1）地铁售票机的设计要求
地铁自助售票机系统功能要求：在本控制系统中，自助售票机根据乘客选择的起点站和终点站的不同，出售4种不同价格的车票：3元、4元、5元、6元。自助售票机设有两种投币口，纸币投币口可识别“1元”“5元”“10元”的纸币；硬币投币口只能识别“1元”的硬币。退币设有一个出币口，当金额多于所需金额时可以退出“1元”“5元”“10元”3种币。
其控制原理是：首先由乘客从面板上点击“购票”，线路被激活，此时乘客可以从线路上选择起点站和终点站，车票张数默认为“一张”，如乘客需要，可以通过手动按钮来增加车票张数，当面板上显示“请投币”时，乘客根据“应付金额”的提示进行投币。若在30 s内未收到“应付金额”的钱币数，则系统自动回到初始界面。
当投入钱币后，面板上显示出“确认”和“放弃”两个选项，点击“确认”，则输出车票；若点击“放弃”，则停止购票，直接退币。当乘客点击了“确认”，面板上显示“请取票”，乘客根据提示取出车票，若此时还有余额，则面板上显示“继续购票”和“退币”两个选项，若点击“继续购票”，则再次进入购票。
以两条地铁线，每条线9个站点为例，地铁线路图如图10-83所示。
图10-83 地铁线路图
2）系统方案设计
本设计是一个基于PLC的地铁售票控制系统，系统主要核心是利用PLC来进行地铁售票整个流程的控制，可以手动或者自动控制。通过PLC的输出信号驱动不同的执行机构，在地铁售票系统的工作过程中，应注重以下功能的实现：第一，对目标站点的准确解释；第二，对售卖票数的选择；第三，买票；第四；找零。另外，在地铁售票系统的正常运作过程中，其系统的稳定性应该如何确保？票价的确定与调整又该如何进行？这些问题都应在系统的编程过程中进行确定。
在地铁售票系统中，为避免出现混乱状况，应在整体程序中用输入继电器进行表示。如此一来，便需要输入端口16个，输出端口4个，还要预留备用端口为以后扩容所用。所选择的硬件是西门子S7-200PLC CPU226，能够满足设计需求。本设计在整个系统的运行过程中采用上位机进行监控，使用计算机的组态软件来实现。
2.地铁售票机的系统分析
1）地铁售票机的功能分析
地铁售票机采用PLC控制，用上位机组态软件实现监控显示。在功能上，以两条地铁线，每条线9个站点为设计对象。使用者可以选择出发站点及目的站点，也可以选择购买车票的数量。可售4种不同价格的车票：3元、4元、5元、6元。自助售票机设有两种投币口，纸币投币口可识别“1元”“5元”“10元”的纸币；硬币投币口只能识别“1元”的硬币。退币设有一个出币口，当金额多于所需金额时可以退出“1元”“5元”“10元”3种币。其控制原理是：首先由乘客从面板上点击“购票”，线路被激活，此时乘客可以从线路上选择起点站和终点站，车票张数默认为“一张”，如乘客需要，可以通过手动按钮来增加车票张数，当面板上显示“请投币”时，乘客根据“应付金额”的提示进行投币。若在30 s内未收到“应付金额”的钱币数，则系统自动回到初始界面。当投入钱币后，面板上显示“确认”和“放弃”两个选项，点击“确认”，则输出车票；若点击“放弃”，则停止购票，直接退币。当乘客点击了“确认”，面板上显示“请取票”，乘客根据提示取出车票，若此时还有余额，则面板上显示“继续购票”和“退币”两个选项，若点击“继续购票”，则再次进入购票。
2）地铁售票机的工艺流程图
地铁售票机工艺流程如图10-84所示。
图10-84 地铁售票机的工艺流程图
3）地铁售票机输入控制信息分析
本次设计采用上位机组态软件进行系统的操作监控，极大地减少了PLC输入点的使用量，改为使用组态直接对PLC程序中的中间继电器进行赋值。手动调试可以对售票机的功能进行出票手动调试，找零1元手动调试，找零2元手动调试，找零3元手动调试，方便设备的维护或者初期调试。
在PLC方面，输入点主要有系统启动、系统停止、1元纸币识别、5元纸币识别、10元纸币识别、1元硬币识别、已找零检测、屏幕操作感应传感器、手动模式、自动模式、出票手动调试、找零1元手动调试、找零2元手动调试、找零3元手动调试等，分别占用X0～X15中的14个输入点。
4）地铁售票机输出控制信息分析
在输出点部分，地铁售票机因为采用了上位机显示监控，因此输入点占用比较少，具体输出点包括出票口出票，退钱1元，退钱5元，退钱10元。
5）PLC输入输出表的设计
PLC输入输出分配表的设置如表10-13所示。
表10-13 输入输出分配表
6）PLC的选型
基于PLC的地铁售票机控制系统共占用15个PLC的输入点、5个PLC的输出点，且输入与输出全部采用开关量继电器控制。出于成本考虑，首选国产品牌的PLC，如台达、信捷、永宏、汇川。但是国产品牌的PLC运行不稳定，时间长了容易出故障，虽然其价格比进口的PLC要便宜许多，但后期的维护成本更高，且地铁售票机在地铁站属于基建工程，使用要求比普通工业产品更高，长期频繁使用之后很容易出现故障。此外，在地铁售票机使用年限到期后，安装在地铁售票机控制柜内的PLC可以拆下来回收利用。
综上所述，本次设计不采用国产品牌的PLC，而选择国际知名品牌。常用的知名品牌PLC有三菱、西门子、欧姆龙、AB、施耐德等。每种PLC都有各自擅长的控制领域。西门子PLC的程序看起来一目了然，方便简洁，结合对地铁售票机的详细调查与整体分析，本次选用西门子S7-200系列PLC作为控制器，共需要15个输入点，5个输出点。考虑后期的升级改造，选型时需留有一定的备用点余量，本设计选用共40个输入输出点的PLC。该PLC的型号为S7-200 CPU226，属于继电器晶体管输出型，共有24个输入点及16个输出点，在保证余量的同时，完全满足本次设计的需求。
3.控制系统硬件设计(www.xing528.com)
在地铁售票控制系统中，主接线采用的是220 V电源供电，PLC模块的输出信号端采用24 V供电，在主接线配电装置中采用了断路器、熔断器及紧急按钮。
根据乘客购票时，投入金额的不同，通过PLC控制相对应的控制回路得电，如图10-85所示（主接线回路、电源回路、PLC控制回路）。
图10-85 系统总体设计电路图
4.控制系统软件设计
1）控制流程图设计
本设计的程序采用判断编程法来控制，通过对题目的分析可以列出相应的逻辑控制顺序，然后根据该逻辑控制顺序编写相应的程序。首先，通过一段程序控制开始时进入地铁售票机售票的过程，避免误操作而造成的干扰。设备启动初始化后，当有乘客购票时，系统在确定选择的站点及投入的金额后，进行不同程序。一段程序判断投入的金额多少，另一段根据所到站点判断投入金额是否足够，是则购票成功，否则退出投入的钱币。
2）元件分配表
主要中间元件分配如表10-14所示。
表10-14 中间元件表
3）控制程序设计
首先阐述地铁售票机的工作过程，这是本次设计的重点。启动按钮I0.0开启后，位存储器M0.0置1，M0.0信号使系统保持运行。投入1元纸币，系统在自动模式下为投币金额寄存器VD0加1。同上，若投入5元为VD4加1，若投入10元为VD8加1。自动模式下的程序设计如图10-86所示。
图10-86 自动模式下的程序设计
在手动模式下，位存储器M0.0置1，选择在1号线1站购票，将数据传送到站点地址寄存器中，同理，2～9站购票也是将站点地址传送到寄存器中，如图10-87所示。
图10-87 站点地址程序设计
当M0.0置1，同时处于自动模式下时，M20.1闭合，启动延时继电器，延时3 s。若选择手动模式，即I1.0闭合，中间继电器M20.0得电并保持状态；若选择自动模式，则中间继电器M20.1得电，并使此状态保持。如图10-88所示。
图10-88 购票程序设计
5.监控系统软件设计系统综合调试
1）综合调试平台说明
程序模拟调试的基本思想是：以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试分为硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
（1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
（2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程软件或组态软件的监控功能。
2）软件调试步骤
先是进行程序的仿真调试，观察每个中间元件和继电器是否达到原设计的要求；然后做好动画关联、变量的关联和脚本程序；接着把编好的程序下载到PLC中，通过通信软件进行通信。下一步进行联机调试，将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，让PLC先只连接输入设备，再连接输出设备，最后接上实际负载进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序做调整。通常只需修改部分程序即可。上位机调试界面如图10-89所示。
图10-89 上位机调试界面
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