基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

包西平

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221140）

基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

包西平

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221140）

自動(dòng)售貨機(jī)不受任何場地限制，方便快捷，可以每天24小時(shí)售貨，因此在汽車總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學(xué)校等地區(qū)獲得廣泛應(yīng)用。介紹了一種基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要設(shè)三個(gè)投幣口，可自動(dòng)售出三種飲料，通過軟件程序控制能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)投幣總額和飲料價(jià)格實(shí)現(xiàn)飲料的自動(dòng)售出、紙幣識別、數(shù)據(jù)通信、自動(dòng)找零、投幣總額顯示、報(bào)警、系統(tǒng)復(fù)位等基本功能。通過實(shí)際自動(dòng)售貨機(jī)程序調(diào)試及運(yùn)行測試可知，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)售貨的功能，效果良好。

自動(dòng)售貨機(jī)；PLC軟件控制；數(shù)據(jù)通信

0 引言

隨著社會文明進(jìn)步和先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，被廣泛用于汽車總站、商廈、醫(yī)院、小區(qū)、學(xué)校等公共場所的全自動(dòng)售貨機(jī)械，給人們的出行和生活帶來了極大方便。像各種成型包裝小商品以及飲料、票、證、卡等均可售出。隨著生活節(jié)奏的加快和市場經(jīng)濟(jì)的繁榮，作為自動(dòng)服務(wù)設(shè)施代表的自動(dòng)售貨機(jī)必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

本文設(shè)計(jì)了基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)，介紹了功能及硬件系統(tǒng)的簡單構(gòu)成、各功能模塊軟件程序設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)介紹紙幣識別、通信模塊等功能的實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)了系統(tǒng)的可行性。

1 自動(dòng)售貨機(jī)主要功能及硬件構(gòu)成

自動(dòng)售貨機(jī)的主要工作過程及功能如下[1]。

（1）貨幣從投幣口投入，光電傳感器進(jìn)行貨幣數(shù)據(jù)信息采集，獲取人民幣面值，判別人民幣真?zhèn)巍?/p>

（2）然后再將所獲信息傳遞給通信模塊，PLC主控系統(tǒng)接受通信模塊傳遞的信息，主控系統(tǒng)顯示人民幣面值，然后啟動(dòng)面板按鍵，顯示出哪個(gè)貨道有存貨，已售完的貨道是哪幾個(gè)，等待顧客通過按鍵選擇商品。

（3）自動(dòng)售貨機(jī)自動(dòng)把商品送出，然后等待顧客把選好的貨取走。

（4）然后售貨機(jī)顯示人民幣余額，若余額充足，顧客可選擇繼續(xù)選擇新商品或找零；若余額不足或不想再購買其他商品，可延時(shí)退幣。

（5）系統(tǒng)復(fù)位，完成售貨。

（6）當(dāng)選定商品后投入錢幣不足或識別出假幣，系統(tǒng)會啟動(dòng)報(bào)警程序。

系統(tǒng)的簡化結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 自動(dòng)售貨機(jī)硬件系統(tǒng)簡圖

數(shù)據(jù)采集模塊的功能是通過光電傳感器把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，然后通過A/D轉(zhuǎn)換傳給PLC的CPU；識別模塊是將A/D轉(zhuǎn)換器傳送過來的數(shù)字信號與系統(tǒng)內(nèi)人民幣標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做比較，做出相應(yīng)的判斷；通信模塊是負(fù)責(zé)PLC主控系統(tǒng)與識別模塊之間的數(shù)據(jù)通信；PLC主控系統(tǒng)是控制自動(dòng)售貨機(jī)各個(gè)部分的運(yùn)行及完成各部分的交互通信。

2 數(shù)據(jù)采集及紙幣識別

在錢幣通道上、下設(shè)有特殊光發(fā)光部件和接收部件，當(dāng)錢幣通過時(shí)，接收部件將檢測到的光信號傳給A/D轉(zhuǎn)換器。在系統(tǒng)中設(shè)三路發(fā)光/接收電路。

為能完成人民幣的準(zhǔn)確快速識別，對紙幣圖像進(jìn)行預(yù)處理。圖像傾斜常常會影響圖像定位和待識別信息的提取。因此需對圖像的傾斜進(jìn)行矯正。二值化處理可把灰度圖像信號處理為二值（0，1）數(shù)字信號。二值化法有整體閾值法和自適應(yīng)動(dòng)態(tài)閾值法。紙幣圖像實(shí)際處理是比較復(fù)雜的，為了更準(zhǔn)確無誤的對質(zhì)量差的紙幣圖像進(jìn)行處理，常采用動(dòng)態(tài)閾值法。通常對以下5種人民幣：第4版10元和5元及第5版10元、5元和2元的長和寬的尺寸進(jìn)行信息采集，應(yīng)用模糊邏輯推理法進(jìn)行紙幣面值的分類。獲得紙幣面值后，再對其進(jìn)行紙幣正反面和正反向的識別，并對紙幣真假進(jìn)行識別。

3 通信模塊的設(shè)計(jì)

現(xiàn)在的自動(dòng)售貨機(jī)對主控器的要求越來越高，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用、簡單、穩(wěn)定的內(nèi)部通訊總線協(xié)議[2]，可大大提高自動(dòng)售貨機(jī)的運(yùn)行效率。

可采用歐洲售貨機(jī)制造者協(xié)會（EVMMA）的MDB/ICP總線協(xié)議。它可協(xié)調(diào)主控制器（MMC）與多個(gè)外設(shè)之間通信。MDB是主從串行總線接口，波特率為9 600。所有外圍設(shè)備均為主控制器的從機(jī)。所有外圍設(shè)備與主控制器之間的通信方式都一致。在MDB總線上，VMC（自動(dòng)售貨機(jī)控制器）通過廣播方式向外設(shè)發(fā)送命令。發(fā)送指令后，外設(shè)應(yīng)答VMC的指令，VMC將再通過發(fā)送一個(gè)字節(jié)應(yīng)答外設(shè)傳回的數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)部分PLC軟件設(shè)計(jì)[3-4]

（1）記幣系統(tǒng)

當(dāng)有顧客購買時(shí)，每投入一次錢幣都得經(jīng)過感應(yīng)器進(jìn)行真假監(jiān)辨后，再給PLC進(jìn)行計(jì)幣的指令。當(dāng)發(fā)現(xiàn)偽幣時(shí)，感應(yīng)器不給PLC累計(jì)投幣值的指令，同時(shí)自行退出偽幣。而當(dāng)PLC接收到感應(yīng)器傳來的記幣的指令時(shí)，PLC自動(dòng)把接收來的貨幣對應(yīng)的數(shù)據(jù)累加到寄存器D0中。PLC梯形圖如圖2所示。

圖2 記幣系統(tǒng)PLC梯形圖

（2）價(jià)格比較系統(tǒng)

價(jià)格的比較要貫穿實(shí)驗(yàn)過程的始終，只要余額大于某種商品價(jià)格時(shí)，就需要輸出一個(gè)信號，提示可以購買。投幣完成后，系統(tǒng)會將D0內(nèi)錢幣數(shù)據(jù)和可以購買的飲料價(jià)格進(jìn)行比較：當(dāng)投幣＜12元，則沒有可購買的商品指示燈亮，表示所投錢幣不能購買任何東西，此時(shí)可以繼續(xù)投幣或退幣；只有投幣在12元或以上時(shí)會見到汽水選擇的指示燈長亮，此時(shí)可以選擇購買汽水或退幣；同樣，大于15元的就有汽水和花茶的選擇顯示，20元就出現(xiàn)汽水、花茶和咖啡的選擇顯示，此時(shí)都是可以選擇購買或退幣。PLC梯形圖如圖3。

（3）選購商品系統(tǒng)

當(dāng)投入的幣值可以購買某種商品時(shí)，即商品下相應(yīng)的指示燈亮了，按下相應(yīng)的“選擇”按紐即可在出貨框中出現(xiàn)該種商品，同時(shí)消費(fèi)顯示欄中顯示出扣除已經(jīng)消費(fèi)掉的金額的余額幣值，接著余額繼續(xù)與價(jià)格相比較，判斷是否能繼續(xù)購買。

圖3 價(jià)格比較系統(tǒng)PLC梯形圖

若余額還能符合上面比較過程的條件時(shí)，相應(yīng)商品的指示燈還會亮的，不然燈不亮了。PLC編程梯形圖如圖4。

圖4 商品選購系統(tǒng)PLC梯形圖

（4）退幣系統(tǒng)

系統(tǒng)可在顧客購買完飲料后退回余幣。按下退幣按鈕后，數(shù)據(jù)寄數(shù)器D0內(nèi)的幣數(shù)除以10，商的整數(shù)部分就是需要退回1元硬幣的個(gè)數(shù)并儲存在D1上，余數(shù)就自動(dòng)的默認(rèn)在D2上；再把D2的數(shù)據(jù)除以5，商的整數(shù)部分就是需要退回1元的個(gè)數(shù)，并儲存在D3中（這里由所可投的貨幣限制來看，1元個(gè)數(shù)就只有兩種情況，0或1，故在選PLC時(shí)可以只給這里的留一個(gè)端口就行了。）選擇退幣的同時(shí)起動(dòng)2個(gè)退幣電動(dòng)機(jī)。2個(gè)感應(yīng)器開始記數(shù)，當(dāng)感應(yīng)器記幣的個(gè)數(shù)等于數(shù)據(jù)寄存器的退幣數(shù)時(shí)，退幣電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC編程梯形圖如圖5。

圖5 退幣系統(tǒng)PLC梯形圖

（5）報(bào)警系統(tǒng)

當(dāng)選定商品后投入錢幣不足、識別器識別出假幣等情況時(shí)，系統(tǒng)會啟動(dòng)報(bào)警程序。此時(shí)如果按下購買按鈕X3會通過傳送指令賦予D1的值為1，而通過仿真軟件GTDesigner2設(shè)置當(dāng)D1的值為1時(shí)，會跳出報(bào)警窗口頁面并同時(shí)顯示余額以及提示及時(shí)投幣。

圖6 系統(tǒng)簡單報(bào)警PLC梯形圖

5 系統(tǒng)程序運(yùn)行和調(diào)試簡介

將PLC程序?qū)懭牒?，首先要仔?xì)檢查程序，并改正程序中的錯(cuò)誤。用戶程序要先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，不用接PLC實(shí)際的負(fù)載(如接觸器、電磁閥等)。根據(jù)功能表圖，也可以用開關(guān)或按鈕來模擬實(shí)際的反饋信號。在調(diào)試時(shí)，應(yīng)充分考慮各種可能情況的出現(xiàn)，對系統(tǒng)不同的工作方式、功能表圖中的每一條支路、各種可能路線，都應(yīng)逐一檢查，不能有絲毫的遺漏。有問題應(yīng)及時(shí)修改梯形圖和PLC程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間關(guān)系完全符合要求為止。

若程序中某些定時(shí)器設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時(shí)間，可以在調(diào)試時(shí)人為將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再修改為原來的實(shí)際設(shè)定值。在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試的同時(shí)，也可同時(shí)設(shè)計(jì)、制作控制臺或控制柜，或者進(jìn)行其他硬件的安裝、接線工作。

模擬調(diào)試完成后，就可進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場的調(diào)試工作，首先進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過程中可能會顯示出系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的出現(xiàn)問題，或者PLC外部接線圖和梯形圖設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問題，對出現(xiàn)的問題及時(shí)處理解決。如果調(diào)試達(dá)不到用戶的指標(biāo)要求，可對相應(yīng)硬件和軟件部分設(shè)計(jì)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，通常只需略微修改程序就可能出現(xiàn)良好效果?，F(xiàn)場調(diào)試通過后，需再經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)，才可投入到實(shí)際運(yùn)用中。

本系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試后，整體運(yùn)行效果良好，達(dá)到了令人滿意的效果。

6 結(jié)論

本文研究了自動(dòng)售貨機(jī)主要功能模塊，如：數(shù)據(jù)采集模塊、紙幣識別模塊、通信模塊等。特別指出用模糊邏輯推理方法對圖像面值進(jìn)行識別。對系統(tǒng)各模塊進(jìn)行了PLC程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，結(jié)果良好。

［1］葉銀蘭，自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2008（8）：53-55.

［2］黃賢英，李玉桃.基于Linux的嵌入式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2007（1-2）：112-114.

［3］孔凡才.自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［4］余雷聲.電氣控制與PLC應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

Control System Design of Vending Machine Based on PLC

BAO Xi-ping
（xuzhou Industrial and Vocational Technology Institute，Electricity Engineering Institute，Xuzhou 221140，China）

The vending machine is not subject to any site restrictions，convenient and quick.It can vend 24 hours a day，so at the bus station，shopping malls，hospitals，communities，schools and other regions It is obtained to use in a wide range.In this paper，a control system of vending machine based on PLC is introduced，this system mainly has three slots，it can automatically sell three drinks. it can automatically sell according to the total amount of coin and drinks price，it can realize some basic functions，such as judge true and false coin，data communication，automatically change，the display of the total amount of coin，alarm，system reset and so on.Through actual vending machine program debugging and running test，this design can realize the function of vending，the effect is good.

vending machine；PLC software control；data communication

TP391

A

1009－9492(2014)08－0022－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.007

包西平，男，1972年生，山東蒙陰人，碩士研究生，講師。研究領(lǐng)域：電力電子技術(shù)應(yīng)用及自動(dòng)化控制，已發(fā)表論文10篇。 (編輯：阮 毅)

2014－02－28