我们所使用的数码管工作电压是5V。所有的发光二极管的阳极连接到一起接到电源正极的数码管称为共阳数码管，所有的发光二极管的阴极连接到一起接到电源负极的称为共阴数码管。数码管的大小、尺寸也各有不同。

图3-2 数码管的八段分布

在本设计中，我们需要运用数码管显示投入的钱币数量，相当于一种人机界面。数码管由PLC来驱动，帮助人们放入充足的钱币购买商品，实现人机交换。需要两个数码管分别显示元和角，我们选用的是0.3英寸共阳数码管，如图3-3是数码管的管脚分布和图3-4是共阳数码管的内部结构^[12][13]。

图3-3 数码管的管脚分布

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