基于PLC的智能排號系統設計

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銅陵學院畢業(yè)論文（設計） 學 號 畢 業(yè) 論 文（設計） 課 題 基于PLC的智能排號系統設計 學生姓名 院 部 專業(yè)班級 指導教師 二 ○ 一 五 年 六 月 摘 要 智能排號系統在服務人類和方便人們生活中具有重大作用，通過模仿需要辦理業(yè)務的人員排隊，以此實現以取號、等待、叫號等功能為一體，智能改變傳統排隊繁雜問題的過程。智能排號的設計理論基礎是基于分布式控制系統理論而實現的智能系統，這中間主要為主屏顯示器、窗口顯示器和智能叫號系統器組成立體網絡式通信控制體系，辦理業(yè)務的客戶按到達的先后次序，來生成智能排號順序。本文采用PLC系統的編程進行排號管理，生成號碼由叫號請求通過排號系統逐一發(fā)送給主顯示屏以致完成系統顯示，這樣能給顧客帶來更多的方便更好的服務。 智能排號系統可以為客戶創(chuàng)造平等、有序良好的等候環(huán)境，使顧客避免不必要的麻煩；使工作人員可以緩解壓力，從而避免不必要的工作失誤，提高工作人員工作效率；為管理者能更好地管理工作人員和掌握客戶的動態(tài)信息，有利于合理安排職位，更好地進行管理，有利于提高工作人員的主動性，改善服務人員服務態(tài)度，而且能提高企業(yè)服務質量和增強企業(yè)自身管理水平，給顧客留下好感，增強自身可信度，為企業(yè)帶來更多的收益。 本文介紹了智能排號系統發(fā)展狀態(tài)及對其應用的前景的展望；還介紹了PLC的發(fā)展歷史和的工作原理。論文介紹了PLC排號系統對數據庫設計方法及其它各個步驟的原理設計，并簡單的介紹了PLC系統的優(yōu)點。闡述了基于PLC智能排號系統的總體設計、工作原理；本文的軟硬件的設計是核心部分，對其設計分析是本文的重點，并且還會根據次設計梯形圖，讓設計更鮮明，具有可操作性。 關鍵詞：智能排號；PLC；數碼顯示 I Abstract Intelligent numeral system is in the public service places, simulate people queuing process, by waiting for take number, into the team, team, snarling service functions instead of the people from hard, to realize automatic machines instead of people queuing process. Is based on the theory of distributed control system is designed, including the main screen, station to station system and the window display of a distributed communication control system, the implementation according to the customer order of arrival, automatic appointment. Using numeral management and display of PLC, the system will according to your request number, in turn, sent to the main screen and window display, customers according to the screen prompt to the corresponding window to enjoy the \"one-to-one\" service. Intelligent numeral system for clients to create the good environment of equality, reasonable and orderly, brings the relaxed and happy mood; Work for staff to improve mood, optimize work environment, work to reduce errors, improve work efficiency; Provide staff service for managers in real time and the customer in line dynamic information, facilitate scientific setting position, improve the service efficiency, facilitate accurate quantification assessment, improve the staffs enthusiasm, improve service quality and management level, establish a good image, improve service department of economic and social benefits. Can be widely used in banking, telecom, aviation, hospitals and other public services, has a good application prospect. This paper introduces the application of intelligent numeral system and current situation of the development; Also introduced the development history and the working principle of PLC. In the paper in detail discusses the brand system of database design and system implementation of the steps, and made a brief introduction of the prototype system. Analyzed based on the overall design of the PLC intelligent numeral system, work principle; In this paper, the design of the hardware and software solutions, and gives the detailed procedures and ladder diagram. The focus of this design is to display module design and the software design part. Keywords: Intelligent queue; PLC; digital display III 目錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 課題的目的及意義 1 第二章系統總方案的設計 3 2.1 系統設計的可行性及功能分析 3 2.2 智能排號系統設計 3 2.3 系統需求定義 4 2.3.1客戶用例圖 4 2.3.2 業(yè)務員用例圖 5 第三章 硬件設計 6 3.1 PLC的選型方法 6 3.1.1輸入輸出（I/O）點數的估算 6 3.1.2存儲器容量的估算 6 3.2 機型的選擇 6 3.2.1 PLC的類型 6 3.2.2 電源的選擇 6 3.2.3 PLC機型的最終確定 7 3.3 硬件配置簡介 7 3.4 智能排號系統資源分配 9 3.4.1 智能排號系統的硬件接線圖 9 3.4.2 PLC智能排號系統的輸入/輸出模塊分配表 9 3.5 面板設計 10 3.6 數碼顯示部分設計 11 3.6.1主顯示屏設計 11 3.6.2窗口顯示屏設計 11 3.6.3數碼顯示原理 11 第四章 軟件設計 13 4.1 PLC應用程序設計方法 13 4.1.1經驗設計法 13 4.1.2邏輯設計法 13 4.1.3狀態(tài)流程圖設計法 13 4.2 智能排號系統設計分析 14 4.3 程序梯形圖設計與分析 15 4.3.1 人數的查詢與等待 15 4.3.2 排隊區(qū)取號 15 4.3.3 窗口叫號按鈕 15 4.3.4 主屏叫號顯示 17 4.3.5 LED燈的閃爍設計 17 4.3.6 窗口暫停按鈕設計 20 第五章 硬件制作及系統的調試 21 5.1 電路的原理圖的設計 21 5.2系統調試及運行 22 第六章 總結與展望 24 參考文獻 25 致 謝 26 附 錄 27 插圖清單 圖 2 -1 智能排號系統框圖 3 圖 2 -2 客戶用例圖 4 圖 2 -3 業(yè)務員用例圖 5 圖 3 -1 硬件接線圖 9 圖 3 -2 控制面板 10 圖 3 -3 窗口鍵盤 10 圖 3 -4 系統呼叫窗口顯示圖 11 圖 3 -5 數碼管顯示圖 12 圖 4 -1 主程序流程圖 14 圖 4 -2 查詢等待人數程序圖 15 圖 4 -3 排隊取號程序 15 圖 4 -4 叫號按鈕梯形圖 16 圖 4 -5 主顯示屏設計流程圖 17 圖 4 -6 窗口LED燈閃爍程序圖 19 圖 4 -7窗口暫停流程圖 20 圖 5 -1 按鍵輸入電路圖 21 圖 5 -2 發(fā)光二極管電路圖 21 圖 5 -3 24V轉5V電路圖 22 圖 5 -4 程序檢查 23 表格清單 表 3 -1 一般性能 7 表 3 -2 輸入性能 7 表 3 -3 功能特性 8 表 3 -4 輸出性能 8 表 3 -5其它功能 8 表 3 -6輸入/輸出分配表 9 第一章 緒論 1.1 課題背景 正直目前的服務業(yè)快速發(fā)展時期 ，但我國大部分地區(qū)還是都在以傳統的排隊等候方式辦理業(yè)務。在此形式的影響下，很多時候會導致秩序混亂，而且還會使效率低下，讓客戶倍生不滿情緒，導致業(yè)績不好。然而，隨著社會經濟的轉變和人員工作向服務業(yè)的轉型，服務行業(yè)的快速發(fā)展也以日趨完善，以前傳統排隊方式已不再適合新型服務行業(yè)的服務要求水準，對行業(yè)的發(fā)展直接導致了一定的局限性，致使工作人員的工作效率低下。因此在此情況下本文設計了一個牌號系統功能，解決服務行業(yè)里混亂的局面。 智能排號是利用計算機的智能功能來替代公共場所中人們以排隊方式辦理業(yè)務的一種簡便省時而有效的方法，它可以有效地避免客戶在服務機構辦理業(yè)務可能會出現的各種不良現象，如抱怨，謾罵，插隊等。本系統應用范圍廣泛，涉及面廣，在電信局營業(yè)廳、銀行、勞動保障局，稅務、政府機關部門、教育局、公安局、人事局、鐵路、車站、駕校、監(jiān)督局、產品客戶服務中心旅游業(yè)的第三產業(yè)都可以得到很好地應用。 排號系統能通過分流、跨服務等不同方法對取號智能排隊的客戶進行合理的順序安排，通過大廳的人工或智能叫號系統對排隊等候的客戶進行叫號業(yè)務辦理，真正實現服務人員與客戶之間合理安排互動，減少潛在麻煩，減少時間[1]。 PLC是由微形處理器為運載核心，運用自動化工程及計算機控制技術而研制成的一種穩(wěn)定性可靠的、運用范圍廣的、能夠適應現代工業(yè)中各種極端環(huán)境的一種資源節(jié)約型耐用型工作可靠性強的一種新型工業(yè)智能控制處理器。通過多年的更新換代與應用的改進，現已是包括工業(yè)旅游業(yè)服務業(yè)在內的各種行業(yè)的最有效的處理器。同時，PLC的問世，也是當今工業(yè)進步的表現社會進步的表現，人類進步的具體體現[6]。 由此，對微型控制處理器的智能排號系統的研究與運用，可以從一定程度上帶動人類產業(yè)進步，提升人類文明。大力發(fā)展PLC技術的開發(fā)與應用，還能為科研領域與工業(yè)領域提供大量有效的數據價值。 1.2 課題的目的及意義 智能排號系統現代社會進步的產物，它集合現代網絡信息技術為核心充分運用計算機智能管理為載體從而快速發(fā)展起來的一種處理公共場所的由以往傳統排隊所帶來的各種不良現象的一種排號呼叫智能系統。而且由于排號系統的應用，可以量化生成數據，提供客戶動態(tài)信息便于為服務人員設立指標，方便管理。由于智能排號系統的推廣與運用，為很多客戶提供了良好的服務，為工作人員提供良好的工作環(huán)境，提高了服務效率和服務質量，有利于為服務機構自身提升經濟效益和社會效益，為自身帶來更多收益[2]。 以此，下面我們來充分說明智能排號系統代替?zhèn)鹘y排隊的優(yōu)益，我們從客戶自身、服務人員和管理人員來側面展現： (1)客戶方面 1)系統通過客戶取號時間來自動排號，做到快速、簡潔的排隊體系； 2）很好地避免了客戶排隊的極端心里，如亂插隊，不安順序排隊等不好現象； 3）可以減少客戶的排隊等待時間，降低客戶如煩躁等負面情緒，給客戶帶來良好等候心情。 4）利用多年管理經驗充分考慮客戶心里情緒，提高客戶自身素質修養(yǎng)，提高社會文明程度。 （2）工作人員方面 1）減少了服務人員的一些不必要時間，為服務帶來簡便，提高工作效率； 2）系統多方位多功能多位面地提供多種服務。如：暫停、轉移、插隊等； 3）真正實現“一對一”的服務體系； （3）管理者方面 1）系統通過智能化隨時隨地顯示客戶與服務人員的互動服務動態(tài)；掌握有用信息； 2）可以通過業(yè)務員的服務指標，改善機構服務水平，突出服務重點[3]。 第二章 系統總方案的設計 2.1 系統設計的可行性及功能分析 由于計算機網絡和自動化工業(yè)的發(fā)展，智能排號技術在服務業(yè)也以低成本高效益的優(yōu)點成為現代本領域首選技術，而且，隨著現代計算機的普及率覆蓋廣泛，應用率強，智能排號通過網絡就可以遠程操控管理服務。 在整個系統的功能設計過程中，以下幾方面要我們重點注意及亟需解決的問題: （1）考慮智能排號系統的正常工作所需條件，解決問題，合理分配，合理設計。 （2）確定I/O設備。根據功能要求及設計方案確定輸入及輸出設備。 （3）根據I/O點數選擇合適的PLC類型。 （4）對I/O點數進行合理處理，在上述基礎上編制微型控制器從而繪制接線圖，設計總體線路圖。 （5）設計可行的梯形圖，然后根據梯形圖設計相應的程序編程制作簡易模擬智能系統。 （6）進行硬件性能檢測及分析，軟件測試，查漏補缺，改正錯誤。 （7）最后調整體系，重新校正，不斷調試直至成功[4]。 2.2 智能排號系統設計 在智能排號系統的設計與分析可運用過程當中,首先應當了解國內客戶對此的使用觀念，操作條件及使用方法，系統設計盡量以結構簡潔清晰、設計易于操作和方便改進、工作可靠性穩(wěn)定和維護少或維護方便為設計原則。 在上述條件下，由智能排號系統的本身應用能力，把握硬件在實際過程中的使用條件及注重的方面進行調理改造，使其具有一定的自動控制功能，并且可以根據已掌握的知識、條件及范圍設計出總體框架圖，然后在此基礎上設計出強勁的軟件模塊可行的硬件模塊使其初步成型，完成工作。圖2-1為智能排號系統框圖。 取號鍵盤 柜臺鍵盤1-4 P L C 窗口兩位數碼顯示1-4顯示 主顯示屏四位數碼顯示 窗口燈閃爍顯示10秒 等待人數兩位數碼顯示 圖 1-1 智能排號系統框圖 本系統由輸入、plc控制系統和輸出系統組成。 （1）輸入系統： 1）取號鍵盤——客戶根據主機鍵盤提示的操作來隨機取出系統已經編排好的排位號碼； 2）叫號鍵盤——工作人員由此系統鍵盤進行對客戶的叫號服務和暫停服務權限； （2）輸出系統： 1）排隊人數顯示——通過顯示屏顯示此刻正在排隊等候被服務的顧客的具體數量； 2）主顯示屏顯示——設計主顯示屏以此方便客戶了解當前辦理業(yè)務人的位號及前面的等 待人數，系統智能提醒客戶到相應窗口辦理業(yè)務。 3)窗口閃爍燈——主要用于顯示被叫客戶排號，以提醒客戶到閃爍燈閃爍的窗口辦理相關業(yè)務[5]。 2.3 系統需求定義 2.3.1客戶用例圖 圖 2-2 客戶用例圖 2.3.2 業(yè)務員用例圖 圖 3-3 業(yè)務員用例圖 第三章 硬件設計 3.1 PLC的選型方法 PLC的控制方案在設計初始時要先得到確認，以根據此來用相應PLC設計。本設計主要依據PLC的選型不同而設計不同工藝流程方案，以此使設計簡便。再通過標量集成電路設計思路設計出一個方便簡易的控制系統。利用匯編、C++等編程語言通過硬件軟件配置，做出相應圖表，減少一些不必要錯誤從而減少制作時間。而且在設計過程中，還要嚴格根據要求，明確步驟估算輸入輸出點，最后選出高性能低價位的PLC做相應的控制系統。 3.1.1輸入輸出（I/O）點數的估算 I/O點數進行系統估算時應當充分考慮輸入和輸出點數以及外部條件對點數的影響，為了避免余量不足，盡量擴展內存容量來擴充余量。在實際購買時，還要根據廠家的PLC自身特點進行輸入輸出點數調節(jié)，以此來達到自己所預期的結果。 本次設計的輸入輸出點如下： 輸入點：系統設立至少2個取號鍵盤，6個叫號鍵盤，以此達到輸入點數不小于8個。 輸出點：數碼顯示管設立2個，16個輸出點；4個輸入點；4個窗口燈，4個輸出點；總共24個輸出點[7]。 3.1.2存儲器容量的估算 存儲器容量的大小是決定著PLC控制器功能強大與否的重要憑證，存儲器容量越大則系統存儲和處理數據的能力以及通過傳輸的對數據的分析和處理能力就越強，本設計只要保證程序運行容量低于存儲器自身容量即可，然而，編程程序的存儲空間大小在設計階段我們無法提前知道，需要在設計一個完整的程序并通過運行診斷我們才能確定其所占容量。因此，通常我們會通過一定方法合理估算程序容量。 估算后，本次研究課題的可編程控制器內存容量應盡量大一點，最好選擇能儲存2500條程序順序梯形圖，這樣方便更好的設計及系統可以很好的得到響應，避免內存不足而無法繼續(xù)對程序設計。 3.2 機型的選擇 3.2.1 PLC的類型 PLC按結構形式可分為整體式、模塊式和分散式三種類型；按用途分為順序控制PLC，閉環(huán)控制PLC，多級分布PLC。 整體式的PLC是將CPU、內存、I/O接口、電源等集中在一個箱體中的結構[8]。特點是體積小、安裝簡單、結構緊湊、成本較低，但由于輸入輸出點數固定，使用具有局限性，不夠靈活。本次設計的PLC智能排號系統為小型控制系統，主要應用在銀行，民政醫(yī)院的公共服務場所，我們選用整體式PLC比較合理。 3.2.2 電源的選擇 一般情況下，國內基本上都選選擇220V交流電源，這樣可以保持與國內電網功電壓一致。如果有特殊要求的根據此系統承受能力選用用特殊電源或穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電源。 通常情況下，若PLC自身攜帶電源，應檢查自身電源是否滿足設計應用的要求，若不滿足，應另行提供外電源供電，或把自身電源通過一定方法隔離開來。鑒于本次課題的PLC排號系統應用于銀行、醫(yī)療小型行業(yè)，應選用自帶24V電源，同時接220V交流電源。 3.2.3 PLC機型的最終確定 選擇并確定PLC時，根據其價格、性能、對比考慮，選用性價比比較高的。還要求其具有安全，可靠，可持續(xù)、可操作以及方便快捷等多方面優(yōu)點。然而輸入輸出點的大小直接影響著PLC的性能及價格，選用時應多方面著入，而且還要根據CUP、存儲器等也應考慮進去。綜合以上對系統的分析要求并結合其價格優(yōu)廉、性能穩(wěn)定、壽命較長、操作方便等多因素的考慮，我們選用日本三菱公司的FX2N-48MR的PLC，本PLC有24個輸入和24個輸出點是性價比比較高的應用系統[11]。 3.3 硬件配置簡介 自可編程控制器的產生及發(fā)展到現在，隨著性能的提升和使用的方便它以普遍被人類所接受和應用，它取代了傳統的繼電器，已經發(fā)展成自身獨立成一體系應用。它具有可靠性高，功能完善，實用范圍廣，易于學習與應用，維護方便，容易改造，體積小，能耗低，重量輕等優(yōu)點，被廣泛應用與各個行業(yè)。在此簡單的介紹本次設計所用的FX2N-48MR機型的一些技術指標。 技術性能分為：一般性能，見表3-1；功能性能，見表3-2；輸入性能，見表3-3；輸出性能，見表3-4；其它性能，見表3-5。 表 1-1 一般性能 電源 AC110~120V/220~240V單相50/60Hz 電源波動 AC93~130V/185~265V，10ms以下立刻斷電，控制不受影響 環(huán)境溫度 0~55度 環(huán)境濕度 45%~95%，無凝露 抗振動 10~55Hz，0.5mm，最大2g 抗沖擊 10g，3軸X、Y、Z方向各3次 抗噪聲 1000V,1us,30~100Hz(噪聲仿真器) 絕緣耐壓 AC 1500V，60秒(接地與端子之間擊穿電壓) 絕緣電阻 5MΩ,500V DC(各接地與端子之間最大電阻) 接地 小于100Ω（如果不可能，也可以不接地） 環(huán)境 無腐蝕氣體，無導電塵埃 表 2-2 輸入性能 輸入類型 無電壓觸點或集電極開路晶體管 絕緣 光-電隔離 輸入電壓 內部源電壓DC24V4V,外部源電壓DC24V8V 輸入阻抗 近似3.3KΩ 工作電流 OFF-ON DC4mA(最小) ON-OFF DC1.5mA（最大） 響應時間 OFF-ON 近似10ms(有8點可改變從0~60ms) ON-OFF 近似10ms（有8點可改變從0~60ms） 表 3-3 功能特性 執(zhí)行方法 定期運行存儲器的程序，集中運放輸入/輸出 執(zhí)行速度 平均0.08us/步 程序語言 使用步進梯形圖運用邏輯語言生成SFC類型程序 程序容量 8KB內置存儲 附帶寄存器盒可擴展到16KB 指 令 邏輯指令 27條（包括MC/MCR,CJP/EJP,S/R） 步進梯形指令 2條（STL,REJ） 功能指令 128個內置指令，最大可用256條應用指令 程序記憶 內部配置CMOS-RAM,EPROM/EEPROM卡 輔助繼電器 無鎖存 128點 鎖存 64點 狀態(tài)（鎖存） 64點 特殊 16點 數據寄存器 64點 定時器 0.1s定時器 16點（延時接通）0.1~999s 0.01s定時器 8點（延時接通）0.01~99.9s 電子計數器（鎖存） 20點，減法計數（0~999） 高速計數器（鎖存） 1點，加/減法計數（0~99999），最大2KHz 電池保護 聚合物鋰離子電池，壽命6年左右 診斷 原程序偵測，定時檢測，電源電壓 表 4-4 輸出性能 輸出類型 繼電器輸出 絕緣 繼電器絕緣 輸出負荷 電阻負荷 2A/點 感性負荷 35V/A/300000次接通斷開 燈泡負荷 100W 漏電流 0mA 響應時間 OFF-ON 近似10ms ON-OFF 近似10ms 表 5-5其它功能 型號 輸入點 輸出點 端子塊 功耗 輸入傳感器電源 F2N-48MR 24點 24點 可拆卸端子 40V/A 0.2A 3.4 智能排號系統資源分配 3.4.1 智能排號系統的硬件接線圖 智能排號系統硬件連接如圖3-1所示 圖 3-1 硬件接線圖 3.4.2 PLC智能排號系統的輸入/輸出模塊分配表 輸入/輸出分配表如表3-6所示： 表 6-6輸入/輸出分配表 輸 入 輸 出 功 能 元 件 PLC地址 功 能 元 件 PLC地址 等待人數查詢按鍵 SB0 X000 控制數碼顯示個位 CD4511 Y000-Y003 取號按鍵 SB1 X001 控制數碼顯示十位 CD4511 YO04-Y007 1號柜臺呼叫按鍵 SB2 X002 控制數碼顯示個位 CD4511 YO10-Y013 2號柜臺呼叫按鍵 SB3 X003 控制1號窗口LED閃爍 L1 Y014 3號柜臺呼叫按鍵 SB4 X004 控制2號窗口LED閃爍 L2 Y015 4號柜臺呼叫按鍵 SB5 X005 控制3號窗口LED閃爍 L3 Y016 1號柜臺暫停按鍵 SB6 X006 控制4號窗口LED熄滅 L4 Y017 2號柜臺暫停按鍵 SB7 X007 控制數碼顯示個位 CD4511 Y020-Y023 3號柜臺暫停按鍵 SB8 X010 控制數碼顯示十位 CD4511 Y024-Y027 4號柜臺暫停按鍵 SB9 X011 3.5 面板設計 智能排號控制系統如下圖所示： 圖 3-2 控制面板 在圖3-2中,圖中顯示的此控制面板具設立有2個虛擬按鍵，即“查詢顯示”和“取號鍵”按鍵，它們通過液晶顯示屏顯示出來。其中“查詢顯示”虛擬鍵為可以查看的正在排隊等待的剩余客戶數量，按下此鍵可查看在該客戶之前排隊等候的剩余人數，然后根據自己個人意愿選擇取號或不取號[9]。 暫停 叫號 圖 4-3 窗口鍵盤 如圖3-3所示，4個柜臺叫號窗口按順序分配剩余的8個鍵，每一個窗口都有“叫號”和“暫停”這兩個按鍵?！敖刑枴辨I按下則表示業(yè)務辦理已被系統介紹，并且根據等待人數進行排隊處理。但按“暫?！辨I時，系統根據信息反饋，主系統識別并默認為暫停辦理所需業(yè)務。 3.6 數碼顯示部分設計 3.6.1主顯示屏設計 在排號等待過程中，當顧客被叫號系統呼叫時，系統會通過主顯示屏顯示在所需辦理業(yè)務的窗口上（如圖3-4），客戶到相應窗口即可辦理業(yè)務。 請 08 號 客 戶 到 5 號 窗 口 辦 理 圖 5-4 系統呼叫窗口顯示圖 主機發(fā)出排號數據信息，然后通過主顯示屏顯示出來，主顯示屏位于大廳顧客排隊等候區(qū)，這樣可以顯示信息，讓顧客可以很好的掌握排隊動態(tài)。主顯示屏采用LED數碼顯示屏，并配帶多個液晶發(fā)光二極管，以此增強主機控制強度，使提醒字幕醒目，便于讓客戶看到。本方案直觀簡明，易于實現，鑒于自身數碼顯示管的位數大小，占用的輸出點多。 3.6.2窗口顯示屏設計 窗口顯示屏為兩位數碼管顯示屏，它通過顯示當前窗口辦理業(yè)務的排位號碼以起到提醒下位客戶做準備。當窗口工作人員需要叫號時他會按下叫號按鈕該窗口顯示燈閃亮并通過主機叫號系統提醒下一位顧客到該窗口辦理業(yè)務。某呼叫窗口顯示屏一般會安裝在該窗口上方。采用大屏液晶數碼顯示管可以更加鮮明醒目。 因為主顯示屏的存在，它對這個系統的運行操作起到總領作用，運用柜臺顯示屏對主顯示屏的輔導作用，對排號叫號功能有互動促進相互補充的用處。而且由于柜臺顯示屏要求繁雜即所占用的輸出點也比較多，所以該輔助顯示屏的使用與否要視情況而定[10]。 3.6.3數碼顯示原理 本設計要求LED顯示要被多點多位數碼顯示并被開關輸出量來多點控制需要多位輸出點用來起到顯示合理控制顯示屏多段顯示的效果。CD4511BCD碼輸出以此通過主機處理主顯示屏顯示來控制多位數顯而使設計明顯，節(jié)省輸出點數減小了CPU所占容量。圖3-5是數碼管顯示示意圖： 圖 6-5 數碼管顯示圖 CD4511是一片CMOS BCD-所存驅動器，顯示在BCD譯碼端，它可以數碼管顯示器從而達到顯示屏顯示數碼的效果，具有驅動穩(wěn)定性高，轉換數碼快控制范圍廣的可提供大電流控制的LED譯碼器?？芍苯域寗覮ED顯示器。 其功能介紹如下： BI：BI為輸入控制端，當BI=0 時，輸入低電平有效，LED液晶數碼管處于熄滅狀態(tài)，顯示屏不會顯示數字。 LT：LT為系統性輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼器控制輸出顯示全數字1，高電平有效，在輸入端狀控制態(tài)改變情況下，七段LED都會發(fā)亮，且顯示“8”數字。 LE：控制器鎖定端，當輸入低電平時，輸出有效，此時輸出譯碼。 當輸入高電平時譯碼器鎖定以常態(tài)保持一段時間，低電平無效。 A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼編程輸出端，當輸出為高電平時，譯碼器輸出有效，當輸出為低電平時，譯碼器輸出無效。 CD4511的內部裝有上拉電阻，通過輸入控制端和數碼管之間接上可供控制電流即可帶動設備使其在一定條件下工作。 第四章 軟件設計 4.1 PLC應用程序設計方法 軟件設計是一個課題設計的重點，我們要充分了解PLC的基礎上掌握PLC控制指令，找到正確設計方法，利用可編程控制處理器來處理我們所需要處理的問題。掌握正確的PLC程序設計方法，設計性能強的軟件程序。用戶可編程控制程序的設計有多種方法，一般大體為直接設計法和間接設計法。多數情況下，我們根據自己的定義的把可編程控制器的用戶設計方法分為經驗設計法、邏輯設計法和流程圖設計法。掌握狀態(tài)流程圖設計方案，充分利用間接邏輯設計法設計合適的可編程控制程序。 4.1.1經驗設計法 它沿用以前的經驗，利用控制系統中的控制環(huán)節(jié)來控制電路，然后根據性能和工作要求設計出PLC可編程控制梯形圖。在之后的運用檢測中不斷校正修改，使其達到設計者本身設計目的。因為它是根據經驗而來的，并沒有規(guī)范性或普遍性的規(guī)律可循，在設計時具有隨意性運氣性，因此設計結果往往會差強人意。因為是根據以往的經驗基礎上對程序的設計，它就要求程序設計者本身對程序設計一定要了解透徹，即具有豐富的經驗積累和雄厚的閱歷，一般不適合初學者。 4.1.2邏輯設計法 邏輯設計法是一種十分嚴密的邏輯推導為體系的控制方法，它通過邏輯演算、推理、分化和邏輯排列給出規(guī)范思路，嚴謹設計，合理推導，科學定位為一體。繼承了傳統繼電器的邏輯方法，使本身更健全更成熟，更具操作性。 邏輯設計法通過邏輯代數為理論基礎，從而在設計中通過系統建立多個控制狀態(tài)，每一個控制過程都由一個或多個控制狀態(tài)控制，然后把控制量發(fā)送給記憶元，記憶元通過一定邏輯連接把各個元件控制器之間建立嚴格的邏輯關系，使其達到整體化一體化，快捷、有序、直觀、規(guī)范的生成邏輯序列。邏輯設計法大致可以用以下幾個步驟來完成： (1)結合可編程控制器的要求，分析其工作原理，畫出工藝流程圖及繪制元件功能表，生成程序順序序列。 (2)由于設計過程中會有狀態(tài)轉化，數據傳輸，要求繪制一個比較完整的狀態(tài)轉換表以此為根據掌握狀態(tài)轉化動態(tài)。 (3)由狀態(tài)轉換表來執(zhí)行邏輯轉換設計合理有序的程序。 (4)通過以上轉換來的邏輯函數（即輸出數據）以梯形圖的形式直觀地表現出來。 (5)最后結合整體對程序進行完善處理，使其達到要求。 4.1.3狀態(tài)流程圖設計法 狀態(tài)流程圖應用比較廣泛，很多PLC程序設計中都會用到，它具有思路清晰設計簡潔明了，圖形客觀性強，圖形容易修改。而且，它還可以為不同技術人員提供相關技術交流與溝通，通過圖形設繪畫設計體現出設計者的想法與操作流程。 4.2 智能排號系統設計分析 主程序 單元清零 設工作方式 啟動設備 傳給PLC 計數單元加1 送顯示 下一個 取號了嗎？ 是否有人等待 完成了嗎 A N N N Y Y Y 圖 7-1 主程序流程圖 在圖4-1所示的智能排號系統主程序設計流程圖中，該設計方案以智能模仿人們公共場所排隊等號過程，無需工作人員分配介入，自動生成一體化高效率服務體系，客戶可以通過自動取號、排隊等候、叫號服務等功能來替代傳統的排隊過程，實現智能代替人工排隊服務的過程。通常情況下服務部門在大廳服務廳都會設立一臺計算機取號機，客觀可以通過此計算機查看或選擇取號排隊，當按下電腦中“取號”鍵時，系統會自動生成一個編排號碼，然后客戶則會進入等號排隊過程，當系統主機叫號提醒客戶過程中，該客戶可以憑借自己的排隊取號號碼到叫號窗口去辦理和查詢相關業(yè)務或選擇暫停服務。當被叫號者被叫號三次而無果后，系統主機會默認該排隊者放棄該次服務從而跳過該號碼轉到下一個編號者叫號服務。整個過程簡單方便，實用性強，效率比傳統排號高很多。 4.3 程序梯形圖設計與分析 4.3.1 人數的查詢與等待 在程序設計當中，排隊等候人數會顯示在數據寄存器中以便提取叫號。當客戶按下取號按鈕X001時，數據存儲器就會計1。數據存儲器通過其中存儲記憶的人數進行順序生成編號(如圖4-2所示）。 圖 8-2 查詢等待人數程序圖 4.3.2 排隊區(qū)取號 在此分程序設計中，顯示屏通過兩位數碼顯示管顯示號碼，號碼區(qū)間只能是01-99。通過D102來進行加1重置，然后將得到的數碼傳輸致D0由此來輸送致顯示屏顯示出來，因為D0中所得到的數就是要顯示號碼，這樣可以做到快速重復循環(huán)。再通過SFWR指令進行排隊[12]。 圖 9-3 排隊取號程序 4.3.3 窗口叫號按鈕 在該程序設計中，設計4個窗口以此編輯01-04四個窗口號碼，由于呼叫按鍵利用PLC互鎖功能通過之間相互限制，被叫號者系統會分配一個排號給該客戶，且該排號要早于下一個被叫號者的排號優(yōu)先被服務，在設計中要用到4個輔助繼電保護器M21-M24，當LED顯示屏顯示1號窗口呼叫響應時，使X002得電運行，同時傳達指令同時傳輸到1號繼電器M21得電；以此類推分別可是M22、M23、M24繼電器相繼得電。大廳窗口叫號按鈕設計梯形圖如下所示： 圖 10-4 叫號按鈕梯形圖 4.3.4 主屏叫號顯示 主顯示屏設計方案如下： 圖 11-5 主顯示屏設計流程圖 在此工作程序中，當主機傳導使M1得到電流后，數據存儲器接收信號生成號碼，然后將此號碼以波段信號形式發(fā)送給數碼顯示管用以通過顯示屏顯示所接收到的數據信號，然后由主機處理再轉換成號碼在窗口顯示屏中顯現出來[13]。 4.3.5 LED燈的閃爍設計 在如4-6所設計的梯形圖流程中，首先由輔助繼電器M21得到電流，電流流過計時器經過T0線圈，使計時器自動開始啟動計時工作使計時器常開觸點實現閉合狀態(tài)，常閉觸點實現通電狀態(tài)，LED顯示燈閃亮，工作完成使計時器計時一圈，C0加1。通電持續(xù)中就會使1號窗口LED燈閃爍，當邏輯線路中T1接口實現常閉觸點斷開狀態(tài)，常開觸點閉合狀態(tài)，計時器線圈持續(xù)放電使其實現斷電，LED燈熄滅。通過以上經過往復循環(huán)，在重復循環(huán)累次中，計數器C0根據循環(huán)次數以此加1，如此我們實現1號窗口LED閃爍燈的點亮和熄滅。2、3、4號窗口的點亮和熄滅原理同1號窗口一樣，只需要重復上述原理就可得以實現對3、3、4號窗口閃爍燈的控制。 圖 12-6 窗口LED燈閃爍程序圖 4.3.6 窗口暫停按鈕設計 在智能排號系統中，每個業(yè)務辦理應用窗臺都會設計一個暫停按鍵，當按下該系統按鍵時，窗口柜臺業(yè)務辦理會處于停止狀態(tài)，并且柜臺顯示屏會顯示“暫停服務”字樣以提醒客戶該窗口現在不予辦理任何業(yè)務，系統處理處于智能識別中，主機會根據該窗口的暫停發(fā)出信息而傳給顯示器，計時器接收電流暫停計時，該柜臺處于暫停狀態(tài)[14]。下圖為窗口暫停流程梯形圖。 圖 13-7窗口暫停流程圖 第五章 硬件制作及系統的調試 5.1 電路的原理圖的設計 本論文為智能窗口排號叫號設計，采用單個輸入口輸入，多個輸出口輸出響應，輸出點比較繁雜。本篇設計采用日本三菱公司的FX2N系列FX2N-32MR 可編程控制器制作。PLC原理圖繪制如5-1圖： （1） 按鍵輸入電路原理圖： 圖 14-1 按鍵輸入電路圖 （2）發(fā)光二極管電路原理圖： 發(fā)光二極管的正常發(fā)光電壓和制造材料的種類有密切關系，由使用材料決定工作電壓的正常工作情況。普通的LED顯示管電壓在1.5V—1.8V之間，磷化鎵材料的電壓比較合適，性能優(yōu)益，價格低廉，因此可以在該種類顯示管中被廣泛應用。這種LED如彩虹一般有多種顏色，能夠按照用戶意愿自主改變。但是，缺點是當發(fā)光時電流較小,亮度較低，不能用于正常照明。因此，本次設計電路分別串聯4個500歐的電阻，使LED在0.010A的電流下正常工作[15]。 圖 15-2 發(fā)光二極管電路圖 （3）24V轉5V電路原理： 下圖為24V轉5V電路原理圖： 圖 16-3 24V轉5V電路圖 5.2系統調試及運行 利用本次三菱公司的FX2N系列可編程控制器，編寫完控制智能排號系統的用戶程序，讀程序確認其寫入的正確性(如圖5-5所示)。經修改后，運行正常。運行流程如下： （1）調節(jié)SB1按鈕時，主要來顯示查詢在該客戶之前的等待人數，通過兩位數碼管在顯示屏中顯示出來； （2）調節(jié)SB2按鈕，客戶通過該按鈕來取得自己當前號碼，控制系統自動將顧客號碼送入排隊等待中； （3）調節(jié)SB3-SB6按鈕，則按順序表示1-4號窗口的排隊等待客戶，通過兩位數碼管顯示當前需要被服務的排隊的顧客號碼。這時，一位數碼顯示管的顯示屏會在該柜臺窗口顯示“01”數碼。與此同時，就會在1號窗口出現LED發(fā)光二極管閃亮8秒鐘，然后就會一直以常亮狀態(tài)顯現。以此類推，2號窗口到4號窗口都是相應按下對應按鈕，使其閃爍8秒，然后常亮。 （4）調節(jié)4個窗口啟動按鈕，當同時按下時，數碼顯示管顯示“01”，4個窗口同時啟動，使其閃爍燈先閃爍，然后保持常亮狀態(tài)。 （5）調節(jié)SB7按鈕，觸發(fā)1號叫號窗口的顯示屏工作狀態(tài)，使1號窗LED閃爍燈熄滅。 （6）如（4）所示，分別調節(jié)S8-S10按鈕，依次對應2號到4號LED閃爍燈，使其閃爍燈熄滅。 （7）調節(jié)4個柜臺窗口的暫停按鍵，當控制按鈕被同時按下時，LED液晶顯示屏顯示數位“00”，4個窗口同時暫停服務，LED閃爍燈同時熄滅。 圖 17-4 程序檢查 第6章 總結與展望 一、本文總結 隨著當今科技的發(fā)展，計算機功能越發(fā)強大，而且以計算機軟件系統模的增大和大量復雜運算與編程系統的提高，使軟件系統的體系結構和規(guī)格顯得越來越重要。在此情況下，軟件體系結構的重要性已經凝聚到現代人生活的各個行業(yè)，人們對軟件體系結構系統、深入的研究將會成為提高軟件生產率和解決軟件維護問題的新的途徑。本系統可解決大部分服務行業(yè)排隊混亂問題。主要是實現取號，叫號功能。在取號的設計中用到了高低值算法，也使用了多線程技術，目的是可以使多個業(yè)務員同時在線進行多方面多領域多對點業(yè)務處理。本次設計中運用了AUTOCAD、GX Developer和Protel等輔助軟件，有效地減少了工作的量提高工作效率，達到理想設計效果。 本次設計過程中雖然出現諸多問題，但是本著不放棄認真對待的原則，通過各種方法依次解決，這樣又能讓我對大學所學知識進行一次溫習的過程，鞏固基礎。這樣也能有效地培養(yǎng)我們獨立自主的學習能力和實踐能力，這對我們以后的步入社會是很有幫助的。 二、工作展望 通過本次畢業(yè)設計的順利完成，讓我對自己所學知識有了很大提高。本次設計也是根據現當今社會服務業(yè)的主要發(fā)展潮流而展開的，具有很大的現實意義。因此，這也是我在畢業(yè)以前的最后一次模擬演練。同時，通過本次設計也讓我看到了很多自己的不足之處，讓我能及時察覺并加以提高自身能力，這讓我在之后的工作當中起到了至關重要的作用，讓我對自己以后更加充滿信心?？傊?，通過本文的設計讓我受益匪淺。 參考文獻 [1] 楊進.談PLC仿真學習軟件在PLC教學中的應用[J]. 職業(yè)教育研究,2007,(5). [2] 郁漢琪編著.電氣控制與可編程控制器應用技術.南京:東南大學出版社,2003.6. [3] 鐘肇新,范建編著. 可編程控制器原理及應用. 廣州：華南理工大學出版社，2003.5. [4] 陳忠平. 三菱FX/Q系列PLC自學手冊.北京：人民郵電出版社，2009. [5] 李俊秀.可編程控制器應用技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002. [6] 鄭風翼.PLC控制系統梯形圖和語句表.北京：人民郵電出版社.2005. [7] 皮壯行.可編程序控制器的系統設計與應用實例 M . 北京: 機械工業(yè)出版社, 2000. [8] 張運剛.從入門到精通:三菱FX2N PLC技術與應用.人民郵電出版社，2007. [9] 劉涳.電氣及自動化專業(yè)畢業(yè)設計寶典.西安電子科技大學出版社. 2007. [10] 賀哲榮.流行可編程序控制器梯形圖識圖入門. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2008. [11] 張宏林.PLC應用開發(fā)技術與工程實踐（第2版）.北京：人民郵電出版社，2008. [12] 陳宇編著.可編程控制器基礎及編程技巧.廣州：華南理工大學出版社，1999. [13] 余雷聲編著．電氣控制與PLC應用．北京：機械工業(yè)出版社，1996. [14] PROGRAMMING MANUAL .MISUBISHI ELECTRIC，1999. [15] Programming Controller Melsec FX series Programming Manual.Misubishi electric,1994. 致 謝 本篇論文是在臧大進導師的精心指導下而完成的，大學四年受到老師的諄諄教誨讓我感受頗深。因為老師也話費了好多時間來精心的指導我一步步怎么做，我衷心的感謝臧老師對我們的指導，并希望自己能夠好好地向老師學習，成為一個對事情認真、并一絲不茍地完成的人。值此設計完成之際，謹向導師至于崇高的敬意和由衷的感謝。 能夠完成這篇論文我也感到很少欣慰，大學所學也在這畢業(yè)的時刻得到了很好地應用。也讓我運用至少更加熟練。在這里我也要感謝每個同學在設計以及其他的方面對我提供的幫助，使我能夠及時地發(fā)現設計中的每個錯誤和不合理的地方，并及時的改正錯誤和改進PLC的控制程序，改善控制系統的設計，以至于能夠合理正確的運用所學知識，最終順利的完成畢業(yè)設計。 最后我也要感謝我的父母，沒有他們就不會有我的今天更不會有這篇文章，其次要感謝我在文章中引用知識的所有作者，沒有他們的學術作品給我學習與借鑒也不會有我今天的論文。最后對本論文所有關心與幫助的人致以最真誠的感謝。 附錄 源程序： - 29 -