《专业综合应用与工程能力实践训练》
项目设计说明书
十人投票机
学 院： 电气与信息工程学院 学生姓名： 张汉 指导教师： 董海兵 职称/学位 讲师 专 业： 自动化 班 级： 1202 学 号： 1230740246 完成时间： 2015年12月
(完整word版)基于PLC的十人投票机设计
摘 要
随着科学技术的发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段变化的多种多样。投票器的发明大大缩短了计票时间，提高了工作效率。投票机是一种应用非常广泛的设备，它作为一种工具，已经广发的应用于各种选举和民意投票之中。
投票在某种程度上反映了民意，对参与投票的人的行为有一定的作用。投票是选举人使用自己权利的一种方式。由于PLC的各种性能以及硬件设计安全可靠，性能稳定，PLC在投票上也有广泛的应用。
论文对十人投票机硬件设计、软件设计进行了介绍，以及对PLC编程软件的编程和仿真的介绍。仿真结果显示，十人投票器对于选举和反映民意都有帮助。
关键词 ：PLC；十人投票机；硬件设计；软件设计
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目 录
1 绪论 ···················································································· 1 2 系统硬件设计 ········································································ 2 2.1 系统输入输出设计 ······························································ 2 2.2 PLC的选择 ······································································· 2 2.3 PLC的简介 ······································································· 3 2.4 PLC接线原理图设计 ··························································· 4 2.4.1 I/O点分配 ······································································· 4 2.5 PLC输入输出电路图 ························································· 4 3 软件设计 ·············································································· 6 3.1 编程语言的选择 ································································· 6 3.2 控制要求 ·········································································· 6 3.3 程序控制流程图 ································································· 6 3.4 程序设计 ·········································································· 7 4 仿真结果 ············································································ 10 结束语 ··················································································· 13 参考文献 ················································································ 14 致谢 ······················································································ 15 附录 ······················································································ 16 附录A 源程序 ········································································ 17 附录B 梯形图 ········································································ 19
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1 绪论
投票是决策的一种方法，群体经过讨论或辩论，最后通常在特定纸张上标示出投票者的立场，然后投交大会作点算。除了投票，共识决策法和赌博也是决策的方法。近年来，现代自动化的发展，给人们的生产生活带来了许多便利，可编程控制器（PLC）凭借其可靠性高、抗干扰能力强、使用方便、编程方便、体积小等优势，在问世后迅猛发展，成为自动化技术的重要组成。
文章阐述了十人投票控制系统的PLC控制、自动计数、数码显示的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。然后通过I/O口设计以及在GX DEVELOPER梯形图的设计，设计出了十人投票器控制器，并对系统的主回路和控制回路的硬件部分进行了详细介绍。最后程序分析测试论证十人投票机的设计。
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2 硬件电路的设计
2.1 系统输入输出设计
在十人投票PLC控制系统中，我们总共用到了12个输入点 输入点统计如表1所示
表1 输入点统计表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
输入点 启动开关 复位开关 投票按钮1 投票按钮2 投票按钮3 投票按钮4 投票按钮5 投票按钮6 投票按钮7 投票按钮8 投票按钮9 投票按钮10
数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
启动开关控制控制着程序的开始，为一个输入，停止开关控制着关断，为一个输入，按钮1到10为投票的按钮，有10个输入，一起12个输入。
在十人投票PLC控制系统中，我们总共用到了3个输出点 输出点统计如表2所示
表2 输出点统计表
序号 1 2 3
输出点 灯1 灯2 灯3
数量 1 1 1
灯1~3各为一个输出点来显示投票结果，一起三个输出。
2.2 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
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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。
对于工艺过程比较固定、环境条件比较好的场合，选用整体式结构PLC。
在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FX2N32MR001。
2.3 PLC的简介
FX2N是三菱PLCFX家族中的一个系列中的一个。所有FX2N系列主机已于2012年5月11
日停止生产。该系列有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块，灵活性和控制能力强，可扩展到256点。
FX2N系列的有点如下：
（1）系统配置即固定又灵活； （2）编程简单；
（3）备有可自由选择，丰富的品种； （4）令人放心的高性能； （5）高速运算；
（6）使用于多种特殊用途；
（7）外部机器通讯简单化； （8）共同的外部设备。
2.4 PLC接线原理图设计
2.4.1 I/O点分配
通过PLC选型可知，论文采用FX2N32MR001PLC作为控制核心，共有12个输入，3个输出，即两个开关，10个按钮，以及三个灯。
I/O点的分配如表3
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表3 I/O点的分配
序号 1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
器件名称 启动开关 复位开关 投票按钮1 投票按钮2 投票按钮3 投票按钮4 投票按钮5 投票按钮6 投票按钮7 投票按钮8 投票按钮9 投票按钮10 灯1 灯2 灯3
输入点 X012 X013 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X000 — — —
输出点 — — — — — — — — — — — — Y000 Y001 Y002
2.5 PLC输入输出电路图
X001~X007和X010~X011为投票按钮，Y000~Y002为灯，来表示输出结果。为防止PLC因负载过高而烧坏，在线路中接入直流稳压电源，单独供电。启动运行后，输入端输入信号，输出端反应相应的动作。 接线图如图1所示：
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图1 输入输出电路图
3 软件设计
3.1 编程语言的选择
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应用程序的编制需使用可编程控制器生产厂方提供的编程语言。至今为止还没有一种能适合于各种可编程控制器的通用编程语言，但由于各国可编程控制器的发展过程类似，可编程控制器的编程语言及工具大致相同。一般常见的为以下几种编程语言[13]。
（1）梯形图：梯形图语言具有形象、直观、实用的优点，它是在继电器-接触器逻辑控制
的基础上演变而来，易学易懂，是PLC的第一编程语言。
（2）指令表：指令表也叫语句表，是编写程序的另一种语言，也是类似组合语言的低阶语言，它由语句指令以一定的顺序排列而成。
（3）顺序功能图：顺序功能图是一种新的编程方法，常用来编写开关量顺序控制类程序。
它包括阔步、路径、转换三个要素，也提供了一种组织程序的图形方法。
（4）功能模块图：功能模块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，它将显示出工程所
要实现的各种功能。
（5）结构文本：结构文本具有结构简单、直观灵活的特点。它能实现较为复杂的数学运算，
编写的程序也更加简洁易懂，是一种专用高级语言。
综上所述，通过对比比较可知，毕业设计采用梯形图作为十人投票器程序设计的语言，具有可读性、易懂性。能够比较直观的展现程序的功能和设计的思路。
3.2 控制要求
（1）按下启动开关的时候后，程序能正常进行。
（2）按下停止开关后，程序能停止运行并且复位。
（3）5s内投票才有效，并且5s内可以更改，5s后进行投票的统计。
3.3 程序控制流程图
按下启动开关，程序运行，计时和投票同时开始。10个按钮控制投票，5s内完成并可以更改，5s后开始统计，通过的加到D10，没通过的D11等于10减去D10。投票结束后，显示灯显示投票最终结果，Y2亮表示通过，Y1亮表示待定，Y0灯亮表示不通过。按下停止开关，程序停止运行并复位。
程序设计框图如图2所示：
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开始投票计时5s复位归零通过的加到D10没通过的 D11=10-D10D10与D11比较大小Y2灯亮Y1灯亮Y0灯亮结束
图2 程序设计框图
3.4 程序设计
如图3所示：
打开PLC电源，M8002使D10和D11复位清零。按下起动开关X012时，M3得电，并自锁。同时，T0定时器5S计时开始。开始投票。
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图3 启动程序 如图4所示：
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5S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5S到后，定时器到时间。T0闭合，线路通路。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。
图4 投票程序
如图5所示：
累加完后，扫描77步。因为，还是在这个扫描周期内，T0还是闭合的。执行D1110D10。而后，比较D11与D10的值。若D11>D10，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D11 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 图5 统计程序 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。程序还原为开始状态，此时可再次进行投票。 9 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 4 仿真结果 （1）当有8人投赞成时，2个投反对时。此时是通过，应该灯Y2亮，继电器Y002得电。投票过程如题6所示： 图6 8人投票过程 投票结果如图7所示： 图7 8人投票结果 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8人在投赞成票的，2人在投反对票时。测试结果，由图上可看出。M2高电平，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。 10 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 （2）当有5人投赞成时，5个投反对时。此时是待定的，应该灯Y1亮，继电器Y001得电。 投票过程如题8所示： 图8 5人投票过程 投票结果如图9所示： 图9 5人投票结果 （3）有2人投赞成时，8个投反对时。此时是不通过的，应该灯Y0亮，继电器Y000得电。 投票过程如题10所示： 11 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 图10 2人投票过程 投票结果如图11所示: 图11 两人投票结果 经过仿真，发现程序的运行结果与设计要求一样。 结束语 12 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 本课程设计主要利用PLC来设计完成一个十人投票机，能够对十人投票表决结果进行判断，并通过不同的灯进行显示。该设计的硬件电路主要由三个部分组成：PLC模块、输入按钮开关及输出灯。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。三个灯包括三个结果显示，不同结果对应不同的灯。 在本次设计中，需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和Internet成了很好的助手。在查阅资料的过程中，要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中，查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。在以后的工作中肯定会接触到许多未知的领域，这方面的能力便会受益匪浅。 同时，设计过程中总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。 13 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 参考文献 [1] 范永胜．电气控制与PLC应用[M].北京电子工业出版社，2007.7 [2] 胡学林. 可编程控制器原理及应用[M].北京电子工业出版社，2005.8 [3] 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 [4] 宫淑贞，徐世许.可编程控制器原理及应用[M].人民邮电出版社，2007.79-80. [5] 俞国亮.PLC原理及应用[M].清华大学出版社，2005.99-103. [6] 高勤.电器及PLC控制技术[M].高等教育出版社，2000.79-81. [7] 刘茂祥.对胶带机输送线控制程序的改进[J].人民长江出版社，1998.32-34. [8] 廖常初.PLC基础及应用[M].机械工业出版社，2001.48-50. [9] 严盈富.PLC入门[M].机械工业出版社，2005.57-60. [10] 程周.电气控制与PLC原理及应用[M].电子工业出版社，2006.106-109. [11] 张万忠.可编程控制器入门及应用实例[M].中国电力出版社，2008.78-81 14 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 致 谢 利用PLC进行十人投票机设计，让我学会了PLC的设计流程与方法。课程设计，考验的是个人将理论与实践结合的能力。 这次的课题设计让我明白，单凭理论知识是不够的，还要有很强的实践能力，同时尝试多种方法。而所学到的这些在日后将是最实用的，受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践，我才能学以致用。 通过这次课程设计，我不仅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。并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。 我非常感谢授课老师的悉心指导以及课程设计的辅导老师对我们的重视和辅导，正是有了他们的帮助和大力的支持才能使我们顺利的解决了问题并且完成了课程设计，再次向他们表示衷心的感谢。 15 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 附 录 附录A：源程序 0 LD M8002 1 ZRST D10 D11 开机清零 6 LD X013 7 ZRST D10 D11 12 RST 13 RST 14 RST 15 LDI 16 LD 17 OR 18 ANB 19 OUT 20 OUT 23 LD 24 ANI 25 ANI 26 ANI 27 MPS 28 AND 29 INC 32 MRD 33 AND 34 INC 37 MRD 38 AND 39 INC 42 MRD 43 AND 44 INC 47 MRD 48 AND M0 M1 M2 X013 X012 M3 M3 T0 T0 M0 M1 M2 X000 D10 X001 D10 X002 D10 X003 D10 X004 K50 自锁 定时5s 投票 起动按钮 16 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 49 INC D10 52 MRD 53 AND X005 54 INC D10 57 MRD 58 AND X006 59 INC D10 62 MRD 63 AND 64 INC 67 MRD 68 AND 69 INC 72 MPP 73 AND 74 INC 77 LD 78 SUB 85 CMP 92 LDI 93 MPS 94 AND 95 OUT 96 MRD 97 AND 98 OUT 99 MPP 100 AND 101 OUT 102 END X007 D10 X010 D10 X011 D10 T0 K10 D11 X013 M0 Y000 M1 Y001 M2 Y002 D10 D11 D10 M0 17 减法 比较 输出 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 附录B：梯形图 18 (完整word版)基于PLC的十人投票机设计 19 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容