本 科 毕 业 论 文（设 计）题目（中文）： 基于软PLC的自动售货机控制系统 （英文）： Soft-PLC Control System for Vending Machines 学 院 信息与机电工程学院 年级专业 08级电气工程及其自动化 学生姓名 朱佳琪 学 号 080145057 指导教师 谭永红 完 成 日 期 2012年 4月摘要自动售货机在当今被普遍地应用在各大现代化都市的街道及便利店中，正逐渐地成为商业自动化的代表性设备。它能够在无人操作的情况下根据程序自动地销售商品。自动售货机不受工作时间及地点限制的特点,使其实现了一种提高营业额的同时又降低了成本的销售模式。软PLC是一种基于PC机开发结构的控制系统，它和传统PLC一样具有在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的优点。利用软件技术可以将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。本文介绍了自动售货机的现状及前景，以及软PLC的基本原理及功能。利用德国倍福公司的嵌入式PC和I/0模块及基于PC的自动化控制技术设计了自动售货机的PLC控制系统。程序以符合IEC61131-3标准的结构体文本（ST）及连续功能图（CFC）作为编程语言。包含了商品选择、找零计算、后台管理，销售统计等实用功能。关键词：自动售货机；倍福自动化；软PLC；嵌入式PC；结构体文本；连续功能图；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 becoming 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, fault-finding 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 PC-based automation technology to design a PLC control system of a vending machine. The program meet the standard of IEC61131-3, 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 controlV目 录上海师范大学本科毕业论文（设计）诚信声明 I上海师范大学本科毕业论文（设计）选题登记表II上海师范大学本科毕业论文（设计）指导记录表中文摘要及关键词 英文摘要及关键词 VI1 自动售货机简介11.1 自动售货机的历史11.2 自动售货机的在国内的现状及前景11.3 自动售货机的功能22 软PLC简介22.1 软PLC与传统硬PLC的比较22.2 软PLC的软件的组成52.3 软PLC的优势63 硬件选型63.1 硬件系统63.2 IPC选型73.3 输入模块选型93.4 输出模块选型103.5 按键面板114 软PLC的软件选择114.1 TwinCAT简介114.2 结构化文本（ST）125 PLC控制程序设计135.1 PLC控制要求135.2 主程序145.2 商品子程序175.3 零钱计算子程序195.4 后台管理子程序225.5 交易成功画面子程序255.6 按键输入及指示灯输出265.7 输入输出变量与I/O端子的连接326 HMI设计336.1 TwinCAT Visualization336.2 HMI界面337 仿真运行368 总结与体会361 自动售货机简介1.1 自动售货机的历史自动售货机是能根据投入的钱币自动给出客人所选货物的机器。自动售货机是一种常用的商业自动化设备，它是不受时间，地点的限制，可以节省人力，简化交易。公元1世纪,世界上第一台自动售货机由希腊人希罗制造，人们将硬币投入机器就可以得到一瓶“圣水”。1925年美国研制出了自动售烟机，随后又涌现了自动邮票机，自动车票机等各种现代化自动售货机。现代自动售货机的发展日新月异，其种类、结构和功能主要依据出售的物品而异，例如食品、饮料、香烟、卡票、成人用品、日用百货等等。自20世纪70年代，市面上出现了采用微机控制的各种新型自动售货机。随着互联网及计算机技术的发展，在一些微机控制的自动售货机上，实体钱币已经可以被信用卡替代并且将销售信息实时地反馈给主控计算机形成一个规模化的无人销售网络，例如无人超市、地铁无人售票系统、大型无人停车场及银行的自动取款机等。作为一种全新的商业零售形式，自动取款机在重视科技自动化与市场结合的美国及日本应用得极为广泛。日本罐装饮料销量的七成是以自动售货机为零售渠道。而美国可口可乐公司在全球拥有50万台饮料自动售货机。1.2 自动售货机的在国内的现状及前景在国内，自动售货机在一些像北京、上海、广州这样的大城市中比较常见，通常被放置在商场、影院、火车站、飞机场、旅游景点等人流较密集的场所。早在1993年，中国自日本和韩国引进了自动售货机，1995年北京自主生产了我国第一台自动售货机，1999年国产自动售货机形成规模化生产并批量投放市场。目前，中国的自动售货机拥有量约为2万台，相对于13亿的人口，这个数字微不足道。即使是按现在中国城市人口3.9亿人计算，平均每20000城市人口中才有一台自动售货机，而在日本，平均每25人就拥有一台自动售货机，美国是平均每40人一台，欧洲则是每50到120人一台。在一些国家，自动售货机的商品销售额占全国零售业的六成以上，并以每年10%的速度递增。据预测未来中国市场将每年增加510万台自动售货机，发达城市将有3.5亿人经常使用自动售货机，市场潜力巨大。有关专家指出，自动售货机具有技术含量高、销售方式新、市场潜力大、商品货真价实等优点，使得它的应用模式更为灵活，发展的空间也更大。而且，它可以与电子商务、多媒体广告等相关产业有机结合，创造出巨大的商机。中国自动售货业发展缓慢的原因较多。一般认为最大的障碍是消费者普遍对自动售货机的可靠性、易操作性的认可度较低。此外，自动售货机出售的商品往往是单一的，价格也高于超市、便利店中的同类商品，大部分机器只收硬币和小额纸币，也影响到消费者的选择。1.3 自动售货机的功能本自动售货机拥有市面上一般售货机常有的基本功能，如：商品选择、状态指示、投币计数、找零退币等等。此外，还添加了一些特有功能，如：商品复选、支持多种面值、购物清单模式、管理员后台、销售统计、库存统计、价格设定等等，以满足不同类型商品的市场需求。本售货机的控制系统自带可视化界面，用户的整个购买过程可以通过触摸屏完成，也可以通过实体机身上安装的按键面板完成，十分方便。迎合了自动售货机这一设备在广大消费者心目中科技含量高、创新性强的形象，促进了客户的购买欲望及消费体验。2 软PLC简介2.1 软PLC与传统硬PLC的比较软PLC是一种基于PC的自动化控制技术，它可以通过软件形式来模拟传统PLC的功能，在某些操作系统上实现计算、存储、编程和控制等功能，并且通过现场总线方式与外部设备进行通信或控制。图1为传统PLC控制系统和基于PC的软PLC控制系统的结构图示：图 1上图中左边蓝色部分所示为传统PLC控制系统结构，顶层为一台工业PC，主要用于处理一些操作系统、人机界面、数据存贮以及编程之类的任务，下部控制柜，包含了电源及控制板卡。事实上，PC并不能直接应用在自动化控制任务中，需要额外的处理器来完成，因此，实际的PLC或NC控制的运算是独立于IPC而在外设的PLC/NC板卡中完成的，再由I/O端口连接到目标设备上。这样的系统结构具有相互分散独立的不止一个运算单元。运算量最大的控制任务未配置给运算能力最强的IPC，资源集中利用率不高，且结构较复杂。上图右边绿色部分为基于PC的软PLC系统结构，它需要由四个标准组件组成，分别为：工业PC、提供给I/O连接的开放总线系统、支持HMI的标准Windows NT操作系统、软PLC软件（本设计所用的是德国倍福公司开发的TwinCAT软件，符合IEC61131-3标准）。PLC和NC控制运算以及总线协议通过软件形式集成在一台IPC中，也就是说所有的自动化任务都在一个单处理器模式下运行，并且通过现场总线与外部I/O及设备通信。这样配置的优点显而易见，简化了硬件结构的同时也极小了设备发生错误的可能性。