西门子PLC200十人投票机设计

设 计 说 明 书

《可编程控制器》课程设计

设 计 题 目： 十人投票机设计 学 院： 信息与机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名：

XXXXXXXX大学XXXX学院信息与机电工程系

2014年 2 月 17

目录

1 引言....................................................................................................................................... 2 2 系统总体方案设计 ............................................................................................................... 3 2.1系统硬件配置及组成原理 ................................................................................................. 3

1、主机 ............................................................................................................................. 3 2、输入/输出（I/O）接口 .............................................................................................. 3 3、电源 ............................................................................................................................. 3 4、编程器 ......................................................................................................................... 3 5、输入/输出扩展单元 .................................................................................................... 3 6、外部设备接口 ............................................................................................................. 4 2.2 系统变量定义及分配表 .................................................................................................... 4 2.3 系统接线图设计 ................................................................................................................ 5 图2.1 系统接线图 ................................................................................................................ 5 3 控制系统程序设计 ............................................................................................................... 6 3.1 控制程序流程图设计 ........................................................................................................ 6 3.2 控制系统的设计思路、程序设计等 ................................................................................ 6 3.3 创新设计内容 .................................................................................................................... 8 4 控制系统的上位机设计 ....................................................................................................... 9 4.1 人机界面选择 .................................................................................................................... 9 4.2 人机界面设计（通讯连接，变量设置，画面组态等） ................................................ 9 5 系统调试及结果分析 ......................................................................................................... 10 5.1 PLC程序调试及解决的问题 .................................................................................... 10 5.2 PLC与上位机联调 .......................................................................................................... 11 5.3 结果分析 .......................................................................................................................... 13 结束语..................................................................................................................................... 13 参考文献 ................................................................................................................................. 13

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1 引言

PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体的：一种新型的高可靠性的工业自动化控制装置。可编程控制器具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，被广泛地应用在各行各业的生产过程自动控制中，它正在迅速地改变着工厂自动控制的面貌和进程[1]。

SIMATIC S7-200系列可编程序控制器（PLC）是德国西门子公司的产品。S7-200 PLC是SIMATIC S7家族中的小型可编程控制器，家族中还有中型可编程序控制器S7-300系列以及大型可编程序控制器S7-400系列。S7-200凭借其强大的组网能力、有好易用的编程软件、极高的性价比和不断的创新而成为市场上众多小型可编程控制器的领跑者[2]。

投票是决策的一种方法，群体经过讨论或辩论，最后通常在特定的纸张上标出投票者的立场，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。自古以来，人类就有投票以表决。一直以来大都以人工的方式投票，检票。近年来，现代自动化的发展，给人们的生活带来了很多便利，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、体积小等优点，在问世后迅猛发展，成为自动化技术的重要组成。于是，PLC控制的自动投票机，随着PLC的发展，人们的需求，应运而生。投票机的自动化减少了大量的人工检票的时间，降低了成本，提高了效率[3]。

本文设计的十人投票机，当PLC运行时，计票开关关闭，则不执行投票计算。计票开关打开后，开始计时，且投票需在5s内完成。投票(赞成与不赞成)请扳动X0~X11。赞成就按下投票按钮，若反对，则不用按下按钮。在计票开关打开5s后立即显示投票结果，若反对人数较多，则Y0亮，表示不通过；若赞成与反对人数相等，则Y1亮，表示同票；若赞成人数较多，则Y2亮，表示通过。当投票结果显示后，就不再接受任何信息，即使再次投票显示灯仍不会改变其结果。X13为归零按钮。在X13归零后，所有的显示灯熄灭，此时可再次进行投票。

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2 系统总体方案设计

2.1系统硬件配置及组成原理

1、主机

主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部论断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。

2、输入/输出（I/O）接口

I/O接口是PLC与输入/输出设备联接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。

3、电源

图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。

4、编程器

编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或者监示PLC的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。

5、输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）联接在

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一起。

6、外部设备接口

此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。

2.2 系统变量定义及分配表

图2.2.1 系统变量定义分配表

I/O点的分配如下表：

表2.2.1 I/O分配表

输入装置 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 输入端子 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 输入装置 投票按钮10 投票按钮 清零按钮 输出装置 灯Y0 灯Y1 灯Y2 输入端子 I1.1 I1.2 I1.3 输出端子 Q0.0 Q0.1 Q0.2 4

2.3 系统接线图设计

图2.2.1 系统接线图

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3 控制系统程序设计

开始 5秒内1~10号投票机完成投票并自锁，由累加器将结果统计结果 小于5 大于5 累加结果与5比较 等于5 YO指示灯亮 Y1指示灯亮 Y2指示灯亮 结束 3.1 控制程序流程图设计

图3.1 控制程序流程图

3.2 控制系统的设计思路、程序设计等

在十人投票PLC控制系统中,本文总共用到了12个输入点和3个输出点。输入信号有十个投票按钮、一个启动按钮和一个复位按钮。输出信号包括三个显示灯。本文利用计数器

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作为当个投票器的计数点，分别利用了C20到C29十个计数器。当有人按动投票按钮时，计数器会计数。当个计数器当按动按钮的次数超过一次的时候，由计数器控制的常开触点闭合，累加器将VW200的当前数值加1。这样做很好的避开了一个投票按钮反复按几次可能导致投票数据不准确，确保一个按钮最多只能投出一票。

开始先让VW200里的数值清零[4]。

这一步可以确保投票机在5s内进行投票且自锁。

I1.3为清零开关。

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投票按钮1的程序块。在I1.2接通的情况下，I0.0接通一次及一次以上，计数器C20接通，并控制常开触点C20接通，在5s后，常开触点T37闭合，累加器将1与VW200的当前值相加，结果送给VW200。投票按钮2~10同理[5]。

当VW200的值小于5时，Q0.0接通，YO反对灯亮； 当VW200的值大于5时，Q0.1接通，Y1通过灯亮； 当VW200的值等于5时，Q0.2接通，Y2同票灯亮[6]。

按下I1.3，将VW200清零。

3.3 创新设计内容

本文利用计数器和累加器的叠加使用，很好的解决了一个按钮按下多次可能会导致投票数目增多的问题。因为投票按钮按一下或多下，都只是让计数器控制的常开触点闭合，与按动的次数无关。

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4 控制系统的上位机设计

4.1 人机界面选择

支持西门子PLC 的组态软件有由西门子公司出品的wincc，其次有组态王、力控、昆仑通态、紫金桥、世纪星、台达等国内软件，还有采用专门驱动程序的组态软件，有:intouch、ifix、fix、RSVIEW、citect等。本文采用台达B系列人机界面编程软件ScreenEditor 2.00.20进行试验，取得良好的效果。

4.2 人机界面设计（通讯连接，变量设置，画面组态等）

图4.2.1 台达人机界面

其中投票按钮1~10分别对应程序里面的M1.0、M2.0、M3.0、M4.0、M5.0、M6.0、M7.0、M8.0、M9.0、M10.0。启动按钮对应M12.0，清零按钮对应M13.0。Y0反对灯对应Q0.0，Y1同票灯对应Q0.1，Y2通过灯对应Q0.2。

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5 系统调试及结果分析

5.1 PLC程序调试及解决的问题

图5.1.1 三人投票的仿真图

当按下启动按钮I1.2后，在5s内由3号、7号、10号投票机进行投票，可以看到VW200的当前值为3，小于5，故而Q0.0接通，Y0反对灯亮。

图5.1.2 五人投票的仿真图

当按下启动按钮I1.2后，在5s内由1号、2号、3号、4号、5号投票机进行投票，可以看到VW200的当前值为5，等于5，故而Q0.1接通，Y1同票灯亮。

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图5.1.3 七人投票的仿真图

当按下启动按钮I1.2后，在5s内由1号、3号、4号、5号、7号、9号、10号投票机进行投票，可以看到VW200的当前值为5，等于5，故而Q0.1接通，Y1同票灯亮。

在5人投票结束后，按下清零按钮I1.3，VW200清零，实现复位功能。

5.2 PLC与上位机联调

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图5.2.1 三人投票组态界面

图5.2.2 三人投票组态界面

图5.2.3 七人投票组态界面

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5.3 结果分析

通过试验，我们可以发现用台达组态软件设计的程序可以很好的模拟十人投票。当有3人投票的时候，即投票人数小于5票时，Y0反对灯亮（图5.2.1中亮红灯）；当有5人投票的时候，即投票人数等于5票时，Y1同票灯亮（图5.2.2中亮黄灯）；当有7人投票的时候，即投票人数大于5票时，Y2通过灯亮（图5.2.3中亮绿灯）。

结束语

此次的PLC十人投票机的设计，让我深刻的清楚了PLC的设计流程与方法。课程设计，考验的是理论与实践结合的能力。这此的课程让我知道，理论知识是不够的，还要有很强的实践能力。比如开始的时候我只用了累加器，一个人只投1票是可以实现投票功能的，但是假如只有一个人投票，本来应该是1票。但是他在5s内连按10次投票按钮，结果也会显示是10票。后来在老师的帮助下，我运用了计数器和累加器叠加使用，成功解决了一个人投多票的问题。

通过这次的课程设计，不仅可以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。通过这次课程设计使我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。

参考文献

[1]钟肇新、范建东、冯太合编.可编程控制器原理及应用（第四版）[M].华南理工大学出版社.2008.2

[2]何献忠.可编程控制器应用技术：西门子S7-200系列[M].北京：清华大学出版社，2007.

[3] 王阿根．PLC控制投票选举装置[J]. :盐城工业专科学校电气系,1996.3 [3] 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 [4] 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 [5]王阿根. PLC控制程序精选108.北京：电子工业出版社，2009.

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附录：

PLC程序代码 Network 1 LDN M0.0 MOVW 0, VW200 Network 2 LDN Q0.0 O M0.0 = M0.0 Network 3 LD I1.2 O M12.0 AN Q0.0 AN Q0.1 AN Q0.2 AN M13.0 AN I1.3 TON T37, 50 Network 4 LD T37 O M0.1 AN M13.0 AN I1.3 = M0.1 Network 5 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I0.0 O M1.0 ALD EU

LD I1.3 O M13.0 CTU C20, 1 Network 6 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I0.1 O M2.0 ALD EU

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LD I1.3 O M13.0 CTU C21, 1 Network 7 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I0.2 O M3.0 ALD EU

LD I1.3 O M13.0 CTU C22, 1 Network 8 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I0.3 O M4.0 ALD EU

LD I1.3 O M13.0 CTU C23, 1 Network 9 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I0.4 O M5.0 ALD EU

LD I1.3 O M13.0 CTU C24, 1 Network 10 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I0.5 O M6.0 ALD EU

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LD I1.3 O M13.0 CTU C25, 1 Network 11 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I0.6 O M7.0 ALD EU

LD I1.3 O M13.0 CTU C26, 1 Network 12 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I0.7 O M8.0 ALD EU

LD I1.3 O M13.0 CTU C27, 1 Network 13 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I1.0 O M9.0 ALD EU

LD I1.3 O M13.0 CTU C28, 1 Network 14 LD I1.2 O M12.0 AN T37 LD I1.1 O M10.0 ALD EU

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LD I1.3 O M13.0 CTU C29, 1 Network 15 LD T37 LPS A C20 +I 1, VW200 LRD A C21 +I 1, VW200 LRD A C22 +I 1, VW200 LRD A C23 +I 1, VW200 LRD A C24 +I 1, VW200 LRD A C25 +I 1, VW200 LRD A C26 +I 1, VW200 LRD A C27 +I 1, VW200 LRD A C28 +I 1, VW200 LPP A C29 +I 1, VW200 Network 16 LD M0.1 LPS

AW< VW200, 5 = Q0.0 LRD

AW= VW200, 5 = Q0.1 LPP

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AW> VW200, 5 = Q0.2 Network 17 LD I1.3 O M13.0 MOVW 0, VW200

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