基于PLC的智能排号系统设计.docx
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基于PLC的智能排号系统设计
毕业论文（设计）
课题基于PLC的智能排号系统设计
学生姓名
院部
专业班级
指导教师
二○一五年六月
摘要
智能排号系统在服务人类和方便人们生活中具有重大作用，通过模仿需要办理业务的人员排队，以此实现以取号、等待、叫号等功能为一体，智能改变传统排队繁杂问题的过程。
智能排号的设计理论基础是基于分布式控制系统理论而实现的智能系统，这中间主要为主屏显示器、窗口显示器和智能叫号系统器组成立体网络式通信控制体系，办理业务的客户按到达的先后次序，来生成智能排号顺序。
本文采用PLC系统的编程进行排号管理，生成号码由叫号请求通过排号系统逐一发送给主显示屏以致完成系统显示，这样能给顾客带来更多的方便更好的服务。
智能排号系统可以为客户创造平等、有序良好的等候环境，使顾客避免不必要的麻烦；使工作人员可以缓解压力，从而避免不必要的工作失误，提高工作人员工作效率；为管理者能更好地管理工作人员和掌握客户的动态信息，有利于合理安排职位，更好地进行管理，有利于提高工作人员的主动性，改善服务人员服务态度，而且能提高企业服务质量和增强企业自身管理水平，给顾客留下好感，增强自身可信度，为企业带来更多的收益。
本文介绍了智能排号系统发展状态及对其应用的前景的展望；还介绍了PLC的发展历史和的工作原理。
论文介绍了PLC排号系统对数据库设计方法及其它各个步骤的原理设计，并简单的介绍了PLC系统的优点。
阐述了基于PLC智能排号系统的总体设计、工作原理；本文的软硬件的设计是核心部分，对其设计分析是本文的重点，并且还会根据次设计梯形图，让设计更鲜明，具有可操作性。
关键词：
智能排号；PLC；数码显示
Abstract
Intelligentnumeralsystemisinthepublicserviceplaces,simulatepeoplequeuingprocess,bywaitingfortakenumber,intotheteam,team,snarlingservicefunctionsinsteadofthepeoplefromhard,torealizeautomaticmachinesinsteadofpeoplequeuingprocess.Isbasedonthetheoryofdistributedcontrolsystemisdesigned,includingthemainscreen,stationtostationsystemandthewindowdisplayofadistributedcommunicationcontrolsystem,theimplementationaccordingtothecustomerorderofarrival,automaticappointment.UsingnumeralmanagementanddisplayofPLC,thesystemwillaccordingtoyourrequestnumber,inturn,senttothemainscreenandwindowdisplay,customersaccordingtothescreenprompttothecorrespondingwindowtoenjoythe\"one-to-one\"service.
Intelligentnumeralsystemforclientstocreatethegoodenvironmentofequality,reasonableandorderly,bringstherelaxedandhappymood;Workforstafftoimprovemood,optimizeworkenvironment,worktoreduceerrors,improveworkefficiency;Providestaffserviceformanagersinrealtimeandthecustomerinlinedynamicinformation,facilitatescientificsettingposition,improvetheserviceefficiency,facilitateaccuratequantificationassessment,improvethestaff'senthusiasm,improveservicequalityandmanagementlevel,establishagoodimage,improveservicedepartmentofeconomicandsocialbenefits.Canbewidelyusedinbanking,telecom,aviation,hospitalsandotherpublicservices,hasagoodapplicationprospect.
Thispaperintroducestheapplicationofintelligentnumeralsystemandcurrentsituationofthedevelopment;AlsointroducedthedevelopmenthistoryandtheworkingprincipleofPLC.Inthepaperindetaildiscussesthebrandsystemofdatabasedesignandsystemimplementationofthesteps,andmadeabriefintroductionoftheprototypesystem.AnalyzedbasedontheoveralldesignofthePLCintelligentnumeralsystem,workprinciple;Inthispaper,thedesignofthehardwareandsoftwaresolutions,andgivesthedetailedproceduresandladderdiagram.Thefocusofthisdesignistodisplaymoduledesignandthesoftwaredesignpart.
Keywords:
Intelligentqueue;PLC;digitaldisplay
插图清单
表格清单
第一章绪论
1.1课题背景
正直目前的服务业快速发展时期，但我国大部分地区还是都在以传统的排队等候方式办理业务。
在此形式的影响下，很多时候会导致秩序混乱，而且还会使效率低下，让客户倍生不满情绪，导致业绩不好。
然而，随着社会经济的转变和人员工作向服务业的转型，服务行业的快速发展也以日趋完善，以前传统排队方式已不再适合新型服务行业的服务要求水准，对行业的发展直接导致了一定的局限性，致使工作人员的工作效率低下。
因此在此情况下本文设计了一个牌号系统功能，解决服务行业里混乱的局面。
智能排号是利用计算机的智能功能来替代公共场所中人们以排队方式办理业务的一种简便省时而有效的方法，它可以有效地避免客户在服务机构办理业务可能会出现的各种不良现象，如抱怨，谩骂，插队等。
本系统应用范围广泛，涉及面广，在电信局营业厅、银行、劳动保障局，税务、政府机关部门、教育局、公安局、人事局、铁路、车站、驾校、监督局、产品客户服务中心旅游业的第三产业都可以得到很好地应用。
排号系统能通过分流、跨服务等不同方法对取号智能排队的客户进行合理的顺序安排，通过大厅的人工或智能叫号系统对排队等候的客户进行叫号业务办理，真正实现服务人员与客户之间合理安排互动，减少潜在麻烦，减少时间[1]。
PLC是由微形处理器为运载核心，运用自动化工程及计算机控制技术而研制成的一种稳定性可靠的、运用范围广的、能够适应现代工业中各种极端环境的一种资源节约型耐用型工作可靠性强的一种新型工业智能控制处理器。
通过多年的更新换代与应用的改进，现已是包括工业旅游业服务业在内的各种行业的最有效的处理器。
同时，PLC的问世，也是当今工业进步的表现社会进步的表现，人类进步的具体体现[6]。
由此，对微型控制处理器的智能排号系统的研究与运用，可以从一定程度上带动人类产业进步，提升人类文明。
大力发展PLC技术的开发与应用，还能为科研领域与工业领域提供大量有效的数据价值。
1.2课题的目的及意义
智能排号系统现代社会进步的产物，它集合现代网络信息技术为核心充分运用计算机智能管理为载体从而快速发展起来的一种处理公共场所的由以往传统排队所带来的各种不良现象的一种排号呼叫智能系统。
而且由于排号系统的应用，可以量化生成数据，提供客户动态信息便于为服务人员设立指标，方便管理。
由于智能排号系统的推广与运用，为很多客户提供了良好的服务，为工作人员提供良好的工作环境，提高了服务效率和服务质量，有利于为服务机构自身提升经济效益和社会效益，为自身带来更多收益[2]。
以此，下面我们来充分说明智能排号系统代替传统排队的优益，我们从客户自身、服务人员和管理人员来侧面展现：
（1）客户方面
1）系统通过客户取号时间来自动排号，做到快速、简洁的排队体系；
2）很好地避免了客户排队的极端心里，如乱插队，不安顺序排队等不好现象；
3）可以减少客户的排队等待时间，降低客户如烦躁等负面情绪，给客户带来良好等候心情。
4）利用多年管理经验充分考虑客户心里情绪，提高客户自身素质修养，提高社会文明程度。
（2）工作人员方面
1）减少了服务人员的一些不必要时间，为服务带来简便，提高工作效率；
2）系统多方位多功能多位面地提供多种服务。
如：
暂停、转移、插队等；
3）真正实现“一对一”的服务体系；
（3）管理者方面
1）系统通过智能化随时随地显示客户与服务人员的互动服务动态；掌握有用信息；
2）可以通过业务员的服务指标，改善机构服务水平，突出服务重点[3]。
第二章系统总方案的设计
2.1系统设计的可行性及功能分析
由于计算机网络和自动化工业的发展，智能排号技术在服务业也以低成本高效益的优点成为现代本领域首选技术，而且，随着现代计算机的普及率覆盖广泛，应用率强，智能排号通过网络就可以远程操控管理服务。
在整个系统的功能设计过程中，以下几方面要我们重点注意及亟需解决的问题:
（1）考虑智能排号系统的正常工作所需条件，解决问题，合理分配，合理设计。
（2）确定I/O设备。
根据功能要求及设计方案确定输入及输出设备。
（3）根据I/O点数选择合适的PLC类型。
（4）对I/O点数进行合理处理，在上述基础上编制微型控制器从而绘制接线图，设计总体线路图。
（5）设计可行的梯形图，然后根据梯形图设计相应的程序编程制作简易模拟智能系统。
（6）进行硬件性能检测及分析，软件测试，查漏补缺，改正错误。
（7）最后调整体系，重新校正，不断调试直至成功[4]。
2.2智能排号系统设计
在智能排号系统的设计与分析可运用过程当中,首先应当了解国内客户对此的使用观念，操作条件及使用方法，系统设计尽量以结构简洁清晰、设计易于操作和方便改进、工作可靠性稳定和维护少或维护方便为设计原则。
在上述条件下，由智能排号系统的本身应用能力，把握硬件在实际过程中的使用条件及注重的方面进行调理改造，使其具有一定的自动控制功能，并且可以根据已掌握的知识、条件及范围设计出总体框架图，然后在此基础上设计出强劲的软件模块可行的硬件模块使其初步成型，完成工作。
图2-1为智能排号系统框图。
图2-1智能排号系统框图
本系统由输入、plc控制系统和输出系统组成。
（1）输入系统：
1）取号键盘——客户根据主机键盘提示的操作来随机取出系统已经编排好的排位号码；
2）叫号键盘——工作人员由此系统键盘进行对客户的叫号服务和暂停服务权限；
（2）输出系统：
1）排队人数显示——通过显示屏显示此刻正在排队等候被服务的顾客的具体数量；
2）主显示屏显示——设计主显示屏以此方便客户了解当前办理业务人的位号及前面的等待人数，系统智能提醒客户到相应窗口办理业务。
3）窗口闪烁灯——主要用于显示被叫客户排号，以提醒客户到闪烁灯闪烁的窗口办理相关业务[5]。
2.3系统需求定义
2.3.1客户用例图
图2-2客户用例图
2.3.2业务员用例图
图2-3业务员用例图
第三章硬件设计
3.1PLC的选型方法
PLC的控制方案在设计初始时要先得到确认，以根据此来用相应PLC设计。
本设计主要依据PLC的选型不同而设计不同工艺流程方案，以此使设计简便。
再通过标量集成电路设计思路设计出一个方便简易的控制系统。
利用汇编、C++等编程语言通过硬件软件配置，做出相应图表，减少一些不必要错误从而减少制作时间。
而且在设计过程中，还要严格根据要求，明确步骤估算输入输出点，最后选出高性能低价位的PLC做相应的控制系统。
3.1.1输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数进行系统估算时应当充分考虑输入和输出点数以及外部条件对点数的影响，为了避免余量不足，尽量扩展内存容量来扩充余量。
在实际购买时，还要根据厂家的PLC自身特点进行输入输出点数调节，以此来达到自己所预期的结果。
本次设计的输入输出点如下：
输入点：
系统设立至少2个取号键盘，6个叫号键盘，以此达到输入点数不小于8个。
输出点：
数码显示管设立2个，16个输出点；4个输入点；4个窗口灯，4个输出点；总共24个输出点[7]。
3.1.2存储器容量的估算
存储器容量的大小是决定着PLC控制器功能强大与否的重要凭证，存储器容量越大则系统存储和处理数据的能力以及通过传输的对数据的分析和处理能力就越强，本设计只要保证程序运行容量低于存储器自身容量即可，然而，编程程序的存储空间大小在设计阶段我们无法提前知道，需要在设计一个完整的程序并通过运行诊断我们才能确定其所占容量。
因此，通常我们会通过一定方法合理估算程序容量。
估算后，本次研究课题的可编程控制器内存容量应尽量大一点，最好选择能储存2500条程序顺序梯形图，这样方便更好的设计及系统可以很好的得到响应，避免内存不足而无法继续对程序设计。
3.2机型的选择
3.2.1PLC的类型
PLC按结构形式可分为整体式、模块式和分散式三种类型；按用途分为顺序控制PLC，闭环控制PLC，多级分布PLC。
整体式的PLC是将CPU、内存、I/O接口、电源等集中在一个箱体中的结构[8]。
特点是体积小、安装简单、结构紧凑、成本较低，但由于输入输出点数固定，使用具有局限性，不够灵活。
本次设计的PLC智能排号系统为小型控制系统，主要应用在银行，民政医院的公共服务场所，我们选用整体式PLC比较合理。
3.2.2电源的选择
一般情况下，国内基本上都选选择220V交流电源，这样可以保持与国内电网功电压一致。
如果有特殊要求的根据此系统承受能力选用用特殊电源或稳压器稳压电源。
通常情况下，若PLC自身携带电源，应检查自身电源是否满足设计应用的要求，若不满足，应另行提供外电源供电，或把自身电源通过一定方法隔离开来。
鉴于本次课题的PLC排号系统应用于银行、医疗小型行业，应选用自带24V电源，同时接220V交流电源。
3.2.3PLC机型的最终确定
选择并确定PLC时，根据其价格、性能、对比考虑，选用性价比比较高的。
还要求其具有安全，可靠，可持续、可操作以及方便快捷等多方面优点。
然而输入输出点的大小直接影响着PLC的性能及价格，选用时应多方面着入，而且还要根据CUP、存储器等也应考虑进去。
综合以上对系统的分析要求并结合其价格优廉、性能稳定、寿命较长、操作方便等多因素的考虑，我们选用日本三菱公司的FX2N-48MR的PLC，本PLC有24个输入和24个输出点是性价比比较高的应用系统[11]。
3.3硬件配置简介
自可编程控制器的产生及发展到现在，随着性能的提升和使用的方便它以普遍被人类所接受和应用，它取代了传统的继电器，已经发展成自身独立成一体系应用。
它具有可靠性高，功能完善，实用范围广，易于学习与应用，维护方便，容易改造，体积小，能耗低，重量轻等优点，被广泛应用与各个行业。
在此简单的介绍本次设计所用的FX2N-48MR机型的一些技术指标。
技术性能分为：
一般性能，见表3-1；功能性能，见表3-2；输入性能，见表3-3；输出性能，见表3-4；其它性能，见表3-5。
表3-1一般性能
电源
AC110~120V/220~240V单相50/60Hz
电源波动
AC93~130V/185~265V，10ms以下立刻断电，控制不受影响
环境温度
0~55度
环境湿度
45%~95%，无凝露
抗振动
10~55Hz，0.5mm，最大2g
抗冲击
10g，3轴X、Y、Z方向各3次
抗噪声
1000V,1us,30~100Hz（噪声仿真器）
绝缘耐压
AC1500V，60秒（接地与端子之间击穿电压）
绝缘电阻
5MΩ,500VDC（各接地与端子之间最大电阻）
接地
小于100Ω（如果不可能，也可以不接地）
环境
无腐蚀气体，无导电尘埃
表3-2输入性能
输入类型
无电压触点或集电极开路晶体管
绝缘
光-电隔离
输入电压
内部源电压DC24V±4V,外部源电压DC24V±8V
输入阻抗
近似3.3KΩ
工作电流
OFF-ON
DC4mA（最小）
ON-OFF
DC1.5mA（最大）
响应时间
OFF-ON
近似10ms（有8点可改变从0~60ms）
ON-OFF
近似10ms（有8点可改变从0~60ms）
表3-3功能特性
执行方法
定期运行存储器的程序，集中运放输入/输出
执行速度
平均0.08us/步
程序语言
使用步进梯形图运用逻辑语言生成SFC类型程序
程序容量
8KB内置存储附带寄存器盒可扩展到16KB
指令
逻辑指令
27条（包括MC/MCR,CJP/EJP,S/R）
步进梯形指令
2条（STL,REJ）
功能指令
128个内置指令，最大可用256条应用指令
程序记忆
内部配置CMOS-RAM,EPROM/EEPROM卡
辅助继电器
无锁存
128点
锁存
64点
状态（锁存）
64点
特殊
16点
数据寄存器
64点
定时器
0.1s定时器
16点（延时接通）0.1~999s
0.01s定时器
8点（延时接通）0.01~99.9s
电子计数器（锁存）
20点，减法计数（0~999）
高速计数器（锁存）
1点，加/减法计数（0~99999），最大2KHz
电池保护
聚合物锂离子电池，寿命6年左右
诊断
原程序侦测，定时检测，电源电压
表3-4输出性能
输出类型
继电器输出
绝缘
继电器绝缘
输出负荷
电阻负荷
2A/点
感性负荷
35V/A/300000次接通断开
灯泡负荷
100W
漏电流
0mA
响应时间
OFF-ON
近似10ms
ON-OFF
近似10ms
表3-5其它功能
型号
输入点
输出点
端子块
功耗
输入传感器电源
F2N-48MR
24点
24点
可拆卸端子
40V/A
0.2A
3.4智能排号系统资源分配
3.4.1智能排号系统的硬件接线图
智能排号系统硬件连接如图3-1所示
图3-1硬件接线图
3.4.2PLC智能排号系统的输入/输出模块分配表
输入/输出分配表如表3-6所示：
表3-6输入/输出分配表
输入
输出
功能
元件
PLC地址
功能
元件
PLC地址
等待人数查询按键
SB0
X000
控制数码显示个位
CD4511
Y000-Y003
取号按键
SB1
X001
控制数码显示十位
CD4511
YO04-Y007
1号柜台呼叫按键
SB2
X002
控制数码显示个位
CD4511
YO10-Y013
2号柜台呼叫按键
SB3
X003
控制1号窗口LED闪烁
L1
Y014
3号柜台呼叫按键
SB4
X004
控制2号窗口LED闪烁
L2
Y015
4号柜台呼叫按键
SB5
X005
控制3号窗口LED闪烁
L3
Y016
1号柜台暂停按键
SB6
X006
控制4号窗口LED熄灭
L4
Y017
2号柜台暂停按键
SB7
X007
控制数码显示个位
CD4511
Y020-Y023
3号柜台暂停按键
SB8
X010
控制数码显示十位
CD4511
Y024-Y027
4号柜台暂停按键
SB9
X011
3.5面板设计
智能排号控制系统如下图所示：
图3-2控制面板
在图3-2中,图中显示的此控制面板具设立有2个虚拟按键，即“查询显示”和“取号键”按键，它们通过液晶显示屏显示出来。
其中“查询显示”虚拟键为可以查看的正在排队等待的剩余客户数量，按下此键可查看在该客户之前排队等候的剩余人数，然后根据自己个人意愿选择取号或不取号[9]。
图3-3窗口键盘
如图3-3所示，4个柜台叫号窗口按顺序分配剩余的8个键，每一个窗口都有“叫号”和“暂停”这两个按键。
“叫号”键按下则表示业务办理已被系统介绍，并且根据等待人数进行排队处理。
但按“暂停”键时，系统根据信息反馈，主系统识别并默认为暂停办理所需业务。
3.6数码显示部分设计
3.6.1主显示屏设计
在排号等待过程中，当顾客被叫号系统呼叫时，系统会通过主显示屏显示在所需办理业务的窗口上（如图3-4），客户到相应窗口即可办理业务。
图3-4系统呼叫窗口显示图
主机发出排号数据信息，然后通过主显示屏显示出来，主显示屏位于大厅顾客排队等候区，这样可以显示信息，让顾客可以很好的掌握排队动态。
主显示屏采用LED数码显示屏，并配带多个液晶发光二极管，以此增强主机控制强度，使提醒字幕醒目，便于让客户看到。
本方案直观简明，易于实现，鉴于自身数码显示管的位数大小，占用的输出点多。
3.6.2窗口显示屏设计
窗口显示屏为两位数码管显示屏，它通过显示当前窗口办理业务的排位号码以起到提醒下位客户做准备。
当窗口工作人员需要叫号时他会按下叫号按钮该窗口显示灯闪亮并通过主机叫号系统提醒下一位顾客到该窗口办理业务。
某呼叫窗口显示屏一般会安装在该窗口上方。
采用大屏液晶数码显示管可以更加鲜明醒目。
因为主显示屏的存在，它对这个系统的运行操作起到总领作用，运用柜台显示屏对主显示屏的辅导作用，对排号叫号
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