PLC实现十人投票机

十人投票机设计系部：电气与信息工程系学生姓名：刘凯指导教师：何西专业：电气工程及其自动化班级：电气本1103班完成时间：2014.12.30摘要可编程控制器（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。本文阐述了十人投票控制系统的PLC控制、自动计数、数码显示的一些基本思路和方法，介绍了关于PLC工作特点及运行原理，以及介绍了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。FX不仅编程简单，通用性强，抗干扰能力强，可靠性高，而且具有易于操作及维护，设计、施工、调试周期短等优点。然后设计了控制系统的基本模块及功能，并对系统的主回路和控制回路的硬件部分进行了详细介绍。最后程序分析测试论证设计。目录1引言·····························11.1设计目的及实现的内容···················12系统硬件设计·························22.1PLC的结构及各部分的作用··················22.2PLC的工作原理·······················32.3PLC控制系统设计的一般步骤·················33PLC控制系统设计························43.1系统输入输出设计······················43.2PLC的选择·························43.3I/O点的分配表·······················53.4PLC输入输出电路图·····················63.5时序图···························63.6程序梯形图·························83.7调试与测试·························94结束语····························115参考文献····························12附录源程序及梯形图·······················13-1-1引言1.1设计目的及实现的内容学生根据控制要求，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。从而实现以下内容：1．运行PLC2．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：X0：ON，若反对X1：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．投票结果显示后，不再接受信息，即使再次投票显示灯仍不会改变结果。6．X13为归零按钮．在x13归零后，所有的显示灯熄灭，可再次进行投票。-2-2系统硬件设计2.1PLC的结构及各部分的作用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、作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、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。3、电源图中电源是指为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。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。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。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。-3-2.2PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。2.3PLC控制系统设计的一般步骤：（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）确定信号输入元件、输出执行元件，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）制作控制柜。（8）进行现场调试。（9）编制技术文件。-4-3PLC控制系统设计3.1系统输入输出设计在十人投票PLC控制系统中，我们总共用到了12个输入点和3个输出点。输入信号：十个开关，两个按钮。输出信号：三个显示灯。3.2PLC的选择PLC的选择主要包括结构形式、性能、容量、输出类型、控制功能。(1)PLC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，不适合一般情况下使用。在十人投票PLC控制系统中，并只用到了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15点的PLC。（2）PLC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。在对频率要求不高的情况下，我们采用继电器输出。（3）PLC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。在全自动洗衣机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NFX2-32MR-001。-5-3.3I/O分配表I/O点的分配如下表输入装置输入端子号输出装置输出端子号选择开关1X001灯Y0Y000选择开关2X002灯Y1Y001选择开关3X003灯Y2Y002选择开关4X004选择开关5X005选择开关6X006选择开关7X007选择开关8X010选择开关9X011选择开关10X000按钮PB12X012按钮PB13X013表1I/O点的分配表-6-3.4PLC输入输出电路图图1PLC输入输出电路图3.5时序图-7-3.6程序梯形图打开PLC电源，M8002使D10和D11复位清零。按下起动按钮PB12时，M3得电，并自锁。同时，T0定时器5S计时开始。开始投票。开始投票后，可以进行投票。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。因为此时，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。-8-当5S到后，定时器到时间。T0闭合，线路通路。若X000闭合（=ON赞成），D10累加1；若X001打开（=OFF反对），D10无操作。其它的以此类推。累加完后，扫描77步。因为，还是在这个扫描周期内，T0还是闭合的。执行D11=10-D10。而后，比较D11与D10的值。若D11D10，M0闭合，Y0得电，灯Y0亮，表示不通过；若D11=D10，M1闭合，Y1得电，灯Y1亮，表示同票；若D11D10，M2闭合，Y2得电，灯Y2亮，表示通过。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。当投票完成后，按下归零按钮PB13。常开触点X013闭合，D10、D11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。当有7人投赞成时，3个投反对时。此时是通过，应该灯Y2亮，继电器Y002得电。-9-3.7调试与测试当有7人投赞成时，3个投反对时。此时是通过，应该灯Y2亮，继电器Y002得电。用仿真软件如下测试，测试如图所示：说明测试的结果与实际的一样，Y002得电，灯Y2亮。测试5S过后，再投票是无效的。要按归零按钮X13后，方可再投票。-10-测试在7人在投赞成票的，3人在投反对票时。测试结果，由图上可看出。M2高平，Y002高电平，灯Y2亮。表明，测试结果与预测结果一样，PLC软件正确。经测试，本设计完全符合十人投票机的设计要求。-11-结束语此次的PLC投票设计，让我深刻的清楚了PLC的设计流程与方法。课程设计，考验的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。这此的课程让我知道，