PLC课程设计十人投票机.docx
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PLC课程设计十人投票机
专业综合应用与工程能力实践训练
十人投票机设计
学院：
电气与信息工程学院
学生姓名：
指导教师：
雷军职称高级实验师
专业：
电气工程及其自动化
班级：
学号：
完成时间：
2016年1月
摘要
投票是决策的一种方法，群体经过讨论或辩论，最后通常在特定的纸张上标示出投票者的立场然后提交大会作点算。
除了投票，共识决策法和赌博也是决策的方法。
自古以来，人类就有投票以表决，一直以来都是以人工的方式投票、检票。
近年以来，现代自动化技术的发展，给人们的生产生活带来了许多便利，可编程控制器（PLC）凭借其可靠性高、抗干扰能力强、使用方便、编程方便、体积小等优势，在问世后迅猛发展，成为自动化技术的重要组成部分。
于是，PLC控制的十人投票机，随着PLC的发展，人们的需求，应运而生。
投票机的自动化减少了大量人工检票的时间，降低了成本，提高了效率。
关键词：
投票机；PLC；成本；效率
1引言
可编程控制器（programmablelogiccontroller,PLC）是一种以微型计算机为核心的通用工业控制器。
它是继承了继电器控制器装置的部分突出性能，并与现代的计算机技术和通行技术结合为一体，代表了当前电器控制技术的世界先进水平。
设计一个基于PLC的十人投票机。
根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行十人投票机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
主要设计内容包括：
设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；系统有启动、停止功能；运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；程序结构与控制功能自行创新设计；进行系统调试，实现十人投票机的控制要求。
实现的目标：
运行PLC；当PLC运行时，[X12：
计票开关]=OFF，则不执行投票计算；当PLC运行时，再扳Y．[X12：
计票开关]=ON，开始计时，此时需在5s内完成投票（赞成与不赞成），请扳动X0~Xl1（如赞成：
X：
ON，若反对X：
OFF。
[X12]=ON，5s后立即显示投票结果，若显示灯Y0亮：
表示不通过（即反对人数较多）；若显示灯Y1亮：
表示同票（即赞成与反对人数相等）；若显示灯Y2亮：
表示通过（即赞成人数较多）。
当投票结果显示后，就不再接受任何信息，即使再次投票显示灯仍不会改变其结果。
X13为归零按钮，在x13归零后，所有的显示灯熄灭，此时可再次进行投票。
2控制系统硬件设计
2.1系统硬件配置及组成原理
2.1.1主机
主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。
CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、做出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部论断等。
PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
2.1.2输入/输出（I/O）接口
I/O接口是PLC与输入/输出设备联接的部件。
输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。
输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。
I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。
I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。
2.1.3电源
电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。
常用电源为220V交流电。
经开关电源整流滤波后得到相应电压的直流电。
在开关电源前要串联熔断器，起保护作用。
2.1.4编程器
编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或者监示PLC的工作情况。
除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。
2.1.5输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。
2.1.6外部设备接口
此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。
2.2系统输入输出点分析
在十人投票机系统中,有一个启动开关，一个清零按钮和十个投票开关，共需要12个输入端口。
输出采用三个指示灯分别表示通过、不通过和同票，一共三个输出端口。
输入采用开关和按钮，所以采用的是开关量控制；输出为指示灯的亮灭，也为开关量。
指示灯灯需要24V电源供电。
2.3PLC的选型
PLC的选择主要包括结构形式、性能、容量、输出类型、控制功能。
2.3.1PLC的I/O选择
PLC的I/O选择非常重要，I/O点数既要满足需求也要考虑经济效益，一般I/O点数多的PLC价格比较贵，特别是大型PLC，虽然速度比较快，但是体积大、价格高，不适合一般情况下使用。
在十人投票机PLC控制系统中，只用到了12个输入点和3个输出点，故使用小型PLC即可。
在设计中，我们采用输入输出点数为32点的PLC。
2.3.2PLC的输出类型的选择
PLC的输出有三种类型：
继电器输出型：
为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路；可控硅输出型：
为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载；晶体管输出型：
为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。
在投票机系统中，对频率要求不高，所以我们采用继电器输出型。
2.3.3PLC的控制功能的选择
对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能够满足要求。
对于以开关量控制为主，带有少量的模拟量控制的系统，应选用带A/D、D/A转换，加减运算、数据传送功能的低档机。
对于控制比较复杂，控制性能要求较高的系统，例如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档机或者高档机。
对于工艺过程比较固定、环境条件比较好的场合，选用整体式结构PLC。
在投票机PLC控制系统中，主要以开关量进行控制，所以我们采用低档的PLC既可以满足要求。
在设计中我们用到的PLC型号为FX2N-32MR-001。
2.4系统硬件接线图设计
开始开关接X012,清零按钮接X013，用十个开关作为表决器，分别接X000～X011。
用三个指示灯表示投票结果，分别接Y000～Y002。
指示灯需要24V电源。
系统硬件接线图如图1所示
图1系统硬件接线图
3PLC控制系统软件设计
3.1系统变量定义及I/O地址分配
在广告屏系统中，用到了12个输入口与3个输出口，具体的I/O地址如表1所示：
表1I/O地址分配表
标号
注释
I/O地址
K1
1号表决器
X000
K2
2号表决器
X001
K3
3号表决器
X002
K4
4号表决器
X003
K5
5号表决器
X004
K6
6号表决器
X005
K7
7号表决器
X006
K8
8号表决器
X007
K9
9号表决器
X010
K10
10号表决器
X011
K11
开始开关
X012
SB0
清零按钮
X013
HL1
不通过指示灯
Y000
HL2
同票指示灯
Y001
HL3
通过指示灯
Y002
3.2控制程序流程图设计
投票机程序中使用了D10作为赞成票数数据寄存器，D11作为反对票数数据寄存器，D0作为组态软件画面切换软元件，
投票机的PLC开始运行时，使用特殊辅助继电器M8002清零D10和D11。
当开始开关合上时，开启5秒定时器，并计算出倒计时的值。
当5秒时间到时，统计赞成票数，计算出反对票数并比较，结果输出不同的灯。
控制程序流程图如图2所示
图2投票机程序流程图
3.3控制程序时序图设计
投票机程序开始运行时，清零数据寄存器。
当开始开关闭合时，辅助寄存器M3接通，定时器开始定时。
如图3所示
图3
当5秒计时时间到，此时6人赞成，4人反对。
D10等于6，D11等于4。
D0等于1，显示通过画面。
时序图如图4所示
图4
此后，按下清零按钮，全部清零，重新开始定时5秒。
5秒后显示结果。
具体的时序图如图5所示
图5
3.4PLC控制程序设计
投票机程序开始时，清零D10到D11，X013为清零按钮。
清零各位。
如图6所示
图6
开始开关闭合时，启动定时器T0，设置时间为5秒。
同时启动辅助继电器M3。
X013用于停止计时。
运用减法和除法指令算出倒计时的显示值。
如图7所示
图7
T0定时时间到，根据十人表决器的开关情况，统计出赞成票数。
如图8所示
图8
定时器计时到5秒，用减法指令得到反对票数，再比较赞成票数与反对票数。
如图9所示
图9
比较的结果为：
当反对票数多于赞成票数，M0接通，对应的Y000接通，给D0赋值2，显示2号即不通过画面；当反对票数等于赞成票数，M1接通，对应的Y001接通，给D0赋值3，显示3号即同票画面；当反对票数少于赞成票数，M2接通，对应的Y002接通，给D0赋值1，显示1号即通过画面。
如图10所示
图10
执行完毕等待清零按钮按下，开始下一次投票。
4上位机组态监控系统设计
4.1组态监控软件选择
GTDesigner3是最新用于三菱电机自动化GOT1000系列图形操作终端的画面设计软件，并且集成有GTSimulator3仿真软件，具有仿真模拟的功能。
4.2上位监控系统组态设计
本设计采用一个基本画面和三个窗口画面。
4.2.1画面设计
打开GTDesigner3，根据提示新建一个工程；
更改画面背景色、画面大小；
绘出十个开关表示十人表决器，再绘出俩个开关表示开始开关和清零按钮；
在画面上写上“离投票结束还有秒”；
在提示位置加上数据显示块，这样基本画面完成；如图11所示
图11
点击新建窗口画面，设置好画面背景色，设置画面名为“通过”，最后效果如图12所示
图12
再依次绘出2号不通过画面和3号同票画面。
结果如图13和图14所示
图13
图14
4.2.2元件编辑
双击1号表决器，设置对应的软元件为X000，动作方式为位反转。
如图15所示
图15
依次设置十个表决器对应的软元件与动作方式。
设置清零按钮时，动作方式设为点动。
设置倒计时数据显示块，对应的软元件为D2，显示位数为1。
如图16所示
图16
设置画面切换软元件为D0。
如图17所示
图17
4.3实现效果
设置完成个元件的定义，投票机系统的组态工程设计完成，效果如图18所示
图18
5系统调试及结果分析
5.1系统仿真调试
点击
按钮，开始仿真调试。
按下开始开关，画面显示离投票结束的时间。
如图19所示
图19
按下6个表决器，5秒后显示通过画面，并显示出具体票数。
如图20所示
图20
按下清零按钮，按下5个表决器，5秒后显示同票画面，并显示具体票数。
如图21所示
图21
按下清零按钮，按下3个表决器，5秒后显示不通过画面，并显示具体票数。
如图22所示
图22
按下开始开关，开关断开，停止投票。
5.2结果分析
程序设计实现了投票功能。
开始开关断开，无法投票。
开关合上，5秒后显示投票结果，再更改表决器不会影响投票结果。
清零按钮按下后，重新开始投票。
6设计总结
通过此次的PLC投票设计，让我深刻的清楚了PLC的设计流程与方法。
工程训练考验的我们是理论与实践结合的能力。
就比如，这次的课程的设计中，原来起动X12是用选择开关的，但是经过实验后发现。
用选择开关，每次投票结束后，都要扳回原位（OFF）。
考虑到这个问题，我们就用按钮开关来控制，用PLC软件自锁，这样就不用扳回原位了。
同样，投票是原来是用按钮来投票的，但考虑到投票的明了，所以用选择开关。
若用按钮的话，按钮下去不是很明显，所以用选择开关，这样就清楚地知道自己投的是ON，还是OFF。
工程训练，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
我也学会了很多学习的方法，而这是日后最实用的。
只有不断的学习、实践，再学习、再实践，才能更好的应对社会上的各种挑战，。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
通过这次工程训练使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
参考文献
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华南理工大学出版社，2008.2
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化学工业出版社，2002.3
[7]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：
机械工业出版社,2005年.5
附录：
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