基于 PLC 的自动售货机控制系统设计：功能分析与软硬件实现

基于PLC的自动售货机控制系统设计 目录 引言 第一章自动售货机的背景与意义 1.1自动售货机的发展背景 1.2自动售货机的设计目的和意义 1.3自动售货机的设计内容 第二章简介PLC 2.1PLC 的定义 2.2PLC 的结构和工作原理 2.3PLC 的部分功能介绍 2.4PLC 的发展趋势 2.5PLC 的特点 第三章自动售货机的功能分析 3.1自动售货机的售货方法 3.2自动售货机的空间结构 3.3自动售货机的功能 3.4自动售货机的使用流程 10第四章 自动售货机软硬件设计 124.1 自动售货机硬件设计 124.2 自动售货机的软件设计 144.3 自动售货机的仿真实验 21结论 30参考文献 31引言 引言自动售货机是一种不需要人工售货的销售方式，相比较传统的收货方式， 它不受场所的限制使购物更加的便利，提高生活效率和生活质量。目前自动售 货机已经在美国、日本等发达国家得到了快速发展，遍及很多欧美国家，但是 在我国自动售货机的普及率远远低于那些发达国家，所以自动售货机在我国的 发展前景还是很好的。但是自动售货机的工作环境多样并且工作周期很长，在 日常的工作当中自动售货机不能够轻易被外界所打扰，运行的过程中控制系统 要时刻保持稳定的状态。

以 PLC 为控制系统的自动售货机，操作起来极为方便 并且不小心损坏的话，维修也十分方便。在设计控制系统的时候，主要是根据 售货机的售货的方式还有它所可能要包含的功能的要求所设计的。首先通过编 程软件画出设计所需要的梯形图，然后进行调试，没有发现问题就进行仿真， 最后检查实验效果与自己的设计预期是否有出入，如果有出入再进行修改。 第一章自动售货机的背景与意义 1.1 自动售货机的发展背景 1.1.1 自动售货机的历史 探究自动售货机的源头，会发现早在古埃及就处出现过类似于当代的自动 售货机的机器，这在当时的一名科学家创作的书籍《气体装备》中出现过关于 这方面的记录。书中记录到只要将当时的货币投放到该机器中，机器就会喷洒 出一定量的水。这个设备主要出现在在当时的神殿当中，用于向当时的信徒提 供他们所祈求的“神圣之水”。 自动售货机使人们日常购物更加方便快捷。公元前 215 年出现的只是自动 化售货机的雏形，真正成熟的售货机是在上世纪五六十年代才出现的，主要出 现在欧洲的西部地区。在1945 年以后，随着经济不断地复苏，当时发展较快的 国家开始创造出更加先进的饮料自动售货机。在当时，自动售货机这种售货方 式还是非常新奇的，因此吸引了不少的消费者驻足，所以自动售货机当时还是 非常受欢迎的。

当时的售货机一开始主要还是以瓶装饮料自动售货机为主，随 后出现的还有其他小型商品自动售货机。在 1967 年之后,很多国家将小额货币 都制作成了硬币,大幅度加快了自动售货机产业的发展。 科技不断进步，经济水平迅速提升，人们对生活的追求越来越高，由此自 动售货机被迅速推广。 从最开始到现在，自动售货机已经被全球四十多个国家引进使用，其中普 及率最高的要属日本和美国这两个国家。现如今有超过1800 万台的自动售货机 被运营使用，自动售货机在制作的过程中就已经产生了许多的收入，加上销售 商品的收入，所有自动售货机的年销售额已经达到了2500 亿美元以上。最近的 几年以来，在我国东部沿海发达地区也已经广泛运用了自动售货机，在商店、 学校、车站等多个公共场合可以看见自动售货机被投入使用。自动售货机使人 们的生活更加方便，它逐渐成为大城市的标杆，我国所有的发达地区的城市都 离不开它。 1.1.2 自动售货机的前景 自动售货机是一种新型的零售方式，相比较传统的销售方式，它不需要占 用大量的空间去摆放商品，同时不需要雇佣工人，大大节约了销售成本。近几 年电子商务爆炸式增长，我们的生活被京东、淘宝等电子商务包围着，当时我 们理所当然认为总有一天线上购物会彻底代替线下购物。

但是经过对数据的分 析，我们可以看出线下零售的比例始终是占大部分的，同时线上销售的优势正 第一章 自动售货机的背景与意义 在逐步减小，线下销售仍然占着销售的上风。自动售货机在市场中所呈现的模式：相比较其他两种自动售货的方式，自动售货机行业是发展得最快最好（开 放式货架和无人售货全自主的便利店是近几年才出现的，不成熟）。目前自动售 货机的盈利能力没有人能够精准预判，它的前景是充满未知的。虽然现在的自 动售货机的数量已经非常可观了，但是它的数量还是以约每年 50%的速度在增 长。自动售货机已经占据了一个不需要销售员的售货市场的大部分的比例，它 所有的商品都是出于密封的状态，所以它能够受到的外界的影响十分有限，并 且它的利润也非常可观。现在的自动售货机的规模已经非常大了，但是它仍然 可以保持着快速发展的趋势，近几年来，它一直以每年 40%~50%的速度持续增 长，并且它的增长空间也非常的大，自动售货机终将成为零售行业的主流方式。 1.2 自动售货机的设计目的和意义 在对自动售货机的发展历程进行了深入探究之后，会发现自动售货机是用 来对产业结构进行修改的。现在人们对生产商品还有销售商品有着非常严格的 要求，人们消费的模式不断改进，销售环境不断变好，自然会涌现出许多的流 通渠道以适应当今社会的发展；现有的超市、百货商场和自动售货机比起来， 人力费用正在不断地上涨；同时，普通超市和商场都受着场地的制约，而自动 售货机却没有这个问题。

最初，自动售货机在欧美等发达国家得到广泛运用， 后来延伸至全球40 多个国家。相比较其他发达国家而言，中国的自动售货机的 数量还是非常少的。中国作为世界上人口第一的大国，消费者众多，自动售货 机在中国的发展潜力还是很大的。 近年来，自动售货机得到了越来越多的人的认可蓝色自动售货机，尤其是在我国的发达地 区，在各个城市的公交车站、地铁站、商场、街道里等公共场所到处都充斥着 自动售货机的身影。自从使用了自动售货机，人们的生活变得越来越高效了， 生活的水平也越来越高了，自此自动售货机也渐渐成为了我国发达进步城市的 标志之一。随着我国的零售业的不断发展，为无人售货提供了良好的条件，自 动售货机行业也因此得到刺激和带动。 1.3 自动售货机的设计内容 自动售货机是一种全自动的销售设备，可以24 小时超长待机工作，它不断 地方便我们的生活，受到广大消费者的喜爱。和用单片机作为控制中心的自动 售货机相比，PLC 控制的自动售货机抵抗外来因素的影响的抵抗能力更强，系 统的稳定能力更强，设备维修起来更为方便，程序设计更为简单，更能够适应 在在各个公共地方使用。具体的研究内容主要分为以下几个部分： 硬件设计：需要先对自动售货机本身的功能还有工作原理进行剖析，从而 得出硬件的结构组成。

软件设计：软件设计方面同样需要对售货机的工作原理进行剖析，同时思 考系统的每个模块，对每个模块进行剖析，当然在设计的过程中也需要熟悉整 体系统功能，在最后根据设计所需要的要求进行程序的编辑，从而实现自动售 货机所需要的的功能。 仿真模拟：在硬件和软件的设计都完成了后，然后用编程软件将我们所需 要的梯形图画出来，检查程序是否有问题，如果没有问题就将程序导出。导出 的程序用于仿真软件的仿真模拟，同时检查设计的程序是否正确是否满足要求， 然后对有问题的地方进行修改完善。在确定系统没有错误后，对实验进行最后 检验，确保可行性。 第二章 简介PLC 第二章简介PLC 2.1 PLC 的定义 PLC 是使用微处理器的常见工业控制设备。凭借其广泛的多功能性，便于 使用的能力，让它自己变成了现代工业里使用非常多的配件之一，并且被运用 到了工业产业的各种地方。为了在其他的方向（例如私营部门和家庭自动化） 中使用并且能够得到极尽地发展，在日常使用中该设计用于各种环境。PLC 用的可编程存储器通常都包括对逻辑进行编辑，对时间进行排列的控制，计算次数和对系统算数进行控制的功能。并且通过数字电路活着模拟电路的输入和 输出得到需要的数字控制或者其他的控制。

2.2 PLC 的结构和工作原理 PLC 与计算机的工作原理是极为相似的，可以简单地阐述为在系统管理下， 通过运用应用程序来实现用户的任务，如图2-1 所示。 图2-1 PLC 工作原理图 2.3 PLC 的部分功能介绍 PLC 的硬件系统由很多部分组成，这些部分分别为主控制部分、输入和输 读取输入 执行用户程序 处理通信要求 自诊断检查 改写输出 RUN 状态 读取输入 处理通信要求 自诊断检查 改写输出 STOP 状态 出的扩展的单元还有PLC 外部的器件，这些部分之间都是通过总线来连接的。 主控制部分包括了 CPU、用于存储的器件、输入输出电路、用于外部器件连接 的接口还有电源。 中央处理器是PLC 的中心组件，其功能如下： （1）接收存储用户通过编辑变化的量的器件得到的想要输入的程序还有数 （2）检查从输入口输入的输入的变化的量还有显示当前状态的数据，然后将得到的数据保存在应该保存数据的存储区域内。 （3）检查设备在运行的过程中，设备的存储信息的功能还有通信的功能时 候否出现问题，如果出现问题检查电路的工作状态还有电源的状态，同时提醒 用户在使用过程中出现的编程的错误。 （4）执行用户程序，处理各种数据，根据数据发送、保存和更新结果。

对 于标志状态位的标志，还有输出状态寄存器的内容，将全部生成信号，并完成 相应的内部控制信号，以完成用户指定的各种操作。 （5）满足各种设备的要求。 存储器是PLC 的另外一个重要的组成部分，当用户使用 PLC 的时候，存储 器会自动将用户所输入的各种信号保存起来。通常存储的类型不止一种，因为 不同的存储器在 PLC 中扮演着不同的角色，其中一种叫做系统存储器，另外一 种叫做用户存储器。