1、<p>　　《電氣控制與PLC技術(shù)》</p><p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p><b>　　（2010級本科）</b></p><p>　　題 目：基于S7-200系列PLC十人投票機的控制 </p><p>　　系（部）院： 物理與機電工程學(xué)院

2、 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　《電氣控制與PLC技術(shù)》課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　第一章 可編程程序

3、控制器（PLC）2</p><p>　　1.1 PLC的定義2</p><p>　　1.2 PLC的特點3</p><p>　　1.3 PLC的應(yīng)用及發(fā)展趨勢4</p><p>　　第二章 十人投票機控制工藝流程分析5</p><p><b>　　2.1設(shè)計任務(wù)5</b></p

4、><p>　　2.2 十人投票機控制過程描述5</p><p>　　2.3 十人投票機控制工藝分析6</p><p>　　第三章 PLC的硬件配置與軟件設(shè)計6</p><p>　　3.1、系統(tǒng)的硬件配置及組成原理6</p><p>　　第四章 投票機的工作原理9</p><p>　　4.1

5、 控制程序流程圖設(shè)計9</p><p>　　4.3.2 當(dāng)票數(shù)相同時時程序運行結(jié)果14</p><p>　　4.3.3 當(dāng)贊成時程序運行結(jié)果16</p><p>　　第五章 結(jié)果分析17</p><p><b>　　第六章 總結(jié)18</b></p><p><b>　　參考文獻

6、21</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機器

7、人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)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(huán)境適應(yīng)性強的特性，同時其內(nèi)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(xiàn)。通過設(shè)計一個投票機，使我們系統(tǒng)掌握可編程控制器的基本原理、功能、應(yīng)用、程序設(shè)計方法和編程技巧，是我們掌握一些基本機型，掌握PLC控制技術(shù)的基本原理和應(yīng)用，并學(xué)習(xí)PLC編程的多樣性、靈活性，是我們掌握PLC在實際

8、應(yīng)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(lǐng)域的工作打下堅實的基礎(chǔ)。同時，在設(shè)計過程中還能培養(yǎng)我們獨立工作能力與創(chuàng)造力，綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)問題的能力，查閱圖書資料、繪圖、書寫報告的能力。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC 投票機</p><p>　　第一章 可編程程序控制器（PLC）</p><p>　　1.1 PLC的定義

9、</p><p>　　可編程控制器（Programmable Controller）簡稱PC，但個人計算機（Personal Computer）也簡稱PC，為了區(qū)別，人們?nèi)粤?xí)慣稱可編程控制器為PLC（Programmable Logical Controller）。</p><p>　　國際電工委員會（International Electrical Committee）于1987年頒布

10、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(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、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(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?！?lt;/p><p>　　可編程控制器是60年代

11、末在美國首先出現(xiàn)，當(dāng)時叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。PLC的基本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)?？刂破骱捅豢貙ο筮B接方便。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處

12、理器和微型計算機技術(shù)的發(fā)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(guī)模甚至超大規(guī)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(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計算和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控

13、制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸</p><p>　　由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)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(yīng)用。</p><p>　　1.2 PLC的特點</p><p>　　PLC作為一種專用于工業(yè)環(huán)境的、具有特殊

14、結(jié)構(gòu)的計算機，有其顯著的特點。</p><p>　　1) 可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　　傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)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(xiàn)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(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。</p><p

15、>　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)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則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障

16、自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。</p><p>　　2) 硬件配套齊全，功能完善，適用性強</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各

17、種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。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(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面

18、技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。</p><p>　　3) 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎</p><p>　　PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)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(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)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

19、編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。</p><p>　　4) 安裝方便，擴展靈活</p><p>　　PLC采用標準的整體式和模塊式硬件結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場安裝簡便，接線簡單，工作量相對較??；而且能根據(jù)應(yīng)用的要求擴展輸入—輸出模塊或插件，系統(tǒng)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(yīng)各種復(fù)雜情況下的控制系統(tǒng)，也便于控制系統(tǒng)的改進和修正，特別適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合。

20、</p><p>　　5) 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造</p><p>　　PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。</p><p>　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，

21、同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。</p><p>　　6) 體積小，重量輕，能耗低</p><p>　　以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)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(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電

22、一體化的理想控制設(shè)備。</p><p>　　1.3 PLC的應(yīng)用及發(fā)展趨勢</p><p>　　目前，PLC已成為工業(yè)控制的標準設(shè)備，廣泛應(yīng)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(huán)保、娛樂等行業(yè)。概括起來主要有以下幾個方面：</p><p>　　* 開關(guān)邏輯和順序邏輯</p><p><b>

23、　　* 模擬量控制</b></p><p><b>　　* 運動控制</b></p><p><b>　　* 數(shù)據(jù)處理</b></p><p><b>　　* 通信與聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　從第一臺PLC問世至今，其發(fā)展經(jīng)歷了實用化階段、成熟階段和

24、加速發(fā)展階段。PLC主要在以下幾個方面得到了不斷發(fā)展：</p><p>　　* 小型PLC產(chǎn)品性能提高、結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化</p><p>　　* 大型PLC功能不斷完善</p><p>　　* 強化聯(lián)網(wǎng)通信能力</p><p>　　* I/0模塊分散化、智能化</p><p>　　* 編程語言標準化</p&

25、gt;<p>　　* 控制算法不斷增加</p><p>　　* 迅速與其他工業(yè)產(chǎn)品整合</p><p>　　* 進一步向開放型發(fā)展</p><p>　　伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。在21世紀，PLC將會有更大的發(fā)展空間。</p>

26、<p>　　第二章 十人投票機控制工藝流程分析</p><p><b>　　2.1設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　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(xué)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：</p>

27、<p>　?。?） 設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等；</p><p>　?。?） 系統(tǒng)有啟動、停止功能；</p><p>　?。?） 運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計</p><p>　　（4） 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；</p><p>　?。?） 進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)十人投票機的控制要求。</p>

28、<p>　　2.2 十人投票機控制過程描述</p><p><b>　?。?）運行PLC；</b></p><p>　?。?）當(dāng)PLC運行時，[I1.2：計票開關(guān)]=OFF，則不執(zhí)行投票計算；</p><p>　?。?）當(dāng)PLC運行時開始計時，此時需在5s內(nèi)完成 投票(贊成與不贊成)，請扳動I0.0~Il.1(如贊成：I：ON，若

29、反對I：OFF)；</p><p>　?。?）I1.2=ON，5s后立即顯示投票結(jié)果，若顯示燈 Q0.0亮：表示不通過(即反對人數(shù)較多)；Q0.2亮：表示同票(即贊成與反對人數(shù)相等)；Q0.1亮：表示通過(即贊成人數(shù)較多)。</p><p>　?。?）當(dāng)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。</p><p>　?。?）I1.3為歸零

30、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。</p><p>　　2.3 十人投票機控制工藝分析</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）確定所需的信號輸入元件、輸出執(zhí)行元件，據(jù)此可以確定PC的I/O點數(shù)。進行I/O點的分配。</p><p>　?。?）選定P

31、C型號。</p><p>　?。?）繪制PC外部接線圖，設(shè)計控制系統(tǒng)的主電路。</p><p>　?。?）設(shè)計PC控制程序。</p><p><b>　?。?）模擬調(diào)試。</b></p><p>　　（7）進行現(xiàn)場調(diào)試。</p><p>　?。?）編制技術(shù)文件。</p><p&

32、gt;　　第三章 PLC的硬件配置與軟件設(shè)計</p><p>　　3.1、系統(tǒng)的硬件配置及組成原理</p><p>　　（1）I/O點的分配</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求輸入點需要12個，輸出點需要3個。</p><p>　　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Y：ON，若反對Y：OFF。起動與歸零則用按鈕開關(guān)。&

33、lt;/p><p>　　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(fù)位開關(guān)；Y0亮：表示不通過；Y2亮：表示同票；Y1亮：表示通過。</p><p>　　I/O點的分配如下表:</p><p>　　根據(jù)I/O和設(shè)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(shù)符合設(shè)計要求，由于 CPU224具有高速處理及可擴

34、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。</p><p>　?。?）詳細儀器清單如下表：</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件電路圖</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)硬件圖</p><p>　　3.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計</p><p>　　圖3.3 系統(tǒng)接線圖</p&

35、gt;<p>　　通過利用實驗臺上的CPU224控制本次設(shè)計的程序，經(jīng)過調(diào)試驗證，符合設(shè)計要求。</p><p>　　第四章 投票機的工作原理</p><p>　　4.1 控制程序流程圖設(shè)計</p><p>　　開始開關(guān)按下后，投票開始，計票同時啟動，期間可以任意修改投票結(jié)果，5S后投票和計票同時停止，此時存儲器中的結(jié)果為最終結(jié)果，將結(jié)果輸出,燈亮顯示

36、投票結(jié)果。主持人按下復(fù)位開關(guān)，結(jié)果清零，投票重新開始。流程見圖4.1。</p><p>　　圖4.1 控制程序流程圖</p><p><b>　　4.2程序設(shè)計</b></p><p><b>　　4.3 程序的調(diào)試</b></p><p>　　以下是在西門子S7-200PLC上的調(diào)試結(jié)果。調(diào)試分

37、為三個過程：1、當(dāng)投票數(shù)小于5時，Q0.0輸出；2、當(dāng)投票數(shù)等于5時，Q0.1輸出3、當(dāng)投票數(shù)大于5時，Q0.2輸出。</p><p>　　4.3.1 當(dāng)反對時程序運行結(jié)果 </p><p>　　程序分析：網(wǎng)絡(luò)1完成上電后清空寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，與網(wǎng)絡(luò)2共同完成上電清零操作。對于網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)3中，按下開始按鈕SB1，觸電

38、I1.2閉合，開始投票，并由T37定時，5S后定時完畢，投票結(jié)束。網(wǎng)絡(luò)4完成定時自鎖功能。</p><p>　　程序分析：5S后計算輸入的個數(shù)，支持者為三，小于5，將結(jié)果送入VW200中，Q0.0接通。</p><p>　　4.3.2 當(dāng)票數(shù)相同時時程序運行結(jié)果</p><p>　　程序分析：網(wǎng)絡(luò)1,2,3,4同前。網(wǎng)絡(luò)5中，5S后計算計數(shù)個數(shù)，支持者與反對者同票為

39、5，將結(jié)果送入VW200中，Q0.1接通。</p><p>　　4.3.3 當(dāng)贊成時程序運行結(jié)果</p><p>　　程序分析：網(wǎng)絡(luò)1,2,3,4同前。網(wǎng)絡(luò)5中，5S后計算投票個數(shù)，支持者有6人，大于5，將計算結(jié)果送入VW200中，Q0.0接通。</p><p><b>　　第五章 結(jié)果分析</b></p><p>　　

40、基本符合設(shè)計要求中的超過半數(shù)人同意為通過，反之為不通過，以及同意反對人數(shù)相等時的顯示，滿足了本次設(shè)計的要求。</p><p>　　多改變自己的設(shè)計方法，在設(shè)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！</p><p><b>　　第六章 總結(jié)</b></p><p>　　通過本次課題設(shè)計，我們對PLC這門課程有了

41、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(zhí)行的穩(wěn)定性得到了提高。</p><p>　　在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書館和INTERNET成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我查閱資料的能力也得到

42、了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我受益匪淺。</p><p>　　在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。</p><p><b>　　附錄一 指令表</b>&l

43、t;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】張曉峰.電氣控制與可編程控制技術(shù)與應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社，2010</p><p>　　【2】晁陽.可編程控制器原理應(yīng)用與實例解析.北京:清華大學(xué)出版社，2007</p><p>　　【3】王阿根.可編程控制原理與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，200

44、7</p><p>　　【4】何獻忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)（S7-200系列).北京：清華大學(xué)出版社，2007</p><p>　　【5】張萬忠.S7-200 PLC應(yīng)用基礎(chǔ)與實例.北京：人民郵電出版社，1989 </p><p>　　電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計成績評定表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽字： &