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1、电气控制技术课程设计说明书十人投票机系统设计院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 何鹏辉 指导教师： 陈华容 职称 高级实验师专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本1304班 完成时间： 2016年 6月4日 湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 指导教师陈华容学生姓名何鹏辉课题名称十人投票机设计内容及任务一、目标 设计一个基于PLC的十人投票机。二、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，进行十人投票机的硬件系统设计、软件系统设计，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
2、题的能力。主要内容包括：1. 设计该系统电气控制硬件系统；2PLC选择及其它电器元器件的选型；3用计算机绘制PLC控制电路图；4设计该系统PLC控制梯形图；5进行系统仿真测试，并要有测试记录；6. 编写设计说明书。三、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X12X12：计票开关=ON，投票开始，并开始计时，此时需在15s内完成投票(赞成与不赞成)，请扳动X0X11(如赞成：X：ON，若反对X：OFF)。4X12=ON，15s后立即显示投票结果，若显示指示灯 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
3、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。主要参考资料1史国生主编，电气控制与可编程控制器技术M。北京：化学工业出版社，2012。2于广庆主编，可编程控制器原理及系统设计M。北京：清华大学出版社，2004。3 吴启红主编，变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书（第二版）M。北京：机械工业出版社，2010。4 史国生，鞠勇。电气控制与可编程控制器技术实训教程M。北京：化学工业出版社，2010。5 于晓云，许连阁。可编程控制技术应用项目化教程
4、M。北京：化学工业出版社，2011。 6 廖常初。PLC编程及应用M。北京：机械工业出版社，2005年。7 胡学林。可编程控制器应用技术M。北京：高等教育出版社，2001年。8 三菱FX系列可编程序控制器编程手册M。三菱公司编，2001年。9 三菱可编程序控制器应用101例M。三菱公司编, 1994年。10 史宜巧，孙业明，景绍学。PLC技术及应用项目教程M。北京：机械工业出版社，2009。教研室意见 教研室主任：（签字）年 月 日摘 要 可编程控制器（programmable logic controller, 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
5、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。目录1 前言42 系统硬件设计52.1 PLC的结构及各部分的作用52.2 PLC的工作原理62.3 PLC控制系统设计的一般步骤：63 PLC控制系统设计83.1系统输入输出设计83.2 PLC的选择83.3 I/O点的
6、分配表93.4 PLC输入输出电路图93.5时序图103.6明细程序梯形图113.7调试与测试124结束语155 参考文献 .16附录 源程序及梯形图17 1前 言可编程控制器（programmable logic controller, 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
7、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。 2 系统硬件设计2.1 PLC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
8、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
9、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。2.2 PLC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
10、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
11、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。2.3 PLC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。3 PLC控制系统设计3.1 系统输入输出设计在十人投票PL
12、C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。3.2 PLC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
13、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
14、较固定、环境条件比较好的场合，选用整体式结构PLC。在十人投票机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-32MR-001。3.3 I/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1X000灯Y0Y000选择开关2X001灯Y1Y001选择开关3X002灯Y2Y002选择开关4X003选择开关5X004选择开关6X005选择开关7X006选择开关8X007选择开关9X010选择开关10X011按钮PB12X012按钮PB13X013表1 I/O点的分配表3.4 PLC输入输出电路图图1 PLC输入
15、输出电路图3.5时序图3.6明细程序梯形图打开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15S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15S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15S到后，定时器到时间。T0闭合，线路通电。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
16、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15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
17、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。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。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。4 结束语此次的PLC投票设计，让我深刻的清楚
18、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。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、
19、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。5 参考文献1钟肇新、范建东、冯太合编.可编程控制器原理及应用（第四版）M.华南理工大学
20、出版社.2008.22 范永胜电气控制与PLC应用M. 北京：电子工业出版社，2007.73 胡学林. 可编程控制器原理及应用M. 北京：电子工业出版社，2005.84 吴中俊. 可编程控制器原理及应用M. 北京：机械工业出版社，2007.1附录一：源程序0 LD M8002 1 ZRST D10 D11 开机清零6 LD X0137 ZRST D10 D1112 RST M013 RST M114 RST M215 LDI X01316 LD X012 起动按钮17 OR M318 ANB19 OUT M3 自锁20 OUT T0 K50 定时器15S23 LD T024 ANI M0 25
21、 ANI M126 ANI M227 MPS28 AND X000 投票29 INC D1032 MRD 33 AND X00134 INC D1037 MRD38 AND X00239 INC D1042 MRD43 AND X00344 INC D1047 MRD 48 AND X00449 INC D1052 MRD53 AND X00554 INC D1057 MRD58 AND X00659 INC D1062 MRD63 AND X00764 INC D1067 MRD 68 AND X01069 INC D1072 MPP 73 AND X011 74 INC D1077 LD T078 SUB K10 D10 D11 减法：10-D10=D1185 CMP D11 D10 M0 比较D11与D10的值92 LDI X01393 MPS94 AND M095 OUT Y000 输出Y0、Y1、Y296 MRD97 AND M198 OUT Y00199 MPP100 AND M2101 OUT Y002102 END附录二：梯形图
