PLC课程设计报告
课题名称: 游乐机的PLC控制
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指导教师:
(课程设计时间:20##年6月12日----20##年6月16日)
摘 要
在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增加，PLC则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。20世纪60年代末，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在PLC不但被用于工业生产，在生活中我们也能常常见到它的身影。例如游乐机，随着生活水平的提高，城市中的娱乐项目也越来越多，游乐机的应用也越来越广。而游乐机的计分等问题也就用到了PLC，利用PLC控制的游乐机更加智能化、运行的可靠性更高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，所以PLC备受人们重视，成为目前在游乐机控制系统中使用最多的控制方式。
本次课程设计完成了对游乐机的控制，包括PLC的型号选择，外部接线以及程序的设计与调试等工作。本设计采用分段处理的方式，将游乐机工作的各类情况分类考虑，一步步实现了程序的设计。这种方式的优点是分别分析，各个击破不致因整体复杂而无法着手工作，但同时也带来了缺点，就是没有考虑整体放在一起对彼此工作的影响。
关键词：游乐机、PLC、控制、设计、调试
目 录
摘 要....................................................................... 2
目 录....................................................................... 3
第一章 系统控制方案的确定................................................... 4
1.1游乐机的概述及发展................................................. 4
1.1.1游乐机的定义.............................................. 4
1.1.2游乐机的分类.............................................. 4
1.1.3 游乐机的发展.............................................. 4
1.2 PLC的概述......................................................... 6
1.2.1 PLC的组成及工作原理...................................... 6
1.2.2 PLC的功能及特点.......................................... 8
1．3 总体设计方案..................................................... 8
第二章 课程设计的分析..................................................... 11
2.1地址分配.......................................................... 11
2.2梯形图分析........................................................ 13
心得体会................................................................... 16
参考文献................................................................... 17
第一章 系统控制方案的确定
1.1游乐机的概述及发展
1.1.1游乐机的定义
游戏机是一种主要用于娱乐，使用只向获得许可的软件开发者开放的源代码，以电视机或其他专用显示器以及专用输入设备的电脑系统。其与PC机最大的区别在于源代码和软件的封闭性。广义来讲 人类用来进行游戏的机械电子装置都可称作游戏机 随着电子技术 信息产业的长发展 以及电影漫画产业的带动 电子游戏机便成为了游戏机的实际代表，由于其更专业化的游戏性表现，因此即便电脑水平如此发达的今天，PC游戏仍然无法替代游戏机的强势地位。
1.1.2游乐机的分类
FC(NES),SFC(SNES),GB,GBP,GBC,GBA,GBASP,GBM,GG,MD(GEN),SS,DC,VB,PS,PS2,PS3,PSP1000,PSP2000,PSP3000,NDS,NDSL,X-BOX,X-BOX360,WII ,NGC,N64,PCE,PCE-CD,MSX,MSXII,TG16,TG16-CD,SEGA-CD,MD32x,Game&Watch,Lynx,WS,WSC,NEOGEO(MVS),NEOGEO64,3DO
还有今年已上市的3DS和年末就要到来的NGP（psp2的暂定名）。
1.1.3 游乐机的发展
1.1.3.1投币游戏机的兴起
1988年，德国人斯托威克根据自动售货机的投币机构原理，设计了一种叫做“自动产蛋机”的机器，只要往机器里投入一枚硬币，“自动产蛋鸡”便“产”下一只鸡蛋，并伴有叫声。人们把斯托威克发明的这台机器，看作是投币游戏机的雏形。
但是真正用于娱乐业的游戏机，当属本世纪初德国出现的“八音盒”游戏机。游戏者只要一投币，音盒内的转轮便自动旋转，带动一系列分布不均的孔齿敲击不同长度的钢片奏出音乐。
后来，著名的魔术师伯莱姆设计了投币影像游戏机。虽说是影像，却仍旧是机械式的，操作者投币后可以从观测孔看到里面的木偶和背景移动表演。
在经济萧条的年代，世界各地赌博业却异常兴旺，因而许多投币如扑克牌机(俗称耗子机)、跑马机、高尔夫弹珠机等比比皆是，一度取代了健康的娱乐业。直到三十年代，美国兴起了对抗竞技的模拟游戏，其中模拟枪战的“独臂强盗”游戏机大受欢迎。此后，模拟各种体育运动(比如打靶、篮球)的游戏机也相继出现在娱乐场。
从十九世纪末到二十世纪五、六十年代，投币游戏机大都属于机械或简易电路结构，游戏者也是青年、成年人居多，场合仅限于游乐场，节目趣味性较差，而且内容单一。但与此同时，随着全球电子技术的飞速发展，战后的1946年出现了第一台电子计算机，其技术成就渗透到各个领域，一个娱乐业革命也在酝酿之中。
1.1.3.2电子游戏机的诞生
第二次世界大战以后，电子计算机技术得到了突飞猛进的发展。先是由晶体管代替了笨重的真空管，后来出现了集成电路和大规模集成电路，使电子子计算机一代一代实现更新，同时软件技术也发展迅速。在美国，集中了许多计算机软件的设计人才，他们工作之余，时常喜爱编一种能与人斗智的“游戏”，以此来锻炼编程的能力。这种“游戏”花样繁多，但其特点都是利用计算机软件事先设计好的“分析”、“判断”能力反过来与人较量。由于不断修改更新，使计算机的“智力”水平与人难分高低。
美国加利福尼亚电气工程师诺兰.布什纳尔看到了这种“游戏”的前景所在。早在大学期间，布什纳尔就曾经营过一家娱乐场，深谙娱乐场经营诀窍。于是，1971年，布什纳尔根据自己编制的“网球”游戏设计了世界上第一台商用电子游戏机。这台电子网球游戏机有着一段颇具戏剧性的经历：布什纳尔为了看看它是否被人们接受，就同附近一个娱乐场的老板协商，把它摆在了这个娱乐场一角。没过两天，老板打电话告诉他，那台所谓的“电子游戏机”坏了，让他前去修理。布什纳尔拆开了机壳，意外地发现投币箱全被硬币塞满了，因而硬是撑满了投币器。成功激励着布什纳尔进一步研制生产电子游戏机，为此他创立了世界上第一台电子游戏公司---雅达利公司。
今天，当我们回顾电子游戏最初为什么能吸引人，我们不难悟出这样的道理：电子游戏满足了人们对竞争和对抗的渴望，它总是给予竞争者以新的难题。同时，它还能为胜利者提供崭新的画面和音乐享受。街头的娱乐场毕竟比不上在家里玩起来随便和经济。于是，电子游戏机开始朝着“家庭化”方向发展，电子技术的突破推动了游戏机“家庭化”的发展过程，彩色电视机的普及使大型游戏机的显像管和扫描板部分完全可以被彩色电视机取代，使得微处理机部分与显示屏幕实现了分离。这时制成的游戏机只相当于一个信号发生器，与电视机连结后组成闭路电视系统。这种电子游戏机我们一般称作“家庭电脑游戏机”，或者干脆称为“电视游戏机”。
1.2 PLC的概述
1.2.1 PLC的组成及工作原理
PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同：
1．中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC 的可靠性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。
2．存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
（1） PLC 常用的存储器类型
1）RAM （Random Assess Memory）
这是一种读/写存储器（随机存储器）其存取速度最快由锂电池支持。
2）EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory）
这是一种可擦除的只读存储器在断电情况下存储器内的所有内容保持不变。（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）
3）EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）
这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
（2） PLC 存储空间的分配
虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：
系统程序存储区
系统RAM 存储区（包括I/O 映象区和系统软设备等）
用户程序存储区
1）系统程序存储区
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC 的性能。
2）系统RAM 存储区
系统RAM 存储区包括I/O 映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈 、数据寄存器 、计时器 、计数器 、变址寄存器 、累加器 、等存储器
（3）用户程序存储区
用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。
3．电源
PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在±10%（±15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去。
1.2.2 PLC的功能及特点
1.2.2.1 PLC的功能
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分 。
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。
1.2.2.2 PLC的特点
1、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。
2、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
3、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
1．3 总体设计方案
1.3.1任务描述与控制要求说明
1.3.1.1任务描述
游乐机的液压系统有三个液压缸，分别控制三组动物的隐身和现身。
每组有三只动物。现身后，游戏者击打动物，击中记一分；动物隐身后，击打无效。每轮游戏的时间为300秒，时间一到，游戏经束。在规定时间300秒内得分达到规定值20分，两组彩灯闪烁30秒，之后，开始新一轮游戏；得分未达到规定值，而蜂鸣20秒。之后，开始新一轮游戏。
（1）动物现身方式 如图示
狮子：
老虎：
狼：
（2）彩灯组合 如图示
黄灯：
绿灯：
1.3.1.2控制要求说明
投币后（输入SB1）游戏开始。三个液压缸分别控制三组动物的隐身和现身(输出L1,L2,L3)。每组有三只动物。现身后，游戏者击打动物，击中记一分每个动物上有感应器（输入Y1，Y2,Y3）；动物隐身后，击打无效。每轮游戏的时间为300秒，时间一到，游戏经束。在规定时间300秒内得分达到规定值20分，两组彩灯闪烁30秒（输出L4，L5），之后，开始新一轮游戏；得分未达到规定值，而蜂鸣20秒（输出L6）。之后，开始新一轮游戏。
1.3.2.硬件选型
1.3.2.1PLC的优点
1）.维护性好
PLC有成熟的技术和完善的质量保障体系，因此PLC出故障的可能性很小，其硬件部分在其寿命期内基本不需要维护。PLC是一种长线产品，备品备件都有保障，可维护性好。
2）. 宽输入电源范围
AC220V规格在50V能正常工作更拥有500V输入电源技术(非必须技术,选配)能适应AC110V,AC120V,AC220V,AC240V,AC380V,AC440V等各种照明/动力输入电源规格 ，DC输入规格更能做到15V-60V正常工作.适应24V,36V,48V电池供电.超低电源规格 甚至能在DC8-30V电压下工作.适应12V电池供电
3）.高速率
PLC能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而在1M－200Mbps之间。远远高于拨号上网和ISDN，比ADSL更快！足以支持现有网络上的各种应用。
4）.PLC的体积小
PLC的几何尺寸都不大。体积小的PLC可以装入机器设备内部，使机器结构紧凑。便于实现机电一体化。
5）.低功率消耗
针对电池移动场所的直流输入规格,整机消耗仅为24V/6MA 交流工作型的功率消耗低到0.1W--0.3W
1.3.2.2输入输出点数的确定
输入有：开关SB0,9个感应器SB1-SB9;
输出有：动物现身隐身控制YA1，YA2，YA3；彩灯HL1，HL2;蜂鸣HA.
1.3.2.3 PLC的选型
根据输入输出的点数可以选择三菱FX2N-48MR型PLC。
1.3.2.4硬件配置
PLC输出的继电器接点的容量是250VAC，电流2A，可直接驱动电磁阀的电磁线圈两端并联触点接通、断开所产生的电弧，在电磁阀线圈两端并联阻容吸收回路。
第二章 课程设计的分析
2.1.地址分配及I/O连接图
2.1.1地址分配
I/O地址分配如下表
表 I/O地址分配
2.1.2 I/O连接图
I/O连接图如下图所示
图I/O连接图
2.1.3 PLC软件设计
2.1.3.1程序结构方案
由控制要求可知此控制为单周期控制，动物的显隐按脉冲波形如图
图 动物现身方式
狮子：
老虎：
狼：
将脉冲分段得出动物显隐，然后将计数器，彩灯闪烁，蜂鸣结合在一起，组成整个PLC控制程序。
2.2 梯形图分析
心得体会
和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我们做的是一个由三个部分组成的游乐机plc控制系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。
通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。
参考文献
[1] 程子华等.《PLC原理与编程实例分析》 . 北京：国防工业出版社，2010
[2] 张进秋等.《可编程控制器原理及应用实例》. 北京：机械工业出版社，2004
[3] 范永生、王岷编.《电气控制与PLC应用》 . 北京：中国电力出版社，2007