【《基于plc的抓娃娃机控制系统设计》6200字】

-PAGEII-基于plc的抓娃娃机控制系统设计摘要本设计是基于PLC的抓娃娃机控制系统的设计，采用西门子的S7-315-2DP中型PLC进行控制，外加西门子触摸屏作为上位机，实现抓娃娃机控制。通过投币检测传感器进行投币检测计数，与设定的投币数比较，投币足够，允许抓取，可以手动通过手柄和按钮进行手动控制，控制前后左右，上下和抓取操作，长时间无操作，投币足长时间不操作，自动抓取；长时间不进行投币，自动执行抓取演示，具有抖动选择，强力弱力选择等附加功能。通过分析娃娃机的功能，就行硬件和PLC的选择，然后输入输出的分配，然后接线图和流程图的绘制，编写抓娃娃的程序，然后再触摸屏上开始设计，直接开始仿真调试，使用PLCSIM仿真PLC软件和触摸屏仿真软件，进行调试仿真，验证设计。关键词：抓娃娃机；触摸屏；传感器AbstractThisdesignisthedesignofthecontrolsystemofthedollgrabbingmachinebasedonPLC.ItiscontrolledbySiemenss7-315-2dpmedium-sizedPLCandSiemenstouchscreenastheuppercomputertorealizethecontrolofthedollgrabbingmachine.Thecoindetectionandcountingiscarriedoutthroughthecoindetectionsensor.Comparedwiththesetnumberofcoins,thecoinisenoughtoallowgrabbing.Itcanbemanuallycontrolledthroughthehandleandbuttontocontrolthefront,rear,left,right,up,downandgrabbingoperation.Thereisnooperationforalongtime,andthecoinisnotoperatedforalongtime,soitisautomaticallygrabbed;Withoutcoinforalongtime,itautomaticallyperformsthegrabdemonstration,withadditionalfunctionssuchasjitterselection,strongandweakforceselection,etc.Justthroughtheanalysisofthefunctionofthedollmachine,thechoiceofhardwareandPLC,andthenthedistributionoftheinputandoutput,thentheflowchartandthedrawingofwiringdiagram,writeprogramstograspthedoll,andthentouchscreendesign,directlytothesimulationdebugging,usePLCSIMsimulationsoftware,simulationsoftwareofPLCandtouchscreenfordebuggingsimulation,verifythedesign.Keywords:DollGrabbingMachine;TouchScreen;Sensor目录26818摘要 I32266Abstract II9939第一章绪论 1126181.1设计目的和意义 118901.2研究主要内容 122733第二章总体方案 233022.1控制要求 2197752.2方案设计 213625第三章硬件设计 413823.1硬件选择 4130563.1PLC选择 4277783.2PLC输入和输出分配 4253353.3PLC接线图 66361第四章软件设计 7258294.1控制流程图设计 7192924.2PLC内部使用地址 8156354.3硬件配置 9107024.4梯形图程序设计 1019050第五章组态设计 11283785.1触摸屏选择 11324335.2通讯设定 11266005.3变量连接 12290525.4组态画面 125829第六章调试 13275936.1仿真测试 1315699第七章结论 2714692致谢 283028参考资料 2913958附录 3011932附录1电气图纸 30-PAGE68-第一章绪论1.1设计目的和意义抓娃娃机，现在在我们的日常生活中也是能够随处可见的，每个国家对抓娃娃机的叫法都是不一样的。抓娃娃机来是日本的的一个电子游戏。现在的抓娃娃机的种类也有很多。比如机械手臂上有两个爪子的和三个爪子的，还有的是刀片，用来切割捆在娃娃上的细线。抓娃娃机，就是在一个机器里放上许多各种各样的玩偶之内的物品，机器的周围都是透明的玻璃。人们可以操控这机器抓取玩偶。抓娃娃机在许多国家里都是随处可见的，在平常生活中因为可以让人们在抓到玩偶的激动和没抓到玩偶的失落之间体会的心情的大起大落，所以比较受到欢迎。这些年来，从北上广的大城市正在传入到中小城市，慢慢的也已经开始在国内流行各个商场都能够随处可见。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置REF_Ref23169\r\h[1]。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用中也得到了迅速的发展REF_Ref23169\r\h[1]。PLC仍然处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位REF_Ref23169\r\h[1]。PLC

应用面之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备不可比拟的REF_Ref23169\r\h[1]。PLC具有使用简单，编程容易，维修和维护成本低等特点，近年来在各行各业得到了广泛的应用REF_Ref23169\r\h[1]。因此设计一台基于PLC的抓娃娃机控制系统具有一定的现实意义，具有一定的实用性REF_Ref23169\r\h[1]。1.2研究主要内容以PLC为控制核心，外加触摸屏等进行抓娃娃机控制系统设计，通过传感器检测投币，与设定投币数比较，投币足够，可以进行娃娃抓取。增加长时间不投币，自动演示功能，投币足够，长时间不操作，自动抓取功能，增加强力弱力选择，以及抖动选择。分析抓娃娃机控制要求，进行总体设计，硬件设计、软件设计和组态设计，最后进行调试和仿真测试，验证设计。第二章总体方案2.1控制要求 使用PLC设计一套抓娃娃机控制系统，具体要求如下： 抓娃娃机开启的时候会有音乐 人们进行投币，把机械手臂移动到自己想要的娃娃上面，然后按下下降和抓取，机械手臂就可以进行抓取。 抓娃娃可以设置在十次之内抖动，让娃娃掉落。掉落几次之后爪子就会非常紧，让娃娃不会轻易掉下来。长时间不投币，就会计时然后演示，抓娃娃机就会自动抓取娃娃。 投币了之后因为长时间不操作，到了设定的时间，抓娃娃机就会自动抓取娃娃。 进行强弱力选择，增加难度。当抓娃娃机出现故障的时候，故障显示灯就会亮，按下紧急停止按钮，抓娃娃机停止运行。2.2方案设计以PLC为控制核心，触摸屏跟PLC通过通讯电缆进行数据交换，监控系统，进行参数设定，进行控制。控制系统图如图2-1所示，图2-1控制系统图 启动按钮，停止按钮，用于启停系统，系统启动后才能使用。急停按钮，用于发生紧急情况，按下急停，紧急停止系统。外部的投币检测接PLC的输入，用于进行投币计数，投币足够才能使用。外部的左行按钮、右行按钮、前行按钮、后行按钮、下钩按钮和、取物按钮接PLC的输入，用于使用手柄或者按钮，进行手动左右行，前后行，升降和抓取控制。外部的左行限位、右行限位、前行限位、后行限位、上行限位和下行限位接PLC的输入，用于对左右行，前后行和上下行超程保护。外部的左右行电机故障、前后行电机故障、上下行电机故障和抖动电机故障接PLC的输入，用于检测到电机故障，停止相应的电机，进行故障报警提醒。 PLC输出左行控制继电器，通过继电器驱动接触器，接触器驱动左右行电机左行，同样的右行控制，前行控制，后行控制，上行控制，下行控制，抖动控制类似，都是PLC控制继电器，然后继电器驱动接触器，接触器驱动电机运行。 PLC输出接抓取控制，通过继电器控制电磁阀，电磁阀控制手爪。 PLC输出接强力和弱力，用于控制手爪强弱。 PLC输出接音乐，控制音乐设备。 PLC输出故障显示，用于显示故障状态。第三章硬件设计3.1硬件选择3.1PLC选择 经分析，系统共使用了20路数字量输入和12路数字量输出，共32路输入和输出，没有使用模拟量输入和模拟量输出，系统为小型自动化应用。 西门子的S7-300PLC是高性能的中型PLC，性价比极高，使用方便，其中CPU-315-2DP,64KB工作内存;0.3ms/1000条指令;MPI+DP连接;多排最多可组态32个模块。 因为PLC是模块化PLC，本体不带输入和输出，因此需要增加扩展模块，可以外接1个SM321，DI32xDC24V，数字量输入模块DI3224V，分成32组;同时可作为SIPLUS模块，订货号6AG1321-1BL00-2AA0；外加一个SM322，DO16xDC24V/0.5A，数字量输出模块DO16x24VDC/0.5A，具有诊断功能，可在线重新组态。3.2PLC输入和输出分配图3-2控制电路PLC分配见表3-1和3-2所示。表3-1PLC输入分配名称PLC地址外部编号启动I0.0SB1停止I0.1SB2急停开关I0.2SB3投币检测I0.3S1左行I0.4SB4右行I0.5SB5前行I0.6SB6后行I0.7SB7下钩I1.0SB8取物I1.1SB9左行限位I1.2SQ1右行限位I1.3SQ2前行限位I1.4SQ3后行限位I1.5SQ4上行限位I1.6SQ5下行限位I1.7SQ6左右行电机故障I2.0前后行电机故障I2.1上下行电机故障I2.2抖动电机故障I2.3表3-2PLC输出分配名称PLC地址外部编号左行Q0.0右行Q0.1前行Q0.2后行Q0.3上行Q0.4下行Q0.5抓取Q0.6抖动Q0.7强力Q1.0弱力Q1.1音乐Q1.2故障显示Q1.33.3PLC接线图PLC输入和输出接线图见图3-3所示。24V直流电接PLC输入的1M和PLC输入公共端，为PLC输入提供24V直流电。24V直流电接PLC输出的1L，2L和PLC输出公共端，为PLC输出提供24V直流电。图3-3PLC数字量输入接线图第四章软件设计4.1控制流程图设计控制流程图如图4-1所示。开始初始化，进行参数设定。图4-1控制系统流程图 开机初始化，采用OB100进行参数设定，设定投币数，设定投币无动作计时，无投币自动演示计时，设定抖动次数。无投币，进行无投币计时，计时到设定，自动演示，执行无投币右行、无投币前行、无投币下降、无投币抓取、无投币上升、无投币足松开等自动步骤，进行定时自动演示。检测到投币足，进行投币足无动作计时，无动作计时到设定，自动抓取，执行投币足右行、投币足前行、投币足下降、投币足抓取、投币足上升、投币足后行、投币足左行、投币足松开等自动抓取程序。检测到投币足，可以通过手轮进行手动前、后行，上、下行，左、右行，抓取等操作，手动执行。4.2PLC内部使用地址为了编程和阅读方便，以及触摸屏进行控制需要使用M位，定义PLC内部使用M内存和T定时器。表4-1PLC内部使用地址名称地址备注启动M0.0停止M0.1急停开关M0.2投币检测M0.3左行M0.4右行M0.5前行M0.6后行M0.7下钩M1.0取物M1.1左行限位M1.2右行限位M1.3前行限位M1.4后行限位M1.5上行限位M1.6下行限位M1.7抖动功能选择M4.0强力弱力选择M4.1投币足够标志M20.0无动作标志1M20.1无动作标志2M20.2投币足无动作M20.3无投币标志M20.4无投币动作M20.5左行条件M22.0右行条件M22.1前行条件M22.2后行条件M22.3上行条件M22.4下行条件M22.5松开条件M22.6抖动条件M22.7强力标志M23.0强力条件M23.1弱力条件M23.2投币足无动作初始动作步骤M30.0投币足右行步骤M30.1投币足前行步骤M30.2投币足下降步骤M30.3投币足抓取步骤M30.4投币足上升步骤M30.5投币足后行步骤M30.6投币足左行步骤M30.7投币足松开步骤M31.0无投币无动作初始动作步骤M32.0无投币右行步骤M32.1无投币前行步骤M32.2无投币下降步骤M32.3无投币抓取步骤M32.4无投币上升步骤M32.5无投币足松开步骤M32.6系统秒MW25Alarm_timer1T0报警定时1Alarm_timer2T1报警定时2投币足自动抓取定时T2投币足自动松开定时T3无投币自动抓取定时T4无投币自动松开定时T5投币足自动上升定时T6抖动定时T7强力定时T84.3硬件配置进行硬件配置，插入S7-300机架，插入电源模块，PS3075A，负载电源120/230VAC:24VDC/5A；插入CPU模块，CPU315-2DP，插入输入扩展模块和数字量输入模块，分成32组，插入输出扩展模块，DO16xDC24V/0.5A，数字量输出模块DO16x24VDC/0.5A，具有诊断功能，可在线重新组态，完成后如图4-2所示。图4-2硬件配置4.4梯形图程序设计 程序结构见图4-3所示。调用FC1，FC2，FC3，FC4，FC5，FC6，从上到下扫描循环执行。OB100是开机初始化组织程序，用于参数设定。FC1是投币足无操作自动抓取子程序，进行投币足无操作自动抓取操作；FC2是无投币自动演示子程序；FC3时钟读取子程序；FC4是投币子程序；FC5是抖动程序子程序；FC6是强力弱力程序子程序。DB1数据块，用于设定投币数，设定无投币无动作计时，设定投币无动作计时，设定抖动次数等。图4-3程序结构第五章组态设计5.1触摸屏选择 打开西门子项目管理器，到插入菜单，选择插入SIMATICHMIStation，插入触摸屏项目，设备类型选择为BasicPanels，这里选择10寸屏，选择其中的KTP1000basicDP，DP通讯触摸屏。图5-1触摸屏选择5.2通讯设定进行通讯设定，连接CPU315-2DP，端口预设IF1BMPI/DP，触摸屏地址设定为1，PLC地址设定为2，扩展插槽设定为2，机架设定为0。勾选主站上的唯一主站。图5-2通讯设定5.3变量连接建立变量，连接PLC地址，与PLC进行数据交换。图5-3变量连接5.4组态画面 建立监控画面，画出启动按钮，停止按钮。画出急停开关，抖动选择和强力弱力选择，连接变量，组态动画。建立左右行指示灯，前后行指示灯，上下行指示灯，抓取指示灯，抖动指示灯，强力指示灯，弱力指示灯和音乐指示灯。建立手动前后行，手动左右行，手动抓取和手动下沟，连接变量，组态事件。建立投币计数显示，和投币设定。建立左右限位触摸屏控制，上下限位触摸屏控制，前后限位触摸屏控制。建立故障指示灯，用于显示故障。

第六章调试6.1仿真测试 在没有硬件和PLC的情况下，可以使用PLC仿真软件和触摸屏仿真软件进行仿真测试，验证设计。 在SIMATICManager里，点打开/关闭仿真器，启动PLC仿真软件。图6-1启动PLC仿真软件 然后下载PLC硬件配置和程序到仿真PLC，在仿真PLC界面，插入需要监控的变量，然后勾选RUN-P，启动PLC。图6-2下载程序启动PLC PLC仿真启动后，打开WinccFlexible编辑画面，点顶部的启动运行系统按钮，启动触摸屏仿真。图6-3启动触摸屏运行 初始画面如图6-4所示，开始投币计数为0，投币设定为5，预设没有选择抖动，预设选择强力。图6-4初始画面 按下启动，娃娃机运行，看到音乐指示灯变亮。图6-5启动系统 监控系统足，观察到开始无投币，进行无投币计时计数，用于自动演示。图6-6无投币运行计时 到了设定的时间，没有投币就会开启自动演示，启动右行。图6-7无投币右行演示 右行定时到，停止右行，执行前行，前行指示灯点亮。。图6-8无投币前行演示 前行定时到，执行下行，下行指示灯点亮。图6-9无投币下行自动演示 模拟下行到位，点下行限位为ON，观察到停止下行，执行抓取，抓取指示灯点亮。图6-10下行到位执行抓取 抓取定时到，执行上行，上行指示灯点亮。图6-11无投币上行演示 执行上行，模拟上行到位，点下行限位为OFF，然后上行限位为ON，观察到停止上行，停止抓取，抓取指示灯熄灭，执行松开。从新进行无投币计时计数，到时间从新自动运行。图6-12无投币松开 模拟投币，触摸屏上点投币检测，连续ON，OFF，5次，投币足图6-13投币足 监控系统，观察到投币足，进行投币足无动作计时计数。图6-14投币足计时计数 投币足，无动作定时到，自动执行右行，右行指示灯点亮。图6-15投币足自动右行 执行投币足右行，右行定时到，执行前行，投币足前行指示灯点亮。图6-16投币足前行 投币足前行定时到，执行下行，下行指示灯点亮。图6-17投币足下行 执行投币足下行，模拟下行到位，点上行限位为OFF，然后下行限位为ON，停止下行，下行指示灯熄灭，执行抓取，抓取指示灯点亮。图6-18投币足抓取 投币足抓取定时到，执行上行，上行指示灯点亮。图6-19投币足上行 执行上行，模拟上行到位，点下行限位为OFF，然后上行限位为ON，观察到停止上行，执行后行，后行指示灯点亮。图6-20投币足后行 执行后行，模拟后行到位，点后行限位为ON，观察到停止后行，执行左行，左行指示灯点亮。图6-21投币足左行 执行左行，模拟左行到位，点左行限位为ON，观察到停止左行，执行松开，抓取指示灯熄灭，复位投币计数，计数为0。图6-22抓取完成 模拟投币足，手动控制，例如触摸屏上点左行按钮，执行左行，左行指示灯点亮。图6-23手动左行 模拟投币足，手动右行控制，例如触摸屏上点右行按钮，执行右行，右行指示灯点亮。图6-24手动右行 模拟投币足，手动后行控制，例如触摸屏上点后行按钮，执行后行，后行指示灯点亮。图6-25手动后行 模拟投币足，手动前行控制，例如触摸屏上点前行按钮，执行前行，前行指示灯点亮。图6-26手动前行 模拟投币足，手动下钩控制，例如触摸屏上点下钩按钮，执行下行，下行指示灯点亮。图6-27手动下钩 模拟投币足，手动抓取控制，例如触