PLC-電子計(jì)算器設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)(論文)題 目 名 稱 簡(jiǎn)易電子計(jì)算器設(shè)計(jì) 課 程 名 稱 PLC課程設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 系 、專 業(yè) 電氣工程系 指 導(dǎo) 教 師 2013年1月10日邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱表學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 系 電氣工程系 專業(yè)班級(jí) 題目名稱 簡(jiǎn)易電子計(jì)算器設(shè)計(jì) 課程名稱 PLC課程設(shè)計(jì) 一、學(xué)生自我總結(jié)通過(guò)本次簡(jiǎn)易電子計(jì)算器設(shè)計(jì)使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)PLC技術(shù)方面的知識(shí)，每一步都有可能出現(xiàn)問(wèn)題，我們所做的就是迎接問(wèn)題，改正錯(cuò)誤，使自己的作品更加完善。實(shí)踐出真知，通過(guò)親自動(dòng)手制作，終于完成了這個(gè)艱巨的任務(wù)，這次課程設(shè)計(jì)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(lì)是分不開(kāi)的。 學(xué)生簽名： 年 月 日二、指導(dǎo)教師評(píng)定評(píng)分項(xiàng)目平時(shí)成績(jī)論文答辯綜合成績(jī)權(quán) 重304030單項(xiàng)成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（或論文）的“任務(wù)書(shū)”頁(yè)后面；2、表中的“評(píng)分項(xiàng)目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)確定。邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)年級(jí)專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)題目名稱簡(jiǎn)易電子計(jì)算器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間2012/12/31 -2013/1/11課程名稱PLC原理及應(yīng)用課程編號(hào)121200107設(shè)計(jì)地點(diǎn)數(shù)字控制與PLC實(shí)驗(yàn)室（306） 一、 課程設(shè)計(jì)（論文）目的PLC原理

3、及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)領(lǐng)域重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，主要以小型實(shí)用性PLC控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)為主。課程設(shè)計(jì)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(jì)的步驟，熟悉和掌握PLC開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用和軟件調(diào)試過(guò)程，通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)故障的分析、判斷、檢修進(jìn)一步鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。二、 已知技術(shù)參數(shù)和條件利用PLC設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電子計(jì)算器?？刂埔笕缦拢?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(shí)，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(duì)的運(yùn)算指示燈會(huì)亮。3接著輸入一個(gè)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(gè)緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運(yùn)算，且相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算指示燈熄滅。4將運(yùn)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(jì)系統(tǒng)的PLC外部接線圖2、系統(tǒng)的操作面板3、設(shè)計(jì)好順序功能圖3、系統(tǒng)的T形圖按照要求書(shū)寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告注： 1此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，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(shí)驗(yàn)室、主要儀器設(shè)備等）實(shí)驗(yàn)室有EL型PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)4套，F(xiàn)X2N系列實(shí)驗(yàn)裝置8臺(tái)，以及相關(guān)的軟件。 FX2N系列、S7系列產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)；FX2N系列實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)；五、進(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)2013年1月8日-9日：系統(tǒng)調(diào)試改進(jìn)2013年1月10日：整理書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2013年1月11日：答辯六、教研室審批意見(jiàn)教研室主任（簽字）： 年 月 日七|、主管教學(xué)主任意見(jiàn) 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(mǎi)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(jì)算器，可見(jiàn)計(jì)算器真的很重要。本文中基于PLC設(shè)計(jì)的電子計(jì)算器比傳統(tǒng)計(jì)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(huì)，大大方便了人們的生活。 這次設(shè)計(jì)中將選用PLC通過(guò)梯形圖和編程指令兩種手段來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易計(jì)算器的加減乘除功能。論文中對(duì)計(jì)算器的發(fā)展、計(jì)算器的控制及設(shè)計(jì)要求、PLC的選定及其有關(guān)知識(shí)、硬件結(jié)構(gòu)的連接及相關(guān)模塊設(shè)計(jì)、軟件流程圖的設(shè)計(jì)、梯形圖和編程指令的編寫(xiě)、系統(tǒng)的測(cè)試及有關(guān)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)闡述?；赑LC設(shè)計(jì)的電子計(jì)算器能夠完成簡(jiǎn)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(shí)也能指示相應(yīng)的運(yùn)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(jì)算器的工作流程分析22.1 電子計(jì)算器的控制過(guò)程描述22.2

7、 電子計(jì)算器的控制工藝分析23 控制要求及設(shè)計(jì)要求33.1 控制要求33.2 設(shè)計(jì)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(jì)44.3 輸出I/O點(diǎn)數(shù)54.4 電子計(jì)算器界面圖55 電子計(jì)算器控制系統(tǒng)流程圖及程序設(shè)計(jì)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(xiàn)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(lái)的含義是具有柔性的（可編程）主要來(lái)完成邏輯控制（針對(duì)數(shù)字量） 工業(yè)控制器，它代替了傳統(tǒng)的靠硬觸點(diǎn)來(lái)做的控制系統(tǒng)就象當(dāng)初的計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)邏輯控制演變?yōu)橐粋€(gè)可進(jìn)行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換，可進(jìn)行定位控制，等一個(gè)功能強(qiáng)大的工業(yè)控制器，可以說(shuō)它在現(xiàn)代社會(huì)各種需要自動(dòng)控制的場(chǎng)合發(fā)揮了巨大的作用?？删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)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(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)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(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)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(wú)故障時(shí)間高達(dá)3

9、0萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，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(kāi)關(guān)接點(diǎn)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(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)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(hù)。此課程設(shè)計(jì)中由按鍵輸入的數(shù)字會(huì)出現(xiàn)在7段數(shù)碼管上，只限4位數(shù)，該計(jì)算器最大缺陷就是不能顯示負(fù)值。當(dāng)按加、減、乘、除號(hào)時(shí)，對(duì)應(yīng)的小燈會(huì)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(hào)時(shí)，7段數(shù)碼管會(huì)將緩

10、存中的計(jì)算結(jié)果顯示出來(lái)，如果結(jié)果為負(fù)值只能顯示數(shù)字部分不會(huì)顯示符號(hào)部分。2 電子計(jì)算器的工作流程分析2.1 電子計(jì)算器的控制過(guò)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(shí)，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(duì)的運(yùn)算指示燈會(huì)亮；（3）接著輸入一個(gè)數(shù)，之后若是按下“=”鍵，則此加、減、乘、除數(shù)被存放于另一個(gè)緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運(yùn)算，且相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算指示燈熄滅；（4）將運(yùn)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(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行電子計(jì)算器運(yùn)行原理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、

11、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。2.2 電子計(jì)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(jì)算機(jī)”概念是包括“電子計(jì)算器”的。電子計(jì)算器中也有集成電路，但計(jì)算器的功能簡(jiǎn)便，價(jià)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(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖等；（2）系統(tǒng)有啟動(dòng)、停止功能；（3）運(yùn)用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)，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(jì)；（5）進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)電子計(jì)算器的控制要求。2.2.2 電子計(jì)算器的相關(guān)知識(shí)計(jì)算器一般由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器

12、、鍵盤(pán)、顯示器、電源和一些可選外圍設(shè)備及電子配件通過(guò)人工或機(jī)器設(shè)備組成。低檔計(jì)算器的運(yùn)算器、控制器由數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的串行運(yùn)算，其隨機(jī)存儲(chǔ)器只有一、二個(gè)單元，供累加存儲(chǔ)用。3 控制要求及設(shè)計(jì)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(shí)，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(duì)的運(yùn)算指示燈會(huì)亮。（3）接著輸入一個(gè)數(shù)，之后若是按下“=”鍵，則此加、減、乘、除數(shù)被存放于另一個(gè)緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運(yùn)算，且相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算指示燈熄滅。（4）將運(yùn)算結(jié)果顯示在7段數(shù)碼管上。3.2 設(shè)計(jì)要求及原理學(xué)生根據(jù)控制要

13、求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行電子計(jì)算器運(yùn)行原理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。主要內(nèi)容包括：（1）設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等；（2）系統(tǒng)有啟動(dòng)、停止功能；（3）運(yùn)用功能指令進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)，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(jì)；（5）進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)電子計(jì)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(jì)算器輸入/輸出接點(diǎn)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(gè)4*4矩陣鍵盤(pán)加

14、減標(biāo)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(pán)輸入，通過(guò)PLC緩存區(qū)存放數(shù)值，并通過(guò)數(shù)碼管顯示計(jì)算結(jié)果。4 硬件結(jié)構(gòu)圖4.1 PLC選定由于電子計(jì)算器的輸入/輸出接點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計(jì)算機(jī)對(duì)PLC進(jìn)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(jī)。該機(jī)輸入點(diǎn)為12，輸出點(diǎn)為8。內(nèi)部主要有：136個(gè)輔助繼電器、16個(gè)特殊功能繼電器、160個(gè)保持繼電器、8個(gè)暫存繼電器、48個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器、64個(gè)16位數(shù)據(jù)存貯器。4.2 系統(tǒng)接線圖的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)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(pán)單板電源插座AC78

15、9=45+61231 0/圖4.1 電子計(jì)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(shí)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(gè)COM。4.3 輸出I/O點(diǎn)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(diǎn)分配，如表4.1所示。表4.1 I/O點(diǎn)分配輸入設(shè)備輸入點(diǎn)號(hào)輸出設(shè)備輸出點(diǎn)號(hào)按鍵0-900001-000097段數(shù)碼管01001-01007加號(hào)000010加法指示燈01010減號(hào)00011減法指示燈01011乘號(hào)00012乘法指示燈01012除號(hào)00013除法指示燈01013等號(hào)00014復(fù)位000154.4 電子計(jì)算器界面圖數(shù)字計(jì)算器采用

16、數(shù)字鍵盤(pán)輸入，通過(guò)PLC緩存區(qū)存放數(shù)值，并通過(guò)數(shù)碼管顯示計(jì)算結(jié)果。根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)算器內(nèi)部，進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算和驅(qū)動(dòng)LED顯示。圖4.2 電子計(jì)算器界面圖5 電子計(jì)算器控制系統(tǒng)流程圖及程序設(shè)計(jì)5.1 電子計(jì)算器控制程序流程圖設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)算器控制流程圖5.2 電子計(jì)算器控制設(shè)計(jì)程序流程圖分析首先，如圖3-1所示，按下啟動(dòng)按鈕AC（00014）啟動(dòng)計(jì)算器；按下被加減乘除數(shù)；然后按下加減乘除符號(hào)中的任意一個(gè)，此時(shí)相應(yīng)的運(yùn)算指示燈亮，與此同時(shí)，被加減乘除數(shù)放入緩存中；接

17、著，按下等號(hào)鍵后運(yùn)算指示燈滅，且加減乘除數(shù)放入另一個(gè)緩存區(qū)內(nèi)，利用CX-Programmer畫(huà)出相應(yīng)的梯形圖，并運(yùn)用該軟件中給出的函數(shù)模塊進(jìn)行運(yùn)算。梯形圖見(jiàn)附錄。6 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析6.1 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)用CX-Programmer7.3軟件畫(huà)出梯形圖后，點(diǎn)擊編譯按鈕。確認(rèn)無(wú)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(jìn)行軟件仿真；軟件仿真正確無(wú)誤后，就可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)與PLC的連接了。此時(shí)點(diǎn)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(huì)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(hào)時(shí)，對(duì)應(yīng)的小燈會(huì)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(hào)時(shí)，7段數(shù)碼管會(huì)將緩存中的計(jì)算結(jié)果顯示出來(lái)，如果結(jié)果為負(fù)值只能顯示數(shù)字部分不會(huì)顯示符號(hào)部分。其次就是一個(gè)數(shù)除以0的運(yùn)算也無(wú)法實(shí)現(xiàn)?？偨Y(jié)本設(shè)計(jì)僅為簡(jiǎn)單計(jì)算器，功能方面只能進(jìn)行4位數(shù)以內(nèi)的簡(jiǎn)單的加減乘除基本運(yùn)算，并且只能顯示數(shù)字部分，無(wú)法顯示符號(hào)部分，是這個(gè)設(shè)計(jì)的最大缺陷和遺憾，包括除以0的運(yùn)算也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。硬件方面連線部分比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)接線錯(cuò)誤和調(diào)試失敗，也會(huì)出現(xiàn)數(shù)碼管輸出錯(cuò)誤?？偟膩?lái)說(shuō)，這個(gè)設(shè)計(jì)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC設(shè)計(jì)成果，無(wú)法達(dá)到真正計(jì)算器的功能，但是仍然可以體現(xiàn)PLC的強(qiáng)大功能和邏輯性。這次的課程設(shè)計(jì)主要以PLC控制工藝應(yīng)用為主，鍛煉了我的動(dòng)手操作能力，編程能力，并且在老師的幫助下改進(jìn)了結(jié)構(gòu)圖，接線圖，時(shí)序圖等。進(jìn)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(xiàn)1 張鳳珊電氣控制及可編程序控制器2版 M北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社，20032 馬志溪電氣工程設(shè)計(jì) M北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，20023 劉增良，劉國(guó)亭電氣工程CA