plc课程设计基于S7200系列PLC十人投票机的控制.docx
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plc课程设计基于S7200系列PLC十人投票机的控制
plc课程设计--基于S7-200系列PLC十人投票机的控制
学号**********
《电气控制与PLC技术》
课程设计
（2010级本科）
题目：
基于S7-200系列PLC十人投票机的控制
系（部）院：
物理与机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
作者姓名：
崔瑞斌
指导教师：
张晓峰职称：
教授
完成日期：
2013年07月05
《电气控制与PLC技术》课程设计任务书
学生姓名
崔瑞斌
学号
2010210322
专业方向
电气工程及其自动化
班级
电气10
（1）
题目名称
基于S7-200系列PLC十人投票机的控制
一、设计内容及技术要求：
（1）运行PLC；
（2）当PLC运行时，[I1.2：
计票开关]=OFF，则不执行投票计算；
（3）当PLC运行时开始计时，此时需在5s内完成投票（赞成与不赞成），请扳动I0.0~Il.1（如赞成：
I：
ON，若反对I：
OFF；
（4）I1.2=ON，5s后立即显示投票结果，若显示灯Q0.0亮：
表示不通过（即反对人数较多；Q0.2亮：
表示同票（即赞成与反对人数相等）；Q0.1亮：
表示通过（即赞成人数较多）。
（5）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。
（6）I1.3为归零按钮，在I1.3归零后，所有的显示灯熄灭，此时可再次进行投票。
二、程设计说明书撰写要求：
1.完成系统组态或硬件配置；
2.正确合理地进行编程元件的地址分配；
3.画出输入/输出接线图及相关的图纸；
4.设计梯形图控制程序，并模拟调试；
5.完成设计说明书（包括封面、目录、设计任务书、设计思路、硬件设计、软件设计、总结体会、参考文献等）。
三、设计进度
周次
时间
日期
内容
备注
17周周一，二
6.17--6.18
6.1晚7:
30
审题
理工实验楼501室
17周业余时间
18周19周前三天
6.17—7.03
设计
17周周五
6.21
下午3：
00
辅导
理工实验楼501室
18周周五
6.29
下午3：
00
辅导
理工实验楼501室
19周周一，二
7.01—7.02
全天
调试程序
PLC实验室、光机电一体化实验室
19周周三
7.03
全天
答辩
19周周五
7.05
全天
交稿
包括文字稿和电子稿
指导老师签字：
摘要
近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
PLC型投票机是将PLC用于对表决器的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前使用的投票机进行精确控制，特别是对多人投票的控制可方便的实现。
通过设计一个投票机，使我们系统掌握可编程控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，是我们掌握一些基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，并学习PLC编程的多样性、灵活性，是我们掌握PLC在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理，为今后从事自动化控制领域的工作打下坚实的基础。
同时，在设计过程中还能培养我们独立工作能力与创造力，综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力，查阅图书资料、绘图、书写报告的能力。
关键词：
PLC投票机
第一章可编程程序控制器（PLC）
1.1PLC的定义
可编程控制器（ProgrammableController）简称PC，但个人计算机（PersonalComputer）也简称PC，为了区别，人们仍习惯称可编程控制器为PLC（ProgrammableLogicalController）。
国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）于1987年颁布了可编程控制器的标准及其定义：
“可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。
PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。
根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。
控制器和被控对象连接方便。
随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。
另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。
特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青昧，因而在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得广泛的应用，与机器人、CAD/CAM一起，被称为现代工业控制的三大支柱。
可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。
由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。
目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。
1.2PLC的特点
PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点。
1）可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。
由于触点接触不良，容易出现故障。
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4）安装方便，扩展灵活
PLC采用标准的整体式和模块式硬件结构，现场安装简便，接线简单，工作量相对较小；而且能根据应用的要求扩展输入—输出模块或插件，系统集成方便灵活。
各种控制功能通过软件编程完成，因而能适应各种复杂情况下的控制系统，也便于控制系统的改进和修正，特别适应各种工艺流程变更较多的场合。
5）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
6）体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
它的重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.3PLC的应用及发展趋势
目前，PLC已成为工业控制的标准设备，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、汽车、采矿、水泥、机械制造、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等行业。
概括起来主要有以下几个方面：
*开关逻辑和顺序逻辑
*模拟量控制
*运动控制
*数据处理
*通信与联网
从第一台PLC问世至今，其发展经历了实用化阶段、成熟阶段和加速发展阶段。
PLC主要在以下几个方面得到了不断发展：
*小型PLC产品性能提高、结构不断优化
*大型PLC功能不断完善
*强化联网通信能力
*I/0模块分散化、智能化
*编程语言标准化
*控制算法不断增加
*迅速与其他工业产品整合
*进一步向开放型发展
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
在21世纪，PLC将会有更大的发展空间。
第二章十人投票机控制工艺流程分析
2.1设计任务
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。
主要内容包括：
（1）设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
（2）系统有启动、停止功能；
（3）运用功能指令进行PLC控制程序设计
（4）程序结构与控制功能自行创新设计；
（5）进行系统调试，实现十人投票机的控制要求。
2.2十人投票机控制过程描述
（1）运行PLC；
（2）当PLC运行时，[I1.2：
计票开关]=OFF，则不执行投票计算；
（3）当PLC运行时开始计时，此时需在5s内完成投票（赞成与不赞成），请扳动I0.0~Il.1（如赞成：
I：
ON，若反对I：
OFF）；
（4）I1.2=ON，5s后立即显示投票结果，若显示灯Q0.0亮：
表示不通过（即反对人数较多）；Q0.2亮：
表示同票（即赞成与反对人数相等）；Q0.1亮：
表示通过（即赞成人数较多）。
（5）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。
（6）I1.3为归零按钮．在I1.3归零后，所有的显示灯熄灭，此时可再次进行投票。
2.3十人投票机控制工艺分析
（1）深入了解控制要求，确定控制的操作方式、应完成的动作。
（2）确定所需的信号输入元件、输出执行元件，据此可以确定PC的I/O点数。
进行I/O点的分配。
（3）选定PC型号。
（4）绘制PC外部接线图，设计控制系统的主电路。
（5）设计PC控制程序。
（6）模拟调试。
（7）进行现场调试。
（8）编制技术文件。
第三章PLC的硬件配置与软件设计
3.1、系统的硬件配置及组成原理
（1）I/O点的分配
根据设计要求输入点需要12个，输出点需要3个。
由于任务要求：
为了方便投票，所以选用选择开关。
扳动投票时赞成Y：
ON，若反对Y：
OFF。
起动与归零则用按钮开关。
选择开关1～10为十人投票机的投票开关，按钮1为开始开关，按钮2为复位开关；Y0亮：
表示不通过；Y2亮：
表示同票；Y1亮：
表示通过。
I/O点的分配如下表:
输入端子号
选择开关1
I0.0
选择开关2
I0.1
选择开关3
I0.2
选择开关4
I0.3
选择开关5
I0.4
选择开关6
I0.5
选择开关7
I0.6
选择开关8
I0.7
选择开关9
I1.0
输出端子号
灯Y0
Q0.0
灯Y1
Q0.1
灯Y2
Q0.2
根据I/O和设计的需要，我选用西门子的S7-200系列。
因为在S7-200中CPU224输入输出点数符合设计要求，由于CPU224具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
（2）详细仪器清单如下表：
仪器名称
数量
PLC模块
1块
指示灯
3个
按钮开关
2个
选择开关
10个
DC24V电源
1个
导线
若干
编程器
1个
3.2系统硬件电路图
图3.1系统硬件图
3.3系统接线图设计
图3.3系统接线图
通过利用实验台上的CPU224控制本次设计的程序，经过调试验证，符合设计要求。
第四章投票机的工作原理
4.1控制程序流程图设计
开始开关按下后，投票开始，计票同时启动，期间可以任意修改投票结果，5S后投票和计票同时停止，此时存储器中的结果为最终结果，将结果输出,灯亮显示投票结果。
主持人按下复位开关，结果清零，投票重新开始。
流程见图4.1。
图4.1控制程序流程图
4.2程序设计
4.3程序的调试
以下是在西门子S7-200PLC上的调试结果。
调试分为三个过程：
1、当投票数小于5时，Q0.0输出；2、当投票数等于5时，Q0.1输出3、当投票数大于5时，Q0.2输出。
4.3.1当反对时程序运行结果
程序分析：
网络1完成上电后清空寄存器内的数据，与网络2共同完成上电清零操作。
对于网络2，上电的瞬间，Q0.0无输出，所以M2.0自锁，完成上电的瞬间运行。
网络3中，按下开始按钮SB1，触电I1.2闭合，开始投票，并由T37定时，5S后定时完毕，投票结束。
网络4完成定时自锁功能。
程序分析：
5S后计算输入的个数，支持者为三，小于5，将结果送入VW200中，Q0.0接通。
4.3.2当票数相同时时程序运行结果
程序分析：
网络1,2,3,4同前。
网络5中，5S后计算计数个数，支持者与反对者同票为5，将结果送入VW200中，Q0.1接通。
4.3.3当赞成时程序运行结果
程序分析：
网络1,2,3,4同前。
网络5中，5S后计算投票个数，支持者有6人，大于5，将计算结果送入VW200中，Q0.0接通。
第五章结果分析
基本符合设计要求中的超过半数人同意为通过，反之为不通过，以及同意反对人数相等时的显示，满足了本次设计的要求。
多改变自己的设计方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样才能使问题解决得更加完美！
第六章总结
通过本次课题设计，我们对PLC这门课程有了更进一步的了解。
无论是在其硬件连接方面还是在软件编程方面，都取得了新的收获。
在对PLC编程方面，我们熟悉了梯形图，指令表等，又掌握了一些新的编程思想，使得程序更为简练、易懂，而且更为严谨，程序执行的稳定性得到了提高。
在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。
在查阅资料的过程中，要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我受益匪浅。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。
有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。
自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。
为以后的工作积累了经验，增强了信心。
附录一指令表
参考文献
【1】张晓峰.电气控制与可编程控制技术与应用.北京：
国防工业出版社，2010
【2】晁阳.可编程控制器原理应用与实例解析.北京:
清华大学出版社，2007
【3】王阿根.可编程控制原理与应用.北京：
清华大学出版社，2007
【4】何献忠.可编程控制器应用技术（S7-200系列）.北京：
清华大学出版社，2007
【5】张万忠.S7-200PLC应用基础与实例.北京：
人民邮电出版社，1989
电气控制与PLC技术课程设计成绩评定表
姓名
崔瑞斌
学号
2010210322
专业班级
电气工程及其自动化
课程设计题目：
基于S7-200系列PLC十人投票机的控制
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
评定项目
评分成绩
1.选题合理、目的明确（10分）
2.设计方案可行性、创新性（20分）
3.设计结果（系统原理图、源程序、调试运行结果）（30分）
4.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）
5.设计报告的规范性、参考文献充分（不少于5篇）（10分）
6.答辩（20分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
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