【正文】 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）題目（中文）： 基于軟PLC的自動售貨機控制系統(tǒng) （英文）： SoftPLC Control System for Vending Machines 學 院 信息與機電工程學院 年級專業(yè) 08級電氣工程及其自動化 學生姓名 朱佳琪 學 號 080145057 指導教師 譚永紅 完 成 日 期 2012年 4月摘要自動售貨機在當今被普遍地應用在各大現(xiàn)代化都市的街道及便利店中，正逐漸地成為商業(yè)自動化的代表性設(shè)備。它能夠在無人操作的情況下根據(jù)程序自動地銷售商品。自動售貨機不受工作時間及地點限制的特點,使其實現(xiàn)了一種提高營業(yè)額的同時又降低了成本的銷售模式。軟PLC是一種基于PC機開發(fā)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，它和傳統(tǒng)PLC一樣具有在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的優(yōu)點。利用軟件技術(shù)可以將標準的工業(yè)PC轉(zhuǎn)換成全功能的PLC過程控制器。本文介紹了自動售貨機的現(xiàn)狀及前景，以及軟PLC的基本原理及功能。利用德國倍福公司的嵌入式PC和I/0模塊及基于PC的自動化控制技術(shù)設(shè)計了自動售貨機的PLC控制系統(tǒng)。程序以符合IEC611313標準的結(jié)構(gòu)體文本（ST）及連續(xù)功能圖（CFC）作為編程語言。包含了商品選擇、找零計算、后臺管理，銷售統(tǒng)計等實用功能。關(guān)鍵詞：自動售貨機；倍福自動化；軟PLC；嵌入式PC；結(jié)構(gòu)體文本；連續(xù)功能圖；PLC控制AbstractIn recent times, vending machines are widely used at roadsides and in conveniences stores in each modernize cities, and they are gradually being typical devices of Business Automation. Without human beings’ control , a vending machine can sale goods automatically according its program inside. Vending machines’ working can be not limited by time and place, so these features make it possible to develop a new sales model which can not only increase turnover but also reduce cost as well.The Soft PLC is a control system based on PC development structure, it has same characteristics like functionality, reliability, speed, faultfinding and others as a traditional PLC , the use of software technology can convert a standard industrial PC into a fully functional PLC process controller.This article describes the present situation and prospects of the vending machine, as well as the basic principle of the soft PLC and its function. Using Germany Beckhoff Embedded PC, I / 0 modules , and PCbased automation technology to design a PLC control system of a vending machine. The program meet the standard of IEC611313, and use the Structure Text (ST) and the Continuous Function Chart (CFC) as programming languages. The Program contains a selection of merchandise, change calculation, background, management, sales statistics and other useful fuctions.Keywords: Vending machines。 Beckhoff Automation。 Soft PLC。 embedded PC。 structure text。 continuous function chart。 PLC control38目 錄上海師范大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信聲明 ………………………………… I上海師范大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計）選題登記表…………………………………II上海師范大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計）指導記錄表…………………………………Ⅳ中文摘要及關(guān)鍵詞 …………………………………………………………………Ⅴ英文摘要及關(guān)鍵詞 …………………………………………………………………VI1 自動售貨機簡介 1 自動售貨機的歷史 1 自動售貨機的在國內(nèi)的現(xiàn)狀及前景 1 自動售貨機的功能 22 軟PLC簡介 2 軟PLC與傳統(tǒng)硬PLC的比較 2 軟PLC的軟件的組成 5 軟PLC的優(yōu)勢 63 硬件選型 6 硬件系統(tǒng) 6 IPC選型 7 輸入模塊選型 9 輸出模塊選型 10 按鍵面板 114 軟PLC的軟件選擇 11 TwinCAT簡介 11 結(jié)構(gòu)化文本（ST） 125 PLC控制程序設(shè)計 13 PLC控制要求 13 主程序 14 商品子程序 17 零錢計算子程序 19 后臺管理子程序 22 交易成功畫面子程序 25 按鍵輸入及指示燈輸出 26 輸入輸出變量與I/O端子的連接 326 HMI設(shè)計 33 TwinCAT Visualization 33 HMI界面 337 仿真運行 368 總結(jié)與體會 361 自動售貨機簡介 自動售貨機的歷史自動售貨機是能根據(jù)投入的錢幣自動給出客人所選貨物的機器。自動售貨機是一種常用的商業(yè)自動化設(shè)備，它是不受時間，地點的限制，可以節(jié)省人力，簡化交易。公元1世紀,世界上第一臺自動售貨機由希臘人希羅制造，人們將硬幣投入機器就可以得到一瓶“圣水”。1925年美國研制出了自動售煙機，隨后又涌現(xiàn)了自動郵票機，自動車票機等各種現(xiàn)代化自動售貨機?，F(xiàn)代自動售貨機的發(fā)展日新月異，其種類、結(jié)構(gòu)和功能主要依據(jù)出售的物品而異，例如食品、飲料、香煙、卡票、成人用品、日用百貨等等。自20世紀70年代，市面上出現(xiàn)了采用微機控制的各種新型自動售貨機。隨著互聯(lián)網(wǎng)及計算機技術(shù)的發(fā)展，在一些微機控制的自動售貨機上，實體錢幣已經(jīng)可以被信用卡替代并且將銷售信息實時地反饋給主控計算機形成一個規(guī)?；臒o人銷售網(wǎng)絡，例如無人超市、地鐵無人售票系統(tǒng)、大型無人停車場及銀行的自動取款機等。作為一種全新的商業(yè)零售形式，自動取款機在重視科技自動化與市場結(jié)合的美國及日本應用得極為廣泛。日本罐裝飲料銷量的七成是以自動售貨機為零售渠道。而美國可口可樂公司在全球擁有50萬臺飲料自動售貨機。 自動售貨機的在國內(nèi)的現(xiàn)狀及前景在國內(nèi)，自動售貨機在一些像北京、上海、廣州這樣的大城市中比較常見，通常被放置在商場、影院、火車站、飛機場、旅游景點等人流較密集的場所。早在1993年，中國自日本和韓國引進了自動售貨機，1995年北京自主生產(chǎn)了我國第一臺自動售貨機，1999年國產(chǎn)自動售貨機形成規(guī)?；a(chǎn)并批量投放市場。目前，中國的自動售貨機擁有量約為2萬臺，相對于13億的人口，這個數(shù)字微不足道。，平均每20000城市人口中才有一臺自動售貨機，而在日本，平均每25人就擁有一臺自動售貨機，美國是平均每40人一臺，歐洲則是每50到120人一臺。在一些國家，自動售貨機的商品銷售額占全國零售業(yè)的六成以上，并以每年10%的速度遞增。據(jù)預測未來中國市場將每年增加5—10萬臺自動售貨機，市場潛力巨大。有關(guān)專家指出，自動售貨機具有技術(shù)含量高、銷售方式新、市場潛力大、商品貨真價實等優(yōu)點，使得它的應用模式更為靈活，發(fā)展的空間也更大。而且，它可以與電子商務、多媒體廣告等相關(guān)產(chǎn)業(yè)有機結(jié)合，創(chuàng)造出巨大的商機。中國自動售貨業(yè)發(fā)展緩慢的原因較多。一般認為最大的障礙是消費者普遍對自動售貨機的可靠性、易操作性的認可度較低。此外，自動售貨機出售的商品往往是單一的，價格也高于超市、便利店中的同類商品，大部分機器只收硬幣和小額紙幣，也影響到消費者的選擇。 自動售貨機的功能本自動售貨機擁有市面上一般售貨機常有的基本功能，如：商品選擇、狀態(tài)指示、投幣計數(shù)、找零退幣等等。此外，還添加了一些特有功能，如：商品復選、支持多種面值、購物清單模式、管理員后臺、銷售統(tǒng)計、庫存統(tǒng)計、價格設(shè)定等等，以滿足不同類型商品的市場需求。本售貨機的控制系統(tǒng)自帶可視化界面，用戶的整個購買過程可以通過觸摸屏完成，也可以通過實體機身上安裝的按鍵面板完成，十分方便。迎合了自動售貨機這一設(shè)備在廣大消費者心目中科技含量高、創(chuàng)新性強的形象，促進了客戶的購買欲望及消費體驗。2 軟PLC簡介 軟PLC與傳統(tǒng)硬PLC的比較軟PLC是一種基于PC的自動化控制技術(shù)，它可以通過軟件形式來模擬傳統(tǒng)PLC的功能，在某些操作系統(tǒng)上實現(xiàn)計算、存儲、編程和控制等功能，并且通過現(xiàn)場總線方式與外部設(shè)備進行通信或控制。圖1為傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)和基于PC的軟PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖示：圖 1上圖中左邊藍色部分所示為傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，頂層為一臺工業(yè)PC，主要用于處理一些操作系統(tǒng)、人機界面、數(shù)據(jù)存貯以及編程之類的任務，下部控制柜，包含了電源及控制板卡。事實上，PC并不能直接應用在自動化控制任務中，需要額外的處理器來完成，因此，實際的PLC或NC控制的運算是獨立于IPC而在外設(shè)的PLC/NC板卡中完成的，再由I/O端口連接到目標設(shè)備上。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有相互分散獨立的不止一個運算單元。運算量最大的控制任務未配置給運算能力最強的IPC，資源集中利用率不高，且結(jié)構(gòu)較復雜。上圖右邊綠色部分為基于PC的軟PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它需要由四個標準組件組成，分別為：工業(yè)PC、提供給I/O連接的開放總線系統(tǒng)、支持HMI的標準Windows NT操作系統(tǒng)、軟PLC軟件（本設(shè)計所用的是德國倍福公司開發(fā)的TwinCAT軟件，符合IEC611313標準）。PLC和NC控制運算以及總線協(xié)議通過軟件形式集成在一臺IPC中，也就是說所有的自動化任務都在一個單處理器模式下運行，并且通過現(xiàn)場總線與外部I/O及設(shè)備通信。這樣配置的優(yōu)點顯而易見，簡化了硬件結(jié)構(gòu)的同時也極小了設(shè)備發(fā)生錯誤的可能性。圖 2圖2所示為傳統(tǒng)PLC的運行周期。傳統(tǒng)PLC的