西华大学课程设计说明书 1 基于PLC的保龄球设备控制系统方案设计
1.1 基于PLC的保龄球设备控制系统设计要求
（1）完成保龄设备自动控制系统的相关流程分析，画出流程图；
（2）完成全部的输入、输出信号分析，作出输入、输出表，画出输入、输出线路图设计； （3）完成系统总体硬件线路图的设计，进行正确的选型，给出元器件清单，画出系统安装配置图；
（4）说明程序模块结构，做出中间元件说明表，完成系统软件程序的编写，对程序进行清晰的注释。
（5）进行保龄球系统的上位监控系统设计。
系统结构图如图1.1所示：
总台上位计算机 PC机记分系统 PC机记分系统 PC机记分系统 保龄设备(PLC从机) 保龄设备(PLC从机) 保龄设备(PLC从机) 图1.1 系统结构图
1.2 基于PLC的保龄球设备控制方案比较及论证
1.2.1单片机与可编程控制器的方案比较论证 （1) 单片机控制方案 · 可靠性低
单片机本来抗干扰能力较低，从现在所要求的I/O总数来看，不
论是MCS51系列还是MCS96系列单片机，都必须进行大规模的扩展，这样系统电路更加复杂，进一步降低了系统的可靠性。 · 开发成本高
单片机的售价并不贵，以目前市场价，较有名气的ATMEL也不过十几元钱一片而已，但简单从这表面上看这个问题是不妥的，以本人几年来单片机开发经验可知，要购入单片机开发装置（如仿真器、烧录器、电源）和还要开模制版等，这都是一笔不小的费用。加上开发周期长所投入的人力物力，其价钱已远远地超过应用PLC开发的费用。
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西华大学课程设计说明书 另外由于设备是专用特殊设备，其控制系统专用性较强，通用性较差，为其投入过多的开发费用不值得。 · 开发周期更长
单片机的开发周期较长，从电路设计、开模制版、编程、仿真、调试等经历非常长的周期，工程师往往要花大部分的时间在硬件设计和编程调试处理上，对最为重要的工艺过程往往没有更多的时间考虑。 · 不便于修改和维护
利用单片机开发的设备往往是专用的特殊设备，在市场上往往不能找到可替代的备件，所以不便于维护，这是用户最不愿看到的。
基于以上的原因，本人认为此方案不适用 (2) PLC控制方案 · 可靠性
自第一台PLC诞生就是应用于工业现场控制，不可否认，PLC的可靠性得到了工控业界的认可。据最近行业统计显示，目前采用PLC控制的设备份额达90％。 · 成本低
就此设备的控制来说，采用PLC来进行的设备开发和控制费用都要远远低于采用单片机或IPC的费用，其系统可大可小，小的几点，大的数千点，甚至上万点，很好解决工业控制问题，适用于很多场合。 · 开发周期短
采用PLC进行设备控制，工程师无须花太多的精力在硬件的处理上，采用积木式结构很快可以形成系统电路，大部分精力集中在工艺的了解处理和程序的编写上，有利于设备的快速开发，程序的编辑、修改和调试也都可随时进行，缩短了开发时间。 · 性能加强
随着微电子控制技术的发展，PLC的处理能力也越来越强，其通讯能力、运算处理能力、容量（I/O容量和程序容量）等都有长足的发展。
所以，从可靠性和性价比等方面来说，本次设计采用的是PLC。
1.2.2 PLC经验设计法和顺序控制法的方案比较论证
经验设计法类似于通常设计继电器电路图的方法，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复的调试和修改，增加一些触点或中间编程软件，最后才能得到一个较为满意的结果。
这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的是弹性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间，设计的质量与设计者的经验有很大的关系，一般用于较简单的梯形图（比如手动程序）的设计。在设计复杂的梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆，连锁和互锁等功能，由于需要考虑的原因很多，他们往往又交织在一起，分析起来非常的困难，并
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西华大学课程设计说明书 且很容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部电路时，可能对系统的其他部分产生影响，因此梯形图的修改也是很麻烦的。用经验发设计的梯形图往往难以阅读，给系统的维修和改进带来了很大的困难。
顺序控制，就是按照生产工艺规定的顺序，在各个输入的信号的作用下，根据内部情况和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有次序的进行操作。顺序控制法是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工作人员，也会提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也就很方便。
通过以上的比较所以选择顺序控制编程法。
1.3系统方案设计
本设计是一个基于PLC的保龄球设备控制系统，系统主要核心是利用了PLCc来进行保龄球整个流程的一个控制，我们可以利用手动或者自动来进行控制。通过PLC的输出信号来驱动不同的执行机构，在本设计中执行机构就是扫瓶电路的扫瓶电机，传送带的提瓶电机1，提瓶盘的提瓶电机2，送瓶滑道电机，凸轮定位器电机，置瓶电机，输送带电机，后提升电机，前升电机，电气控制柜冷却风机电机。通过控制以上的的电机来实现保龄球扫瓶，提瓶，送平和置瓶的功能。本设计在整个系统的运行过程中采用了上位机来进行监控，借助了计算机的组态软件易控来实现。
保龄球设备控制图如图1.2所示：
储瓶 提瓶 输送带 置瓶 上、下 球道 扫瓶 回球 记分 图1.2 保龄球设备工作原理示意图
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西华大学课程设计说明书 2 基于PLC的保龄球设备控制系统分析
2.1 基于PLC的保龄球设备控制系统功能分析
本次设计基于PLC的保龄球控制设备系统主要就是对保龄球的转移进行控制，不仅要实现自动循环控制，也要能进行手动的控制；其次，系统能工作停止和紧急停止，以及一些故障自诊断功能，在发生危险情况时要有声光报警等报警装置。最后，整个系统的工作过程是出于工业组态软件的上位监控下。
上述即是整个设计的要求，但是在实际的设计过程中，我们应该很好的将其完善和细化。首先系统要实现自动循环控制，当然，这个自动循环过程中我们要用到PLC来完成，先用编程器编好程序，在下载到PLC中，用PLC的输出信号就可以了。另外，手动控制方面，那就说明我们在硬件设计时在控制面板上要添加各种开关按钮。
总台管理系统：对球道实时监控，并进行分析、统计、价格设定、故障球道统计、报表等，实现了球馆现代化管理。
电脑计分系统：可自动判断每次击瓶的数量，自动完成对每局球的分数统计及剩余瓶位的显示，并控制排瓶机工作。先进的电脑管理系统，由总台电脑控制操作台电脑进行开局、加局关道、移道操作，并对球道的动作状态进行监控，对营业情况进行分析、统计、报表等功能。配以生动活泼的动画，各种刺激游戏，赋于保龄的趣味性。
保龄设备（排瓶机）：采用可编程控制器为核心部件，与电脑计分系统相匹配，配合精密摄像系统，完成储瓶、置瓶、扫瓶等一系列功能。
球道及回球系统：球道就是球滚动的路径，有投球区、犯规线、球沟、护板等，回球装置就是投球之后，使用自动机械把球回到记分台前面地区。
整个过程我们都是利用上位来进行监控，这样我们可以方便迅速的完成监控。
2.2 系统工艺流程图
系统工艺流程图如图2.1所示：
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初始化 开机 扫瓶电路 提瓶电路1 提瓶电路2 送瓶滑道 储瓶架 置瓶架 置瓶电路 是否有投球 N Y 扫瓶电路 N
是否大满 Y 置瓶电路 图2.1 工艺流程图
2.3 输入控制信息分析
主要输入信号：启动信号、停止信号、入球检测信号、、扫瓶信号、提瓶机检测信号、凸轮定位信号、夹瓶检测信号、置瓶信号等。
2.4 输出控制信息分析
主要输出信号：回球电动机、提升保龄球电动机、扫瓶电动机（正反转）、传输带电动机、提瓶电动机1、提瓶电机2、送瓶滑道电动机（正反转）、滑架电机、置瓶机构电动机（上下运行）、置瓶机构电磁阀夹子、凸轮定位器电机等。
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