【正文】 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題目（中文）： 基于軟PLC的自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng) （英文）： SoftPLC Control System for Vending Machines 學(xué) 院 信息與機(jī)電工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè) 08級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 朱佳琪 學(xué) 號(hào) 080145057 指導(dǎo)教師 譚永紅 完 成 日 期 2012年 4月摘要自動(dòng)售貨機(jī)在當(dāng)今被普遍地應(yīng)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(dòng)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(dòng)地銷售商品。自動(dòng)售貨機(jī)不受工作時(shí)間及地點(diǎn)限制的特點(diǎn),使其實(shí)現(xiàn)了一種提高營業(yè)額的同時(shí)又降低了成本的銷售模式。軟PLC是一種基于PC機(jī)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(diǎn)。利用軟件技術(shù)可以將標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)售貨機(jī)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(dòng)化控制技術(shù)設(shè)計(jì)了自動(dòng)售貨機(jī)的PLC控制系統(tǒng)。程序以符合IEC611313標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算、后臺(tái)管理，銷售統(tǒng)計(jì)等實(shí)用功能。關(guān)鍵詞：自動(dòng)售貨機(jī)；倍福自動(dòng)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(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明 ………………………………… I上海師范大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）選題登記表…………………………………II上海師范大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)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(dòng)售貨機(jī)簡介 1 自動(dòng)售貨機(jī)的歷史 1 自動(dòng)售貨機(jī)的在國內(nèi)的現(xiàn)狀及前景 1 自動(dòng)售貨機(jī)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(shì) 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(jì) 13 PLC控制要求 13 主程序 14 商品子程序 17 零錢計(jì)算子程序 19 后臺(tái)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(jì) 33 TwinCAT Visualization 33 HMI界面 337 仿真運(yùn)行 368 總結(jié)與體會(huì) 361 自動(dòng)售貨機(jī)簡介 自動(dòng)售貨機(jī)的歷史自動(dòng)售貨機(jī)是能根據(jù)投入的錢幣自動(dòng)給出客人所選貨物的機(jī)器。自動(dòng)售貨機(jī)是一種常用的商業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，它是不受時(shí)間，地點(diǎn)的限制，可以節(jié)省人力，簡化交易。公元1世紀(jì),世界上第一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)由希臘人希羅制造，人們將硬幣投入機(jī)器就可以得到一瓶“圣水”。1925年美國研制出了自動(dòng)售煙機(jī)，隨后又涌現(xiàn)了自動(dòng)郵票機(jī)，自動(dòng)車票機(jī)等各種現(xiàn)代化自動(dòng)售貨機(jī)?，F(xiàn)代自動(dòng)售貨機(jī)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(jì)70年代，市面上出現(xiàn)了采用微機(jī)控制的各種新型自動(dòng)售貨機(jī)。隨著互聯(lián)網(wǎng)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在一些微機(jī)控制的自動(dòng)售貨機(jī)上，實(shí)體錢幣已經(jīng)可以被信用卡替代并且將銷售信息實(shí)時(shí)地反饋給主控計(jì)算機(jī)形成一個(gè)規(guī)模化的無人銷售網(wǎng)絡(luò)，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(dòng)取款機(jī)等。作為一種全新的商業(yè)零售形式，自動(dòng)取款機(jī)在重視科技自動(dòng)化與市場結(jié)合的美國及日本應(yīng)用得極為廣泛。日本罐裝飲料銷量的七成是以自動(dòng)售貨機(jī)為零售渠道。而美國可口可樂公司在全球擁有50萬臺(tái)飲料自動(dòng)售貨機(jī)。 自動(dòng)售貨機(jī)的在國內(nèi)的現(xiàn)狀及前景在國內(nèi)，自動(dòng)售貨機(jī)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(jī)場、旅游景點(diǎn)等人流較密集的場所。早在1993年，中國自日本和韓國引進(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)，1995年北京自主生產(chǎn)了我國第一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，1999年國產(chǎn)自動(dòng)售貨機(jī)形成規(guī)?；a(chǎn)并批量投放市場。目前，中國的自動(dòng)售貨機(jī)擁有量約為2萬臺(tái)，相對(duì)于13億的人口，這個(gè)數(shù)字微不足道。，平均每20000城市人口中才有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，而在日本，平均每25人就擁有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，美國是平均每40人一臺(tái)，歐洲則是每50到120人一臺(tái)。在一些國家，自動(dòng)售貨機(jī)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(yù)測(cè)未來中國市場將每年增加5—10萬臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，市場潛力巨大。有關(guān)專家指出，自動(dòng)售貨機(jī)具有技術(shù)含量高、銷售方式新、市場潛力大、商品貨真價(jià)實(shí)等優(yōu)點(diǎn)，使得它的應(yīng)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(wù)、多媒體廣告等相關(guān)產(chǎn)業(yè)有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)造出巨大的商機(jī)。中國自動(dòng)售貨業(yè)發(fā)展緩慢的原因較多。一般認(rèn)為最大的障礙是消費(fèi)者普遍對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的可靠性、易操作性的認(rèn)可度較低。此外，自動(dòng)售貨機(jī)出售的商品往往是單一的，價(jià)格也高于超市、便利店中的同類商品，大部分機(jī)器只收硬幣和小額紙幣，也影響到消費(fèi)者的選擇。 自動(dòng)售貨機(jī)的功能本自動(dòng)售貨機(jī)擁有市面上一般售貨機(jī)常有的基本功能，如：商品選擇、狀態(tài)指示、投幣計(jì)數(shù)、找零退幣等等。此外，還添加了一些特有功能，如：商品復(fù)選、支持多種面值、購物清單模式、管理員后臺(tái)、銷售統(tǒng)計(jì)、庫存統(tǒng)計(jì)、價(jià)格設(shè)定等等，以滿足不同類型商品的市場需求。本售貨機(jī)的控制系統(tǒng)自帶可視化界面，用戶的整個(gè)購買過程可以通過觸摸屏完成，也可以通過實(shí)體機(jī)身上安裝的按鍵面板完成，十分方便。迎合了自動(dòng)售貨機(jī)這一設(shè)備在廣大消費(fèi)者心目中科技含量高、創(chuàng)新性強(qiáng)的形象，促進(jìn)了客戶的購買欲望及消費(fèi)體驗(yàn)。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(dòng)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(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)、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(jìn)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(lán)色部分所示為傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，頂層為一臺(tái)工業(yè)PC，主要用于處理一些操作系統(tǒng)、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)存貯以及編程之類的任務(wù)，下部控制柜，包含了電源及控制板卡。事實(shí)上，PC并不能直接應(yīng)用在自動(dòng)化控制任務(wù)中，需要額外的處理器來完成，因此，實(shí)際的PLC或NC控制的運(yùn)算是獨(dú)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(biāo)設(shè)備上。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有相互分散獨(dú)立的不止一個(gè)運(yùn)算單元。運(yùn)算量最大的控制任務(wù)未配置給運(yùn)算能力最強(qiáng)的IPC，資源集中利用率不高，且結(jié)構(gòu)較復(fù)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)Windows NT操作系統(tǒng)、軟PLC軟件（本設(shè)計(jì)所用的是德國倍福公司開發(fā)的TwinCAT軟件，符合IEC611313標(biāo)準(zhǔn)）。PLC和NC控制運(yùn)算以及總線協(xié)議通過軟件形式集成在一臺(tái)IPC中，也就是說所有的自動(dòng)化任務(wù)都在一個(gè)單處理器模式下運(yùn)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(diǎn)顯而易見，簡化了硬件結(jié)構(gòu)的同時(shí)也極小了設(shè)備發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。圖 2圖2所示為傳統(tǒng)PLC的運(yùn)行周期。傳統(tǒng)PLC的