基于PLC的自动售货机控制系统设计

摘 要

随着近年来生活节奏的不断加快，人们对便捷购物服务的需求日益增加。自动售货机的出现为群众创造了一个便捷的购物环境。

传统的自动售货机普遍采用单片机控制，其支付方式单一，仅支持纸币和硬币交易，难以适应移动支付日益普及的社会环境，且缺乏远程监控管理功能，商品补货和机器运维完全依赖人工定期巡检，运营效率低下。本次设计采用模拟仿真方式设计一种基于 PLC 的自动售货机控制系统，采用博图v18编程软件仿真，选择适应性强、可靠性高的西门子S7-1200系列PLC控制器作为控制核心，设计自动售货机的各部分功能，包括系统控制程序、混合支付程序、购买程序、自动运行程序以及远程监控告警程序等功能，解决传统售货机的技术难题。其中可以支持单次购物使用投币和移动支付相结合的混合支付模式为本次设计的创新点。

本次设计的自动售货机可以根据商品种类、支付货币样式、货币找零、指示灯、警报装置、远程监控等功能需要，计算输入与输出点的个数，设计I/O分配表，并按照I/O分配表，绘制自动售货机的接线图。

关键词：PLC控制系统；自动售货机；混合支付

Abstract

With the continuous acceleration of the pace of life in recent years, people's demand for convenient shopping services is increasing. The advent of vending machines has created a convenient shopping environment for the masses.

The traditional vending machine generally adopts single-chip microcomputer control, its payment method is single, only supports banknote and coin transactions, it is difficult to adapt to the social environment of mobile payment is becoming more and more popular, and lacks remote monitoring and management functions, commodity replenishment and machine operation and maintenance completely rely on manual regular inspection, and the operation efficiency is low. The design will use simulation to design a PLC-based vending machine control system, using Botu v18 programming software simulation, selecting Siemens S7-1200 series PLC controller with strong adaptability and high reliability as the control core, and designing all parts of the vending machine's functions, including system control program, mixed payment program, purchase program, automatic operation program and remote monitoring alarm program and other functions, to solve the technical problems of traditional vending machines. Among them, it can support a single purchase, using a hybrid payment model that combines coin and mobile payment, which is the innovation point of this design.

The designed vending machine can calculate the number of input and output points according to the type of product, payment currency style, currency change, indicator light, alarm device, remote monitoring and other functional needs, design the I/O distribution table, and draw the wiring diagram of the vending machine according to the I/O distribution table.

Key words:PLC Control System;Vending Machines;Mixed Payment

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 国内现状

1.2.2 国外现状

1.3 内容设计

第二章 自动售货机控制系统概述

2.1 售货流程

2.2 设计思路

第三章 自动售货机控制系统设计

3.1 PLC简介

3.2 元器件选型

3.2.1 PLC选型

3.2.2 传感器选型

3.3 自动售货机I/O分配表

3.4 自动售货机硬件接线图

3.5 PLC梯形图设计

3.5.1 混合支付模块

3.5.2 找零模块

3.5.3 缺货提示模块

3.5.4 故障告警模块

3.6 HMI界面演示

第四章 自动售货系统调试结果

4.1混合支付

4.2 缺货补货提醒

4.3 退款流程

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 未来展望

参考文献

附 录 A

致 谢

基于PLC的自动售货机控制系统设计

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1研究背景

随着云服务、人工智能、物联网和移动支付等关键技术的逐步完善与成熟，传统的机械式售货机正加速向智能化、自动化的方向升级，以满足现代消费者对24小时便捷服务的需求。当前，自动售货机已成为无人售货和新兴零售行业的重要组成部分，具有广阔的市场前景和极高的商业价值。自动售货机作为全新的销售形式，迎合了人们的消费习惯，未来在智慧城市建设的进程中无人自动售货机必将有其独特舞台[1][2]。

1.1.2研究意义

研究基于PLC的自动售货机控制系统具有重要的技术、经济以及社会意义。

PLC控制系统的模块化设计抗干扰性强且运行稳定，适用于自动售货机高温潮湿等恶劣的工作环境，降低故障率，并且方便后期运行维护与系统升级，能大大提升自动售货机的使用寿命。除此之外，PLC可与物联网（IoT）、人机界面（HMI）等结合，实现远程监控、数据分析和故障预警等功能，推动传统售货机向智能化方向发展[3]。PLC自动控制系统的快速响应能力与故障诊断修复能力能够确保顾客交易过程能够流畅进行，减少货物卡住、支付失败等购物问题，极大的提升用户购物体验[4]。

基于自动售货机的无人经营模式，可以在医院、学校、交通枢纽、旅游景点等人流密集的场所提供24小时无人自助售货便捷服务，减少人力资源的浪费，提升社会公共服务水平，推动无人售货与智慧环保城市的协同发展。

1.2 国内外发展现状

当今环境下，无人自动售货机在国内外都呈现出快速发展的趋势，其市场规模正在不断扩大，控制技术也在不断创新，应用场景日益丰富。

1.2.1 国内现状

近年来，自动售货机行业正在逐渐兴起，科技进步使得自助售货机的功能日益完善，操作也变得越来越便捷，消费者对自助售货机的接受程度正在不断的提高，运营结构也从单一机械式售货机发展到现如今的营销和支付一体化自动售货机，变得更加便捷和智能，能够提供精确的库存管理和更加个性化的服务，从而吸引更多的顾客买单。当前自动售货机的主要销售场所主要为校园、办公楼、商场、交通枢纽等人员流通较多的公共场所。

截止到2024年，自动售货机的国内市场交易规模已经达到了1000亿元，其中饮料售货机的数量占据市场的主导地位。

1.2.2 国外现状

全球无人自动售货机的市场规模正在持续扩大，这主要得益于自助服务的不断普及和零售业的数字化转型。特别是在新冠肺炎疫情后，无接触式购物需求的激增进一步加速了无人自动售货机市场的扩张。并且随着自动售货机布点的增多和可应用场景的扩大，如学校、车站、超市、酒店等人流量密集的公共场所的普及，无人自动售货机的便捷性吸引了越来越多的用户。

云服务和物联网等先进智能技术的应用，正在推动无人自动售货机市场向智能化、人性化的方面发展[5]。未来，无人自动售货机将能够更加精准地满足各种用户的不同需求，提供个性化、智能化的便捷购物体验。

1.3 内容设计

本次基于PLC控制系统设计，采用博途V18编程软件编程设计货机的售货过程控制系统。根据商品的种类、货币支付方式多样化、显示屏的余额显示以及商品存货数量显示、货币找零、指示灯、警报装置、远程监控等功能需要，计算输入与输出点的个数，设计I/O分配表；并按照I/O分配表，绘制自动售货机的接线图。最后搭建HMI人机交互界面，提供用户操作界面，显示商品信息、支付状态等，使其能够实现无人自动售货功能。