學號2021210322 ?電氣控制與PLC技術?課程設計〔2021級本科〕題目：基于S7-200系列PLC十人投票機的控制系〔部〕院：物理與機電工程學院專業：電氣工程及其自動化作者姓名：崔瑞斌指導教師：張曉峰職稱：教授完成日期：2013年07月05?電氣控制與PLC技術?課程設計任務書學生姓名崔瑞斌學號2021210322專業方向電氣工程及其自動化班級電氣10〔1〕題目名稱基于S7-200系列PLC十人投票機的控制一、設計內容及技術要求：〔1〕運行PLC；〔2〕當PLC運行時，[I1.2：計票開關]=OFF，那么不執行投票計算；〔3〕當PLC運行時開始計時，此時需在5s內完成投票(贊成與不贊成)，請扳動I0.0~Il.1(如贊成：I：ON，假設反對I：OFF；〔4〕I1.2=ON，5s后立即顯示投票結果，假設顯示燈Q0.0亮：表示不通過(即反對人數較多；Q0.2亮：表示同票(即贊成與反對人數相等)；Q0.1亮：表示通過(即贊成人數較多)。〔5〕當投票結果顯示后，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果。〔6〕I1.3為歸零按鈕，在I1.3歸零后，所有的顯示燈熄滅，此時可再次進行投票。二、程設計說明書撰寫要求：1.完成系統組態或硬件配置；2.正確合理地進行編程元件的地址分配；3.畫出輸入/輸出接線圖及相關的圖紙；4.設計梯形圖控制程序，并模擬調試；5.完成設計說明書〔包括封面、目錄、設計任務書、設計思路、硬件設計、軟件設計、總結體會、參考文獻等〕。三、設計進度周次時間日期內容備注17周周一，二6.1晚7:30審題理工實驗樓501室17周業余時間18周19周前三天—設計17周周五下午3：00輔導理工實驗樓501室18周周五下午3：00輔導理工實驗樓501室19周周一，二—全天調試程序PLC實驗室、光機電一體化實驗室19周周三7.03全天辯論19周周五全天交稿包括文字稿和電子稿指導老師簽字：目錄摘要 1第一章可編程程序控制器〔PLC〕 21.1PLC的定義 21.2PLC的特點 31.3PLC的應用及開展趨勢 4第二章十人投票機控制工藝流程分析 5設計任務 52.2十人投票機控制過程描述 52.3十人投票機控制工藝分析 6第三章PLC的硬件配置與軟件設計 6、系統的硬件配置及組成原理 6第四章投票機的工作原理 94.1控制程序流程圖設計 94.3.2當票數相同時時程序運行結果 144.3.3當贊成時程序運行結果 16第五章結果分析 17第六章總結 18參考文獻 21摘要近年來隨著科技的飛速開展，PLC的應用正在不斷地走向深入，它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點，已廣泛用于工業過程和位置的自動控制中。據統計，可編程控制器是工業自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業控制的主要手段和重要的根底設備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業生產的三大支柱。PLC型投票機是將PLC用于對表決器的控制，主要是考慮其具有對使用環境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，可對目前使用的投票機進行精確控制，特別是對多人投票的控制可方便的實現。通過設計一個投票機，使我們系統掌握可編程控制器的根本原理、功能、應用、程序設計方法和編程技巧，是我們掌握一些根本機型，掌握PLC控制技術的根本原理和應用，并學習PLC編程的多樣性、靈活性，是我們掌握PLC在實際應用中的控制作用、動作順序與原理，為今后從事自動化控制領域的工作打下堅實的根底。同時，在設計過程中還能培養我們獨立工作能力與創造力，綜合運用專業及根底知識的能力，解決實際工程技術問題的能力，查閱圖書資料、繪圖、書寫報告的能力。關鍵詞：PLC投票機第一章可編程程序控制器〔PLC〕1.1PLC的定義可編程控制器〔ProgrammableController〕簡稱PC，但個人計算機〔PersonalComputer〕也簡稱PC，為了區別，人們仍習慣稱可編程控制器為PLC〔ProgrammableLogicalController〕。國際電工委員會〔InternationalElectricalCommittee〕于1987年公布了可編程控制器的標準及其定義：“可編程控制器是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原那么而設計。〞可編程控制器是60年代末在美國首先出現，當時叫可編程邏輯控制器PLC〔ProgrammableLogicController〕，目的是用來取代繼電器，以執行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。PLC的根本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格廉價等優點結合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據實際應用對象，將控制內容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內。控制器和被控對象連接方便。隨著半導體技術，尤其是微處理器和微型計算機技術的開展，到70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規模甚至超大規模的集成電路，這時的PLC已不再是邏輯判斷功能，還同時具有數據處理、PID調節和數據通信功能。可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算，順序控制、定時、計算和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用微處理器的優點。可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產工藝，因此可在初步設計階段選用可編程控制器，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據用戶的訂貨要求專門設計控制器，適合批量生產。特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣環境的能力，受到用戶的青昧，因而在冶金、化工、交通、電力等諸多領域獲得廣泛的應用，與機器人、CAD/CAM一起，被稱為現代工業控制的三大支柱。可編程控制器正成為工業控制領域的主流控制設備，在世界各地發揮著越來越大的作用。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業控制界的歡送，并得到迅速的開展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應用。1.2PLC的特點PLC作為一種專用于工業環境的、具有特殊結構的計算機，有其顯著的特點。1)可靠性高，抗干擾能力強傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間那么更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。2)硬件配套齊全，功能完善，適用性強PLC開展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品，并且已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的開展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。3)易學易用，深受工程技術人員歡送PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制翻開了方便之門。4)安裝方便，擴展靈活PLC采用標準的整體式和模塊式硬件結構，現場安裝簡便，接線簡單，工作量相對較小；而且能根據應用的要求擴展輸入—輸出模塊或插件，系統集成方便靈活。各種控制功能通過軟件編程完成，因而能適應各種復雜情況下的控制系統，也便于控制系統的改良和修正，特別適應各種工藝流程變更較多的場合。5)系統的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間要少得多。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。6)體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。1.3PLC的應用及開展趨勢目前，PLC已成為工業控制的標準設備，廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、汽車、采礦、水泥、機械制造、裝卸、造紙、紡織、環保、娛樂等行業。概括起來主要有以下幾個方面：*開關邏輯和順序邏輯*模擬量控制*運動控制*數據處理*通信與聯網從第一臺PLC問世至今，其開展經歷了實用化階段、成熟階段和加速開展階段。PLC主要在以下幾個方面得到了不斷開展：*小型PLC產品性能提高、結構不斷優化*大型PLC功能不斷完善*強化聯網通信能力*I/0模塊分散化、智能化*編程語言標準化*控制算法不斷增加*迅速與其他工業產品整合*進一步向開放型開展伴隨著計算機網絡的開展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成局部，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。在21世紀，PLC將會有更大的開展空間。第二章十人投票機控制工藝流程分析根據控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度方案，運用所學的理論知識，進行十人投票機運行原理設計、硬件系統設計、軟件系統設計、創新設計，提高理論知識工程應用能力、系統調試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內容包括：〔1〕設計出硬件系統的結構圖、接線圖、時序圖等；〔2〕系統有啟動、停止功能；〔3〕運用功能指令進行PLC控制程序設計〔4〕程序結構與控制功能自行創新設計；〔5〕進行系統調試，實現十人投票機的控制要求。2.2十人投票機控制過程描述〔1〕運行PLC；〔2〕當PLC運行時，[I1.2：計票開關]=OFF，那么不執行投票計算；〔3〕當PLC運行時開始計時，此時需在5s內完成投票(贊成與不贊成)，請扳動I0.0~Il.1(如贊成：I：ON，假設反對I：OFF)；〔4〕I1.2=ON，5s后立即顯示投票結果，假設顯示燈Q0.0亮：表示不通過(即反對人數較多)；Q0.2亮：表示同票(即贊成與反對人數相等)；Q0.1亮：表示通過(即贊成人數較多)。〔5〕當投票結果顯示后，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果。〔6〕I1.3為歸零按鈕．在I1.3歸零后，所有的顯示燈熄滅，此時可再次進行投票。2.3十人投票機控制工藝分析〔1〕深入了解控制要求，確定控制的操作方式、應完成的動作。〔2〕確定所需的信號輸入元件、輸出執行元件，據此可以確定PC的I/O點數。進行I/O點的分配。〔3〕選定PC型號。〔4〕繪制PC外部接線圖，設計控制系統的主電路。〔5〕設計PC控制程序。〔6〕模擬調試。〔7〕進行現場調試。〔8〕編制技術文件。第三章PLC的硬件配置與軟件設計3.1、系統的硬件配置及組成原理〔1〕I/O點的分配根據設計要求輸入點需要12個，輸出點需要3個。由于任務要求：為了方便投票，所以選用選擇開關。扳動投票時贊成Y：ON，假設反對Y：OFF。起動與歸零那么用按鈕開關。選擇開關1～10為十人投票機的投票開關，按鈕1為開始開關，按鈕2為復位開關；Y0亮：表示不通過；Y2亮：表示同票；Y1亮：表示通過。I/O點的分配如下表:輸入端子號選擇開關1選擇開關2選擇開關3選擇開關4選擇開關5選擇開關6選擇開關7選擇開關8選擇開關9輸出端子號燈Y0燈Y1燈Y2根據I/O和設計的需要，我選用西門子的S7-200系列。因為在S7-200中CPU224輸入輸出點數符合設計要求，由于CPU224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，為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。〔2〕詳細儀器清單如下表：儀器名稱數量PLC模塊1塊指示燈3個按鈕開關2個選擇開關10個DC24V電源1個導線假設干編程器1個3.2系統硬件電路圖圖3.1系統硬件圖3.3系統接線圖設計圖3.3系統接線圖通過利用實驗臺上的CPU224控制本次設計的程序，經過調試驗證，符合設計要求。第四章投票機的工作原理4.1控制程序流程圖設計開始開關按下后，投票開始，計票同時啟動，期間可以任意修改投票結果，5S后投票和計票同時停止，此時存儲器中的結果為最終結果，將結果輸出,燈亮顯示投票結果。主持人按下復位開關，結果清零，投票重新開始。流程見圖4.1。圖4.1控制程序流程圖4.3程序的調試以下是在西門子S7-200PLC上的調試結果。調試分為三個過程：1、當投票數小于5時，Q0.0輸出；2、當投票數等于5時，Q0.1輸出3、當投票數大于5時，Q0.2輸出。4.3.1當反對時程序運行結果程序分析：網絡1完成上電后清空存放器內的數據，與網絡2共同完成上電清零操作。對于網絡2，上電的瞬間，Q0.0無輸出，所以M2.0自鎖，完成上電的瞬間運行。網絡3中，按下開始按鈕SB1，觸電I1.2閉合，開始投票，并由T37定時，5S后定時完畢，投票結束。網絡4完成定時自鎖功能。。4.3.2當票數相同時時程序運行結果。4.3.3當贊成時程序運行結果程序分析：網絡1,2,3,4同前。網絡5中，5S后計算投票個數，支持者有6人，大于5，將計算結果送入VW200中，Q0.0接通。 第五章結果分析根本符合設計要求中的超過半數人同意為通過，反之為不通過，以及同意反對人數相等時的顯示，滿足了本次設計的要求。多改變自己的設計方法，在設計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣才能使問題解決得更加完美！ 第六章總結通過本次課題設計，我們對PLC這門課程有了更進一步的了解。無論是在其硬件連接方面還是在軟件編程方面，都取得了新的收獲。在對PLC編程方面，我們熟悉了梯形圖，指令表等，又掌握了一些新的編程思想，使得程序更為簡練、易懂，而且更為嚴謹，程序執行的穩定性得到了提高。在本次設計中，我們還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館和INTERNET成了我們很好的助手。在查閱資