十人投票机控制的设计.doc

1 20 目录目录 一 十人投票机控制的设计要求一 十人投票机控制的设计要求 2 1 控制要求 2 2 设计任务 2 二 系统硬件设计二 系统硬件设计 3 1 PLC 定义 3 2 PLC 的特点 3 3 PLC 的发展 4 4 PLC 的结构及各部分的作用 5 5 PLC 的工作原理 6 6 PLC 控制系统设计的一般步骤 7 三 三 PLCPLC 的硬件配置与软件设计的硬件配置与软件设计 7 1 系统的硬件配置及组成原理 7 1 I O点的分配 7 2 系统硬件电路图 8 2 系统软件设计 9 1 控制程序设计思路 9 2 程序流程图 9 3 时序图 9 4 明细程序梯形图 10 5 详细仪器清单 12 6 程序梯形图 12 7 程序指令表 12 8 调试与测试 12 四 总结与心得体会四 总结与心得体会 15 附录一 源程序附录一 源程序 16 附录二 梯形图附录二 梯形图 19 2 20 一 十人投票机控制的设计要求一 十人投票机控制的设计要求 1 1 控制要求 控制要求 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 Xl 1 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 2 2 设计任务 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 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 3 20 二 系统硬件设计二 系统硬件设计 1 1 PLCPLC 定义定义 可编程控制器 Programmable Controller 简称 PC 个人计算机 Personal Computer 也简称 PC 为了避免混淆 人们将最初用于逻辑控制的可编程控制 器叫做 PLC Programmable logic Controller 国际电工委员会在 1987 年颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义 PLC 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 定 时 计数和算术运算等操作的指令 并能通过数字式和模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 PLC 及其有关的外围设备都应按照易于与工 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 数字运算操作的电子装置 其中带有 可以编制程序的 存储器 可以进行 逻辑运算 顺序运算 定时 计数和算术运算 工作 可 以认为可编程控制器具有计算机的基本特征 事实上可编程控制无论从内部构 造 功能及功能原理上看都不折不扣的是计算机 可编程控制器是 为工业环境下应用 而设计的计算机 工业环境和一般 办公环境有很大的区别 PLC 具有特殊的构造 使它能在高粉尘 高噪音 强 电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作 为了能控制 机械或生产过程 它又要能 易于与工业控制系统形成一个整体 这些都是个人计算机不可能做 到的 因此可编程控制器不是普通的计算机 它是一种工业现场使用的计算机 可编程控制器能控制 各种类型 的工业设备及生产过程 它 易于扩展 其功能 它的程序能根据控制对象的不同要求 让使用者 可以编制程序 也就是说可编程控制器较其以前的工业控制计算机 具有更大的灵活性 它可 以方便的应用在各种场合 是一种通用的工业控制计算机 4 20 2 2 PLCPLC 的特点的特点 PLC 的主要特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 2 配套齐全 功能完善 适用性强 3 易学易用 深受工程技术人员欢迎 4 系统设计周期短 维护方便 改造容易 5 体积小 重量轻 能耗低 PLC 的应用领域 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制造 汽车 交通运输 环保及文化娱乐等各个行业 使用 情况大致可归纳为 开关量的逻辑控制 运动控制 过程控制 数据处理和通 信及联网 3 3 PLCPLC 的发展的发展 为了提高 PLC 的处理能力 要求 PLC 具有更好的响应速度和更大的存储 容量 目前 有的 PLC 的扫描速度可达 0 1ms k 步左右 PLC 的扫描速度已成 为很重要的一个性能指标 在存储容量方面 有的 PLC 最高可达几十兆字节 为了扩大存储容量 有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘 当前中小型 PLC 比较多 为了适应市场的多种需要 今后 PLC 要向多品 种方向发展 特别是向超大型和超小型两个方向发展 现已有 I O 点数达 14336 点的超大型 PLC 其使用 32 位微处理器 多 CPU 并行工作和大容量存储器 功能强 小型 PLC 由整体结构向小型模块化结构发展 使配置更加灵活 为了 市场需要已开发了各种简易 经济的超小型微型 PLC 最小配置的 I O 点数为 8 16 点 以适应单机及小型自动控制的需要 如三菱公司 系列 PLC 为满足各种自动化控制系统的要求 近年来不断开发出许多功能模块 如 高速计数模块 温度控制模块 远程 I O 模块 通信和人机接口模块等 这些 带 CPU 和存储器的智能 I O 模块 既扩展了 PLC 功能 又使用灵活方便 扩大 了 PLC 应用范围 加强 PLC 联网通信的能力 是 PLC 技术进步的潮流 PLC 的联网通信有两类 一类是 PLC 之间联网通信 各 PLC 生产厂家都有自己的 专有联网手段 另一类是 PLC 与计算机之间的联网通信 一般 PLC 都有专用 5 20 通信模块与计算机通信 为了加强联网通信能力 PLC 生产厂家之间也在协商 制订通用的通信标准 以构成更大的网络系统 PLC 已成为集散控制系统 DCS 不可缺少的重要组成部分 根据统计资料表明 在 PLC 控制系统的故障中 CPU 占 5 I O 接口占 15 输入设备占 45 输出设备占 30 线路占 5 前二项共 20 故障属 于 PLC 的内部故障 它可通过 PLC 本身的软 硬件实现检测 处理 而其余 80 的故障属于 PLC 的外部故障 因此 PLC 生产厂家都致力于研制 发展用 于检测外部故障的专用智能模块 进一步提高系统的可靠性 在 PLC 系统结构不断发展的同时 PLC 的编程语言也越来越丰富 功能也 不断提高 除了大多数 PLC 使用的梯形图语言外 为了适应各种控制要求 出 现了面向顺序控制的步进编程语言 面向过程控制的流程图语言 与计算机兼 容的高级语言 BASIC C 语言等 等 多种编程语言的并存 互补与发展是 PLC 进步的一种趋势 4 4 PLCPLC 的结构及各部分的作用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 6 20 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 5 5 PLCPLC 的工作原理的工作原理 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 7 20 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 6 6 PLCPLC 控制系统设计的一般步骤 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 确定所需的信号输入元件 输出执行元件 据此确定 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 三 三 PLCPLC 的硬件配置与软件设计的硬件配置与软件设计 1 1 系统的硬件配置及组成原理 系统的硬件配置及组成原理 1 I O 点的分配点的分配 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 X ON 若反对 X OFF 起动与归零则用按钮开关 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 8 20 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 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 Y1 亮 表示同票 Y2 亮 表示通过 根据 I O 和设计的需要 我选用三菱的 FX2N 系列 因为 FX2N 是三菱 PLC 是 FX 家族中最先进的系列 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 系统硬件电路图 系统硬件电路图 9 20 开始 5S 计数 投票开始 5S 后中止投票 D10 累加 D11 10 一 D10 判断 D10 与 D11 的大 小 Y0 亮 Y2 亮 Y1 亮 结束 D10 D11 D10 D11 D10 D11 2 2 系统软件设计 系统软件设计 1 控制程序设计思路 控制程序设计思路 首先 按下开始按钮 X012 投票开始 同意为 ON 反对为 OFF 时间到后 累加器开始累加 为 ON 时累加 OFF 时不累加 然后 10 减去累加器时的数 得出反对票数 最后反对人数与同意人数比较 大于为不通过 等于为同票 小于为通过 输出结果通过三盏 LED 灯显示 Y0 灯亮表示不通过 Y1 灯亮表 示同票 Y2 灯亮表示通过 按下复位按钮后 灯灭 存储器清零 投票和计票 重新开始 2 程序流程图 程序流程图 10 20 3 时序图 时序图 4 明细程序梯形图 明细程序梯形图 11 20 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 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 12 20 执行 D11 10 D10 而后 比较 D11 与 D10 的值 若 D11 D10 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 D11 D10 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 5 详细仪器清单 详细仪器清单 仪器清单表 仪器名称数量 PLC 模块1 块 发光二极管3 个 按钮开关2 个 选择开关10 个 DC 24V 电源1 个 导线若干 手持编程器1 个 6 程序梯形图 程序梯形图 见附表 1 7 程序指令表 程序指令表 见附表 2 8 调试与测试 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 13 20 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 14 20 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 15 20 四 总结与心得体会四 总结与心得体会 总结总结 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 理论知识是不够的 还要有很强的实践能力 心得体会心得体会 我们学会了很多学习的方法 而这是日后最实用的 真的是受益匪浅 要 面对社会的挑战 只有不断的学习 实践 再学习 再实践 这对于我们的将 来也有很大的帮助 以后 不管有多苦 我想我们都能变苦为乐 找寻有趣的 事情 发现其中珍贵的事情 就像中国提倡的艰苦奋斗一样 我们都可以在实 验结束之后变的更加成熟 会面对需要面对的事情 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 参考文献 16 2