引言自動售貨機作為一種集機械、電子、計算機技術(shù)于一體的自動化設(shè)備，以其便捷、高效、24小時服務(wù)的特點，在現(xiàn)代社會中得到了廣泛應(yīng)用。其核心在于穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)，直接關(guān)系到用戶體驗、運營效率及設(shè)備安全性?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）憑借其高可靠性、強抗干擾能力、靈活的編程方式和易于維護(hù)等顯著優(yōu)勢，已成為自動售貨機控制系統(tǒng)的理想核心。本文將詳細(xì)闡述一種基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計方案，從系統(tǒng)需求分析、硬件選型與配置、軟件邏輯設(shè)計到調(diào)試優(yōu)化，力求為相關(guān)工程實踐提供具有參考價值的技術(shù)思路。一、系統(tǒng)總體設(shè)計1.1功能需求分析本設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)一臺能夠完成基本商品售賣流程的自動售貨機，其主要功能需求包括：*商品選擇與展示：用戶可通過按鍵選擇商品，系統(tǒng)能顯示商品信息及價格。*貨幣識別與處理：支持硬幣或紙幣（可根據(jù)實際情況簡化為特定面額或模擬信號）的投入、識別、金額累加與找零（若有）。*出貨控制：當(dāng)投入金額大于或等于所選商品價格時，系統(tǒng)控制相應(yīng)貨道的出貨機構(gòu)動作，完成商品輸送。*狀態(tài)指示與提示：具備電源指示、工作狀態(tài)指示、金額不足提示、商品售罄提示等功能。*簡易故障診斷：對卡貨等常見簡單故障進(jìn)行初步檢測與提示。1.2系統(tǒng)組成模塊基于上述功能需求，自動售貨機控制系統(tǒng)主要由以下模塊構(gòu)成：*人機交互模塊：包括商品選擇按鍵、金額顯示、狀態(tài)指示燈、商品信息展示（可簡化為LED或小型LCD屏）。*貨幣識別與處理模塊：負(fù)責(zé)接收用戶投入的貨幣，進(jìn)行真?zhèn)巫R別和金額確認(rèn)，并將信號傳遞給PLC。*商品出貨模塊：由不同貨道的驅(qū)動機構(gòu)（如電機、電磁閥）組成，根據(jù)PLC指令完成商品推送。*PLC控制核心模塊：整個系統(tǒng)的中樞，接收各模塊輸入信號，執(zhí)行預(yù)設(shè)控制邏輯，輸出控制指令到相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)。*電源模塊：為PLC、各傳感器、執(zhí)行機構(gòu)及其他電子元件提供穩(wěn)定的工作電源。1.3系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)的基本工作流程如下：1.用戶投入貨幣，貨幣識別模塊對貨幣進(jìn)行識別和金額累加，并將累加金額信號發(fā)送給PLC。2.PLC接收到金額信號后，通過顯示模塊更新當(dāng)前投入金額。3.用戶通過選擇按鍵選擇所需商品。4.PLC接收到商品選擇信號后，查詢該商品價格，并與當(dāng)前投入金額比較。5.若金額不足，PLC控制提示模塊發(fā)出“金額不足”提示。6.若金額足夠，PLC首先判斷該商品對應(yīng)貨道是否有貨（通過貨道傳感器檢測）。*若無貨，PLC控制提示模塊發(fā)出“商品售罄”提示。*若有貨，PLC計算找零金額（若有），控制相應(yīng)貨道的出貨機構(gòu)動作，完成商品出貨。出貨成功后，控制找零模塊進(jìn)行找零（若設(shè)計有此功能），并清除當(dāng)前投入金額。7.交易結(jié)束，系統(tǒng)回到待機狀態(tài)，等待下一次交易。二、硬件系統(tǒng)設(shè)計2.1PLC的選型PLC的選型是硬件設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需綜合考慮I/O點數(shù)、性能要求、成本及后續(xù)擴展性。*I/O點數(shù)估算：根據(jù)輸入設(shè)備（選擇按鍵、貨幣識別信號、貨道有無傳感器、復(fù)位按鈕等）和輸出設(shè)備（出貨電機/電磁閥、指示燈、顯示屏驅(qū)動、找零機構(gòu)等）的數(shù)量估算所需I/O點數(shù)，并預(yù)留10%-20%的余量。*性能要求：對于自動售貨機這類控制邏輯相對不復(fù)雜的設(shè)備，一般中小型PLC即可滿足要求，主要關(guān)注其掃描速度、指令集豐富程度及是否易于編程。*性價比與易用性：考慮到開發(fā)效率和維護(hù)成本，選擇市場占有率較高、技術(shù)支持完善、編程軟件友好的品牌和型號。例如，西門子S____系列、三菱FX系列或歐姆龍CP系列等均是常見的選擇，它們在小型自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定且成本適中。假設(shè)本設(shè)計中，經(jīng)過詳細(xì)點數(shù)統(tǒng)計和功能分析，選用了某品牌具有16點輸入、16點繼電器輸出的基本型PLC，其自帶的通信接口也便于后續(xù)與上位機或擴展模塊連接。2.2主要外圍設(shè)備選型與接口設(shè)計2.2.1人機交互模塊*商品選擇按鍵：采用小型自復(fù)位按鈕，每個商品對應(yīng)一個按鍵，直接接入PLC的數(shù)字量輸入點。*狀態(tài)指示燈：采用LED指示燈，如電源指示燈（綠色）、金額不足指示燈（紅色）、商品售罄指示燈（黃色）等，通過PLC的數(shù)字量輸出點控制。*顯示模塊：可選用簡單的LED數(shù)碼管或段碼LCD屏，用于顯示投入金額、商品價格、找零金額等。若需顯示更多信息，可考慮字符型LCD。顯示模塊可通過PLC的I/O口直接驅(qū)動（簡單顯示）或通過串行通信方式（如RS232/RS485）與PLC連接。2.2.2貨幣識別模塊根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，可選用成熟的硬幣識別器或紙幣識別器模塊。這些模塊通常提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL/CMOS電平信號或串行通信接口（如RS232）與PLC連接，輸出貨幣面額信號或累加金額信號。在簡化設(shè)計中，也可采用模擬方式，如通過按鍵模擬不同面額貨幣的投入。2.2.3商品出貨模塊出貨機構(gòu)的選擇取決于商品類型。*螺旋式貨道：常用于瓶裝或罐裝飲料，由步進(jìn)電機或直流減速電機驅(qū)動螺旋推桿旋轉(zhuǎn)，推送商品下落。PLC通過電機驅(qū)動器控制電機的啟停和旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。*翻板式/推桿式貨道：常用于零食等盒裝商品，可采用小型直流電機或電磁閥驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)動作，實現(xiàn)商品推出。PLC通過繼電器或晶體管輸出控制電機或電磁閥的通斷。*貨道傳感器：在每個貨道底部或出口處安裝光電傳感器或微動開關(guān)，用于檢測商品是否存在及出貨是否成功。傳感器信號接入PLC輸入點。2.2.4貨幣處理與找零模塊*貨幣接收：如前所述，依賴貨幣識別模塊。*找零機構(gòu)：若設(shè)計具備找零功能，則需配備找零器，PLC根據(jù)計算結(jié)果控制找零器吐出相應(yīng)金額的貨幣。找零器同樣通過特定接口與PLC通信。對于簡化設(shè)計，可暫不考慮物理找零，僅在顯示屏上顯示找零金額，由人工完成找零，或僅支持“投幣金額等于商品價格”的交易。2.3I/O地址分配在確定了所有輸入輸出設(shè)備后，需要對PLC的I/O地址進(jìn)行詳細(xì)分配，并繪制I/O地址分配表，這是進(jìn)行PLC編程和接線的基礎(chǔ)。例如：*輸入點（I）：*I0.0:商品A選擇按鍵*I0.1:商品B選擇按鍵*...*I1.0:硬幣投入信號（1元）*I1.1:硬幣投入信號（5角）*...*I2.0:貨道A有貨傳感器*I2.1:貨道B有貨傳感器*...*I3.0:復(fù)位按鈕*輸出點（Q）：*Q0.0:貨道A出貨電機/電磁閥*Q0.1:貨道B出貨電機/電磁閥*...*Q1.0:電源指示燈*Q1.1:金額不足指示燈*Q1.2:商品售罄指示燈*...*Q2.0:找零電機/電磁閥（若有）2.4電氣原理圖設(shè)計要點電氣原理圖設(shè)計應(yīng)遵循電氣設(shè)計規(guī)范，確保安全性、可靠性和可維護(hù)性。*主電路設(shè)計：對于驅(qū)動出貨電機等功率稍大的執(zhí)行元件，需設(shè)計相應(yīng)的主電路，包括斷路器、接觸器或繼電器等。*控制電路設(shè)計：PLC的I/O回路、傳感器回路、指示燈回路等控制電路，注意正確選擇熔斷器、限流電阻等保護(hù)元件。*接地與抗干擾：系統(tǒng)應(yīng)采用良好的接地措施，模擬信號與數(shù)字信號分開布線，強電與弱電分開，必要時對敏感信號采用屏蔽線，以提高系統(tǒng)抗干擾能力。*清晰的標(biāo)號與注釋：所有元器件、端子、導(dǎo)線均應(yīng)有清晰的標(biāo)號，并與I/O地址分配表對應(yīng)，便于安裝、調(diào)試和維護(hù)。三、軟件系統(tǒng)設(shè)計3.1PLC控制程序總體結(jié)構(gòu)PLC控制程序采用模塊化設(shè)計思想，將不同的功能劃分為若干相對獨立的子程序或功能塊（根據(jù)所選用PLC的編程語言支持情況），主程序則負(fù)責(zé)調(diào)用這些模塊，使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于理解和調(diào)試。典型的程序模塊可包括：*初始化模塊：系統(tǒng)上電或復(fù)位時執(zhí)行，對各中間變量、計數(shù)器、定時器進(jìn)行初始化設(shè)置，確保系統(tǒng)從確定的初始狀態(tài)開始運行。*貨幣處理模塊：負(fù)責(zé)接收貨幣識別模塊的信號，進(jìn)行金額累加計算，并將累加結(jié)果送至顯示模塊。*商品選擇與判斷模塊：掃描用戶的商品選擇信號，獲取對應(yīng)商品價格，并與當(dāng)前投入金額進(jìn)行比較，判斷交易是否可行。*出貨控制模塊：在交易可行且商品有貨時，控制相應(yīng)貨道的出貨機構(gòu)動作，并通過傳感器信號確認(rèn)出貨是否成功。*顯示與提示模塊：根據(jù)PLC的運行狀態(tài)，控制顯示屏顯示金額、價格、找零等信息，并控制相應(yīng)指示燈的亮滅。*找零控制模塊：若系統(tǒng)具備找零功能，此模塊根據(jù)PLC計算的找零金額控制找零機構(gòu)動作。*故障檢測與處理模塊：對卡貨、傳感器異常等簡單故障進(jìn)行檢測，并發(fā)出相應(yīng)報警信號。3.2主要控制邏輯設(shè)計以梯形圖（LD）為例，簡要說明部分關(guān)鍵控制邏輯的設(shè)計思路。3.2.1貨幣金額累加邏輯當(dāng)檢測到有效貨幣投入信號（如I1.0為1元硬幣投入）時，觸發(fā)一個脈沖信號，將對應(yīng)的金額值（如100分，為便于計算可采用最小貨幣單位）累加到“當(dāng)前金額”寄存器中。需注意對貨幣投入信號進(jìn)行防抖處理，可采用定時器實現(xiàn)。3.2.2商品選擇與金額比較邏輯當(dāng)用戶按下某商品選擇按鍵（如I0.0，對應(yīng)商品A）時，PLC首先鎖定當(dāng)前選擇（防止重復(fù)選擇或誤操作），然后將該商品的預(yù)設(shè)價格（存儲在數(shù)據(jù)寄存器中）與“當(dāng)前金額”寄存器中的值進(jìn)行比較。*若“當(dāng)前金額”<“商品價格”，則置位“金額不足”標(biāo)志，觸發(fā)“金額不足”指示燈（Q1.1）。*若“當(dāng)前金額”>=“商品價格”，則進(jìn)入下一步貨道檢測。3.2.3貨道檢測與出貨邏輯PLC讀取該商品對應(yīng)貨道的有貨傳感器信號（如I2.0對應(yīng)商品A貨道）。*若傳感器信號表明無貨（如I2.0為OFF），則置位“商品售罄”標(biāo)志，觸發(fā)“商品售罄”指示燈（Q1.2）。*若傳感器信號表明有貨（如I2.0為ON），則：*計算找零金額=當(dāng)前金額-商品價格。*輸出控制信號（如Q0.0）驅(qū)動貨道A的出貨機構(gòu)動作一定時間（通過定時器控制，確保商品能被推出）。*出貨動作完成后，若有找零金額，啟動找零控制邏輯。*清除“當(dāng)前金額”寄存器，復(fù)位選擇標(biāo)志、金額不足標(biāo)志、商品售罄標(biāo)志等，準(zhǔn)備下一次交易。3.2.4顯示驅(qū)動邏輯根據(jù)“當(dāng)前金額”寄存器、商品價格、找零金額等數(shù)據(jù)，按照顯示模塊的通信協(xié)議或接口要求，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的顯示碼，通過PLC的輸出點或通信口發(fā)送給顯示模塊進(jìn)行顯示。3.3編程語言選擇PLC編程語言主要有梯形圖（LD）、指令表（IL）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SCL）和結(jié)構(gòu)化文本（ST）等。對于自動售貨機這類以順序控制和邏輯控制為主的系統(tǒng)，梯形圖（LD）因其直觀易懂、與繼電器控制電路相似、易于維護(hù)等特點而被廣泛采用。對于一些復(fù)雜的數(shù)值計算（如金額累加、找零計算），可結(jié)合功能指令或結(jié)構(gòu)化文本（ST）來實現(xiàn)，以提高編程效率和代碼可讀性。3.4程序的調(diào)試與優(yōu)化PLC程序編寫完成后，需進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)試。*模擬調(diào)試：利用PLC編程軟件提供的仿真功能，模擬各種輸入信號（如按鍵按下、貨幣投入、傳感器狀態(tài)），觀察程序的運行流程和輸出結(jié)果是否符合預(yù)期。*優(yōu)化：在調(diào)試過程中，針對出現(xiàn)的問題（如響應(yīng)速度慢、邏輯漏洞、誤動作等）對程序進(jìn)行修改和優(yōu)化，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。四、系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化4.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試首先進(jìn)行斷電檢查，包括線路連接是否正確、有無短路斷路、元器件安裝是否牢固等。然后進(jìn)行通電檢查，先給控制回路通電，檢查PLC、傳感器等是否能正常上電；再給主回路（如有）通電，檢查執(zhí)行機構(gòu)（電機、電磁閥）是否能正常動作。重點檢查各傳感器的信號是否能正確輸入到PLC，PLC的輸出信號是否能有效驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。4.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試與硬件調(diào)試通常交替進(jìn)行。在模擬調(diào)試階段驗證邏輯的正確性后，聯(lián)機調(diào)試時要重點關(guān)注：*貨幣識別與金額累加的準(zhǔn)確性。*商品選擇的唯一性與有效性。*金額比較的準(zhǔn)確性。*出貨動作的可靠性，包括電機/電磁閥的動作時間是否合適，是否會出現(xiàn)卡貨。*找零的準(zhǔn)確性（若有）。*各種異常情況（金額不足、商品售罄、卡貨）的處理是否及時準(zhǔn)確。4.3系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與優(yōu)化系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是對整個自動售貨機控制系統(tǒng)的綜合測試。通過模擬大量實際交易場景，檢驗系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。*穩(wěn)定性測試：長時間（如連續(xù)運行數(shù)小時）無故障運行測試。*負(fù)載測試：在多個貨道同時有貨、連續(xù)多次交易的情況下，系統(tǒng)是否能正常工作。*優(yōu)化方向：*響應(yīng)速度：優(yōu)化PLC程序，減少不必要的掃描周期。*用戶體驗：調(diào)整提示音（若有）、指示燈的亮度和閃爍頻率，優(yōu)化顯示信息的清晰度和及時性。*節(jié)能性：在非交易時段，可控制部分模塊進(jìn)入低功耗狀態(tài)。*可靠性：針對調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，如加強傳感器的防護(hù)，優(yōu)化電機驅(qū)動參數(shù)等。五、結(jié)論與展望本文詳細(xì)闡述了基于PLC的自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計過程，包括系統(tǒng)總體方案設(shè)計、硬件選型與接口設(shè)計、軟件控制邏輯設(shè)計以及系統(tǒng)調(diào)試與優(yōu)化。該設(shè)計方案以PLC為控制核心，充分利用了PLC的高可靠性和強抗干擾能力，保證了自動售貨機穩(wěn)定高效的運行。系統(tǒng)具備商品選擇、貨幣處理、出貨控制、狀態(tài)提示等基本功能，結(jié)構(gòu)清晰，易于實現(xiàn)和維護(hù)。在實際應(yīng)用中，還可以根據(jù)具體需求對系統(tǒng)進(jìn)行擴展和深化。例如，引入更智能的貨幣識別模塊以支持多種面額和支付方式（如移動支付）；增加遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理功能，通過網(wǎng)絡(luò)將售貨機的銷售數(shù)據(jù)、庫存信息、故障信息上傳至管理平臺，實現(xiàn)智能化運維；優(yōu)化人機交互界面，采用觸摸屏等更友好的交互方式；對貨道結(jié)構(gòu)和出貨機構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)更多種類商品的