3 自动售货机的设计
3.1西门子S7-200 PLC特点
3.11机械结构特点
（1）体积小 （2）重量轻 （3）DIN导轨安装和安装孔 3.12电气结构特点
（1）免维护性 （2）内配24V/180mA或280mA直流 （3）灵活中断输入 （4）
便于扩展
（5）没配有高速计数器 （6）模拟电位器外部设定 （7）CPU214还有脉冲输出、实时时钟等功能；CPU215/CPU216在此基础上还有PID指令、通讯能力强等特点
3.2 自动售货机设计软元件 3.2.1 定时器
定时器是PLC中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。定时器的工
作过程与继电器控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点，失电时，常闭触点闭合，常开触点打开；定时器得电时，常闭触点打开，常开触点闭合。定时器的当前值、设定值均为10位有符号整数（INT），允许的最大值为32767。定时器指令表见表1。
表1 定时器指令 语句 TON Txxx，PT TOF Txxx，PT TONR Txxx，PT BITIM OUT CITIM IN,OUT 描述 接通延时定时器 断开延时定时器 保持型接通延时定时器 起动间隔定时器 计算间隔定时器 3.2.2 数学运算指令 在梯形图中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令（见表2）分别执行下列运算：IN1+IN2=OUT，IN1—IN2=OUT，IN1*IN2=OUT，IN1/IN2=OUT。
表2 加减乘除指令
梯形图 ADD_I SUB_I MUL_I DIV_I ADD_DI SUB_DI 语句表 +I INT1,OUT -I INT1,OUT *I INT1,OUT /I INT1,OUT +D INT1,OUT -D INT1,OUT 描述 整数加法 整数减法 整数乘法 整数除法 双整数加法 双整数减法 梯形图 DIV_DI ADD_R SUB_R MUL_R DIV_R MUL 语句表 /D INT1,OUT +R INT1,OUT -R INT1,OUT *R INT1,OUT /R INT1,OUT MUL INT1,OUT 描述 双整数除法 实数加法 实数减法 实数乘法 实数除法 整数乘法产生双整数 MUL_DI *D INT1,OUT 双整数乘法 DIV DIV INT1,OUT 带余数的整数除法 在语句表中，整数、双整数与浮点数的加、减、乘、除指令分别执行下列运算： IN1+ OUT =OUT，OUT—IN1=OUT，IN1* OUT =OUT，OUT /IN2=OUT。
3.3自动售货机的基本功能
自动售货机的各种动作功能和控制要求，给出了完整的自动售货机操作规程（如图4），并介绍了自动售货机运行系统中所包括的人工操作步骤。
在实际生活中，我们见到的售货机可以销售一些简单的日用品，如饮料、常用药品和小的生活保健用品等。售货机的基本功能就是对投入的货币进行运算，并根据货币数值判断是否能够购买某种商品，并作出相应的反应。例如：售货机中有2种商品，A商品价格为0.5元，B商品为1元。现投入1个1元硬币，当投入的货币超过A商品的价格时，A商品的选择按钮处应有变化，提示可以购买，B商品也提示。当按下选择A商品的价格时，售货机进行减法运算，从投入的货币总值中减去A商品的价格同时启动相应的电机，提取A号商品到出货口。此时售货机继续进行等待外部命令，如继续交易，则同上，如果此时不再购买而按下退币按钮，售货机则要进行退币操作，退回相应的货币，并在程序中清零，完成此次交易。由此看来，售货机一次交易要涉及加法运算、减法运算以及在退币时的除法运算，这是它的内部功能。还要有货币识别系统和货币的传动来实现完整的售货、退币功能
3.4自动售货机I/O点的分配
输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。 PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。本次智能抢答器I/O点的分配如表3所示。
表3 自动售货机I/O点的分配表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 定义点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I2.0 I2.1 I2.5 I2.6 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 符号 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 SB15 SB16 SB17 功能 找零按钮 食品五角按钮 食品一元按钮 饮料一元按钮 饮料二元按钮 日用二元按钮 日用三元按钮 投五角硬币 投一元硬币 找零五角 找零一元 食品五角行程开关 食品一元行程开关 饮料一元行程开关 饮料二元行程开关 日用二元行程开关 日用三元行程开关 食品五角红灯(物品售完) 食品一元红灯(物品售完) 饮料一元红灯(物品售完) 饮料二元红灯(物品售完) 日用二元红灯(物品售完) 日用三元红灯(物品售完) 找零 出食品五角 出食品一元 出饮料一元
28 29 30 31 32 33 34 35 36 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 出饮料二元 出日用二元 出日用三元 食品五角绿灯（可以购买） 食品一元绿灯（可以购买） 饮料一元绿灯（可以购买） 饮料二元绿灯（可以购买） 日用二元绿灯（可以购买） 日用三元绿灯（可以购买）
3.5 顺序功能图（SFC）
3.5.1 什么是顺序功能图（SFC）
顺序功能图是一种位于其他编程语言之上的图形语言，使用它可以对具有并发、选择等复杂结构的系统进行编程。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中允许和别的语言编程的程序嵌套。顺序功能图由步、转换和动作三种 主要元件组成，如图5所示。可以用顺序功能图来描述系统的功能，根据它可以很容易地
设计出梯形图程序。
图5 顺序功能图
3.5.2 所选择的顺序功能图（SFC）
由于顺序功能图（SFC）有五种基本结构：顺序结构、选择性分支结构、并发性分支结构、循环结构、复合结构。本次自动售货机的SFC图，根据控制要求选用——选择性分支结构和并发性分之结构。因为选择性分支结构是一个控制流可以转入多个可能的控制流中的某一个且不允许多路分支同时执行。具体进入哪个分支，取决于控制流前面的转移条件哪一个为真。而并发性分之结构是一个工作步执行完后，需要同时开启若干条分之，并采用双水平线相连且要有一个公共转移条件，这两种顺序功能图结构符合本次自动售货机的控制要求，所以选择这两种结构。
本次自动售货机的SFC图如下图6所示：
··················
图6 自动售货机顺序功能图
3.6梯形图（LAD）
3.6.1 什么是梯形图（LAD）
梯形图是用的最多的PLC图形编程语言。梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，如图7所示。继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。
在梯形图中，有两根竖直的直线，被称为母线，现在很多PLC只保留了左边的母线，而把右边的母线略去不写。在梯形图中引入了“能流”的概念。左边的母线就如电源的“正极”，而右边的母线就如电源的“负极”。如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励。如果没有能流，则线圈未被激励，“能流”在任何时刻都不会通过接点自右向左流。