PAGE20專業(yè)綜合應(yīng)用與工程能力實踐訓練十人投票機設(shè)計學院：電氣與信息工程學院學生姓名：指導教師：職稱高級實驗師專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學號：完成時間：摘要投票是決策的一種方法，群體經(jīng)過討論或辯論，最后通常在特定的紙張上標示出投票者的立場然后提交大會作點算。除了投票，共識決策法和賭博也是決策的方法。自古以來，人類就有投票以表決，一直以來都是以人工的方式投票、檢票。近年以來，現(xiàn)代自動化技術(shù)的發(fā)展，給人們的生產(chǎn)生活帶來了許多便利，可編程控制器（PLC）憑借其可靠性高、抗干擾能力強、使用方便、編程方便、體積小等優(yōu)勢，在問世后迅猛發(fā)展，成為自動化技術(shù)的重要組成部分。于是，PLC控制的十人投票機，隨著PLC的發(fā)展，人們的需求，應(yīng)運而生。投票機的自動化減少了大量人工檢票的時間，降低了成本，提高了效率。關(guān)鍵詞：投票機；PLC；成本；效率目錄1引言 12控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 22.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理 22.1.1主機 22.1.2輸入/輸出（I/O）接口 22.1.3電源 22.1.4編程器 22.1.5輸入/輸出擴展單元 22.1.6外部設(shè)備接口 32.2系統(tǒng)輸入輸出點分析 32.3PLC的選型 32.3.1PLC的I/O選擇 32.3.2PLC的輸出類型的選擇 32.3.3PLC的控制功能的選擇 32.4系統(tǒng)硬件接線圖設(shè)計 43PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 53.1系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配 53.2控制程序流程圖設(shè)計 53.3控制程序時序圖設(shè)計 63.4PLC控制程序設(shè)計 74上位機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 104.1組態(tài)監(jiān)控軟件選擇 104.2上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計 104.2.1畫面設(shè)計 104.2.2元件編輯 124.3實現(xiàn)效果 135系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 145.1系統(tǒng)仿真調(diào)試 145.2結(jié)果分析 156設(shè)計總結(jié) 16參考文獻 17附錄：十人投票機系統(tǒng)的源程序 181引言可編程控制器（programmablelogiccontroller,PLC）是一種以微型計算機為核心的通用工業(yè)控制器。它是繼承了繼電器控制器裝置的部分突出性能，并與現(xiàn)代的計算機技術(shù)和通行技術(shù)結(jié)合為一體，代表了當前電器控制技術(shù)的世界先進水平。設(shè)計一個基于PLC的十人投票機。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。主要設(shè)計內(nèi)容包括：設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等；系統(tǒng)有啟動、停止功能；運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計，并有主程序、子程序和中斷程序；程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)十人投票機的控制要求。實現(xiàn)的目標：運行PLC；當PLC運行時，[X12：計票開關(guān)]=OFF，則不執(zhí)行投票計算；當PLC運行時，再扳Y．[X12：計票開關(guān)]=ON，開始計時，此時需在5s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。[X12]=ON，5s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)；若顯示燈Y1亮：表示同票(即贊成與反對人數(shù)相等)；若顯示燈Y2亮：表示通過(即贊成人數(shù)較多)。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。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控制系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理2.1.1主機主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。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)、做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。PLC的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。2.1.2輸入/輸出（I/O）接口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。2.1.3電源電源是指為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。常用電源為220V交流電。經(jīng)開關(guān)電源整流濾波后得到相應(yīng)電壓的直流電。在開關(guān)電源前要串聯(lián)熔斷器，起保護作用。2.1.4編程器編程器是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。2.1.5輸入/輸出擴展單元I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（即主機）聯(lián)接在一起。2.1.6外部設(shè)備接口此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設(shè)備與主機相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。2.2系統(tǒng)輸入輸出點分析在十人投票機系統(tǒng)中,有一個啟動開關(guān)，一個清零按鈕和十個投票開關(guān)，共需要12個輸入端口。輸出采用三個指示燈分別表示通過、不通過和同票，一共三個輸出端口。輸入采用開關(guān)和按鈕，所以采用的是開關(guān)量控制；輸出為指示燈的亮滅，也為開關(guān)量。指示燈燈需要24V電源供電。2.3PLC的選型PLC的選擇主要包括結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、輸出類型、控制功能。2.3.1PLC的I/O選擇PLC的I/O選擇非常重要，I/O點數(shù)既要滿足需求也要考慮經(jīng)濟效益，一般I/O點數(shù)多的PLC價格比較貴，特別是大型PLC，雖然速度比較快，但是體積大、價格高，不適合一般情況下使用。在十人投票機PLC控制系統(tǒng)中，只用到了12個輸入點和3個輸出點，故使用小型PLC即可。在設(shè)計中，我們采用輸入輸出點數(shù)為32點的PLC。2.3.2PLC的輸出類型的選擇PLC的輸出有三種類型：繼電器輸出型：為有觸點輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較低的直流負載或交流負載回路；可控硅輸出型：為無觸點輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的交流電源負載；晶體管輸出型：為無觸點輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的直流電源負載。在投票機系統(tǒng)中，對頻率要求不高，所以我們采用繼電器輸出型。2.3.3PLC的控制功能的選擇對于以開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)，一般的低檔機就能夠滿足要求。對于以開關(guān)量控制為主，帶有少量的模擬量控制的系統(tǒng)，應(yīng)選用帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換，加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機。對于控制比較復雜，控制性能要求較高的系統(tǒng)，例如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復雜的程度，選用中檔機或者高檔機。對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件比較好的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)PLC。在投票機PLC控制系統(tǒng)中，主要以開關(guān)量進行控制，所以我們采用低檔的PLC既可以滿足要求。在設(shè)計中我們用到的PLC型號為FX2N-32MR-001。2.4系統(tǒng)硬件接線圖設(shè)計開始開關(guān)接X012,清零按鈕接X013，用十個開關(guān)作為表決器，分別接X000～X011。用三個指示燈表示投票結(jié)果，分別接Y000～Y002。指示燈需要24V電源。系統(tǒng)硬件接線圖如圖1所示圖1系統(tǒng)硬件接線圖3PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配在廣告屏系統(tǒng)中，用到了12個輸入口與3個輸出口，具體的I/O地址如表1所示：表1I/O地址分配表標號注釋I/O地址K11號表決器X000K22號表決器X001K33號表決器X002K44號表決器X003K55號表決器X004K66號表決器X005K77號表決器X006K88號表決器X007K99號表決器X010K1010號表決器X011K11開始開關(guān)X012SB0清零按鈕X013HL1不通過指示燈Y000HL2同票指示燈Y001HL3通過指示燈Y0023.2控制程序流程圖設(shè)計投票機程序中使用了D10作為贊成票數(shù)數(shù)據(jù)寄存器，D11作為反對票數(shù)數(shù)據(jù)寄存器，D0作為組態(tài)軟件畫面切換軟元件，投票機的PLC開始運行時，使用特殊輔助繼電器M8002清零D10和D11。當開始開關(guān)合上時，開啟5秒定時器，并計算出倒計時的值。當5秒時間到時，統(tǒng)計贊成票數(shù)，計算出反對票數(shù)并比較，結(jié)果輸出不同的燈?？刂瞥绦蛄鞒虉D如圖2所示圖2投票機程序流程圖3.3控制程序時序圖設(shè)計投票機程序開始運行時，清零數(shù)據(jù)寄存器。當開始開關(guān)閉合時，輔助寄存器M3接通，定時器開始定時。如圖3所示圖3當5秒計時時間到，此時6人贊成，4人反對。D10等于6，D11等于4。D0等于1，顯示通過畫面。時序圖如圖4所示圖4此后，按下清零按鈕，全部清零，重新開始定時5秒。5秒后顯示結(jié)果。具體的時序圖如圖5所示圖53.4PLC控制程序設(shè)計投票機程序開始時，清零D10到D11，X013為清零按鈕。清零各位。如圖6所示圖6開始開關(guān)閉合時，啟動定時器T0，設(shè)置時間為5秒。同時啟動輔助繼電器M3。X013用于停止計時。運用減法和除法指令算出倒計時的顯示值。如圖7所示圖7T0定時時間到，根據(jù)十人表決器的開關(guān)情況，統(tǒng)計出贊成票數(shù)。如圖8所示圖8定時器計時到5秒，用減法指令得到反對票數(shù)，再比較贊成票數(shù)與反對票數(shù)。如圖9所示圖9比較的結(jié)果為：當反對票數(shù)多于贊成票數(shù)，M0接通，對應(yīng)的Y000接通，給D0賦值2，顯示2號即不通過畫面；當反對票數(shù)等于贊成票數(shù)，M1接通，對應(yīng)的Y001接通，給D0賦值3，顯示3號即同票畫面；當反對票數(shù)少于贊成票數(shù)，M2接通，對應(yīng)的Y002接通，給D0賦值1，顯示1號即通過畫面。如圖10所示圖10執(zhí)行完畢等待清零按鈕按下，開始下一次投票。4上位機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計4.1組態(tài)監(jiān)控軟件選擇GTDesigner3是最新用于三菱電機自動化GOT1000系列圖形操作終端的畫面設(shè)計軟件，并且集成有GTSimulator3仿真軟件，具有仿真模擬的功能。4.2上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計本設(shè)計采用一個基本畫面和三個窗口畫面。4.2.1畫面設(shè)計打開GTDesigner3，根據(jù)提示新建一個工程；更改畫面背景色、畫面大??；繪出十個開關(guān)表示十人表決器，再繪出倆個開關(guān)表示開始開關(guān)和清零按鈕；在畫面上寫上“離投票結(jié)束還有秒”；在提示位置加上數(shù)據(jù)顯示塊，這樣基本畫面完成；如圖11所示圖11點擊新建窗口畫面，設(shè)置好畫面背景色，設(shè)置畫面名為“通過”，最后效果如圖12所示圖12再依次繪出2號不通過畫面和3號同票畫面。結(jié)果如圖13和圖14所示圖13圖144.2.2元件編輯雙擊1號表決器，設(shè)置對應(yīng)的軟元件為X000，動作方式為位反轉(zhuǎn)。如圖15所示圖15依次設(shè)置十個表決器對應(yīng)的軟元件與動作方式。設(shè)置清零按鈕時，動作方式設(shè)為點動。設(shè)置倒計時數(shù)據(jù)顯示塊，對應(yīng)的軟元件為D2，顯示位數(shù)為1。如圖16所示圖16設(shè)置畫面切換軟元件為D0。如圖17所示圖174.3實現(xiàn)效果設(shè)置完成個元件的定義，投票機系統(tǒng)的組態(tài)工程設(shè)計完成，效果如圖18所示圖185系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1系統(tǒng)仿真調(diào)試點擊按鈕，開始仿真調(diào)試。按下開始開關(guān)，畫面顯示離投票結(jié)束的時間。如圖19所示圖19按下6個表決器，5秒后顯示通過畫面，并顯示出具體票數(shù)。如圖20所示圖20按下清零按鈕，按下5個表決器，5秒后顯示同票畫面，并顯示具體票數(shù)。如圖21所示圖21按下清零按鈕，按下3個表決器，5秒后顯示不通過畫面，并顯示具體票數(shù)。如圖22所示圖22按下開始開關(guān)，開關(guān)斷開，停止投票。5.2結(jié)果分析程序設(shè)計實現(xiàn)了投票功能。開始開關(guān)斷開，無法投票。開關(guān)合上，5秒后顯示投票結(jié)果，再更改表決器不會影響投票結(jié)果。清零按鈕按下后，重新開始投票。6設(shè)計總結(jié)通過此次的PL