《电气控制技术》课程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：宁志祥指导教师：雷军职称教授专业：电气工程及其自动化班级：1302学号：1330140143完成时间：2016年6月湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化为适应多种会议、竞赛、演讲以及需求投票场合设计了十人投票机，设计主要使用可编程序控制器来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LED数码管显示不同的结果。
首先分析了十人投票机的设计要求，根据设计要求，统计了十人投票机所需要的输入和输出端子，其中输入点为12个，输出点为3个，共计15个输入输出点。
根据PLC的I/O点数和内存容量选型原则，选择了三菱FX-32MR继电器2N型PLC作为十人投票机的控制，采用图解法编写了程序梯形图，最后利用GX Developer软件中的仿真功能建立了十人投票机的仿真模型，并进行了软件仿真，仿真显示票数同意票小于5票1灯亮，等于5票时2灯亮，大于5票时3灯亮，按下复位键可以再次投票。
仿真结果证明，十人投票机的设计满足设计要求，能够有效的保证多人投票的准确性、快速性，具有一定的应用价值。
关键词：投票机；可编程控制器；三菱FX2N-32MR1 绪论 (1)1.1 课题的背景及意义 (1)1.2 投票机的现状 (1)1.3 设计的主要内容 (2)2 十人投票机控制系统的硬件设计 (3)2.1 十人投票机控制简介 (3)2.1.1 十人投票机工作任务 (3)2.1.2 十人投票机工作要求 (3)2.2 十人投票机输入输出点统计 (3)2.2.1 十人投票机输入点统计 (3)2.2.2 十人投票机输出点统计 (4)2.3 PLC选型及参数介绍 (4)2.3.1 PLC选型原则 (4)2.3.2 PLC的选择 (4)2.3.3 FX2N-32MR型号的PLC参数介绍 (5)2.4 I/O点分配及PLC接线原理图 (5)2.4.1 I/O点分配 (5)2.4.2 十人投票机原理图 (6)3 十人投票机控制系统设计 (7)3.1 常用编程方法介绍 (7)3.2 十人投票机程序设计 (7)3.2.1 十人投票机流程图 (7)3.2.2 十人投票机控制系统编程方法 (8)3.2.3 十人投票机程序梯形图 (8)4 十人投票机调试及仿真 (11)4.1 十人投票机调试步骤 (11)4.2 十人投票机调试结果 (12)4.3 十人投票机结果分析 (14)结束语 (15)参考文献 (16)附录 (17)附录1 十人投票机接线图 (17)附录2 十人投票机指令表 (18)1 绪论1.1 课题的背景及意义随着民主意识的不断加强，现今社会很多的场合下会用到投票机，例如：在电视上的很多娱乐性质的节目中，或是会议、竞赛、演讲等等场合。
投票机，是投票反馈系统中的终端设备，是一种代替常规会议举手表决，会议举手投票，民主举手选举的一种装置，应用非常普遍。
在现代化的工业生产领域中，采用PLC控制的多人投票器具有系统反应速度快、效率高等优点，大大提高了多人投票时机器的读票效率和控制系统的可靠性，同时进一步提高了工作效率。
PLC是专为工业生产环境设计的控制装置，一般不需要采取特殊措施，就可以直接在工业环境中使用，但是，假如现场环境比较恶劣，使用了众多大功率机械设备，而大功率机械设备的启动、负载的变化会引起电网电压的波动，产生低频干扰；另外，使用电焊机和火焰切割机会产生高频火花电流造成干扰；同时，现场的各种动力线路会通过电脑磁耦合产生干扰。
这些干扰都会通过与现场设备相连的电缆引入PLC控制系统中，影响系统安全可靠的工作，所以合理地设计系统的可靠性就显得尤为重要。
课程设计应用于多人投票场景，应是远离工业环境的。
以上提及的大功率机械设备和电焊机和火焰切割机产生的干扰可以忽略。
学了一学期的PLC课程，很有必要检验一下学习的成果。
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。
1.2 投票机的现状投票表决在各个领域都要应用。
例如：通过投票表决选择产品设计的最佳方案、通过投票表决在工程上选择施工的最优方案、通过投票表决对某单位的人事进行改动等。
目前，投票的主要方式是纸质投票，举手投票等，这些方式在人数比较多的时候不但效率低，误差还比较大，对选举的公平性产生了很大的影响。
随着科学技术的不断进步和生产工艺的不断改进，新兴的控制技术得到了前所未有的发展。
好的投票设备不仅效率高，而且可以防止甚至杜绝人为的差错。
一次大规模而高质量的选举，依赖于投票设备的设计,工作性能的优劣，程序的严密。
一致的、清晰的、不自相矛盾的选票设计，可靠而精确的计票设备，公开的开票计票过程，中正的严格的监督，是成功的实现民主投票的重要环节。
投票机作为一种高效率的工具，已经广泛的用于各种选举和民意投票之中。
1.3 设计的主要内容设计主要由硬件模块和软件模块组成。
硬件模块主要由可编程序控制器CPU 模块、输入模块及输出模块三部分组成。
分析了十人投票机的工作原理和控制要求，统计了十人投票机的输入输出点共15个，选择三菱FX2N-32MR继电器型PLC作为十人投票机的控制器，通过对其它电器元件的选择，设计PLC的外部接线图，并利用逻辑代数法设计了十人投票机的程序梯形图。
通过使用三菱仿真软件GX Developer对其控制程序进行仿真与调试，仿真结果验证了程序的正确性，证明设计满足系统的控制要求和设计思路。
文章各章节的内容安排如下：第一章绪论，主要写了在现代化工业生产背景下，运用PLC设计的十人投票机的发展现状及意义。
第二章十人投票机控制系统的硬件设计，包括工作原理，输入输出点的统计，PLC的选型及PLC外部接线图的设计。
第三章十人投票机控制系统的软件设计，包括编程方法的介绍，程序流程图及程序梯形图的设计第四章十人投票机的调试及仿真，主要写了通过使用三菱仿真软件对控制程序进行了调试与仿真，并对结果进行了分析。
2 十人投票机控制系统的硬件设计2.1 十人投票机控制简介2.1.1 十人投票机工作任务投票机输入端由10个投票按钮，1个开始开关，1个清零开关组成。
输出端由3个LED灯，分别为红，黄，绿灯。
控制器件由PLC主机控制。
按下开始开关SQ1，10位投票者开始进行5s的投票计时，5s时间内可反悔，5s过后投票停止，再按投票按钮，投票无效。
按下投票按钮表示“赞成”，没有按下投票按钮表示“反对”。
当赞成票大于反对票时，LED3绿灯亮。
当赞成票等于反对票时，LED2黄灯亮。
当赞成票小于反对票时，LED1红灯亮。
数码管实时显示赞成的票数。
按下清零开关，从新开始投票。
2.1.2 十人投票机工作要求（1）运行PLC（2）当PLC运行时，[X24：计票开关]=OFF，则不执行投票计算。
（3）当PLC运行时，再扳Y．[X24：计票开关]=ON，开始计时，此时需在5s内完成投票(赞成与不赞成)，请扳动X0~X23 (如赞成：X：ON，若反对X：OFF。
（4）[X24]=ON，5s后立即显示投票结果，若显示灯Y0亮：表示不通过(即反对人数较多)Y1亮：表示同票(即赞成与反对人数相等)Y2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）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。
2.2 十人投票机输入输出点统计2.2.1 十人投票机输入点统计根据设计要求设计有10个投票按钮，1个归零开关，1个启动开关，输入点共有 12个，具体统计可见表1所示。
表1 十人投票机输入点统计表序号代号名称数量1 SQ1 启动开关 12 SQ2 归零开关 13 SB1 1号投票按钮 14 SB2 2号投票按钮 15 SB3 3号投票按钮 16 SB4 4号投票按钮 17 SB5 5号投票按钮 18 SB6 6号投票按钮 19 SB7 7号投票按钮 110 SB8 8号投票按钮 111 SB9 9号投票按钮 112 SB10 10号投票按钮 1合计122.2.2 十人投票机输出点统计根据设计要求，输出点为投票结果显示灯，红灯（不通过），黄灯（平票），绿灯（通过）共3个，具体统计可见表2所示。
表2 输出点统计表序号名称数量1 LED1红灯（不通过） 12 LED2黄灯（同票） 13 LED3绿灯（通过） 12.3 PLC选型及参数介绍2.3.1 PLC选型原则PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。
在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。
2.3.2 PLC的选择PLC采用FX2N-32MR，FX2N系列是三菱PLCFX家族中最先进的系列。
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。
且具有如下特点：系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。
由于课程设计仅用到12个输入，3个输出点。
比较FX2N系列，可知采用FX2N-32MR比较合适，利用率较高。
2.3.3 FX2N-32MR型号的PLC参数介绍FX2N-32MR继电器型PLC的输入和输出点数都是16个，使用时为0~55摄氏度；一般以不结露时为准，使用时在35%~89%；用噪声仿真器产生电压为1000Vp-p、周期为30~100Hz的噪声，在此噪声干扰下PLC能够正常工作；PLC 一般在无腐蚀性气体和无尘埃的环境下使用；电源电压一般为AC100~240V和50/60Hz；输入电压为DC24V，输入电流为7mA；输入输出方式为批处理方式，但有输入输出刷新指令；程序语言为继电器符号加步进梯形图方式。
由于PLC输出端采用24V直流电LED指示灯的额定电压24VDC，额定电流15mA，功率为0.36W，颜色红、黄、绿各一个。
2.4 I/O点分配及PLC接线原理图2.4.1 I/O点分配通过PLC的选型可知，文章采用FX2N-32MR继电器型PLC作为十人投票机的控制核心。
用一个计票启动开关作为投票开始按键；X000～X011作为投票输入按钮；Y000～Y002分别接3个不同颜色的LED指示灯作为投票结果输出。
表3 输入输出点分配表序号名称I/O 输入点序号名称I/0 输出点1 SB1 X000 1号投票开关 1 LED0 Y000 红灯（不通过）2 SB2 X001 2号投票开关 2 LED1 Y001 黄灯（同票）3 SB3 X002 3号投票开关 3 LED2 Y002 绿灯（通过）4 SB4 X003 4号投票开关5 SB5 X004 5号投票开关6 SB6 X005 6号投票开关7 SB7 X006 7号投票开关8 SB8 X007 8号投票开关9 SB9 X010 9 号投票开关10 SB10 X011 10号投票开关11 SQ1 X012 计票启动开关12 SQ2 X013 归零按钮2.4.2 十人投票机原理图图1 FX2N-32MR接线图3 十人投票机控制系统设计3.1 常用编程方法介绍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。
