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PLC十人投票机资料

《电气控制技术》课程设计说明书

十人投票机

学院：

学生姓名：

指导教师：

职称教授

专业：

班级：

学号：

完成时间：

湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书

学院：

电气与信息工程学院专业：

自动化

指导教师

学生姓名

课题名称

十人投票机设计

内容及任务

一、目标：

设计一个基于PLC的十人投票机。

二、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，并有主程序、子程序和中断程序；

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。

三、要求：

1．运行PLC

2．当PLC运行时，[X12：

计票开关]=OFF，则不执行投票计算。

3．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。

4．[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）

Y1亮：

表示同票（即赞成与反对人数相等）

Y2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．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。

主要参考资料

[1]耿强，黄雪琴.逻辑代数化简的计算机实现[J].科技世界,2012,（09）:

117～118

[2]陈慧杰，谢毅雄.基于多分类器投票机的人体姿态识别算法[J].计算机与现代化，2014,（04）:

67

[3]何敏佳，张燕.梯形图与指令表互译算法的设计与实现[J].计算机技术与发展，2011,（11）:

214～216

[4]卢爱勤.三菱GXDeveloper软件中使用SFC编程的方法[J].广西轻工业，2007,（07）:

57～58

[5]杨建平.三菱FX2NPLC在模拟量控制中的应用[J].内蒙古科技与经济，2010,（23）:

116～117

[6]钟肇新，范建东，冯太.可编程控制器原理及应用（第四版）[M].华南理工大学出版社,2008.2.30～37

[7]张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京：

化学工业出版社，2011.12.112～134

[8]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:

电子工业出版社，2012，6.43～56

[9]李长久.PLC原理及应用[M].北京：

机械工业出版社，2010.8.39～76

[10]廖常初.可编程控制应用技术[M].重庆：

重庆大学出版社，2012.3.35～43

[11]孙平.可编程控制器原理及应用[M].北京：

高等教育出版社，2010.76～89

[12]史国生.电气控制与可编程控制器技术（第三版）[M].北京：

化学工业出版社,2010.5～255

[13]李江全,三菱PLC通信与控制应用编程实例[M].北京：

中国电力出版社，2012.26～98

[14]肖峰，贺哲荣.PLC编程100例[M].北京：

中国电力出版社，2009.40～99

[15]高安邦.三菱FX/A/Q系列PLC自学手册[M].北京：

中国电力出版社，2013.7.109～288

教研室

意见

教研室主任：

（签字）

年月日

摘要

文章阐述了十人投票机控制系统的PLC控制、自动计数的一些基本思路和方法,分析了关于PLC工作原理及控制要求，以及三菱可编程控制器系列的FX系列PLC控制器主要功能模块及应用。

根据设计要求统计了十人投票器所需要的输入和输出端子，其中输入点为12个，输出点为3个，共计15个输入输出点。

根据PLC的I/O点数和内存容量选型原则，选择了FX2N-32MR型号的PLC。

为了验证设计的正确性，运用三菱GXDeveloper仿真软件进行程序仿真。

设计的硬件电路主要由可编程序控制器CPU模块、输入模块及输出模块三部分组成。

由可编程序控制器CPU模块来完成信号处理和转换，其作用是负责把按钮开关传送来的信号经一定的处理，并发出相应的输出信号。

输入按钮开关包括十个投票端、一个计票启动开关，一个复位开关和三个发光二极管，不同结果亮不同的发光二级管。

仿真结果证明，十人投票机的设计满足设计要求，能够有效的保证多人投票的准确性、快速性，具有一定的应用价值。

关键词：

投票机；可编程控制器；三菱FX2N-32MR

目录

1绪论1

1.1课题的背景及意义1

1.2投票机的现状1

1.3设计的主要内容2

2十人投票机控制系统的硬件设计3

2.1十人投票机控制简介3

2.1.1十人投票机工作任务3

2.1.2十人投票机工作要求3

2.2十人投票机输入输出点统计3

2.2.1十人投票机输入点统计3

2.2.2十人投票机输出点统计4

2.3PLC选型及参数介绍4

2.3.1PLC选型原则4

2.3.2PLC的选择4

2.3.3FX2N-32MR型号的PLC参数介绍5

2.4I/O点分配及PLC接线原理图5

2.4.1I/O点分配5

2.4.2十人投票机原理图6

3十人投票机控制系统设计7

3.1常用编程方法介绍7

3.2十人投票机程序设计7

3.2.1十人投票机流程图7

3.2.2十人投票机控制系统编程方法8

3.2.3十人投票机程序梯形图8

4十人投票机调试及仿真11

4.1十人投票机调试步骤11

4.2十人投票机调试结果12

4.3十人投票机结果分析14

结束语15

参考文献16

附录17

附录1十人投票机接线图17

附录2十人投票机指令表18

1绪论

1.1课题的背景及意义

随着民主意识的不断加强，现今社会很多的场合下会用到投票机，例如：

在电视上的很多娱乐性质的节目中，或是会议、竞赛、演讲等等场合。

投票机，是投票反馈系统中的终端设备，是一种代替常规会议举手表决，会议举手投票，民主举手选举的一种装置，应用非常普遍。

在现代化的工业生产领域中，采用PLC控制的多人投票器具有系统反应速度快、效率高等优点，大大提高了多人投票时机器的读票效率和控制系统的可靠性，同时进一步提高了工作效率。

PLC是专为工业生产环境设计的控制装置，一般不需要采取特殊措施，就可以直接在工业环境中使用，但是，假如现场环境比较恶劣，使用了众多大功率机械设备，而大功率机械设备的启动、负载的变化会引起电网电压的波动，产生低频干扰；另外，使用电焊机和火焰切割机会产生高频火花电流造成干扰；同时，现场的各种动力线路会通过电脑磁耦合产生干扰。

这些干扰都会通过与现场设备相连的电缆引入PLC控制系统中，影响系统安全可靠的工作，所以合理地设计系统的可靠性就显得尤为重要。

课程设计应用于多人投票场景，应是远离工业环境的。

以上提及的大功率机械设备和电焊机和火焰切割机产生的干扰可以忽略。

学了一学期的PLC课程，很有必要检验一下学习的成果。

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。

1.2投票机的现状

投票表决在各个领域都要应用。

例如：

通过投票表决选择产品设计的最佳方案、通过投票表决在工程上选择施工的最优方案、通过投票表决对某单位的人事进行改动等。

目前，投票的主要方式是纸质投票，举手投票等，这些方式在人数比较多的时候不但效率低，误差还比较大，对选举的公平性产生了很大的影响。

随着科学技术的不断进步和生产工艺的不断改进，新兴的控制技术得到了前所未有的发展。

好的投票设备不仅效率高，而且可以防止甚至杜绝人为的差错。

一次大规模而高质量的选举，依赖于投票设备的设计,工作性能的优劣，程序的严密。

一致的、清晰的、不自相矛盾的选票设计，可靠而精确的计票设备，公开的开票计票过程，中正的严格的监督，是成功的实现民主投票的重要环节。

投票机作为一种高效率的工具，已经广泛的用于各种选举和民意投票之中。

1.3设计的主要内容

设计主要由硬件模块和软件模块组成。

硬件模块主要由可编程序控制器CPU模块、输入模块及输出模块三部分组成。

分析了十人投票机的工作原理和控制要求，统计了十人投票机的输入输出点共15个，选择三菱FX2N-32MR继电器型PLC作为十人投票机的控制器，通过对其它电器元件的选择，设计PLC的外部接线图，并利用逻辑代数法设计了十人投票机的程序梯形图。

通过使用三菱仿真软件GXDeveloper对其控制程序进行仿真与调试，仿真结果验证了程序的正确性，证明设计满足系统的控制要求和设计思路。

文章各章节的内容安排如下：

第一章绪论，主要写了在现代化工业生产背景下，运用PLC设计的十人投票机的发展现状及意义。

第二章十人投票机控制系统的硬件设计，包括工作原理，输入输出点的统计，PLC的选型及PLC外部接线图的设计。

第三章十人投票机控制系统的软件设计，包括编程方法的介绍，程序流程图及程序梯形图的设计

第四章十人投票机的调试及仿真，主要写了通过使用三菱仿真软件对控制程序进行了调试与仿真，并对结果进行了分析。

2十人投票机控制系统的硬件设计

2.1十人投票机控制简介

2.1.1十人投票机工作任务

投票机输入端由10个投票按钮，1个开始开关，1个清零开关组成。

输出端由3个LED灯，分别为红，黄，绿灯。

控制器件由PLC主机控制。

按下开始开关SQ1，10位投票者开始进行5s的投票计时，5s时间内可反悔，5s过后投票停止，再按投票按钮，投票无效。

按下投票按钮表示“赞成”，没有按下投票按钮表示“反对”。

当赞成票大于反对票时，LED3绿灯亮。

当赞成票等于反对票时，LED2黄灯亮。

当赞成票小于反对票时，LED1红灯亮。

数码管实时显示赞成的票数。

按下清零开关，从新开始投票。

2.1.2十人投票机工作要求

（1）运行PLC

（2）当PLC运行时，[X24：

计票开关]=OFF，则不执行投票计算。

（3）当PLC运行时，再扳Y．[X24：

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~X23（如赞成：

X：

ON，若反对X：

OFF。

（4）[X24]=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）

Y1亮：

表示同票（即赞成与反对人数相等）

Y2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）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。

2.2十人投票机输入输出点统计

2.2.1十人投票机输入点统计

根据设计要求设计有10个投票按钮，1个归零开关，1个启动开关，输入点共有12个，具体统计可见表1所示。

表1十人投票机输入点统计表

序号

代号

名称

数量

1

SQ1

启动开关

1

2

SQ2

归零开关

1

3

SB1

1号投票按钮

1

4

SB2

2号投票按钮

1

5

SB3

3号投票按钮

1

6

SB4

4号投票按钮

1

7

SB5

5号投票按钮

1

8

SB6

6号投票按钮

1

9

SB7

7号投票按钮

1

10

SB8

8号投票按钮

1

11

SB9

9号投票按钮

1

12

SB10

10号投票按钮

1

合计

12

2.2.2十人投票机输出点统计

根据设计要求，输出点为投票结果显示灯，红灯（不通过），黄灯（平票），绿灯（通过）共3个，具体统计可见表2所示。

表2输出点统计表

序号

名称

数量

1

LED1红灯（不通过）

1

2

LED2黄灯（同票）

1

3

LED3绿灯（通过）

1

合计

3

2.3PLC选型及参数介绍

2.3.1PLC选型原则

PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。

 在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。

2.3.2PLC的选择

PLC采用FX2N-32MR，FX2N系列是三菱PLCFX家族中最先进的系列。

有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块，灵活性和控制能力强，可扩展到256点。

且具有如下特点：

系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。

由于课程设计仅用到12个输入，3个输出点。

比较FX2N系列，可知采用FX2N-32MR比较合适，利用率较高。

2.3.3FX2N-32MR型号的PLC参数介绍

FX2N-32MR继电器型PLC的输入和输出点数都是16个，使用时为0~55摄氏度；一般以不结露时为准，使用时在35%~89%；用噪声仿真器产生电压为1000Vp-p、周期为30~100Hz的噪声，在此噪声干扰下PLC能够正常工作；PLC一般在无腐蚀性气体和无尘埃的环境下使用；电源电压一般为AC100~240V和50/60Hz；输入电压为DC24V，输入电流为7mA；输入输出方式为批处理方式，但有输入输出刷新指令；程序语言为继电器符号加步进梯形图方式。

由于PLC输出端采用24V直流电LED指示灯的额定电压24VDC，额定电流15mA，功率为0.36W，颜色红、黄、绿各一个。

2.4I/O点分配及PLC接线原理图

2.4.1I/O点分配

通过PLC的选型可知，文章采用FX2N-32MR继电器型PLC作为十人投票机的控制核心。

用一个计票启动开关作为投票开始按键；X000～X011作为投票输入按钮；Y000～Y002分别接3个不同颜色的LED指示灯作为投票结果输出。

表3输入输出点分配表

序号

名称

I/O

输入点

序号

名称

I/0

输出点

1

SB1

X000

1号投票开关

1

LED0

Y000

红灯（不通过）

2

SB2

X001

2号投票开关

2

LED1

Y001

黄灯（同票）

3

SB3

X002

3号投票开关

3

LED2

Y002

绿灯（通过）

4

SB4

X003

4号投票开关

5

SB5

X004

5号投票开关

6

SB6

X005

6号投票开关

7

SB7

X006

7号投票开关

8

SB8

X007

8号投票开关

9

SB9

X010

9号投票开关

10

SB10

X011

10号投票开关

11

SQ1

X012

计票启动开关

12

SQ2

X013

归零按钮

2.4.2十人投票机原理图

图1FX2N-32MR接线图

3十人投票机控制系统设计

3.1常用编程方法介绍

应用程序的编制需使用可编程控制器生产厂方提供的编程语言。

至今为止还没有一种能适合于各种可编程控制器的通用编程语言，但由于各国可编程控制器的发展过程类似，可编程控制器的编程语言及工具大致相同。

一般常见的几种编程语言为：

梯形图；指令表；顺序功能图；功能模块图；结构文本。

通过对比比较可知，课程设计采用梯形图作为十人投票机程序设计的语言，更具有可读性、易懂性，能够比较直观的展现程序的功能和设计的思路。

3.2十人投票机程序设计

3.2.1十人投票机流程图

根据十人投票机原理画出流程图，如图2所示。

图2十人投票机流程图

3.2.2十人投票机控制系统编程方法

课程设计采用逻辑代数法，根据设计要求，把控制电路中的继电器的通断，开关的闭合与断开看成逻辑变量，利用逻辑代数来分析、化简、设计电路。

根据流程图，可按照逻辑法一般公式：

Mi=（X开+X自锁）

X闭写出下列逻辑状态表达式。

按下启动开关，M3得电并自锁，计时器T0开始5秒计时。

当反对人数多于赞成人数即D40>D30时，Y0输出，红灯亮，表示不通过。

当反对人数等于赞成人数即D40=D30时，Y1输出，黄灯亮，表示同票。

当反对人数小于赞成人数即D40

3.2.3十人投票机程序梯形图

（1）上电后按下启动开关

PLC上电，M8002使D30和D40复位清零。

按下起动按钮SB12时，M3得电，并自锁。

同时，T0定时器5S计时开始。

如图3所示。

图3程序梯形图1

（2）计票开始

按下投票按钮进行投票，将投票通过的数累加到D30里，通过减法用10减去通过的数即为不通过的数，存到D40里。

开始后，投票员可以进行投票，赞成的扳到ON，反对的扳到OFF。

在5S内，投票是可以反悔的。

因此，T0没有闭合，线路并未通电。

所以投票是可以反悔，方便误投改正过来，但5S之后是不能再改过来的。

程序梯形图如图4所示。

累加完后，在这个扫描周期内，T0还是闭合的。

执行D40=10-D30。

而后，比较D40与D30的值。

若D40>D30，M0闭合，Y0得电，灯Y0亮，表示不通过；若D40=D30，M1闭合，Y1得电，灯Y1亮，表示同票；若D40

到下一个扫描周期，因为M0、M1、M2其中一个已得电，对应的常闭触点M0、M1、M2断开。

所以5秒过后投票或反悔，是无效的。

图4程序梯形图2

（3）归零复位

当投票完成后，按下归零按钮SB13。

常开触点X013闭合，D30、D40清零，M0、M1、M2复位。

常闭触点X013断开，X012失电，T0复位，M3失电自锁取消。

常闭触点X013断开，Y000、Y001、Y002失电，所有灯熄灭。

程序还原为开始状态，此时可再次进行投票。

程序梯形图如5所示。

图5程序梯形图3

复位清零程序梯形图如图6所示。

图6程序梯形图4

4十人投票机调试及仿真

4.1十人投票机调试步骤

（1）将PLC与对应输入输出的设备连接起来。

（2）用软件编制图的梯形图程序，将编制无误的程序分别下载到PLC中，并将模式选择开关拨至RUN状态。

如图7，图8，图9所示。

图7操作步骤1

图8操作步骤2

图9操作步骤

（3）调试运行。

（4）监控运行。

4.2十人投票机调试结果

按电气接线图连接电路，打开投票开关X12,根据X0~X11所接按钮进行投票，观察5秒后投票结果，分析仿真结果是否正确。

根据设计要求，现分已下3种情况进行仿真测试。

（1）投票赞成的小于5票

假设当有2人赞成，8人反对时，D30=2，D40=8，D30

图10赞成人数小于反对人数（不通过）

由图10可知，2号投票按钮和3号投票按钮被按下，表示赞成，其余表示反对，此时赞成人数小于反对人数，红灯Y0亮，表示没有通过。

（2）投票赞成的等于5票

假设投票时5人赞成5人反对，D30=5，D40=5，D30=D40，此时黄灯Y1亮，表示同票，其仿真结果如图11所示。

图11赞成人数等于反对人数（同票）

由图11可知，2号，3号,5号,6号,7号表示赞成，1号，4号，8号，9号，10号表示反对，此时赞成人数等于反对人数，黄灯Y1亮，表示同票。

（3）投票赞成的大于5票结果Y2亮表示投票通过

8人赞成2人反对时，D30=仿真结果如图12所示。

图12赞成人数大于反对人数（通过）

由图12可知，1号，4号表示反对，其余表示赞成，此时赞成人数大于反对人数，绿灯Y2亮，表示投票通过。

4.3十人投票机结果分析

由仿真调试结果可知，系统软件硬件均能正常工作，在启动投票按钮SB12后进行投票，之后显示结果，当赞成票数小于反对票数红灯Y0亮；当赞成票数等于反对票数黄灯Y1亮；当赞成票数大于反对票数绿灯Y2亮；按下复位按键SB13，系统重置，可再次重新投票，经过测验显然设计符合课程设计设计要求。

结束语

经过不断努力，终于完成了此次课程设计，在设计的过程中，遇到了很多的问题，通过同学之间互相帮助，得到解决，在这里非常感谢帮助我的同学。

通过这次比较完整的课程设计，使我进一步熟悉了所学的专业基础知识，同时，也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等能力。

虽然这次毕业设计内容不多，但我收获很颇多。

此次的PLC投票设计，让我深刻的清楚了PLC程序的设计方法。

让我知道，理论知识是不够的，要有很强的实践能力，要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情，让学习变得有趣起来，这样才不会倦怠。

此次学习的方法，对日后学习PLC也打下一定的基础。

通过这次的课程设计，不仅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。

这次课程设计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。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，实践出真知。

实践是检验真理的唯一标准。

在此要感谢陆老师在百忙之中抽出时间对我的论文进行审阅，如果没有老师如此认真负责的辛勤教导，我无法学到这么多的知识，也不可能完成这个设计。

我相信这次设计会对我今后的学习工作生活有非常重要的影响。

虽然这个设计还不是很完善，但是在设计过程中所学到的知识和方法使我终身受益。

参考文献

[1]耿强，黄雪琴.逻辑代数化简的计算机实现[J].科技世界,2012,（09）:

117～118

[2]陈慧杰，谢毅雄.基于多分类器投票机的人体姿态识别算法[J].计算机与现代化，2014,（04）:

67

[3]何敏佳，张燕.梯形图与指令表互译算法的设计与实现[J].计算机技术与发展，2011,（11）:

214～216

[4]卢爱勤.三菱GXDeveloper软件中使用SFC编程的方法[J].广西轻工业，2007,（07）:

57～58

[5]杨建平.三菱FX2NPLC在模拟量控制中的应用[J].内蒙古科技与经济，2010,（23）:

116～117

[6]钟肇新，范建东，冯太.可编程控制器原理及应用（第四版）[M].华南理工大学出版社,2008.2.30～37

[7]张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京：

化学工业出版社，2011.12.112～134

[8]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:

电子工业出版社，2012，6.43～56

[9]李长久.PLC原理及应用[M].北京：

机械工业出版社，2010.8.39～76

[10]廖常初.