PLC-電子計算器設(shè)計

1、課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 簡易電子計算器設(shè)計 課 程 名 稱 PLC課程設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 系 、專 業(yè) 電氣工程系 指 導(dǎo) 教 師 2013年1月10日邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）評閱表學(xué)生姓名 學(xué) 號 系 電氣工程系 專業(yè)班級 題目名稱 簡易電子計算器設(shè)計 課程名稱 PLC課程設(shè)計 一、學(xué)生自我總結(jié)通過本次簡易電子計算器設(shè)計使我更加扎實的掌握了有關(guān)PLC技術(shù)方面的知識，每一步都有可能出現(xiàn)問題，我們所做的就是迎接問題，改正錯誤，使自己的作品更加完善。實踐出真知，通過親自動手制作，終于完成了這個艱巨的任務(wù)，這次課程設(shè)計使我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、

2、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。 學(xué)生簽名： 年 月 日二、指導(dǎo)教師評定評分項目平時成績論文答辯綜合成績權(quán) 重304030單項成績指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計（論文）成績評定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計說明書（或論文）的“任務(wù)書”頁后面；2、表中的“評分項目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細則和評分標準確定。邵陽學(xué)院課程設(shè)計（論文）任務(wù)書年級專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)號題目名稱簡易電子計算器設(shè)計設(shè)計時間2012/12/31 -2013/1/11課程名稱PLC原理及應(yīng)用課程編號121200107設(shè)計地點數(shù)字控制與PLC實驗室（306） 一、 課程設(shè)計（論文）目的PLC原理

3、及應(yīng)用課程設(shè)計是電氣工程及其自動化專業(yè)領(lǐng)域重要的實踐環(huán)節(jié)之一，主要以小型實用性PLC控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計為主。課程設(shè)計的目的和任務(wù)：全面熟練掌握PLC的硬件組成以及各種指令的應(yīng)用，使學(xué)生掌握小型PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的步驟，熟悉和掌握PLC開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用和軟件調(diào)試過程，通過設(shè)計過程中對故障的分析、判斷、檢修進一步鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。二、 已知技術(shù)參數(shù)和條件利用PLC設(shè)計一個簡單電子計算器。控制要求如下：1由按鍵輸入的數(shù)值顯示在7段數(shù)碼管上，但只限4位數(shù)。2按加、減、乘、除鍵時，第一次輸入的值被存放在緩沖區(qū)中，當(dāng)做被加、減、乘、除數(shù)，且加、減、乘、除相對的運算指示燈會亮。3接著輸入一個數(shù)，之

4、后若是按下“=”鍵，則此加、減、乘、除數(shù)被存放于另一個緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運算，且相對應(yīng)的運算指示燈熄滅。4將運算結(jié)果顯示在7段數(shù)碼管上。三、 任務(wù)和要求1、設(shè)計系統(tǒng)的PLC外部接線圖2、系統(tǒng)的操作面板3、設(shè)計好順序功能圖3、系統(tǒng)的T形圖按照要求書寫課程設(shè)計報告注： 1此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實驗室、主要儀器設(shè)備等）實驗室有EL型PLC實驗系統(tǒng)4套，F(xiàn)X2N系列實驗裝置8臺，以及相關(guān)的軟件。 FX2N系列、S7系列產(chǎn)品說明書；FX2N系列實驗裝置實驗指導(dǎo)書；五、進度安排2

5、012年12月31日-2013年1月1日：收集和課程設(shè)計有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)何要求2013年1月2日-3日：總體方案設(shè)計2013年1月4日-5日：外部接線圖2013年1月6日7日：T形圖設(shè)計2013年1月8日-9日：系統(tǒng)調(diào)試改進2013年1月10日：整理書寫設(shè)計說明書2013年1月11日：答辯六、教研室審批意見教研室主任（簽字）： 年 月 日七|、主管教學(xué)主任意見 主管主任（簽字）： 年 月 日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：摘 要在人們?nèi)粘Ｉ钪匈I東西、記賬、學(xué)習(xí)等等。凡是與數(shù)有關(guān)的，我們都可以用到計算器，可見計算器真的很重要。本文中基于PLC設(shè)計的電子計算器比傳統(tǒng)計算器更可靠

6、、更方便、性能更好、更容易適應(yīng)當(dāng)今高速發(fā)展的社會，大大方便了人們的生活。 這次設(shè)計中將選用PLC通過梯形圖和編程指令兩種手段來實現(xiàn)簡易計算器的加減乘除功能。論文中對計算器的發(fā)展、計算器的控制及設(shè)計要求、PLC的選定及其有關(guān)知識、硬件結(jié)構(gòu)的連接及相關(guān)模塊設(shè)計、軟件流程圖的設(shè)計、梯形圖和編程指令的編寫、系統(tǒng)的測試及有關(guān)結(jié)果進行詳細闡述?；赑LC設(shè)計的電子計算器能夠完成簡單的加減乘除功能，并能夠用七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字及結(jié)果，同時也能指示相應(yīng)的運算類型。關(guān)鍵詞：PLC；I/O分配；數(shù)碼管；梯形圖 目 錄1 PLC控制系統(tǒng)介紹12 電子計算器的工作流程分析22.1 電子計算器的控制過程描述22.2

7、 電子計算器的控制工藝分析23 控制要求及設(shè)計要求33.1 控制要求33.2 設(shè)計要求及原理34 硬件結(jié)構(gòu)圖44.1 PLC選定44.2 系統(tǒng)接線圖的設(shè)計44.3 輸出I/O點數(shù)54.4 電子計算器界面圖55 電子計算器控制系統(tǒng)流程圖及程序設(shè)計66 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析76.1 系統(tǒng)調(diào)試76.2 結(jié)果分析7總結(jié)8參考文獻9附錄101 PLC控制系統(tǒng)介紹PLC英文全稱為Programmable Logical Controller即：可編程邏輯控控制器，它本來的含義是具有柔性的（可編程）主要來完成邏輯控制（針對數(shù)字量） 工業(yè)控制器，它代替了傳統(tǒng)的靠硬觸點來做的控制系統(tǒng)就象當(dāng)初的計算機已經(jīng)演變?yōu)殡娔X

8、一樣，現(xiàn)在的PLC也由早期單純地實現(xiàn)邏輯控制演變?yōu)橐粋€可進行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換，可進行定位控制，等一個功能強大的工業(yè)控制器，可以說它在現(xiàn)代社會各種需要自動控制的場合發(fā)揮了巨大的作用?？删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機械或生產(chǎn)過程。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3

9、0萬小時。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。此課程設(shè)計中由按鍵輸入的數(shù)字會出現(xiàn)在7段數(shù)碼管上，只限4位數(shù)，該計算器最大缺陷就是不能顯示負值。當(dāng)按加、減、乘、除號時，對應(yīng)的小燈會亮起，繼續(xù)輸入數(shù)字出現(xiàn)在7段數(shù)碼管上，同樣只限4位數(shù)，按等于號時，7段數(shù)碼管會將緩

10、存中的計算結(jié)果顯示出來，如果結(jié)果為負值只能顯示數(shù)字部分不會顯示符號部分。2 電子計算器的工作流程分析2.1 電子計算器的控制過程描述（1）由按鍵輸入的數(shù)值顯示在7段數(shù)碼管上，但只限4位數(shù)；（2）按加、減、乘、除鍵時，第一次輸入的值被存放在緩沖區(qū)中，當(dāng)做被加、減、乘、除數(shù)，且加、減、乘、除相對的運算指示燈會亮；（3）接著輸入一個數(shù)，之后若是按下“=”鍵，則此加、減、乘、除數(shù)被存放于另一個緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運算，且相對應(yīng)的運算指示燈熄滅；（4）將運算結(jié)果顯示在7段數(shù)碼管上。學(xué)生根據(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，進行電子計算器運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、

11、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。2.2 電子計算器的控制工藝分析2.2.1 控制工藝分析從某種角度而言，廣義的“計算機”概念是包括“電子計算器”的。電子計算器中也有集成電路，但計算器的功能簡便，價格更加便宜，利于攜帶與穩(wěn)定性好?？刂乒に嚨闹饕獌?nèi)容包括：（1）設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖等；（2）系統(tǒng)有啟動、停止功能；（3）運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計，并有主程序、子程序和中斷程序；（4）程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；（5）進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)電子計算器的控制要求。2.2.2 電子計算器的相關(guān)知識計算器一般由運算器、控制器、存儲器

12、、鍵盤、顯示器、電源和一些可選外圍設(shè)備及電子配件通過人工或機器設(shè)備組成。低檔計算器的運算器、控制器由數(shù)字邏輯電路實現(xiàn)簡單的串行運算，其隨機存儲器只有一、二個單元，供累加存儲用。3 控制要求及設(shè)計要求3.1 控制要求（1）由按鍵輸入的數(shù)值顯示在7段數(shù)碼管上，但只限4位數(shù)。（2）按加、減、乘、除鍵時，第一次輸入的值被存放在緩沖區(qū)中，當(dāng)做被加、減、乘、除數(shù)，且加、減、乘、除相對的運算指示燈會亮。（3）接著輸入一個數(shù)，之后若是按下“=”鍵，則此加、減、乘、除數(shù)被存放于另一個緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運算，且相對應(yīng)的運算指示燈熄滅。（4）將運算結(jié)果顯示在7段數(shù)碼管上。3.2 設(shè)計要求及原理學(xué)生根據(jù)控制要

13、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，進行電子計算器運行原理設(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：（1）設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等；（2）系統(tǒng)有啟動、停止功能；（3）運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計，并有主程序、子程序和中斷程序；（4）程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；（5）進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)電子計算器的控制要求。由于這學(xué)期我們主要學(xué)習(xí)的就是三菱FX系列的可編程控制器而電子計算器輸入/輸出接點并不算太多所以要選用的是FX2N-48M的PLC。數(shù)據(jù)輸入用一個4*4矩陣鍵盤加

14、減標示選用LED指示燈數(shù)據(jù)顯示用七段數(shù)碼管。采用數(shù)字鍵盤輸入，通過PLC緩存區(qū)存放數(shù)值，并通過數(shù)碼管顯示計算結(jié)果。4 硬件結(jié)構(gòu)圖4.1 PLC選定由于電子計算器的輸入/輸出接點少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機對PLC進行監(jiān)控和管理，故選用日本OMRON（立石）公司生產(chǎn)的多功能小型C20P主機。該機輸入點為12，輸出點為8。內(nèi)部主要有：136個輔助繼電器、16個特殊功能繼電器、160個保持繼電器、8個暫存繼電器、48個定時/計數(shù)器、64個16位數(shù)據(jù)存貯器。4.2 系統(tǒng)接線圖的設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，及所選系統(tǒng)系統(tǒng)硬件連接圖4-1所示。PLCXPLCYCOM數(shù)字鍵盤單板電源插座AC78

15、9=45+61231 0/圖4.1 電子計算器外部連線圖 接線之前需檢查每根導(dǎo)線是否能用；接線時需將電源關(guān)掉，保證安全操作。PLC的輸入端口及輸出端口的地端應(yīng)該接入同一個COM。4.3 輸出I/O點數(shù)根據(jù)圖1接線圖所示的模塊圖，可確定電氣控制系統(tǒng)的I/O點分配，如表4.1所示。表4.1 I/O點分配輸入設(shè)備輸入點號輸出設(shè)備輸出點號按鍵0-900001-000097段數(shù)碼管01001-01007加號000010加法指示燈01010減號00011減法指示燈01011乘號00012乘法指示燈01012除號00013除法指示燈01013等號00014復(fù)位000154.4 電子計算器界面圖數(shù)字計算器采用

16、數(shù)字鍵盤輸入，通過PLC緩存區(qū)存放數(shù)值，并通過數(shù)碼管顯示計算結(jié)果。根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求，用組態(tài)軟件繪制的硬件操作界面圖4.2所示，其中PLC集成于計算器內(nèi)部，進行簡單的數(shù)學(xué)運算和驅(qū)動LED顯示。圖4.2 電子計算器界面圖5 電子計算器控制系統(tǒng)流程圖及程序設(shè)計5.1 電子計算器控制程序流程圖設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求及硬件接線圖可以得到如圖5.1所示的程序流程圖。圖5.1 電子計算器控制流程圖5.2 電子計算器控制設(shè)計程序流程圖分析首先，如圖3-1所示，按下啟動按鈕AC（00014）啟動計算器；按下被加減乘除數(shù)；然后按下加減乘除符號中的任意一個，此時相應(yīng)的運算指示燈亮，與此同時，被加減乘除數(shù)放入緩存中；接

17、著，按下等號鍵后運算指示燈滅，且加減乘除數(shù)放入另一個緩存區(qū)內(nèi)，利用CX-Programmer畫出相應(yīng)的梯形圖，并運用該軟件中給出的函數(shù)模塊進行運算。梯形圖見附錄。6 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析6.1 系統(tǒng)調(diào)試運用CX-Programmer7.3軟件畫出梯形圖后，點擊編譯按鈕。確認無誤后，選擇菜單欄中的“模擬”，然后選擇“在線模擬”，即用CX-Simulator1.5進行軟件仿真；軟件仿真正確無誤后，就可以進行計算機與PLC的連接了。此時點擊菜單欄上的“PLC”，選擇“在線工作”即可。6.2 結(jié)果分析由按鍵輸入的數(shù)字會出現(xiàn)在7段數(shù)碼管上，只限4位數(shù)。當(dāng)按加、減、乘、除號時，對應(yīng)的小燈會亮起，繼續(xù)輸入數(shù)字

18、出現(xiàn)在7段數(shù)碼管上，同樣只限4位數(shù)，按等于號時，7段數(shù)碼管會將緩存中的計算結(jié)果顯示出來，如果結(jié)果為負值只能顯示數(shù)字部分不會顯示符號部分。其次就是一個數(shù)除以0的運算也無法實現(xiàn)?？偨Y(jié)本設(shè)計僅為簡單計算器，功能方面只能進行4位數(shù)以內(nèi)的簡單的加減乘除基本運算，并且只能顯示數(shù)字部分，無法顯示符號部分，是這個設(shè)計的最大缺陷和遺憾，包括除以0的運算也無法實現(xiàn)。硬件方面連線部分比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)接線錯誤和調(diào)試失敗，也會出現(xiàn)數(shù)碼管輸出錯誤?？偟膩碚f，這個設(shè)計就是一個簡單的PLC設(shè)計成果，無法達到真正計算器的功能，但是仍然可以體現(xiàn)PLC的強大功能和邏輯性。這次的課程設(shè)計主要以PLC控制工藝應(yīng)用為主，鍛煉了我的動手操作能力，編程能力，并且在老師的幫助下改進了結(jié)構(gòu)圖，接線圖，時序圖等。進一步熟悉了PLC編程控制器的應(yīng)用，為以后工作上PLC應(yīng)用方面打下了較好的基礎(chǔ)。參考文獻1 張鳳珊電氣控制及可編程序控制器2版 M北京: 中國輕工業(yè)出版社，20032 馬志溪電氣工程設(shè)計 M北京: 機械工業(yè)出版社，20023 劉增良，劉國亭電氣工程CA