電氣課設(shè),PLC十人投票機設(shè)計說明

..電氣控制技術(shù)課程設(shè)計說明書十人投票機設(shè)計院、部：電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生__夏志勇指導(dǎo)陳華容職稱高級實驗師專業(yè)：自動化班級：1404班學(xué)號：1430740428完成時間：2017年6月..XX工學(xué)院電氣控制技術(shù)課程設(shè)計課題任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：自動化指導(dǎo)教師陳華容學(xué)生姓名夏志勇課題名稱十人投票機設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)一、目標設(shè)計一個基于PLC的十人投票機。二、任務(wù)根據(jù)控制要求,明確設(shè)計任務(wù),擬定設(shè)計方案與進度計劃,運用所學(xué)的理論知識,進行十人投票機運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計,提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：1.設(shè)計該系統(tǒng)電氣控制硬件系統(tǒng)；2．PLC及其它電器元件選型及PLC的I/O分配。3．選擇電器元件,編制元件目錄表。4．設(shè)計該系統(tǒng)PLC控制梯形圖。5．用計算機繪制PLC控制電路圖。6．進行系統(tǒng)仿真測試,實現(xiàn)十人投票機的控制要求。7.編寫設(shè)計說明書。三、要求1．運行PLC；2．當PLC運行時,[X12：計票開關(guān)]=OFF,則不執(zhí)行投票計算。3．當PLC運行時,再扳X12．[X12：計票開關(guān)]=ON,投票開始,并開始計時,此時需在15s內(nèi)完成投票<贊成與不贊成>,請扳動X0~Xl1<如贊成：X：ON,若反對X：OFF>。4．[X12]=ON,15s后立即顯示投票結(jié)果,若顯示指示燈Y0亮：表示不通過<即反對人數(shù)較多>Y1亮：表示同票<即贊成與反對人數(shù)相等>Y2亮：表示通過<即贊成人數(shù)較多>5．當投票結(jié)果顯示后,就不再接受任何信息,即使再次投票顯示燈仍不會改變其結(jié)果。6．X13為歸零按鈕．在x13歸零后,所有的顯示燈熄滅,此時可再次進行投票。主要參考資料[1]史國生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010.3[2]胡學(xué)林.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2005.8[3]范永勝,王岷編.電氣控制與PLC應(yīng)用〔第二版[M].北京電力出版社.2007[4]林小峰編.可編程序控制器及應(yīng)用[M].北京:高等教育出社.1991[5]方承遠編.工廠電氣控制技術(shù).第二版[M].北京機械工業(yè)出版社.2000[6]汪道輝主編.邏輯與可編程控制系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版.2001[7]易傳祿等編.可編程序控制器應(yīng)用指南[M].上海:上?？茖W(xué)普及出版社.1993[8]楊士元等編.可編程序控制器<PC>編程應(yīng)用和維修[M].北京:清華大學(xué)出版社.1995[9]耿文學(xué)等編.微機可編程控制器原理[M].北京:電子工業(yè)出版社.1993[10]田效伍主編.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社.2007[11]楊長能.可編程序控制器<PC>基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].XX:XX大學(xué)出版社.1999[12]王平,崔納新.PLC在電梯控制中的應(yīng)用[M].微計算機信息．1999[13]郁漢琪.機床電氣及可編程控制器實驗[M].課程設(shè)計指導(dǎo)書.高等教育出版社.2001[14]余雷聲.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社.2000[15]李江全,三菱PLC通信與控制應(yīng)用編程實例[M].北京：中國電力出版社,2012[16]肖峰,賀哲榮.PLC編程100例[M].北京：中國電力出版社,2009[17]高安邦.三菱FX/A/Q系列PLC自學(xué)手冊[M].北京：中國電力出版社,2013.7教研室意見教研室主任：〔簽字年月日..摘要該設(shè)計是基于可編程控制器〔PLC設(shè)計的十人投票機的電氣控制系統(tǒng),設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。在硬件設(shè)計方面,列出I/0分配表,有12個輸入點,3個輸出點,選用具有16個輸入點數(shù)、16個輸出點數(shù)的FX2N-32MR可編程控制器以及指示燈、開關(guān)、按鈕等元器件,畫出PLC外部接線圖。在軟件設(shè)計方面,畫出十人投票機程序設(shè)計流程圖,并設(shè)計出各模塊程序梯形圖,再整合成總程序梯形圖,程序用了十個開關(guān)進行投票,用INC語句把投贊同票的加在D30了,通過SUB語句將投不贊同的票數(shù)放在D40里,通過比較語句CMP將贊同票數(shù)D30與不贊同票數(shù)D40進行比較從而得出不通過、同票和通過三個不同的輸出結(jié)果。最后對所設(shè)計的程序進行仿真調(diào)試,得出結(jié)果,滿足設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：十人投票機；可編程控制器；程序梯形圖..目錄TOC\o"1-3"\h\u81181概述1132031.1課題的背景及意義 1265421.2設(shè)計的主要內(nèi)容 1308411.3可編程控制器的基本構(gòu)成以及優(yōu)點126112系統(tǒng)硬件設(shè)計3262092.1系統(tǒng)設(shè)計要求3175852.2控制原理372722.3I/O點統(tǒng)計 371082.4PLC選型 4119942.5PLC外部接線圖 451243系統(tǒng)軟件設(shè)計5213603.1程序設(shè)計流程圖5107213.2程序梯形圖510603.2.1開始模塊5188233.2.2計票模塊 6302163.2.3顯示結(jié)果模塊 8202143.2.4復(fù)位模塊 8275313.2.5總程序梯形圖960524調(diào)試及仿真 10261124.1調(diào)試步驟 10149504.2仿真結(jié)果 1162614.3結(jié)果分析 1624438結(jié)束語 1719986參考文獻 1816847致謝1918584附錄APLC外部接線圖 2027697附錄B總程序梯形圖21..1概述1.1課題的背景及意義隨著民主意識的不斷加強,現(xiàn)今社會很多的場合下會用到投票機,例如：在電視上的很多娛樂性質(zhì)的節(jié)目中,或是會議、競賽、演講等等場合。投票機,是投票反饋系統(tǒng)中的終端設(shè)備,是一種代替常規(guī)會議舉手表決,會議舉手投票,民主舉手選舉的一種裝置,應(yīng)用非常普遍。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,采用PLC控制的多人投票器具有系統(tǒng)反應(yīng)速度快、效率高等優(yōu)點,大大提高了多人投票時機器的讀票效率和控制系統(tǒng)的可靠性,同時進一步提高了工作效率。PLC是專為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計的控制裝置,一般不需要采取特殊措施,就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用,但是,假如現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣,使用了眾多大功率機械設(shè)備,而大功率機械設(shè)備的啟動、負載的變化會引起電網(wǎng)電壓的波動,產(chǎn)生低頻干擾；另外,使用電焊機和火焰切割機會產(chǎn)生高頻火花電流造成干擾；同時,現(xiàn)場的各種動力線路會通過電腦磁耦合產(chǎn)生干擾。這些干擾都會通過與現(xiàn)場設(shè)備相連的電纜引入PLC控制系統(tǒng)中,影響系統(tǒng)安全可靠的工作,所以合理地設(shè)計系統(tǒng)的可靠性就顯得尤為重要。課程設(shè)計應(yīng)用于多人投票場景,應(yīng)是遠離工業(yè)環(huán)境的。以上提及的大功率機械設(shè)備和電焊機和火焰切割機產(chǎn)生的干擾可以忽略。1.2設(shè)計的主要內(nèi)容十人投票機是基于可編程控制器〔programmablelogiccontroller簡稱PLC設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)。設(shè)計主要由硬件設(shè)計和軟件設(shè)計組成。硬件設(shè)計部分列出I/O分配表,用了11個開關(guān),1個按鈕,3個LED燈〔紅、綠、黃,軟件設(shè)計部分根據(jù)任務(wù)書要求分模塊用步進指令進行設(shè)計,其中軟件程序設(shè)計總共分為四大模塊,開始模塊、計票模塊、顯示結(jié)果模塊、復(fù)位模塊。最后通過使用三菱仿真軟件GXDeveloper對其控制程序進行仿真與調(diào)試,仿真結(jié)果驗證了程序的正確性,證明設(shè)計滿足系統(tǒng)的控制要求和設(shè)計思路。1.3可編程控制器的基本構(gòu)成以及優(yōu)點可編程控制器〔PLC是用來取代控制系統(tǒng)中的繼電器的一種設(shè)備,它通過檢測輸入端口,并根據(jù)輸入端口的狀態(tài),按照程序控制輸出口,可編程控制器的程序一般要使用一定的軟件編寫,使用人員通過輸入預(yù)先編寫的程序,使可編程控制器按預(yù)定的控制方案執(zhí)行控制任務(wù)?？删幊炭刂破麟m然外觀各異,但硬件結(jié)構(gòu)大體相同。主要由中央處理器〔CPU,輸入輸出〔I/O接口,電源及編程設(shè)備幾大部分組成。PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖1所示：輸輸出接口部件輸入接口部件中央處理單元輸入接口部件中央處理單元CPU板現(xiàn)場信號受控元件電源電源部件圖1PLC硬件結(jié)構(gòu)圖CPU是PLC的核心,它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理,即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作,將結(jié)果送到輸出端,并響應(yīng)外部設(shè)備〔如編程器、電腦、打印機等的請求以及進行各種內(nèi)部論斷等。I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備聯(lián)接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備〔如按鈕、傳感器、觸點、行程開關(guān)等的控制信號。輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設(shè)備〔如接觸器、電磁閥、指示燈等。I/O接口一般采用光電耦合電路,以減少電磁干擾,從而提高了可靠性。I/O點數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項主要技術(shù)指標,通常小型機有幾十個點,中型機有幾百個點,大型機將超過千點。圖中電源部件是指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源,通常也為輸入設(shè)備提供直流電源。編程器是PLC的一種主要的外部設(shè)備,用于手持編程,用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或者監(jiān)示PLC的工作情況。除手持編程器外,還可通過適配器和專用電纜線將PLC與電腦聯(lián)接,并利用專用的工具軟件進行電腦編程和監(jiān)控?？删幊炭刂破鳌睵LC的優(yōu)點顯而易見：①可靠性高,抗干擾能力強；②編程直觀、簡單、易學(xué)、易懂；③采用先進的模塊化結(jié)構(gòu),系統(tǒng)組合靈活方便；④功能完善,接口功能強；⑤安裝簡便,調(diào)試方便,維護工作量小。2系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計要求本次設(shè)計基于PLC設(shè)計一個十人投票機,有十個投票開關(guān),ON表示贊同,OFF表示反對,投票時間為15秒,15秒之后結(jié)束投票并輸出投票的結(jié)果,按下復(fù)位按鈕后可以重新開始投票。2.2控制原理<1>運行PLC；<2>當PLC運行時,[X12：計票開關(guān)]=OFF,則不執(zhí)行投票計算；<3>當PLC運行時,再扳X12,[X12：計票開關(guān)]=ON,開始計時,此時需在15s內(nèi)完成投票<贊成與不贊成>,請扳動X0~Xl1<如贊成：X：ON,若反對X：OFF>。<4>[X12]=ON,15s后立即顯示投票結(jié)果,若顯示燈：Y0亮：表示不通過<即反對人數(shù)較多>；Y1亮：表示同票<即贊成與反對人數(shù)相等>；Y2亮：表示通過<即贊成人數(shù)較多>。<5>當投票結(jié)果顯示后,就不再接受任何信息,即使再次投票顯示燈仍不會改變其結(jié)果；<6>X13為歸零按鈕,在X13歸零后,所有的顯示燈熄滅,此時可再次進行投票。2.3I/O點統(tǒng)計根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計的輸入點有10個投票開關(guān),1個啟動開關(guān),1個復(fù)位按鈕,共12個。輸出點為投票結(jié)果顯示燈,紅燈〔不通過,黃燈〔同票,綠燈〔通過共3個。具體統(tǒng)計見表1。表1I/O點分配表序號名稱I/O輸入點功能序號名稱I/0輸出點功能1SA1X0001號投票開關(guān)1LED0Y000紅燈〔不通過2SA2X0012號投票開關(guān)2LED1Y001黃燈〔同票3SA3X0023號投票開關(guān)3LED2Y002綠燈〔通過4SA4X0034號投票開關(guān)5SA5X0045號投票開關(guān)6SA6X0056號投票開關(guān)續(xù)表17SA7X0067號投票開關(guān)8SA8X0078號投票開關(guān)9SA9X0109號投票開關(guān)10SA10X01110號投票開關(guān)11SA11X012計票啟動開關(guān)12SB1X013復(fù)位歸零按鈕2.4PLC選型在對PLC進行選型時,主要依據(jù)系統(tǒng)所用到的輸入/輸出接口數(shù)量、PLC的負載類型特點及負載使用電源、工作頻率等來進行PLC的型號選擇。在功能滿足要求的前提下,選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好〔維修量較小的場合,建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。FX2N系列是三菱PLCFX家族中最先進的系列。有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊,靈活性和控制能力強,可擴展到256點。且具有如下特點：系統(tǒng)配置即固定又靈活；編程簡單；備有可自由選擇,豐富的品種；令人放心的高性能；高速運算；使用于多種特殊用途；外部機器通訊簡單化；共同的外部設(shè)備。由于課程設(shè)計僅用到12個輸入,3個輸出點。比較FX2N系列,可知采用FX2N-32MR比較合適,利用率較高。FX2N-32MR繼電器型PLC的輸入和輸出點數(shù)都是16個,使用時為0~55攝氏度；一般以不結(jié)露時為準,使用時在35%~89%；用噪聲仿真器產(chǎn)生電壓為1000Vp-p、周期為30~100Hz的噪聲,在此噪聲干擾下PLC能夠正常工作；PLC一般在無腐蝕性氣體和無塵埃的環(huán)境下使用；電源電壓一般為AC100~240V和50/60Hz；輸入電壓為DC24V,輸入電流為7mA；輸入輸出方式為批處理方式,但有輸入輸出刷新指令；程序語言為繼電器符號加步進梯形圖方式。由于PLC輸出端采用24V直流電LED指示燈的額定電壓24VDC,額定電流15mA,功率為0.36W,顏色紅、黃、綠各一個。2.5PLC外部接線圖PLC外部接線圖見附錄A。3系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1程序設(shè)計流程圖根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求,對系統(tǒng)軟件進行設(shè)計其主體流程圖如圖2所示。圖2程序主體流程圖3.2程序梯形圖3.2.1開始模塊PLC上電,M8002使D30和D40復(fù)位清零。按下起動按鈕SB12時,M3得電,并自鎖保持穩(wěn)定輸出。同時,T0定時器15S計時開始。開始模塊程序梯形圖如圖3所示。圖3開始模塊程序梯形圖3.2.2計票模塊按下投票按鈕進行投票,將投票通過的數(shù)累加到D30里,通過減法用10減去通過的數(shù)即為不通過的數(shù),存到D40里。開始后,投票員可以進行投票,贊成的扳到ON,反對的扳到OFF。在15S內(nèi),投票是可以反悔的。因此,T0沒有閉合,線路并未通電。所以投票是可以反悔,方便誤投改正過來,但15S之后是不能再改過來的。累加完后,在這個掃描周期內(nèi),T0還是閉合的。執(zhí)行D40=10-D30。計票模塊程序梯形圖如圖4、圖5所示。圖4計票模塊程序梯形圖〔1圖5計票模塊程序梯形圖〔23.2.3顯示結(jié)果模塊比較D40與D30的值。若D40>D30,M0閉合,Y0得電,紅燈Y0亮,表示不通過；若D40=D30,M1閉合,Y1得電,黃燈Y1亮,表示同票；若D40<D30,M2閉合,Y2得電,綠燈Y2亮,表示通過。到下一個掃描周期,因為M0、M1、M2其中一個已得電,對應(yīng)的常閉觸點M0、M1、M2斷開。所以15秒過后投票或反悔,是無效的。顯示結(jié)果模塊程序梯形圖如圖6所示。圖6顯示結(jié)果模塊程序梯形圖3.2.4復(fù)位模塊當投票完成后,按下歸零按鈕SB13。常開觸點X013閉合,D30、D40清零,M0、M1、M2復(fù)位。常閉觸點X013斷開,X012失電,T0復(fù)位,M3失電自鎖取消。常閉觸點X013斷開,Y000、Y001、Y002失電,所有燈熄滅。程序還原為開始狀態(tài),此時可再次進行投票。復(fù)位模塊程序梯形圖如圖7所示。圖7復(fù)位模塊程序梯形圖3.2.5總程序梯形圖總程序梯形圖見附錄B。4調(diào)試及仿真4.1調(diào)試步驟〔1將PLC與對應(yīng)輸入輸出的設(shè)備連接起來。〔2用軟件編制圖的梯形圖程序,將編制無誤的程序分別下載到PLC中,并將模式選擇開關(guān)撥至RUN狀態(tài)。如圖8,圖9所示。圖8操作步驟1圖9操作步驟2〔3調(diào)試運行?！?監(jiān)控運行。4.2仿真結(jié)果按FX2N-32MR外部接線圖〔附錄A連接電路,打開計票開關(guān)X12,根據(jù)X0~X11所接投票開關(guān)進行投票,15秒后投票結(jié)束,觀察投票結(jié)果,分析仿真結(jié)果是否正確。根據(jù)設(shè)計要求,現(xiàn)分已下3種情況進行仿真測試。投贊同票小于5票〔不通過計票仿真調(diào)試圖如圖10所示。圖10投票仿真測試圖〔不通過由圖10可知,啟動開關(guān)X012之后,M3自鎖以保持穩(wěn)定輸出,開始投票,T0開始計時,等定時器T0的15秒完畢后,1號投票開關(guān)和3號投票開關(guān)投贊同票,其余投反對票,用INC語句將贊同票數(shù)D30加得2,此時贊同票數(shù)D30=2。顯示結(jié)果仿真調(diào)試圖如圖11所示。圖11顯示結(jié)果仿真調(diào)測圖〔不通過由圖11可知,定時器T0的15秒完畢后,用SUB語句用10減去贊同票數(shù)D30得到反對票數(shù)D40,D40=10-D30=8,再用CMP語句把反對票數(shù)D40和贊同票數(shù)D30進行比較,D30=2<8=D40,即贊同人數(shù)小于反對人數(shù),M0閉合,紅燈Y0亮,表示不通過。此時的M0已經(jīng)閉合,圖10中的M0常閉就斷開,再進行投票就無效。<2>投贊同票等于5票〔同票計票仿真調(diào)試圖如圖12所示。圖12投票仿真測試圖〔同票由圖12可知,啟動開關(guān)X012之后,M3自鎖以保持穩(wěn)定輸出,開始投票,T0開始計時,等定時器T0的15秒完畢后,1號、2號、3號、5號、6號投票開關(guān)投贊同票,其余投反對票,用INC語句將贊同票數(shù)D30加得5,此時贊同票數(shù)D30=5。顯示結(jié)果仿真調(diào)試圖如圖13所示。圖13顯示結(jié)果仿真調(diào)測圖〔同票由圖13可知,定時器T0的15秒完畢后,用SUB語句用10減去贊同票數(shù)D30得到反對票數(shù)D40,D40=10-D30=5,再用CMP語句把反對票數(shù)D40和贊同票數(shù)D30進行比較,D30=5=D40,即贊同人數(shù)等于反對人數(shù),M1閉合,黃燈Y1亮,表示同票。此時的M1已經(jīng)閉合,圖12中的M1常閉就斷開,再進行投票就無效。<3>投贊票大于5票〔通過計票仿真調(diào)試圖如圖14所示。圖14投票仿真測試圖〔通過由圖14可知,啟動開關(guān)X012之后,M3自鎖以保持穩(wěn)定輸出,開始投票,T0開始計時,等定時器T0的15秒完畢后,2號投票開關(guān)投反對票,其余投贊同票,同INC語句把贊同票數(shù)D30加得9,此時贊同票數(shù)D30=9。顯示結(jié)果仿真調(diào)試圖如圖15所示。圖15顯示結(jié)果仿真調(diào)測圖〔通過由圖15可知,定時器T0的15秒完畢后,用SUB語句用10減去贊同票數(shù)D30得到反對票數(shù)D40,D40=10-D30=1,再用CMP語句把反對票數(shù)D40和贊同票數(shù)D30進行比較,D30=9>1=D40,贊同人數(shù)大于反對人數(shù),M2閉合,紅燈Y2亮,表示通過。此時的M2已經(jīng)閉合,圖14中的M2常閉就斷開,再進行投票就無效。4.3結(jié)果分析由仿真結(jié)果可知,系統(tǒng)硬件軟件均能正常工作,在啟動投票開關(guān)SB12后進行投票,就可以開始投票,按開關(guān)SA1～SA10進行投票,ON代表投贊同票,OFF代表投反對票,15S后停止投票,并且顯示結(jié)果。當贊同票數(shù)小于反對票數(shù)紅燈Y0亮,表示不通過；當贊同票數(shù)等于反對票數(shù)黃燈Y1亮,表示同票；當贊同票數(shù)大于反對票數(shù)綠燈Y2亮,表示通過；投票結(jié)束后再投票就無效,按下復(fù)位按鈕SB1,系統(tǒng)重置,可再次進行投票。經(jīng)過仿真調(diào)試,設(shè)計顯然符合課程設(shè)計的設(shè)計要求,設(shè)計成功。結(jié)束語通過不斷努力,終于完成了此次綜合應(yīng)用設(shè)計,但在設(shè)計的過程中,遇到了很多的問題,通過同學(xué)們的互相幫助以及老師的教導(dǎo),這些問題都一一得以解決。我進一步鞏固了所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識,同時,也提高了我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等能力,收獲頗多。此次的PLC投票設(shè)計,讓我深刻的了解了PLC程序的設(shè)計方法,讓我對PLC程序設(shè)計有了一個全新