十人投票機控制的設(shè)計.doc

1 20 目錄目錄 一 十人投票機控制的設(shè)計要求一 十人投票機控制的設(shè)計要求 2 1 控制要求 2 2 設(shè)計任務(wù) 2 二 系統(tǒng)硬件設(shè)計二 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 1 PLC 定義 3 2 PLC 的特點 3 3 PLC 的發(fā)展 4 4 PLC 的結(jié)構(gòu)及各部分的作用 5 5 PLC 的工作原理 6 6 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 7 三 三 PLCPLC 的硬件配置與軟件設(shè)計的硬件配置與軟件設(shè)計 7 1 系統(tǒng)的硬件配置及組成原理 7 1 I O點的分配 7 2 系統(tǒng)硬件電路圖 8 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 9 1 控制程序設(shè)計思路 9 2 程序流程圖 9 3 時序圖 9 4 明細程序梯形圖 10 5 詳細儀器清單 12 6 程序梯形圖 12 7 程序指令表 12 8 調(diào)試與測試 12 四 總結(jié)與心得體會四 總結(jié)與心得體會 15 附錄一 源程序附錄一 源程序 16 附錄二 梯形圖附錄二 梯形圖 19 2 20 一 十人投票機控制的設(shè)計要求一 十人投票機控制的設(shè)計要求 1 1 控制要求 控制要求 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 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 Xl 1 如贊成 X ON 若反對 X OFF 4 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 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 2 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計任務(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)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 接線圖 時序圖等 2 系統(tǒng)有啟動 停止功能 3 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 4 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計 5 進行系統(tǒng)調(diào)試 實現(xiàn)十人投票機的控制要求 3 20 二 系統(tǒng)硬件設(shè)計二 系統(tǒng)硬件設(shè)計 1 1 PLCPLC 定義定義 可編程控制器 Programmable Controller 簡稱 PC 個人計算機 Personal Computer 也簡稱 PC 為了避免混淆 人們將最初用于邏輯控制的可編程控制 器叫做 PLC Programmable logic Controller 國際電工委員會在 1987 年頒布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了如下定義 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置 它 采用可以編制程序的存儲器 用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算 順序運算 定 時 計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令 并能通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工 業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體 易于擴展其功能的原則而設(shè)計 可編程控制器是 數(shù)字運算操作的電子裝置 其中帶有 可以編制程序的 存儲器 可以進行 邏輯運算 順序運算 定時 計數(shù)和算術(shù)運算 工作 可 以認為可編程控制器具有計算機的基本特征 事實上可編程控制無論從內(nèi)部構(gòu) 造 功能及功能原理上看都不折不扣的是計算機 可編程控制器是 為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用 而設(shè)計的計算機 工業(yè)環(huán)境和一般 辦公環(huán)境有很大的區(qū)別 PLC 具有特殊的構(gòu)造 使它能在高粉塵 高噪音 強 電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作 為了能控制 機械或生產(chǎn)過程 它又要能 易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體 這些都是個人計算機不可能做 到的 因此可編程控制器不是普通的計算機 它是一種工業(yè)現(xiàn)場使用的計算機 可編程控制器能控制 各種類型 的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過程 它 易于擴展 其功能 它的程序能根據(jù)控制對象的不同要求 讓使用者 可以編制程序 也就是說可編程控制器較其以前的工業(yè)控制計算機 具有更大的靈活性 它可 以方便的應(yīng)用在各種場合 是一種通用的工業(yè)控制計算機 4 20 2 2 PLCPLC 的特點的特點 PLC 的主要特點 1 可靠性高 抗干擾能力強 2 配套齊全 功能完善 適用性強 3 易學易用 深受工程技術(shù)人員歡迎 4 系統(tǒng)設(shè)計周期短 維護方便 改造容易 5 體積小 重量輕 能耗低 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 目前 PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵 石油 化工 電力 建材 機械制造 汽車 交通運輸 環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè) 使用 情況大致可歸納為 開關(guān)量的邏輯控制 運動控制 過程控制 數(shù)據(jù)處理和通 信及聯(lián)網(wǎng) 3 3 PLCPLC 的發(fā)展的發(fā)展 為了提高 PLC 的處理能力 要求 PLC 具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲 容量 目前 有的 PLC 的掃描速度可達 0 1ms k 步左右 PLC 的掃描速度已成 為很重要的一個性能指標 在存儲容量方面 有的 PLC 最高可達幾十兆字節(jié) 為了擴大存儲容量 有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤 當前中小型 PLC 比較多 為了適應(yīng)市場的多種需要 今后 PLC 要向多品 種方向發(fā)展 特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展 現(xiàn)已有 I O 點數(shù)達 14336 點的超大型 PLC 其使用 32 位微處理器 多 CPU 并行工作和大容量存儲器 功能強 小型 PLC 由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展 使配置更加靈活 為了 市場需要已開發(fā)了各種簡易 經(jīng)濟的超小型微型 PLC 最小配置的 I O 點數(shù)為 8 16 點 以適應(yīng)單機及小型自動控制的需要 如三菱公司 系列 PLC 為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求 近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊 如 高速計數(shù)模塊 溫度控制模塊 遠程 I O 模塊 通信和人機接口模塊等 這些 帶 CPU 和存儲器的智能 I O 模塊 既擴展了 PLC 功能 又使用靈活方便 擴大 了 PLC 應(yīng)用范圍 加強 PLC 聯(lián)網(wǎng)通信的能力 是 PLC 技術(shù)進步的潮流 PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類 一類是 PLC 之間聯(lián)網(wǎng)通信 各 PLC 生產(chǎn)廠家都有自己的 專有聯(lián)網(wǎng)手段 另一類是 PLC 與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信 一般 PLC 都有專用 5 20 通信模塊與計算機通信 為了加強聯(lián)網(wǎng)通信能力 PLC 生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商 制訂通用的通信標準 以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) PLC 已成為集散控制系統(tǒng) DCS 不可缺少的重要組成部分 根據(jù)統(tǒng)計資料表明 在 PLC 控制系統(tǒng)的故障中 CPU 占 5 I O 接口占 15 輸入設(shè)備占 45 輸出設(shè)備占 30 線路占 5 前二項共 20 故障屬 于 PLC 的內(nèi)部故障 它可通過 PLC 本身的軟 硬件實現(xiàn)檢測 處理 而其余 80 的故障屬于 PLC 的外部故障 因此 PLC 生產(chǎn)廠家都致力于研制 發(fā)展用 于檢測外部故障的專用智能模塊 進一步提高系統(tǒng)的可靠性 在 PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時 PLC 的編程語言也越來越豐富 功能也 不斷提高 除了大多數(shù) PLC 使用的梯形圖語言外 為了適應(yīng)各種控制要求 出 現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言 面向過程控制的流程圖語言 與計算機兼 容的高級語言 BASIC C 語言等 等 多種編程語言的并存 互補與發(fā)展是 PLC 進步的一種趨勢 4 4 PLCPLC 的結(jié)構(gòu)及各部分的作用的結(jié)構(gòu)及各部分的作用 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) 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 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 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 6 20 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 3 電源 圖中電源是指為 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 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 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 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 5 5 PLCPLC 的工作原理的工作原理 PLC 是采用 順序掃描 不斷循環(huán) 的方式進行工作的 即在 PLC 運行時 CPU 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序 按指令步序號 或地址號 作周期性循環(huán)掃描 如無跳轉(zhuǎn)指令 則從第一條指令開始逐條順 序執(zhí)行用戶程序 直至程序結(jié)束 然后重新返回第一條指令 開始下一輪新的 掃描 在每次掃描過程中 還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等 工作 PLC 的掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣 程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段 PLC 在輸入采樣階段 首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中 的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入 并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器 中 即刷新輸入 隨即關(guān)閉輸入端口 進入程序執(zhí)行階段 PLC 在程序執(zhí)行階段 按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令 7 20 經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后 其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中 輸出狀態(tài)寄存器中 所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變 輸出刷新階段 當所有指令執(zhí)行完畢 輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新 階段送至輸出鎖存器中 并通過一定的方式 繼電器 晶體管或晶閘管 輸出 驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作 6 6 PLCPLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 1 深入了解控制要求 確定控制的操作方式 應(yīng)完成的動作 2 確定所需的信號輸入元件 輸出執(zhí)行元件 據(jù)此確定 PC 的 I O 點數(shù) 進 行 I O 點的分配 3 選定 PC 型號 4 繪制 PC 外部接線圖 設(shè)計控制系統(tǒng)的主電路 5 設(shè)計 PC 控制程序 6 模擬調(diào)試 7 制作控制柜 8 進行現(xiàn)場調(diào)試 9 編制技術(shù)文件 三 三 PLCPLC 的硬件配置與軟件設(shè)計的硬件配置與軟件設(shè)計 1 1 系統(tǒng)的硬件配置及組成原理 系統(tǒng)的硬件配置及組成原理 1 I O 點的分配點的分配 根據(jù)設(shè)計要求輸入點需要 12 個 輸出點需要 3 個 由于任務(wù)要求 為了方便投票 所以選用選擇開關(guān) 扳動投票時贊成 X ON 若反對 X OFF 起動與歸零則用按鈕開關(guān) I O 點的分配如下表 輸入裝置輸入端子號輸出裝置輸出端子號 選擇開關(guān) 1X001燈 Y0Y000 8 20 選擇開關(guān) 2X002燈 Y1Y001 選擇開關(guān) 3X003燈 Y2Y002 選擇開關(guān) 4X004 選擇開關(guān) 5X005 選擇開關(guān) 6X006 選擇開關(guān) 7X007 選擇開關(guān) 8X010 選擇開關(guān) 9X011 選擇開關(guān) 10X000 按鈕 PB12X012 按鈕 PB13X013 選擇開關(guān) 1 10 為十人投票機的投票開關(guān) 按鈕 1 為開始開關(guān) 按鈕 2 為 復位開關(guān) Y0 亮 表示不通過 Y1 亮 表示同票 Y2 亮 表示通過 根據(jù) I O 和設(shè)計的需要 我選用三菱的 FX2N 系列 因為 FX2N 是三菱 PLC 是 FX 家族中最先進的系列 具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功 能模塊等特點 為工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力 2 系統(tǒng)硬件電路圖 系統(tǒng)硬件電路圖 9 20 開始 5S 計數(shù) 投票開始 5S 后中止投票 D10 累加 D11 10 一 D10 判斷 D10 與 D11 的大 小 Y0 亮 Y2 亮 Y1 亮 結(jié)束 D10 D11 D10 D11 D10 D11 2 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計 1 控制程序設(shè)計思路 控制程序設(shè)計思路 首先 按下開始按鈕 X012 投票開始 同意為 ON 反對為 OFF 時間到后 累加器開始累加 為 ON 時累加 OFF 時不累加 然后 10 減去累加器時的數(shù) 得出反對票數(shù) 最后反對人數(shù)與同意人數(shù)比較 大于為不通過 等于為同票 小于為通過 輸出結(jié)果通過三盞 LED 燈顯示 Y0 燈亮表示不通過 Y1 燈亮表 示同票 Y2 燈亮表示通過 按下復位按鈕后 燈滅 存儲器清零 投票和計票 重新開始 2 程序流程圖 程序流程圖 10 20 3 時序圖 時序圖 4 明細程序梯形圖 明細程序梯形圖 11 20 打開 PLC 電源 M8002 使 D10 和 D11 復位清零 按下起動按鈕 PB12 時 M3 得電 并自鎖 同時 T0 定時器 5S 計時開始 開始投票 開始投票后 可以進行投票 投票員可以進行投票 贊成的扳到 ON 反對 的扳到 OFF 在 5S 內(nèi) 投票是可以反悔的 因為此時 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 5S 之后是不能再改過來的 當 5S 到后 定時器到時間 T0 閉合 線路通路 若 X000 閉合 ON 贊成 D10 累加 1 若 X001 打開 OFF 反對 D10 無操作 其它的以此類推 累加完后 掃描 77 步 因為 還是在這個掃描周期內(nèi) T0 還是閉合的 12 20 執(zhí)行 D11 10 D10 而后 比較 D11 與 D10 的值 若 D11 D10 M0 閉合 Y0 得電 燈 Y0 亮 表示不通過 若 D11 D10 M1 閉合 Y1 得電 燈 Y1 亮 表示同票 若 D11 D10 M2 閉合 Y2 得電 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 5 秒 過后投票或反悔 是無效的 當投票完成后 按下歸零按鈕 PB13 常開觸點 X013 閉合 D10 D11 清零 M0 M1 M2 復位 常閉觸點 X013 斷開 X012 失電 T0 復位 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 5 詳細儀器清單 詳細儀器清單 儀器清單表 儀器名稱數(shù)量 PLC 模塊1 塊 發(fā)光二極管3 個 按鈕開關(guān)2 個 選擇開關(guān)10 個 DC 24V 電源1 個 導線若干 手持編程器1 個 6 程序梯形圖 程序梯形圖 見附表 1 7 程序指令表 程序指令表 見附表 2 8 調(diào)試與測試 調(diào)試與測試 當有 7 人投贊成時 3 個投反對時 此時是通過 應(yīng)該燈 Y2 亮 繼電器 Y002 得電 13 20 用仿真軟件如下測試 測試如圖所示 說明測試的結(jié)果與實際的一樣 Y002 得電 燈 Y2 亮 測試 5S 過后 再投票是無效的 要按歸零按鈕 X13 后 方可再投票 14 20 測試在 7 人在投贊成票的 3 人在投反對票時 測試結(jié)果 由圖上可看出 M2 高平 Y002 高電平 燈 Y2 亮 表明 測試結(jié)果與預(yù)測結(jié)果一樣 PLC 軟件 正確 經(jīng)測試 本設(shè)計完全符合十人投票機的設(shè)計要求 15 20 四 總結(jié)與心得體會四 總結(jié)與心得體會 總結(jié)總結(jié) 此次的 PLC 投票設(shè)計 讓我深刻的清楚了 PLC 的設(shè)計流程與方法 課程設(shè) 計 考驗的是理論與實踐結(jié)合的能力 就比如 這次的課程的設(shè)計中 原來 起動 X12 是用選擇開關(guān)的 但是經(jīng)過實驗后發(fā)現(xiàn) 用選擇開關(guān) 每次投票結(jié)束 后 都要扳回原位 OFF 考慮到這個問題 我們就用按鈕開關(guān)來控制 用 PLC 軟件自鎖 這樣 就不用扳回原位了 同樣 投票是原來是用按鈕來投票 的 但考慮到投票的明了 所以用選擇開關(guān) 若用按鈕的話 按鈕下去不是很 明顯 所以用選擇開關(guān) 這樣就清楚地知道自己投的是 ON 還是 OFF 這此的課程讓我知道 理論知識是不夠的 還要有很強的實踐能力 心得體會心得體會 我們學會了很多學習的方法 而這是日后最實用的 真的是受益匪淺 要 面對社會的挑戰(zhàn) 只有不斷的學習 實踐 再學習 再實踐 這對于我們的將 來也有很大的幫助 以后 不管有多苦 我想我們都能變苦為樂 找尋有趣的 事情 發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情 就像中國提倡的艱苦奮斗一樣 我們都可以在實 驗結(jié)束之后變的更加成熟 會面對需要面對的事情 通過這次的課程設(shè)計 不僅可以鞏固了以前所學過的知識 而且學到了很 多在書本上所沒有學到過的知識 通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相 結(jié)合是很重要的 只有理論知識是遠遠不夠的 只有把所學的理論知識與實踐 相結(jié)合起來 從理論中得出結(jié)論 才能真正為社會服務(wù) 從而提高自己的實際 動手能力和獨立思考的能力 參考文獻 16 2