一種基于 PLC 的自動售貨機系統的設計

1 引言

隨著無人超市的出現，自動售貨機將會是一種應運而生的新時代的必要產物。自動售貨機 24 小時不間斷的服務，節省了大量的人力物力，占地面積小，投資少。自動售貨機的庫存可以遠程監控，及時準確地采集信息，能保證貨源的充足[1-2]。

自動售貨機功能是首先計算總額，確定是否有足夠的總額購買所選物品。本售貨機中有 6 種商品，其中一號商品價格 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，繼續投入 1 個 1 元硬幣，此時二號商品指示燈亮，購買另外的商品也同樣的道理。當按下 1 元商品購買按鈕時，自動售貨機會將總金額減去 1 元，同時將一號商品提取到出貨口。如想要繼續購買商品，只要按下可購買商品的按鈕，商品將繼續提取出來，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。自動售貨機的工作流程圖如圖 1 所示。

2 總體方案

此次設計主要任務是對自動售貨機系統的仿真設計，采用友好的人機界面，顧客可以根據需要投入不同的貨幣，根據自己的需求購買不同價格的商品，系統顯示本次購買物品的數量及總金額，購買結束后自動計算余額并進行退幣。系統總體框圖如圖 2。

此系統由四部分組成。由上位機控制下位機其中 可編程序控制器 PLC 作為核心控制器件，監控系統由上位機完成，上位機采用組態王界面，操作面板由按鈕控制，顯示模塊由信號燈數碼管構成。

自動售貨機的組態設計方案。根據設計要求，首先繪制系統結構圖，設計思路設置 1 售價 1 元；設置 2 售價 2 元；設置 3 售價 2.5 元；設置 4 售價 3 元；設置 5 售價 4元；設置 6 售價 5 元。系統硬件結構框圖如圖 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，根據顧客要求出售所指定商品。② 數值計算機構功能：計算系統金額變化，統計本次購買商品的總金額。③ 補料機構功能：貨柜層數共兩層，當顧客購買任何一層的商品后，當商品從貨架移除后商品數量減少，補料機構檢測判斷后補充減少的商品的數量。④ 顯示機構功能：實時顯示本貨柜層所剩余商品的數量，顧客投入的總金額，購買后余額和本次消費的總金額。⑤ 指示燈功能：指示所購買的商品。

本次設計的自動售貨機控制系統有五大部分組成。計幣部分、比較部分、選擇部分、飲料供應部分、退幣部分。其中計幣部分采用 PLC 中整數寄存器計所投入的總金額。比較部分是當顧客投幣后，所投入的金額和某種商品價格做比較，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，當商品指示燈亮時按下購買該商品按鈕，則指示燈閃爍，同時按下購買數量按鈕，可選擇購買數量。商品出貨時間為 2 s，當商品從貨架出貨后，閃爍停止，當所剩金額滿足繼續購買條件時，可以繼續按購買按鈕，當金額不足時，按購買按鈕則系報警提示余額不足。退幣部分，當顧客消費完后按下退幣按鈕則退還余額，當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。電機作為拖動裝置，推出商品。本次設計選用 L293D 步進電機，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[3]。

3 控制系統設計

圖 4，自動售貨機硬件系統組成。系統通電后，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，報警指示燈亮。如果庫存充足則系統等待顧客購買，一旦顧客投幣購買則檢測機構啟動，金額足夠銷售模塊啟動工作，電機啟動送出商品，按下退幣按鈕則退出余額。本設計的核心器件是 PLC，我們考慮了 PLC 的輸入輸出點數是否滿足本次設計需要，以及市面上的 PLC 的性價比選擇了西門子 S7-300 PLC。

圖 5，自動售貨機程序流程圖。

4 系統調試

自動售貨機的界面設計及調試，見圖 6 購買過程中的組態界面。

5 結語

本次設計了系統控制程序，經反復調試能夠滿足設計要求，顧客能通過上位機按自己的需要購買自己所需商品，正確找零，組態效果能正確執行。