基于SiemensS7—300PLC自动售货机的设计及仿真

单丹　冯禹

摘 要：本设计控制核心选用Siemens S7-300 PLC设计出的自动售货机系统，按照自动售货机的工作方式，将运行的过程分为：外部控制端启动部分，无人操作定时清零模块，投币模块，余额比较模块，余额报警模块，商品选择模块，找零模块，缺货报警模块等。并通过wincc组态软件实现视窗控制。

关键词：自动售货机；西门子PLC；wincc组态软件

前言

自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来，它又被称为24小时营业的微型超市。一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。自动化是未来的发展趋势，不论是制造业、服务业还是零售业。我们都将看到更多的设备取代人工。在这样一个大的趋势下，自动售货机行业的前景时光明的。PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC是一种专门为在工业环境中应用而设计的数字运算操作的电子控制装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。文章是基于西门子PLCS7-300所设计的自动售货机，在本设计中，我们按照收货的工作方式，将其分为了外部控制端启动模块、夜光灯控制模块、无人操作定时清零模块、投币模块、余额比较模块、余额不足报警模块、商品选择模块、找零模块、缺货报警模块9大模块。通过STEP7软件进行编程，完成自动售货机的基本功能并再WINCC中进行仿真运行。

1 自动售货机的工作流程

我们对无人售货机的控制要求进行了說明，文章所设计的自动售货机，可以购买的货物价格分为10元区、5元区、3元区和1元区，每个价位区的物品有三种，为了方便仿真操作，设定每种货物只有10个，且每次启动售货机时，默认货物是补满状态。此售货机可投1元硬币、5元纸币、10纸币。此售货机具有无人操作计时功能，顾客向售货机中投入钱币时，若1分钟内没有进行购买或者找零退钱，系统将自动将钱币清零。此售货机具有余额比较功能，在余额不足的情况下，进行购买和找零会提示余额不足且无法完成相应操作。由于设定每种货物为10个，当货物售完时，会提示缺货，且再次购买此货物时不会扣除余额。本设计采用的购物方式为组合按钮购物，ABCD控制行（价位），123控制列（货物种类），确认选择后会有10秒的定时，在10秒内顾客可以按下重新选择按钮进行重新选择。设定有一个总控制端，可以控制售货机的起停和夜间夜光灯的起停，且任意货物缺货时，总控制端都会显示缺货。

在设计自动售货机的工作初始条件是一切程序的执行首要条件为售货机必须为启动状态。因此，工作流程第一步，启动售货机；在启动售货机后，CPU会自动对售货机的余额部分进行清零，防止余额出现错误。当有顾客进行投币操作时，余额开始累加，设定定时时间为1分钟，若1分钟内顾客没有任何操作，系统会自动对余额进行清零；若顾客有操作，则会进入余额比较环节，若余额满足不了顾客所做操作则会有余额不足提示；若余额充足，顾客便可选择货物，此时，CPU又会对货物的数量进行比较（注：本设计规定每种货物只有5个，且每次售货机启动都默认货物补满），只有在货物充足的情况下，推进器才会启动并且扣除余额，若货物已经缺货，则会提示缺货无法进行购买，并且进行相关操作不会扣除余额。最后是找零环节，当顾客购物完成且售货机存在余额时，顾客一定要选择是否找零，因为此时，CPU又开始对售货机进行无人操作计时，若1分钟内顾客没有继续进行购物或者找零，余额会自动被清零；每次找零，只需要按下对应的找零按钮即可。自动售货机的流程图如图1所示。

2 梯形图编程

按照自动售货机的工作方式，我们将运行的过程分为外部控制端启动部分，夜光灯控制部分，无人操作定时清零部分，投币部分，余额比较部分，余额不足报警部分，商品选择部分，找零部分，缺货报警部分。根据不同的运行过程进行了不同的梯形图编程。下面将给出一部分关于货物操作部分的梯形图程序，其中包括了货物补充、缺货报警程序及完成购物货物减少程序。设定每种货物只有10个，当货物数量等于0时，缺货提示，同时任意货物缺货总控制端都会报警缺货。默认每次重新启动售货机货物都会补满。在这里运用整数函数ADD_I进行货物的复位，每次启动售货机2个输入端输入常数0和10，则输出端输出10；运用比较函数EQ_I（比较整数“等于”）进行货物的比较，当货物数量等于0时，报警提示。购物完成货物减少程序穿插在购物程序中，每完成一次货物交易，货物推进器吸合一次，上升沿检测检测到一次上升沿，使用整数函数SUB_I进行减法运算，对应物品减少一个，直至为0，提示缺货。如图2所示。

3 Wincc组态

SIMATIC WINCC（视窗控制中心），它是西门子最经典的过程监视系统，现已成为市场的领导者，乃至业界遵循的标准。我们根据自动售货机的工作要求，设计出全自动售货系统仿真图。

4 结束语

本次设计的自动售货机功能较为简单，只支持3种货币，因此在这方面上存在一定的局限性，同时，由于是组合按键购物，其特点是在有大量可选择货物时减少按键的个数，节约建造成本，但由于能力有限，仅仅设计了12种可选货物，在此基础上使用组合型按键进行选择购物，没有有效的利用所有按键，对按键造成了浪费。同时，余额找零时，本设计规定，余额充足时按下对应找零按钮只会找零对应金额一次，不能一次性找零。因此，不完善的地方仍需进一步调试、修改、完善，以满足顾客的需求。

参考文献

[1]胡学林.可编程控制器原理及应用（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2012，7.

[2]童泽.PLC职业技能教程[M].北京：电子工业出版社，2011，8.

[3]张胜宇.可编程控制器实训项目式教程[M].北京：电子工业出版社，2012，7.