十人人投票机.

1、摘 要本课程设计主要利用PLC来完成一个十人投票机，能够对十人投票表决结果进行判断，并通过不同的LED数码管进行显示。该设计的硬件电路主要由三个局部组成：PLC模块、输入按钮开关及输出发光二级管。信号处理和转换由PLC模块来完成，其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。按钮开关进行输入，包括十个投票端、一个总开关和一个复位按钮。四个发光二极管包括一个电源显示和三个结果显示，不同结果对应亮不同发光二级管。关键词：PLC；按钮开关；发光二极管。目 录1.控制要求12.设计任务13.方案论证与比照14.系统硬件设计2PLC定义2PLC的特点3PLC的开展3PLC的结构及各局部

2、的作用4PLC的工作原理5PLC的程序编制6编程语言6系统硬件电路图75.系统软件设计8程序流程图8时序图9程序指令表9程序梯形图96.调试与测试107.详细仪器清单118.总结与思考及致谢12心得体会12致谢12参考文献13附录一：源程序14附录二：梯形图17十人投票机设计1. 控制要求(1) 运行PLC；(2) 当PLC运行时，X12：计票开关=OFF，那么不执行投票计算；(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X0Xl1(如赞成：X：ON，假设反对X：OFF)。(4) X12=ON，5s后立即显示投票结果，假设显示灯：

3、 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. 设计任务(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。根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度方案，运用所学的

4、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。3. 方案论证与比照方案一：利用继电器和接触器组合控制实现十人投票机的功能。方案二：利用PLC为控制器，通过所存储的程序将十人投票的输入信号处理后输出结果。方案一既复杂又容易短路和误动作，并且难以维护。方案二线路简单，控制更精确，维护更方便，平安性和稳定性更高。所以选择方案二作为这次课程设计的设计方案。4. 系统硬件设计6.1 PLC定义 可编程控制器Programmable Controller简称PC。个人计算机Personal Compu

5、ter也简称PC。为了防止混淆，人们将最初用于逻辑控制的可编程控制器叫做PLCProgrammable logic Controller。国际电工委员会在1987年公布的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那么而设计。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

6、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根本特征。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

7、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。9.1 PLC的特点PLC的主要特点表现为：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送；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。9.1 PL

8、C的开展为了提高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比拟多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向开展，特别是向超大型和超小型两个方向开展。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开展，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

9、PLC，最小配置的I/O点数为816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

10、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局部。根据统计资料说明：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、开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系统结构不断开展的同时，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

11、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、互补与开展是PLC进步的一种趋势。9.1 PLC的结构及各局部的作用PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理那么大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要局部组成。1、主机主机局部包括中央处理器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

12、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

13、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根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。9.1 PLC的工作

14、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，那么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存放器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PL

15、C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存放器中，输出状态存放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，输出状态存放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。9.1 PLC的程序编制 PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用存放器、数据存放器及特殊功能继电器等。 PLC内部这些继电器的作用和继电接触控制系统

16、中使用的继电器十分相似，也有“线圈与“触点，但它们不是“硬继电器，而是PLC存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1时，那么表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。所以，内部的这些继电器称之为“软继电器。表一：FX0S-14MR编程元件的编号范围与功能说明元件名称代表字母编号范围功 能 说 明输入继电器XX0X12共12点接受外部输入设备的信号输出继电器YY0Y7共8点输出程序执行结果并驱动外部设备辅助继电器MM0M511在程序内部使用，不能提供外部输出定时继电器TT0T55延时定时继电器，触点在程序内部使用计数继电器CC0C15减法计数继电器，触点在程序内部使用数据存放器

17、DD0D31数据处理用的数值存储元件9.1 编程语言所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且常常联合使用。 9.1 系统硬件电路图图一：系统硬件图该设计的硬件电路主要由三个局部组成：PLC模块、输入按钮开关及输出发光二级管。信号处理和转换由PLC模块来完成，其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。按钮开关进行输入，包括十个投票端、一个总开关和一个复位按钮。四个发光二极管包括一个电源显示和三个结果显示，不同结果对应亮不同发光二级管。2. 系统软件设计9.

18、1 程序流程图图二：系统流程图9.1 时序图图三：时序图5.3 程序指令表 程序指令表见附表一。本设计以按钮X12作为总开关，X13作为复位按钮，按钮X0-X11作为投票输入，D1作为计数器计数。PLC启动后，按下X12启动投票，电源指示灯Y3亮。X0-X11在5秒内完成投票并锁定，按下表示同意，不按表示反对。5秒后显示投票结果，小于5个同意，Y0亮；等于5个同意，Y1亮；大于5个同意，Y2亮。此时再按动X0-X11不会有输入信号，也不会改变结果。X13为复位按钮，按下后可以重新投票。5.4 程序梯形图程序梯形图见附表二。6. 调试与测试硬件电路连接好后导入所编程序，进行软硬件联调。启动投票，

19、随机按下X0-X11中的一个或几个，看其结果显示如下表：表三： 系统测试结果按下按键数000000000000结果显示Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0按下按键数111111111111结果显示Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0按下按键数222222222222结果显示Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0按下按键数333333333333结果显示Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0按下按键数444444444444结果显示Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0Y0按下按键数555555555555结果显示Y1Y1Y1Y1Y1Y1Y1Y1

20、Y1Y1Y1Y1按下按键数666666666666结果显示Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2按下按键数777777777777结果显示Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2按下按键数888888888888按下按键数Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2结果显示999999999999按下按键数Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2结果显示101010101010101010101010按下按键数Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2Y2由上表可以看出，按下相同数量按键时，结果显示完全相同。随机按下3、4、5、6、7、8个按键时，虽然没有记录所

21、有可能的按键组合，但屡次的随机按键也能从侧面反映系统的稳定性和可靠性。本设计完全符合十人投票机的设计要求。6. 详细仪器清单表二：仪器清单表仪器名称数量PLC模块1块发光二极管4个按钮开关12个手持编程器1个DC 24V电源1个导线假设干6. 总结与思考及致谢5.4 心得体会通过本次课题设计，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。5.4 致谢本课程设计能够顺利的完成，离不开曹锋老师、刘伟元老师、

22、李新君老师的细心指导以及同学们的关心和帮助，在这里表示由衷的感谢。 在本实验中参考了范永胜、王岷主编的?电气控制与PLC应用?，林小峰主编的?可编程序控制器及应用?等几本书，给予我们很大的帮助，在此表示感谢。参考文献1 范永胜,王岷编.电气控制与PLC应用第二版M.2 林小峰编.可编程序控制器及应用M3 方承远编.工厂电气控制技术.第二版M4 汪道辉主编.逻辑与可编程控制系统M5 易传禄等编.可编程序控制器应用指南M6 杨士元等编.可编程序控制器(PC)编程应用和维修M7 耿文学等编.微机可编程控制器原理M8 田效伍主编.电气控制与PLC应用技术M.北京：机械工业出版社.2007 9 杨长能.可编程序控制器(PC)根底及应用M.重庆:重庆大学出版社.199910 王平,崔纳新.PLC在电梯控制中的应用M.微计算机信息1999(2)11 郁汉琪.机床电气及可编程控制器实验M.200112 余雷声.电气控制与PLC应用M.北京:机械工业出版社.2000附录一：源程序0LDX0001号投票1ANDM102ANIT15秒延时3ANIM04INCD1计数器计数5SETM06LD