一種基于 PLC 的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言

隨著無人超市的出現(xiàn)，自動(dòng)售貨機(jī)將會是一種應(yīng)運(yùn)而生的新時(shí)代的必要產(chǎn)物。自動(dòng)售貨機(jī) 24 小時(shí)不間斷的服務(wù)，節(jié)省了大量的人力物力，占地面積小，投資少。自動(dòng)售貨機(jī)的庫存可以遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時(shí)準(zhǔn)確地采集信息，能保證貨源的充足[1-2]。

自動(dòng)售貨機(jī)功能是首先計(jì)算總額，確定是否有足夠的總額購買所選物品。本售貨機(jī)中有 6 種商品，其中一號商品價(jià)格 1 元，二號商品 2 元，三號商品 2.5元，……。如果投入 1 元的硬幣，一號商品指示燈亮，顯示可以購買，繼續(xù)投入 1 個(gè) 1 元硬幣，此時(shí)二號商品指示燈亮，購買另外的商品也同樣的道理。當(dāng)按下 1 元商品購買按鈕時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)會將總金額減去 1 元，同時(shí)將一號商品提取到出貨口。如想要繼續(xù)購買商品，只要按下可購買商品的按鈕，商品將繼續(xù)提取出來，若不再購買商品，可按下退幣按鈕，將退出剩余金額，然后總金額清零，至此完成了本次交易。自動(dòng)售貨機(jī)的工作流程圖如圖 1 所示。

2 總體方案

此次設(shè)計(jì)主要任務(wù)是對自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)，采用友好的人機(jī)界面，顧客可以根據(jù)需要投入不同的貨幣，根據(jù)自己的需求購買不同價(jià)格的商品，系統(tǒng)顯示本次購買物品的數(shù)量及總金額，購買結(jié)束后自動(dòng)計(jì)算余額并進(jìn)行退幣。系統(tǒng)總體框圖如圖 2。

此系統(tǒng)由四部分組成。由上位機(jī)控制下位機(jī)其中 可編程序控制器 PLC 作為核心控制器件，監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)完成，上位機(jī)采用組態(tài)王界面，操作面板由按鈕控制，顯示模塊由信號燈數(shù)碼管構(gòu)成。

自動(dòng)售貨機(jī)的組態(tài)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，首先繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)思路設(shè)置 1 售價(jià) 1 元；設(shè)置 2 售價(jià) 2 元；設(shè)置 3 售價(jià) 2.5 元；設(shè)置 4 售價(jià) 3 元；設(shè)置 5 售價(jià) 4元；設(shè)置 6 售價(jià) 5 元。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 所示。

① 主控制器功能：投幣后判斷金額是否夠購買所指定商品，根據(jù)顧客要求出售所指定商品。② 數(shù)值計(jì)算機(jī)構(gòu)功能：計(jì)算系統(tǒng)金額變化，統(tǒng)計(jì)本次購買商品的總金額。③ 補(bǔ)料機(jī)構(gòu)功能：貨柜層數(shù)共兩層，當(dāng)顧客購買任何一層的商品后，當(dāng)商品從貨架移除后商品數(shù)量減少，補(bǔ)料機(jī)構(gòu)檢測判斷后補(bǔ)充減少的商品的數(shù)量。④ 顯示機(jī)構(gòu)功能：實(shí)時(shí)顯示本貨柜層所剩余商品的數(shù)量，顧客投入的總金額，購買后余額和本次消費(fèi)的總金額。⑤ 指示燈功能：指示所購買的商品。

本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)有五大部分組成。計(jì)幣部分、比較部分、選擇部分、飲料供應(yīng)部分、退幣部分。其中計(jì)幣部分采用 PLC 中整數(shù)寄存器計(jì)所投入的總金額。比較部分是當(dāng)顧客投幣后，所投入的金額和某種商品價(jià)格做比較，如果投入金額大于某種商品金額，則該商品指示燈亮。選擇部分則完成，當(dāng)商品指示燈亮?xí)r按下購買該商品按鈕，則指示燈閃爍，同時(shí)按下購買數(shù)量按鈕，可選擇購買數(shù)量。商品出貨時(shí)間為 2 s，當(dāng)商品從貨架出貨后，閃爍停止，當(dāng)所剩金額滿足繼續(xù)購買條件時(shí)，可以繼續(xù)按購買按鈕，當(dāng)金額不足時(shí)，按購買按鈕則系報(bào)警提示余額不足。退幣部分，當(dāng)顧客消費(fèi)完后按下退幣按鈕則退還余額，當(dāng)顧客投幣后不購買商品只要按下退幣按鈕則退出所投金額的錢幣。電機(jī)作為拖動(dòng)裝置，推出商品。本次設(shè)計(jì)選用 L293D 步進(jìn)電機(jī)，電源電壓 24 V，PC847 光電隔離器圈，紅外檢測傳感器檢測貨物是否推出，并把檢測信號傳輸給電機(jī)[3]。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖 4，自動(dòng)售貨機(jī)硬件系統(tǒng)組成。系統(tǒng)通電后，檢查庫存和商品儲存通道，如果某種貨物短缺或售完則停止此種商品售貨，報(bào)警指示燈亮。如果庫存充足則系統(tǒng)等待顧客購買，一旦顧客投幣購買則檢測機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，金額足夠銷售模塊啟動(dòng)工作，電機(jī)啟動(dòng)送出商品，按下退幣按鈕則退出余額。本設(shè)計(jì)的核心器件是 PLC，我們考慮了 PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)是否滿足本次設(shè)計(jì)需要，以及市面上的 PLC 的性價(jià)比選擇了西門子 S7-300 PLC。

圖 5，自動(dòng)售貨機(jī)程序流程圖。

4 系統(tǒng)調(diào)試

自動(dòng)售貨機(jī)的界面設(shè)計(jì)及調(diào)試，見圖 6 購買過程中的組態(tài)界面。

5 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制程序，經(jīng)反復(fù)調(diào)試能夠滿足設(shè)計(jì)要求，顧客能通過上位機(jī)按自己的需要購買自己所需商品，正確找零，組態(tài)效果能正確執(zhí)行。