1、 专业综合应用与工程能力实践训练项目设计说明书电子计算器学生姓名： 舒翅 专 业： 自动化 班 级： 1202 学 号： 1230740228 指导教师：董海兵 职称 讲师 完成时间： 2015 年 12 月 摘 要LC 英文全称为 Programmable Logical Controller,即可编程逻辑控制器。顾名思义,它本来的含义是具有柔性的，可编程，主要来完成逻辑控制，针对数字量。工业控制器，它代替了传统的靠硬触点来做的控制系统就象当初的计算机已经演变为电脑一样，现在的 PLC 也由早期单纯地实现逻辑控制演变为一个可进行数模、模数转换，可进行定位控制等一个功能强大的工业控制器。电子计
2、算器功能方面只能进行 4 位数以内的简单的加减乘除基本运算，并且只能显示数字部分，无法显示符号部分，是最大缺陷和遗憾，包括除以 0 的运算也无法实现。硬件方面连线部分比较简单，这是利用十六键输入和选通输出的优势。总的来说电子计算器设计就是一个简单的 PLC 设计成果，没有真正计算器的功能那么强大，但是仍然可以体现 PLC 的强大功能和逻辑性。关键字：PLC；电子计算器；仿真I目 录1 引言 .11.1 设计目的 .11.2 设计要求 .12 电子计算器的系统硬件设计 .22.1 PLC 选型 .22.2 系统硬件配置及组成原理 .22.2.1 数据输入： .22.2.2 数据显示： .33 电
3、子计算器控制系统梯形图程序设计 .63.1 控制程序设计思路 .63.2 I/O 分配 .63.3 控制程序设计思路 .73.4 控制程序流程图设计 .73.5 程序说明 .84 GX Developer 系统仿真 .114.1 仿真结果 114.2 结果分析 135 课程设计心得 14致 谢 .15参考文献 .16附 录 .17附录 A 程序梯形图 .17附录 B 程序清单 .2001 引言PLC 英文全称为 Programmable Logical Controller,即可编程逻辑控制器。顾名思义,它本来的含义是具有柔性的，可编程，主要来完成逻辑控制，针对数字量。工业控制器，它代替了传统
4、的靠硬触点来做的控制系统就象当初的计算机已经演变为电脑一样，现在的 PLC 也由早期单纯地实现逻辑控制演变为一个可进行数模、模数转换，可进行定位控制等一个功能强大的工业控制器。可以说它在现代社会各种需要自动控制的场合发挥了巨大的作用。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统。专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令、并通过数字式、模拟式的输入和输出、控制各种机械或生产过程。1.1 设计目的设计一个基于 PLC 的电子计算器。1.2 设计要求控制要求如下：（1）由按键输入的数值显示在 7 段数码管上，但只限 4
5、位数。（2）按加、减、乘、除键时，第一次输入的值被存放在缓冲区中，当做被加、减、乘、除数，且加、减、乘、除相对的运算指示灯会亮。（3）接着输入一个数，之后若是按下“=”键，则此加、减、乘、除数被存放于另一个缓冲区中，与刚才输入的数做运算，且相对应的运算指示灯熄灭。（4）将运算结果显示在 7 段数码管上。12 电子计算器的系统硬件设计2.1 PLC 选型电子计算器的输入点需要 5 个，分别为 X000，X001，X002,X003，X004；输出点需要 16 个，其中 Y000Y003 为扫描输出点，Y004Y007 为指示灯，还有 Y010Y017 为数据输出点。由此选用 FX2N-32MR
6、的 PLC。2.2 系统硬件配置及组成原理数据输入用一个 4*4 矩阵键盘，加减标示选用 LED 指示灯，数据显示用七段数码管。2.2.1 数据输入：(1)十六键输入指令的助记符、指令代码、操作数及程序如表 1 所示表 1 十六键输入指令(2)指令梯形图如图 1 所示图 1 十六键输入指令梯形图(3)指令说明：该指令是通过键盘上的数字键和功能键输入的内容来完成出入的复合运算过程。指令中有四个操作数，其中s指定四个输入元件，D1 指定四个扫描输出点，D2 用于存放从键盘输入的数据， D3指定读出位元件。键盘和 PLC的连接如图 2 所示。数据输入功能。利用 O-9 的 10 个数字键可以输入 o
7、9999 的数据以BIN 码存于D2 中，即 DO 中，大于 9999 的数从高位溢出。如用 DHKY 指令操作数指令名称 助记符 指令代码S D1 D2 D3程序步十六键输入指令HKY FNC71X(四个连号元件)YT/C/D/V/ZY/M/S(8个连号元件)HKY.9 步DHKY17步2时，可输入 099999999 的数据存于 D1、DO 中。图 2 4*4 矩阵键盘与 PLC 的连接功能键。功能键 AF 与 M0-M5 的关系如图 2.1.4 所示。按下 A 键，M0 置“1”并保持。按下 D 键，M0 置“O” 、M3 置“1”并保持，其余类推。同时按下多个键，先按下的有效。图 3
8、功能键对应的位元件按下任一键被扫描到后标志 M8029 置“1” 。功能键 AF 的任一个键被按下时，M6 置“1”(不保持)。数值键 0-9 的任一个键按下时，M7 置“l”(不保持)。当 x4 变为 OFF 时，D0 保持不变，M0 M7 全部为 OFF。预先将 M8167 置于 ON，由此将 OF 的十六进制数据写入D2。扫描全部 16 个键需要 8 个扫描周期，为防止键输入的滤波延时所造成的存储错误，使用恒定扫描模式或定时中断处理。2.2.2 数据显示：（1）带锁存七段码显示指令的助记符、指令代码、操作数及程序如表 2 所示：表 2 带锁存七段显示指令功能表操作数指令名称 助记符 指令
9、代码 S(.) D(.) n 程序步带锁存七段译码显示指令SEGL FNC74K,H,KnX,KnY,KnM,KnS,T,C,D,Y,Z Y 占用 12个连号元件K,Hn=0-7SEGL 5 步3（2）指令梯形图如图 4 所示图 4 SEGL 指令梯形图（3）指令说明SEGL 的意义是将十进制值(源 S.)写到一组 4 路扫描的软元件（D. ）中，驱动由 4 个七段码显示单元组成的显示器中。本指令最多可以带两组显示器。显示器共享选通脉冲输出信号(D.)+4(D.)+7 ，图 2.1.7 中为 Y4Y7. 第一组的数据由 Y0Y3 输出，第二组数据由 Y10Y13 输出。图 5 为应用 SEGL
10、 指令的外接线图。当 n = 0 3 时，为 4 位 1 组，D0 为二进制数，经 BCD 换算，最大范围为 0 9999，由 Y0 Y3 输出。当 n = 4 7，为 4 位 2 组，D0 向 Y0 Y3 输出，D1 向 Y10 Y13 输出。选通脉冲信号 Y4 Y7 共用，按顺序输出。当完成 4 位数输出后，完成标志 M8029 置 1。图 5 应用 SEGL 指令外接线图参数 n = 0 7，其选择按 PLC 的正负逻辑和七段码的正负逻辑来定：n 值的选取与选通逻辑、数据逻辑的关系如表 3 所示：表 3 n 值的选取与选通数据逻辑关系七段码显示逻辑 n 值PLC 逻辑选通逻辑 数据逻辑
11、一组显示 二组显示正 正 正负 负 负0 4正 正 负负 负 正1 5负 正 负正 负 正2 64负 正 正正 负 负3 7系统 I/O 接线图如图 6 所示图 6 系统 I/O 接线图图中，X4 为计算器的启动开关，当按下加减乘除运算符号时，其相应的指示灯亮，按下=后，指示灯灭，并将结果显示在四位七段数码管上。53 电子计算器控制系统梯形图程序设计3.1 控制程序设计思路要设计一个简单的基于 PLC 的电子计算器，可以利用 PLC 内部的算术运算功能指令，对要计算的数进行加减乘除等运算，现对这些功能指令如下介绍：（1）加法指令 ADD (D)ADD(P)指令的编号为 FNC20。它是将指定的
12、源元件中的二进制数相加结果送到指定的目标元件中往。如图 7 所示，当 X0 为 ON 时，执行（D10）+（D12）（D14）。图 7 加法指令的使用（2）减法指令 SUB (D)SUB(P)指令的编号为 FNC21。它是将S1. 指定元件中的内容以二进制形式减往S2.指定元件的内容，其结果存进由 D.指定的元件中。如图 8 所示，当 X0 为 ON 时，执行（D10）（D12 ）（D14）。图 8 减法指令的使用（3）乘法指令 MUL (D) MUL (P)指令的编号为 FNC22。数据均为有符号数。如图 9 所示，当 X0 为 ON 时，将二进制 16 位数S1.、S2. 相乘，结果送D.
13、中。D 为 32 位，即（D0）（D2）（D5， D4）（16 位乘法）；当 X1为 ON 时，（D1，D0）（D3，D2）（D7，D6，D5 ，D4 ）（32 位乘法）。图 9 乘法指令的使用（4）除法指令 DIV (D) DIV (P)指令的编号为为 FNC23。其功能是将S1.指定为被除数，S2.指定为除数，将除得的结果送到 D.指定的目标元件中，余数送到D. 的下一个元件中。如图 10 所示，当 X0 为 ON 时（D0 ）（D2 ）（D4）商，（D5）余数（16 位除法）；当 X1 为 ON 时（D1 ，D0）（D3，D2）（D5，D4）商，（D7，D6）余数（32 位除法）。图 1
14、0 除法指令的使用63.2 I/O 分配确定电子计算器控制系统的 I/O 点分配，如表 4 所示。表 4 I/O 点分配3.3 控制程序设计思路 输入继电器是 PLC 接收外部输入的开关量信号的窗口，通过光耦合器将外部信号的状态读入并存储在输入映像寄存器中，输入端可以外接常开触点或常闭触点,也可以接多个触点组成的串并联电路或电子传感器。在梯形图中排列PLC 可以多次使用输入继电器的常开触点和常闭触点。输出继电器是 PLC 向外部负载发送信号的窗口。输出继电器用来将 PLC的输出信号传送给输出模块,再由后者驱动外部负载!输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点,但是在梯形图中,每一个输出继电
15、器的常开触点和常闭触点都可以多次使用。辅助继电器是用软件实现的,它们不能接收外部的输入信号,也不能直接驱动外部负载,是一种内部的状态标志,相当于继电器控制系统中的中间继电器。辅助继电器中有一类保持用继电器,即使在 PLC 的电源断电时,也能储存 ON/OFF 状态,其储存的数据和状态由锂电池保护,当电源恢复供电时,能使控制系统继续掉点前的控制。3.4 控制程序流程图设计 由按键输入的数值显示在 7 段数码管上，但只限 4 位数。按加、减、乘、除键时，第一次输入的值被存放在缓冲区中，当做被加、减、乘、除数，且加、减、乘、除相对的运算指示灯会亮。接着输入一个数，之后若是按下“=”键，则此加、减、乘
16、、除数被存放于另一个缓冲区中，与刚才输入的数做运算，且相对应的运算指示灯熄灭。将运算结果显示在 7 段数码管上。如图 11 所示：输入编址 输出编址X000 0，4，8，C（*） Y000 0，1，2，3X001 1，5，9，D（/） Y001 4，5，6，7X002 2，6，A（+），E（=）Y002 8，9，A（+），B（-）X003 3，7，B（-），F（AC）Y003 C，D，E，FY004 LED1Y005 LED2Y006 LED3Y007 LED47图 11 控制程序流程图3.5 程序说明（1）启动程序按下 X004 启动按钮，启动程序，通过 HKY 指令的数字键部分和功能键部分
17、控制出入。如图 12 所示：8图 12 启动程序（2）显示初始化当辅助继电器 M6 接通后，使得 M9 置 1 从而使 SEGL 指令中断，当 M6断开后，SEGL 指令初始化动作开始。如图 13 所示：图 13 输入初始化（3）指示灯程序通过上述输入确定接通的辅助继电器从而确定使用那种运算，然后通过输出点 Y004-Y007 各自接的 LED 灯显示出所输入的算法，当辅助继电器 M0 接通时，加法指示灯 Y004 亮；当 M1 接通时，减法指示灯 Y005 亮；当 M2 接通时，乘法指示灯 Y006 亮；当 M3 接通时，除法指示灯 Y007 亮。如图 14 所示：图 14 指示灯程序（4）
18、算法程序通过上述接通的输出指示灯控制需要执行的算法指令，其中当 Y004 接通时执行加法指令 ADD，将 D0+D2 的值送给 D10；当 Y005 接通时执行减法指令SUB，将 D0+D2 的值送给 D12；当 Y006 接通时执行乘法指令 MUL，将 D0+D2 的值9送给 D14；当 Y007 接通时执行除法指令 DIV，将 D0+D2 的值送给 D16。如图 15所示：图 15 算法程序（5）复位程序当 HKY 指令输入使得 M5 接通时。对 D0，D2，D10，D12，D14，D16，M4 进行复位清零处理。如图 16 所示：10图 16 复位程序4 GX Developer 系统仿
19、真4.1 仿真结果（1）加法：Y004 接通，M0，M4 接通后，输入 D0 为 25，D2 为 15，则输出D10 为 40，如图 19 所示。图 19 加法（2）减法：Y005 接通，M1，M4 接通后，输入 D0 为 25，D2 为 15，则输出D12 为 10，如图 20 所示。图 20 减法（3）乘法：Y006 接通，M2，M4 接通后，输入 D0 为 25，D2 为 15，则输出D14 为 375，如图 21 所示。11图 21 乘法（4）除法：Y007 接通，M3，M4 接通后，输入 D0 为 25，D2 为 5，则输出D16 为 5，如图 22 所示。图 22 除法（5）复位：
20、当 M5 接通后，复位清零如图 23 所示。图 23 复位124.2 结果分析由按键输入的数值只限 4 位数，当做被加、减、乘、除数，且加、减、乘、除相对的运算指示灯会亮，继续输入数字，同样只限 4 位数，按等于号时，如果结果为负值只能显示数字部分，不会显示符号部分。但是由于是电脑仿真无法看到是否有数码管显示，是这个实验最大的遗憾。135 课程设计心得通过老师的讲解、阅读指导书和上网搜集资料，完成了电子计算器课程设计，通过课程设计，深感自己实践能力的欠缺，以后自己应加强培养自己的PLC 设计能力。PLC 实训是可 编 程 控 制 器 原 理 及 应 用 课程非常有益的课外实践补充，通过本门课程
21、的学习，使我们获得 PLC 设计的基础知识，掌握工程设计方法及 Office 办公软件使用方法，掌握利用计算机来运行和仿真，日后应该加强这方面的学习，多做编程练习。使我们进一步熟悉有关 PLC 控制的理论知识，PLC 的结构、组成、工作原理，掌握根据生产工艺过程和自动控制要求用 PLC进行控制的 PLC 系统及控制程序设计方法和步骤，培养我们的工程意识和工程实践能力。PLC 实训培养了关于 PLC 控制系统的设计方法，编程技巧以及电气常用元器件的选型；初步具有了控制系统主电路、控制程序的分析和设计能力，为今后走上工作岗位应用 PLC 控制奠定良好的基础。14致 谢通过这次课程设计，加强了我们动
22、手、思考和解决问题的能力。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想这样的接法可以行得通，但实际接上电路却未必，因此耗费在这上面的时间很多。 我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多以前并不了解的 PLC 的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。同时感谢同学和老师的帮助，在老师的悉心帮助下我们才完成了课程设计。15参考文献1 张凤珊电气控制及可编程序控制器M北京 :中国轻工业出版社，20032 马志溪电气工程设计M北京:机械工业出版社， 20023 刘增良，刘国亭电气工程 CADM北京: 中国水利水电出版社，20024 齐占庆，王振臣电气控制技术M北京: 机械工业出版社，20025 史国生电气控制与可编程控制器技术M北京 :化学工业出版社，2004.6 王 庭 友 .可 编 程 控 制 器 原 理 及 应 用 M.北 京 ： 国 防 工 业 出 版 社 ,2005.16附 录附录 A 程序梯形图171819附录 B 程序清单2021
