plc课程设计--基于S7-200系列PLC十人投票机的控制

学号2010210322

《电气控制与PLC技术》

课程设计

（2010级本科）

题目：基于S7-200系列PLC十人投票机的控制

系（部）院：物理与机电工程学院

专业：电气工程及其自动化

作者姓名：崔瑞斌

指导教师：张晓峰职称：教授

完成日期： 2 0 1 3 年 07 月 05

《电气控制与PLC技术》课程设计任务书

摘要 0

第一章可编程程序控制器（PLC） (1)

1.1 PLC的定义 (1)

1.2 PLC的特点 (4)

1.3 PLC的应用及发展趋势 (8)

第二章十人投票机控制工艺流程分析 (9)

2.1设计任务 (9)

2.2 十人投票机控制过程描述 (10)

2.3 十人投票机控制工艺分析 (10)

第三章 PLC的硬件配置与软件设计 (11)

3.1、系统的硬件配置及组成原理 . 11 第四章投票机的工作原理 (14)

4.1 控制程序流程图设计 (14)

4.3.2 当票数相同时时程序运行结果

(20)

4.3.3 当赞成时程序运行结果 (23)

第五章结果分析 (24)

第六章总结 (25)

参考文献 (261)

摘要

近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM 将成为工业生产的三大支柱。PLC型投票机是将PLC用于对表决器的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前使用的投票机进行精确控制，特别是对多人投票的控制可方便的实现。通过设计一个投票机，使我们系统掌握可编程控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，是我们掌握一些基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，并学习PLC编程的多样性、灵活性，是我们掌握PLC在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理，为今后从事自动化控制领域的工作打下坚实的基础。同时，在设计过程中还能培养我们独立工作能力与创造力，综

合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力，查阅图书资料、绘图、书写报告的能力。

关键词：PLC 投票机

第一章可编程程序控制器（PLC）

1.1 PLC的定义

可编程控制器（Programmable Controller）简称PC，但个人计算机（Personal Computer）也简称PC，为了区别，人们仍习惯称可编程控制器为PLC（Programmable Logical Controller）。

国际电工委员会（International Electrical Committee）于1987年颁布了可编程控制器的标准及其定义：“可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到

70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青昧，因而在冶金、化工、交通、电

力等诸多领域获得广泛的应用，与机器人、CAD/CAM一起，被称为现代工业控制的三大支柱。可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

1.2 PLC的特点

PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点。

1) 可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的

生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F 系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2) 硬件配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场

合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4) 安装方便，扩展灵活

PLC采用标准的整体式和模块式硬件结构，现场安装简便，接线简单，工作量相对较小；而且能根据应用的要求扩展输入—输出模块或插件，系统集成方便灵活。各种控制功能通过软件编程完成，因而能适应各种复杂情况下的控制系

统，也便于控制系统的改进和修正，特别适应各种工艺流程变更较多的场合。

5) 系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

6) 体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

1.3 PLC的应用及发展趋势

目前，PLC已成为工业控制的标准设备，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、汽车、采矿、水泥、机械制造、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等行业。概括起来主要有以下几个方面：* 开关逻辑和顺序逻辑

* 模拟量控制

* 运动控制

* 数据处理

* 通信与联网

从第一台PLC问世至今，其发展经历了实用化阶段、成熟阶段和加速发展阶段。PLC主要在以下几个方面得到了不断发展：

* 小型PLC产品性能提高、结构不断优化

* 大型PLC功能不断完善

* 强化联网通信能力

* I/0模块分散化、智能化

* 编程语言标准化

* 控制算法不断增加

* 迅速与其他工业产品整合

* 进一步向开放型发展

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器

作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。在21世纪，PLC将会有更大的发展空间。

第二章十人投票机控制工艺流程分析

2.1设计任务

根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行十人投票机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：

（1）设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；

（2）系统有启动、停止功能；

（3）运用功能指令进行PLC控制程序设计

（4）程序结构与控制功能自行创新设计；

（5）进行系统调试，实现十人投票机的控制要求。

2.2 十人投票机控制过程描述

（1）运行PLC；

（2）当PLC运行时，[I1.2：计票开关]=OFF，则不执行投票计算；

（3）当PLC运行时开始计时，此时需在5s内完成投票(赞成与不赞成)，请扳动

I0.0~Il.1(如赞成：I：ON，若反对I：OFF)；

（4）I1.2=ON，5s后立即显示投票结果，若显示灯 Q0.0亮：表示不通过(即反对人数较多)；Q0.2亮：表示同票(即赞成与反对人数相等)；Q0.1亮：表示通过(即赞成人数较多)。

（5）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。

（6）I1.3为归零按钮．在I1.3归零后，所有的显示灯熄灭，此时可再次进行投票。

2.3 十人投票机控制工艺分析

（1）深入了解控制要求，确定控制的操作方式、应完成的动作。

（2）确定所需的信号输入元件、输出执行元件，据此可以确定PC的I/O点数。进行I/O点的分配。

（3）选定PC型号。

（4）绘制PC外部接线图，设计控制系统的主电路。

（5）设计PC控制程序。

（6）模拟调试。

（7）进行现场调试。

（8）编制技术文件。

第三章 PLC的硬件配置与软件设计

3.1、系统的硬件配置及组成原理

（1）I/O点的分配

根据设计要求输入点需要12个，输出点需要3个。

由于任务要求：为了方便投票，所以选用选择开关。扳动投票时赞成Y：ON，若反对Y：OFF。起动与归零则用按钮开关。

选择开关1～10为十人投票机的投票开关，按钮1为开始开关，按钮2为复位开关；Y0亮：

表示不通过；Y2亮：表示同票；Y1亮：表示通过。

I/O点的分配如下表:

根据I/O和设计的需要，我选用西门子的S7-200系列。因为在S7-200中CPU224输入输出点数符合设计要求，由于 CPU224具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和

控制能力。

（2）详细仪器清单如下表：

3.2 系统硬件电路图 1M

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4I0.5I0.62M

I0.7

I1.2

I1.3

L+ DC 24V SB1SB2SB3SB4SB5

SB6

SB8SB9SB10I1.0

I1.1

SB7

SB11SB12

S7-200 CPU 224M L+Q0.0Q0.1Q0.2DC24V 灯Y0灯Y1灯Y2

图3.1 系统硬件图

3.3 系统接线图设计

图3.3 系统接线图

通过利用实验台上的CPU224控制本次设计的程序，经过调试验证，符合设计要求。

第四章投票机的工作原理

4.1 控制程序流程图设计

开始开关按下后，投票开始，计票同时启动，期间可以任意修改投票结果，5S后投票和计票同时停止，此时存储器中的结果为最终结果，将结果输出,灯亮显示投票结果。主持人按