自动售货机控制系统的设计与实现【字数：10071】
自动售货机没有太多地理位置上的限制，小到居民住宅区，随处可见自动售货机的身影，目前市面上很多都是以单片机为控制核心的自动售货机，虽然单片机价格便宜，但是生产出来的自动售货机控制系统不稳定，电路中容易因为EMI干扰造成不必要的误动作，为了解决这一问题，更适应现代社会发展，本系统设计了一套由西门子300PLC控制的自动售货机[1][2]。本次设计运用西门子300PLC来控制自动售货机，通过增加一个WinCC flexible进行人机界面设计，对自动售货机的投币程序、钱数比较程序、选择购买程序、退币程序、钱数加减程序进行了研究，通过外部接线模块以及触摸屏完成完整的购买流程，本次设计的系统稳定，梯形图程序简单，在后期修改中较为简单。本文首先对电路图进行设计，然后设计研究了硬件部分、软件部分，最后设计了人机界面以及调试，从而符合本次设计的要求。
目 录
1.绪论 1
1.1、课题的设计背景 1
1.2、设计的目的和意义 2
1.3、本文的主要工作和内容安排 2
2.自动售货机的功能分析 3
2.1 自动售货机主控制单元的确定 3
2.2自动售货机功能 6
2.3、自动售货机的购物过程 7
3.自动售货机的硬件部分设计 8
3.1 硬件部分总体框架 9
3.2 硬件设备的选型 9
3.3 系统电气原理图设计 12
4.软件设计 13
4.1 软件设计思路 13
4.2 PLC内部使用地址 15
4.3 硬件配置 16
4.4 程序设计 19
5.上位机组态设计 25
5.1 WinCC flexible软件简介 25
5.2 通讯方式 25
5.3 数据词典定义 26
5.4 组态界面设计 26
6. 调试与分析 28
6.1 程序调试 28
7.总结与展望 29
参考文献 30
致谢 31
附录 32
1.绪论
1.1、课题的设计背景
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自动售货机的发展史说来话长，最早的自动售货机出现在公元1世纪，那个时候只是出现了自动售货机的雏形，是由希腊的西罗设计的自动出售圣水的装置，帮助教堂更加容易的分配圣水，它的原理很简单，人们投入货币，货币会掉在仪器内的一个小托盘上，小托盘上连接着一根杠杆，杠杠受到压力后就会打开阀门，这也就是一个简单的杠杆定理，和我们现在的自动售货机相差甚大[3]。然后20世纪初，美国出现了出售香烟和邮票的售货机[4]。然而国内的自动售货机起步比较晚，这有两点很重要的原因，第一点是因为自动售货机融资比较难，现在国内有好多企业都在做自动售货机，所以自动售货机的选择种类还是很多的，但是现在国内很多大型商场和小超市遍地而生，所以导致自动售货机的融资方式比较难；第二点原因是因为自动售货机的运行维护管理不容易，虽然自动售货机分布在人流密集的地方，导致消费量大，但是自动售货机的分布还是比较分散的，所以一旦有问题，维修也不容易，而且维修成本高，国内有很多自动售货机都是以单片机为核心控制，用PLC为核心控制的技术不是那么成熟[5]。
1.2、设计的目的和意义
在现在遍地都是自动化设备的时代，人力已经远远不能满足这个高速发展的社会了，因为特殊的地理位置、紧迫的时间等因素，大型商场和超市已经远远不能满足人们的突然需求了，紧缩的时间和突然的饥饿感，让自动售货机开始遍布大街小巷，现在走在大街上随处可见路边的自动售货机，就连大学校园里也陆续出现了自动售货机的身影，和大超市不同的是，这些小商品化的设备很大程度上让人们的生活更加便捷[6]。而且自动售货机现在的支付方式越来越多样，现在已经发展到可以手机扫码支付，我相信离刷脸支付已经不远了；另外自动售货机操作方式比较简单，很多人一看到操作界面就知道如何操作，最重要的是自动售货机的控制系统稳定[7]。
1.3、本文的内容安排
本文设计的系统分两部分，WinCC flexible和下位机部分:
上位机：
WinCC flexible作为本次设计人机界面，可以清晰得模拟现实自动售货机购买流程，触摸屏上设置投币按钮、购买按钮和出货按钮等，将WinCC flexible和梯形图直接进行通讯可以用来实现发送投币和购买指令，而且人机界面也能更加清楚得展现这个流程。
下位机：
本文先设计系统的流程图，然后查阅资料先后设计了主电路部分和控制电路部分，考虑自动售货机的模块分配外部接线，然后用顺序功能图法配合经验设计法设计出T型图，并且在实验室的大脑上的STEP7软件上进行组态和软件编写。
本文的工作内容先后包括了硬件连线，软件设计和组态设计，实验过程中遇到的问题以及解决方案，整个方案过程的总结。
2.自动售货机的功能分析
2.1 自动售货机主控制单元的确定
自动售货机最重要的功能是依靠主控单元来实现的。有许多元件可以用作主控单元，但最合适的元件可以通过比较来确定[8]。
2.1.1 PLC 部分的功能
PLC也叫可编程控制器，他是一种工业控制操作系统，系统内部通过梯形图或者语句表来实行逻辑与、或、累加、中断、定时、计数等操作，然后通过数字量或模拟量输出来控制外部的装置。所以PLC是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。硬件系统可以理解为实验室里的外部接线部分，软件系统就是通过计算机编写梯形图来完成，这两部分相辅相成。PLC的主要硬件系统是主机、外部设备以及输入/输出扩展单元，各部分通过总线连接。其中主机由中央进程组成(CPU)、电源（PS）、存储器、输入/输出电路、外部设备接口、部分组成[9][10]。
中央处理器（CPU）相当于PLC的大脑，由运算器和存储器构成，功能为：
（1）利用存储器对输入程序进行变形，并对输入装置和接收到的数据进行处理。
（2）存储输入数据的输入变量的扫描器单元、状态寄存器和数据存储区。
（3）监控存储器内部的错误状态，诊断内部电路、监控运行状态、电源状态以及语法错误中用户编程的通信状态。
（4）执行各种程序，对各种数据进行处理、传输和存储，根据状态和相应的内部控制信号的输出状态，产生各种操作用户命令。
（5）响应请求的各种外围设备[11]。
目 录
1.绪论 1
1.1、课题的设计背景 1
1.2、设计的目的和意义 2
1.3、本文的主要工作和内容安排 2
2.自动售货机的功能分析 3
2.1 自动售货机主控制单元的确定 3
2.2自动售货机功能 6
2.3、自动售货机的购物过程 7
3.自动售货机的硬件部分设计 8
3.1 硬件部分总体框架 9
3.2 硬件设备的选型 9
3.3 系统电气原理图设计 12
4.软件设计 13
4.1 软件设计思路 13
4.2 PLC内部使用地址 15
4.3 硬件配置 16
4.4 程序设计 19
5.上位机组态设计 25
5.1 WinCC flexible软件简介 25
5.2 通讯方式 25
5.3 数据词典定义 26
5.4 组态界面设计 26
6. 调试与分析 28
6.1 程序调试 28
7.总结与展望 29
参考文献 30
致谢 31
附录 32
1.绪论
1.1、课题的设计背景
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自动售货机的发展史说来话长，最早的自动售货机出现在公元1世纪，那个时候只是出现了自动售货机的雏形，是由希腊的西罗设计的自动出售圣水的装置，帮助教堂更加容易的分配圣水，它的原理很简单，人们投入货币，货币会掉在仪器内的一个小托盘上，小托盘上连接着一根杠杆，杠杠受到压力后就会打开阀门，这也就是一个简单的杠杆定理，和我们现在的自动售货机相差甚大[3]。然后20世纪初，美国出现了出售香烟和邮票的售货机[4]。然而国内的自动售货机起步比较晚，这有两点很重要的原因，第一点是因为自动售货机融资比较难，现在国内有好多企业都在做自动售货机，所以自动售货机的选择种类还是很多的，但是现在国内很多大型商场和小超市遍地而生，所以导致自动售货机的融资方式比较难；第二点原因是因为自动售货机的运行维护管理不容易，虽然自动售货机分布在人流密集的地方，导致消费量大，但是自动售货机的分布还是比较分散的，所以一旦有问题，维修也不容易，而且维修成本高，国内有很多自动售货机都是以单片机为核心控制，用PLC为核心控制的技术不是那么成熟[5]。
1.2、设计的目的和意义
在现在遍地都是自动化设备的时代，人力已经远远不能满足这个高速发展的社会了，因为特殊的地理位置、紧迫的时间等因素，大型商场和超市已经远远不能满足人们的突然需求了，紧缩的时间和突然的饥饿感，让自动售货机开始遍布大街小巷，现在走在大街上随处可见路边的自动售货机，就连大学校园里也陆续出现了自动售货机的身影，和大超市不同的是，这些小商品化的设备很大程度上让人们的生活更加便捷[6]。而且自动售货机现在的支付方式越来越多样，现在已经发展到可以手机扫码支付，我相信离刷脸支付已经不远了；另外自动售货机操作方式比较简单，很多人一看到操作界面就知道如何操作，最重要的是自动售货机的控制系统稳定[7]。
1.3、本文的内容安排
本文设计的系统分两部分，WinCC flexible和下位机部分:
上位机：
WinCC flexible作为本次设计人机界面，可以清晰得模拟现实自动售货机购买流程，触摸屏上设置投币按钮、购买按钮和出货按钮等，将WinCC flexible和梯形图直接进行通讯可以用来实现发送投币和购买指令，而且人机界面也能更加清楚得展现这个流程。
下位机：
本文先设计系统的流程图，然后查阅资料先后设计了主电路部分和控制电路部分，考虑自动售货机的模块分配外部接线，然后用顺序功能图法配合经验设计法设计出T型图，并且在实验室的大脑上的STEP7软件上进行组态和软件编写。
本文的工作内容先后包括了硬件连线，软件设计和组态设计，实验过程中遇到的问题以及解决方案，整个方案过程的总结。
2.自动售货机的功能分析
2.1 自动售货机主控制单元的确定
自动售货机最重要的功能是依靠主控单元来实现的。有许多元件可以用作主控单元，但最合适的元件可以通过比较来确定[8]。
2.1.1 PLC 部分的功能
PLC也叫可编程控制器，他是一种工业控制操作系统，系统内部通过梯形图或者语句表来实行逻辑与、或、累加、中断、定时、计数等操作，然后通过数字量或模拟量输出来控制外部的装置。所以PLC是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。硬件系统可以理解为实验室里的外部接线部分，软件系统就是通过计算机编写梯形图来完成，这两部分相辅相成。PLC的主要硬件系统是主机、外部设备以及输入/输出扩展单元，各部分通过总线连接。其中主机由中央进程组成(CPU)、电源（PS）、存储器、输入/输出电路、外部设备接口、部分组成[9][10]。
中央处理器（CPU）相当于PLC的大脑，由运算器和存储器构成，功能为：
（1）利用存储器对输入程序进行变形，并对输入装置和接收到的数据进行处理。
（2）存储输入数据的输入变量的扫描器单元、状态寄存器和数据存储区。
（3）监控存储器内部的错误状态，诊断内部电路、监控运行状态、电源状态以及语法错误中用户编程的通信状态。
（4）执行各种程序，对各种数据进行处理、传输和存储，根据状态和相应的内部控制信号的输出状态，产生各种操作用户命令。
（5）响应请求的各种外围设备[11]。
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