《可编程控制器》课程设计-十人投票机设计.docx

设 计 任 务 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 十人投票机设计 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2016年 3 月 2日可编程控制器课程设计任务书一、控制要求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YX12：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X0Xl 1(如赞成：X：ON，若反对X：OFF。4X12=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。6X13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：二、设计任务学生根据控制要求，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。 2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 1 日（2周） 指导教师 设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目： 十人投票机设计 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2016年 3 月 2日目录1、引言11.1背景11.2设计内容及目的12、系统总体方案设计12.1 系统硬件配置及组成原理12.2 系统变量定义及分配表22.3系统接线图设计23、控制系统程序设计33.1 控制程序流程图设计33.2 控制系统的设计思路、程序设计等34、控制系统的上位机设计54.1 人机界面选择54.2.1通讯连接54.2.2变量设置64.2.3画面组态65、系统调试及结果分析75.1 PLC程序调试及解决的问题75.2 PLC与上位机联调85.3 结果分析8结束语8参考文献8附录：91、引言1.1背景 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出投票者的立场，然后投交大会作点算。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。一直以来大都以人工的方式投票，检票。近年来，现代自动化的发展，给人们的生活带来了很多便利，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、体积小等优点，在问世后迅猛发展，成为自动化技术的重要组成。于是，PLC控制的自动投票机，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的人工检票的时间，降低了成本，提高了效率。1.2设计内容及目的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YX12：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X0Xl 1(如赞成：X：ON，若反对X：OFF。4X12=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。6X13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、系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理 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PL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2.2 系统变量定义及分配表 可编程控制器的型号选择 PLC的选择包括机型的选择，输入输出点数的选择，输出类型的选择，以及存储容量的选择。本次设计根据交通等工艺控制要求和特点，我们采用了西门子公司S7-200。西门子PLC有小型化，高速度，高性能等特点，西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，输出扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。 根据需要，选择的输出方式为继电器输出，又因为本次设计需要用到12个输入，以及3个输出，因此选用具有14个输入点数，10个输出点数的S7-200 CPU224XP可编程控制器输入输出点分配表 根据实验要求，应有12个输入控制变量,3个输出变量。它们分别为10个投票开关，1个计票开关，一个归零按钮。以及3个输出指示灯。得到I/O分配表如下所示： 表2-1输出输入定义及分配表 序号 名称 I/O 功能 序号 名称 I/O 功能 1 X0 I0.2投票按钮1 9 X10 I1.2投票按钮9 2 X1 I0.3投票按钮2 10 X11 I1.3投票按钮10 3 X2 I0.4投票按钮3 11 X12 I0.0开始按钮 4 X3 I0.5投票按钮4 12 X13 I0.1 清零按钮 5 X4 I0.6投票按钮5 13 Y0 Q0.0反对灯 6 X5 I0.7投票按钮6 14 Y1 Q0.1同票灯 7 X6 I1.0 投票按钮7 15 Y2 Q0.2通过灯 8 X7 I1.1 投票按钮82.3系统接线图设计 图2-1 系统接线图3、控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计 图2-2 控制程序流程图3.2 控制系统的设计思路、程序设计等 在十人投票PLC控制系统中,本文总共用到了12个输入点和3个输出点。输入信号有十个投票按钮、一个启动按钮和一个复位按钮。输出信号包括三个显示灯。按下开始键，5秒内如果有人按动投票按钮，累加器不会改变，在5秒后，每个处于按下状态的投票机使累计器加一次1，上升沿使每个按下按钮的投票机只能使累加器加一次，处于非按下状态的投票机则不加，这样做很好的避开了一个投票按钮反复按几次可能导致投票数据不准确，确保一个按钮最多只能投出一票。开始先让vw100里的数值清零。初始状态，让计时器开始计时。投票按钮1程序块，5S时，投票按钮1接通，经过上升沿，累加器将1与VW100的当前值相加，结果送给VW100。投票按钮2-10同理。 大等于5S时，当VW100的值小于5时，Q0.0接通，YO反对灯亮；大等于5S时，当VW100的值大于5时，Q0.1接通，Y1同票灯亮；大等于5S时，当VW100的值等于5时，Q0.2接通，Y2通过灯亮。按下清零按钮，将VW100清零。4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择人机界面（Human Machine Interaction，简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。人机界面，真正意义上的人机交互方式是人将摆脱任何形式的交互界面，输入信息的方式变得越来越简单、随意、任性，借助于人工智能与大数据的融合，能够非常直观、直接、全面地捕捉到人的需求，并且协助处理。此次选用的是富昌维控触摸屏。4.2.1通讯连接4-1 通讯连接相关图4.2.2变量设置 表4-1 上位机输入、输出变量4.2.3画面组态 图4-2 十人投票主界面图图4-2 为十人投票主界面图，一共有一个开始按钮，一个归零按钮和十个投票按钮，三个指示灯，按下开始按钮，开始投票，5S后根据按下按钮的个数判断亮反对灯火通过灯火同票灯，按下归零按钮，指示灯恢复初始状态，可以重新投票。5、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为224XP，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）利用S7-200仿真软件调试图5-1 反对灯亮的仿真图图5-2 同票灯亮的仿真图图5-3 通过灯亮的仿真图 5.2 PLC与上位机联调PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开组态王软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。联调时，第一，点击人机界面中的开始按钮，按下某个或多个投票按钮，观察是否符合设计要求；第二，直接拨动PLC工作台上的开始开关，也是按下某个或多个投票按钮，观察是否符合设计要求。只有两者都成功了，才能确保PLC与上位机联调成功。 5.3 结果分析 通过试验，我们可以发现用台达组态软件设计的程序可以很好的模拟十人投票。当有3人投票的时候，即投票人数小于5票时，Y0反对灯亮；当有5人投票的时候，即投票人数等于5票时，Y1同票灯亮；当有7人投票的时候，即投票人数大于5票时，Y2通过灯亮。结束语 通过不断努力，终于完成了此次综合应用设计，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，我和同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 通过这次的课程设计，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。通过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