聶 虹

(福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，福建 福州 350002)

自動(dòng)售貨機(jī)作為自助服務(wù)領(lǐng)域中的一員，被國內(nèi)外該領(lǐng)域廠商不斷研究改進(jìn)，并得到廣泛應(yīng)用。自動(dòng)售貨機(jī)是根據(jù)投入的金額自動(dòng)售貨的機(jī)器，是商業(yè)自動(dòng)化的常用設(shè)備，其不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，可節(jié)省人力、方便交易。傳統(tǒng)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心，不僅需在輸入輸出接口上做大量的工作，且系統(tǒng)的抗干擾性較差。PLC的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已被廣泛應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中［1］。自動(dòng)售貨機(jī)作為完成商品零售和綜合服務(wù)的獨(dú)立設(shè)施，要求其結(jié)構(gòu)必須可靠、穩(wěn)定且執(zhí)行率高。文中介紹了一種使用 PLC實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)［2－3］。

1 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求

售貨機(jī)能銷售3元/瓶的可樂和5元/瓶的咖啡兩種飲料，具有金額顯示、金額累加、自動(dòng)售貨、自動(dòng)找零等功能，可接受1角、5角、1元共3種硬幣?？刂葡到y(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)流程圖

2 PLC選擇及硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC機(jī)型的選擇

該系統(tǒng)是一個(gè)小型控制系統(tǒng)，PLC選型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關(guān)信號(hào)的數(shù)量，根據(jù)自動(dòng)售貨機(jī)的控制要求，輸入點(diǎn)為7點(diǎn)，輸出點(diǎn)為11點(diǎn)，同時(shí)考慮到I/O擴(kuò)展，即選擇了性價(jià)比較高的西門子的24點(diǎn)主機(jī)CPU224XP，其中輸入點(diǎn)為14點(diǎn)，輸出點(diǎn)為10點(diǎn)。有7個(gè)擴(kuò)展模塊，配有內(nèi)置時(shí)鐘，并具有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)處理功能。I/O擴(kuò)展模塊選擇一個(gè)輸出擴(kuò)展模塊EM222，其有4個(gè)相互獨(dú)立的輸出點(diǎn)［4］。

2.2 自動(dòng)售貨機(jī)I/O點(diǎn)的分配

在確定PLC的機(jī)型后，即可進(jìn)行該控制系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計(jì)?？紤]到編程簡單、檢查方便和接線操作便捷等因素，文中編制了控制系統(tǒng)的輸入、輸出 I/O地址分配表，如表1所示。

表1 輸入輸出信號(hào)地址分配表

3 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)思路如下:

(1)編寫硬幣計(jì)數(shù)程序，計(jì)算硬幣的總面值并保存。

圖2 硬幣計(jì)數(shù)程序

(2)編寫數(shù)碼管顯示程序，可顯示投入的金額。

圖3 顯示程序

(3)編寫汽水和咖啡指示燈程序，判斷金額是否充足并點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈。

圖4 咖啡指示燈程序

(4)編寫售貨程序，當(dāng)金額達(dá)到購買相應(yīng)貨物時(shí)，可選擇物品，并且編寫指示燈點(diǎn)亮的時(shí)間。

圖5 售貨程序

(5)當(dāng)購物完畢時(shí)，執(zhí)行找零程序。

(6)編寫報(bào)警程序，金額不足時(shí)，相應(yīng)指示燈點(diǎn)亮報(bào)警。

(7)系統(tǒng)復(fù)位。

4 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

組態(tài)王軟件以優(yōu)越的性能、純中文界面、編程風(fēng)格簡單、實(shí)時(shí)性能強(qiáng)且與其他應(yīng)用程序交互方便、易調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，在工控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［5］。該監(jiān)控系統(tǒng)采用King View 6.53工控組態(tài)軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)開發(fā)包括自動(dòng)售貨機(jī)監(jiān)控體統(tǒng)的通信設(shè)置以及構(gòu)建過程數(shù)據(jù)庫、組態(tài)監(jiān)控面設(shè)計(jì)與編程等方面的內(nèi)容［6］。

4.1 設(shè)備連接

PLC與上位機(jī)通過西門子PC/PPI電纜物理連接，上位機(jī)組態(tài)王King View 6.53與下位機(jī)的PLC之間采用PPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信。

4.2 設(shè)備配置

在組態(tài)王工程瀏覽器的工程目錄顯示區(qū)，選中“設(shè)備”項(xiàng)下PLC與上位計(jì)算機(jī)所接連的串口(COM1或COM2)，在右側(cè)雙擊“新建”圖標(biāo)，在彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框上設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，包括設(shè)備(PLC)、生產(chǎn)廠家(西門子)、通信方式(PPI)、設(shè)備名稱(COM1)、設(shè)備地址(2)以及通信參數(shù)。

4.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分［7］，圖形界面系統(tǒng)、I/O驅(qū)動(dòng)程序等組件均以數(shù)據(jù)庫為核心，相互通信、共享數(shù)據(jù)，是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在組態(tài)王中，書庫中變量的集合被稱為“數(shù)據(jù)詞典”，其記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量詳細(xì)信息，如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)變量列表圖

4.4 售貨機(jī)監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)

監(jiān)控畫面有:金額顯示、金額總數(shù)顯示、金額≥3元可購買汽水的顯示、金額≥5元的顯示、金額不足報(bào)警顯示、購買汽水按鈕、購買咖啡按鈕、汽水已售顯示以及咖啡已售顯示等。

圖7 監(jiān)控界面

5 運(yùn)行和調(diào)試

將設(shè)計(jì)好的PLC程序下載并且運(yùn)行，打開組態(tài)王并啟動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)Touchvew，對(duì)組態(tài)王系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試時(shí)假設(shè)出現(xiàn)異常情況，如變量設(shè)置錯(cuò)誤、對(duì)象參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤、動(dòng)畫連接錯(cuò)誤等。經(jīng)過多次測試，系統(tǒng)運(yùn)行正常，動(dòng)畫效果良好。

［1］廖常初.S7－200 PLC編程及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］董淑冷，茅紅偉.PLC在自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，36(2):47 －51.

［3］趙紅梅.張軍.自動(dòng)售貨機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.科技資訊，2009(3):37－39.

［4］魏祥禎.基于組態(tài)軟件的PLC虛擬控制裝置開發(fā)［J］.閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(1):126－128.

［5］練偉新.基于PLC的自動(dòng)售貨機(jī)電控系統(tǒng)改造［J］.電氣時(shí)代，2006(7):94－95.

［6］陳勇.基于組態(tài)控制技術(shù)的PLC實(shí)驗(yàn)開發(fā)［J］.中國科技信息，2007(24):24－25.

［7］覃貴禮.組態(tài)軟件控制技術(shù)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2007.