基于PLC的电子计算器设计论文

西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 毕业 任务书 一、题目 基于 PLC的电子计算器 二、指导思想和目的要求 PLC 即可编程逻辑控制器 （可编程控制器件 Programmable Logic Controller）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设 计。 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 。 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F系列 PLC平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC的机外电 路来说，使用 PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 三、主要技术指标 1.实现简单的四则运算，要求完成梯形图并且运行正常，掌握所涉及到的命令指令，了解各模块功能。 设计 论文 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 2.实现组态的实时监控，要求完成模拟画面并且能够进行模拟运算。 四、进度和要求 1.第 1 3 周：布置毕业设计及英译汉任务，学习组态软件组态王 V6.53。查阅资料，完成总体设计方案论证，确定控制系统框图。 2.第 4周：研究普通计算器的控制系统的组成和控制方法。 第 5周：确定控制系统具体详细的方案。 3.第 6 7周：对 PLC 进行点的分配，用梯形图编程，组态王做上位监控画面。 4.第 8 9周：实际调试，并按要求编写论文初稿，交指导老师审阅修改。 5.第 10 11周：修改论文第二稿。 6.第 12 13周：定最终稿打印，复印，交评阅。 7.第 14 15周：准备答辩，评阅，答辩 五、主要参考书及参考资料 1 王冬青 ,丁峰 . 欧姆龙 CP1 系列 PLC 原理与应用 . 1 版 M. 电子工业出版社 ， 2011. 2 廖常初主编 .PLC 编程及应用 .3版 M.北京：机械工业出版社 ,2008. 3 程周主编 .欧姆龙系列 PLC设计实践 . 1 版 M.北京：中国石油工业出版社，2007. 4 洪志育主编 .例说 PLC. 1版 M.人民邮电出版社， 2006. 5张凤珊电气控制及可编程序控制器 2 版 M北京 : 中国轻工业出版社，2003 6 史国生电气控制与可编程控制器技术 . 3版 M北京 : 化学工业出版社， 2010. 7 吴中俊 ,黄永红 .可编程序控制器原理及应用 M.北京 :机械工业出版社 ,2005. 8 王永华 .现代电气控制及 PLC 应用技术 M.北京 :航空航天大学出版社 ,2003. 学生 _ 张婉 _ 指导教师 _ 冯超 _ 系主任 _ 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 摘 要 在人们日常生活中，买东西、记账、学习等等，凡是与数有关的，我们都可以用到计算器，可见计算器真的很重要。计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些可选外围设备及电 子配件通过人工或机器设备组成。从某种角度而言，广义的“计算机”是包括“电子计算器”的。 基于 PLC设计的电子计算器比传统计算器更可靠，更方便，性能更好，更容易适应当今高速发展的社会，大大方便了人们的生活。随着电子计算器地不断发展，以及它的使用范围越来越广，未来对电子计算器的需求量会越多，而 PLC作为当代最先进的控制器之一，基于它设计的计算器会比传统电子计算器有着无法比拟的优势，所以在未来基于 PLC设计的电子计算器这个课题会得到更大的突破。 为了巩固大学四年所学知识，在本次设计中要实现的功能包括两点，一是实现 简单的加减乘除运算，二是利用组态软件模拟出计算器的画面。这就会用到两个软件 CX-Programmer 和组态王，分别用来编写程序和实现组态画面。通过查阅大量的资料，并且在老师的帮助下，完成了梯形图的设计。在梯形图中，运用到了 MOV、 FLT 以及浮点型运算等相关指令。再利用组态王软件和 PLC 通讯连接，通过组态王对其进行仿真模拟，实现实时监控。 关键词 ： 电子计算器， PLC，梯形图，组态 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 ABSTRACT In Peoples Daily life, shopping, bookkeeping, learning, etc., all related to the number, we can use the calculator, calculator is really important. Generally calculator made by arithmetic unit, controller, memory, keyboard, display, power supply and some optional peripherals and electronic parts by manual or machine equipment. In some ways, generalized the computer is including the electronic calculator. There are integrated circuit in the electronic calculator, but the function of the calculator is simple, cheap price, good for carrying and good stability. Based on PLC design of the electronic calculator than traditional calculators are more reliable, more convenient, better performance, easier to adapt to the rapid development of society, greatly convenient peoples life. With electronic calculator for development, and its use scope is more and more widely, the future will be more demand for electronic calculator, one of the most advanced controller and PLC as a contemporary, based on the design of the calculator has incomparable advantages than traditional electronic calculator, so this subject is based on programmable logic controller (PLC) in the future design of electronic calculators to get a bigger breakthrough. In order to consolidate the knowledge in the four years at college, in the design in order to realize the functions including two points, one is to realize the arithmetic of simple addition, subtraction, multiplication, and division, but using the configuration simulation computer images. CX - this will be used for two software Programmer and kingview, respectively is used to write procedures and implement the configuration screen. Through consulting a large number of data, and with the help of the teacher, completed the design of ladder diagram. In ladder diagram, using the MOV, PLT and floating-point arithmetic and related instructions. Using the kingview software and PLC communication, through kingview carries on the simulation, real-time 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 monitoring. KEY WORDS : Electronic calculators, PLC, Ladder,Configuration 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 目 录 摘 要 . 3 ABSTRACT . 4 第一章 前 言 . 8 1.1 课题来源 . 8 1.2 电子计算器的发展 . 9 1.2.1 电子计算器的起源 . 9 1.2.2 电子计算器的构成 . 9 1.3 课题研究的意义和目的 . 10 1.3.1 课题的意义 . 10 1.3.2 课题研究的目的 . 11 1.4 控制要求 . 11 1.5 设计任务 . 11 第二章 系统程序设计 . 12 2. 1 PLC 的产生和定义 . 12 2.2 PLC 目前的发展现状以及未来的发展趋势 . 12 2.2.1PLC 的发展现状 . 12 2.2.2 PLC 的发展趋势 . 13 2.3 OMRON 系列 PLC . 14 2.4 方案对比 . 14 2.4.1 基于单片机设计的电子计算器 . 14 2.4.2 基于 PLC 设计的电子计算器 . 15 2.5 控制程序流程图及分析 . 15 2.6 系统变量定义及分配表 . 16 2.7 命令语言的介绍 . 17 2.8 梯形图的编写 . 19 第三章 控制系统人机界面设计 . 23 3.1 人机界面软件介绍 -组态王 . 23 3.2 使用组态王软件开发具有以下特点 . 24 3.3 人机界面制作过程 . 25 3.3.1 组态王监控画面的创建 . 25 3.3.2 设置动画连接 . 28 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 第四章 系统调试 . 32 4.1 对梯形图进行调试 . 32 4.2 组态的调试 . 33 4.2.1 加法的检验 . 33 4.2.1 除法的检验 . 34 4.2.3 减法的检验 . 35 致 谢 . 37 参考文献 . 38 毕业设计小结 . 39 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 第 一章 前 言 1.1 课题来源 人们在日常生活中，算工数、看时间、量温度要计数，清点人数、记录成绩要计数，统计产品、了解生产情况要计数等。人们做任何事情都应心中有数，广义的讲就是计算，所以计算是十分重要的概念。 我国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又被叫做算筹这种算筹多用竹子制成， 也有用木头，兽骨充当材料的约二百七十枚一束，放在布袋里可随身携带直到今天仍在使用的珠算盘，是我国古代计算工具领域中的另一项发明，明代时的珠算盘已经与现代的珠算盘几乎相同。 17世纪初，西方国家的计算工具有了较大的发展，英国数学家纳皮尔发明的 纳皮尔算筹 ，英国牧师奥却德发明了圆柱型对数计算尺，这种计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方运算，甚至可以计算三角函数，指数函数和对数函数，这些计算工具不仅带动了计算器的发展，也为现代计算器发展奠定了良好的基础，成为现代社会应用广泛的计算工具 1642年，年 仅 19岁的法国伟大科学家帕斯卡引用算盘的原理，发明了第一部机械式计算器，在他的计算器中有一些互相联锁的齿轮，一个转过十位的齿轮会使另一个齿轮转过一位，人们可以像拨电话号码盘那样，把数字拨进去，计算结果就会出现在另一个窗口中，但是只能做加减计算。 1694年，莱布尼兹在德国将其改进成可以进行乘除的计算。此后，一直要到 1950年代末才有电子计算器的出现。 计算器是人们日常工作和学习生活中的常用工具，人们利用它代替了许多位数的复杂计算，包括加减乘除和其他运算。尤其袖珍式液晶显示电子计算器具有计算迅速、准确、操作 简单、容易掌握、轻便、耗电省等优点，因此，越来越受到人们的欢迎和使用。它的需求广泛，在计算器的发展上存在着很大的空间和市场意义，这就给我的设计带来了意义。我这次设计的电子计算器是基于 PLC西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 来制作完成的，该计算器将采用梯形图编写来实现 4位数范围内的加减乘除基本的四则运算。 PLC是一个可进行数模、模数转换，可进行定位控制等一个功能强大的工业控制器，具有高可靠性，以它为基础制作的计算器将具有很高的可靠性。 1.2 电子计算器的发展 1.2.1 电子计算器的起源 电子计算器是由电子计算机发展过来的。世界上第一 台电子计算机 ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生，由宾州大学莫奇来博士和他的学生爱克特设计。这部机器使用了 18800 个真空管，长 50英尺，宽 30英尺， 占地 1500 平方英尺，重达 30吨（大约是一间半的教室大，六只大象重）。它的计算速度快，每秒可从事 5000次的加法运算，运作了九年之久。由於吃电很凶， 据传 ENIAC 每次一开机，整个费城西区的电灯都为之黯然失色，当时制作它的目的是用来计算炮弹弹道。 随着电子工业的迅速发展，为电子计算机提供了一代比一代更有效、更可靠、体积更小的元件。于是便制成了越来越先进的电子 计算机，例如，半导体代替了电子管，集成电路又代替了半导体，大规模集成电路取代集成电路，并且正向着超大规模集成电路发展。 1971年，作为电子计算机的一个分支，世界上第一部袖珍电子计算器由美国加利福尼亚州英特尔公司的年轻工程师小霍夫研制成功 。 此后，美、日、德、英、法等国相竟发展袖珍计算器，从此电子计算器走上了不断发展的康庄大道。现在的计算器的发展在其设计上普遍追寻用简单经济的技术芯片实现功能齐全的市场产品 ，如日本卡西欧系列科学计算器、佳能 WS，信发 TR 12位数电子计算器，国外电子计算器正向着智能化 、高精度，小体积方向发展。中国近年来，电子计算器的发展也比较迅速，不少厂家推出了与卡西欧科学计算器功能类似的产品，如广州罗纳多计算器、深圳金泰富计算器等，一定程度上实现了计算器芯片的国产化。 1.2.2 电子计算器的构成 计算器一般由运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些可选外围设备及电子配件通过人工或机器设备组成。低档计算器的运算器、控制器由数字逻辑电路实现简单的串行运算，其随机存储器只有一、二个单元，供累加存储西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 用。高档计算器由微处理器和只读存储器实现各种复杂的运算程序，有较多的随机存储 单元以存放输入程序和数据。键盘是计算器的输入部件，一般采用接触式或传感式。为减小计算器的尺寸，一键常常有多种功能。显示器是计算器的输出部件，有发光二极管显示器或液晶显示器等。除显示计算结果外，还常有溢出指示、错误指示等。计算器电源采用交流转换器或电池，电池可用交流转换器或太阳能转换器再充电。为节省电能，计算器都采用 CMOS工艺制作的大规模集成电路，并在内部装有定时不操作自动断电电路。计算器可选用的外围设备有微型打印机、盒式磁带机和磁卡机等。 计算器这一小小的程序机器实际上是从计算机中割裂出来的衍生品，但因其 方便快捷的操作模式，已经被广泛应用于商业等日常生活中，极大的方便了人们对于数字的整合运算。 1.3 课题研究的意义和目的 1.3.1 课题的意义 在人们日常生活中，买东西、记账、学习等等，凡是与数有关的，我们都可以用到计算器，可见计算器真的很重要。基于 PLC设计的电子计算器比传统计算器更可靠，更方便，性能更好，更容易适应当今高速发展的社会，大大方便了人们的生活。随着电子计算器地不断发展，以及它的使用范围越来越广，未来对电子计算器的需求量会越多，而 PLC作为当代最先进的控制器之一，基于它设计的计算器会比传统 电子计算器有着无法比拟的优势，所以在未来基于 PLC设计的电子计算器这个课题会得到更大的突破。 次设计中，将选用 OMRON系列 PLC，通过梯形图和编程指令两种手段来实现简易计算器的加减乘除功能。论文中将对计算器的发展、计算器的控制及设计要求、PLC的选定及其有关知识、硬件结构的连接及相关模块设计、软件流程图的设计、梯形图和编程指令的编写、系统的测试及有关结果进行详细阐述。基于 PLC设计的电子计算器能够完成简单的加减乘除功能，并能够在组态王软件上实现实时监控。 通过毕业设计，使我对所学 PLC原理与应用、组态控制 软件、自动控制原理、电子技术及模拟电子技术基础等的基本理论和基本知识加深理解和应用，掌握电子计算器的控制原理和控制方法，明确设计步骤和方法，增强动手能力，使自己所学的理论知识与实践相结合，为今后的工作打下一定的基础，掌握工程设计的西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 一般程序和方法。 1.3.2 课题研究的目的 通过毕业设计，使我对所学 PLC原理与应用、组态控制软件、自动控制原理、电子技术及模拟电子技术基础等的基本理论和基本知识加深理解和应用，掌握电子计算器的控制原理和控制方法，明确设计步骤和方法，增强动手能力，使自己所学的理论知识与实践相结合 ，为今后的工作打下一定的基础，掌握工程设计的一般程序和方法。 在做毕业设计的过程中认真将所学理论知识和实际操作结合起来，正确对待每一个环节，遇到问题及时查找资料或者询问老师，能够按照计划认真完成毕业设计及论文。 1.4 控制要求 1由模拟按键输入的数值显示在组态王实时监控画面上； 2按加、减、乘、除键时，第一次输入的值被存放在缓冲区中，当输入加、减、乘、除运算符号时，对应的加、减、乘、除运算指示灯会亮； 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用上位计算机做组态监控画面。 1.5 设计任务 1.根据要求完成电子计算器的程序设计，实现简单的加减乘除运算。 2.根据程序设计用组态软件完成电子计算器的实时监控。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 第二章 系统程序设计 2. 1 PLC 的产生和定义 1969年，美国数字设备公司（ DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器 PLC（ Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器 ，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着，美国 MODICON公司也开发出同名的控制器， 1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器。 1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。 随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到 70年代中期以后，特别是进入 80年代以来， PLC已广泛地使用 16位甚至 32位微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，使 PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破 。这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、 PID调节和数据通信功能，称之为可编程序控制器（ Programmable Controller）更为合适，简称为 PC，但为了与个人计算机（ Persona1 Computer）的简称 PC相区别，一般仍将它简称为PLC（ Programmable Logic Controller）。 “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令 ，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。” 可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，自研制成功开始使用以来，它已经成为了当代工业自动化的主要支柱之一。 2.2 PLC 目前的发展现状以及未来的发展趋势 2.2.1PLC 的发展现状 目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展， PLC已由最西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 初一位机发展到现在的以 16位和 32位微处理器构成的微机化 PC，而且实现 了多处理器的多通道处理。如今， PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使 PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。 现在，世界上有 200多家 PLC生产厂家， 400多品种的 PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派 PLC产品都各具特色。其中，美国是 PLC生产大国，有 100多家 PLC厂商，著名的有 A-B公司、通用电气（ GE）公司、莫迪康 （ MODICON）公司。欧洲 PLC产品主要制造商有德国的西门子（ SIEMENS）公司、 AEG公司、法国的 TE公司。日本有许多 PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（ SAMSUNG）、 LG等，这些生产厂家的产品占有 80%以上的 PLC市场份额。 经过多年的发展，国内 PLC生产厂家约有三十家，国内 PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司在开展 PLC业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。 2.2.2 PLC 的发展趋势 随着 PLC应用领域日益扩大， PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。 1在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型 PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型 PLC方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对 PLC的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。 2.向通信网络化发展。 PLC网络控制是当前控制系统和 PLC技术发展的潮流。PLC与 PLC之间的联网通信、 PLC与上位计算机的联 网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强 PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。 PLC已成为集散控制系统（ DCS）不可缺少的组成部分。 3.向模块化、智能化发展。 为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 来， PLC厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能 I/O模块、温度控制模块和专门用于检测 PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了 PLC的应用范围，还提高了系统的可靠性。 4.编程语言和编程 工具的多样化和标准化。 多种编程语言的并存、互补与发展是 PLC软件进步的一种趋势。 PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向 MAP(制造自动化协议 )靠拢，使 PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。 2.3 OMRON 系列 PLC 在全世界上百个 PLC制造厂中，有几家举足轻重的公司，它们分别为德国的西门子公司，美国罗克韦尔自动化公司所属的 A-B公司， GE-Fanuc公司，法国的施耐德公司，日本的三菱公司，以及日本欧姆龙公司，由此可 以知道， OMRON系列 PLC在全世界也占有一定的地位。 欧姆龙系列 PLC根据 I/O点数量主要分为：微型系列： CPM1A、 CPM2A、 CP1H、CP1L；小型系列： CPM2C、 CQM1H、 CJ1M；中型系列： C200H、 CJ1、 CS1；大型系列： CV、 CS1D。 其特点主要表现在： (1)、应用简单； (2)、可靠性高； (3)、抗电磁干扰性能好，环境适应性强； (4)、功能完善； (5)、成熟的工控网络体系，通信便捷，易于远程实时监控 10。在本次设计中，我将用到数据传送指令 MOV(021)，四则运算类指令 +F（ 456）、 -F（ 456）、 *F（ 456）、 /F(456),这几个运算指令是+BC(406)， -BC(416)， *B(424)， /B(434)演变过来的，而了使运算结果出现小数和负数，我使用了浮点数运算。 2.4 方案对比 2.4.1 基于单片机设计的电子计算器 在一片半导体硅片上集成了中央处理器、存储器和各种 I/O接口，这样一块集成电路芯片具有一台微型计算器的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机自 20世纪 70年代问世以来，已广泛应用在工业自动化、自动检测与控制、智能仪器仪表、家用电器 、机电一体化设备、汽车电子等各个方面。基于单片机设计的电子计算器，在性能方面比传统计算器有了很大的改进，同时，单片机经济实惠，成本相对较低。然而，用单片机制作的主控板受制版工艺、布局西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强 ,开发周期长。在当今科技日新月异，突飞猛进的时代，要求产品改朝换代的周期非常短，同时也需要产品有很高的可靠性。这对单片机来说可谓是一个致命的缺点。 2.4.2 基于 PLC 设计的电子计算器 PLC采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路 采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。此外， PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障及诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路设备也获得故障自诊断保护。其次，它易于设备的扩展、便于维护、开发周期短。 PLC的这些优点注定了它将得到广泛的发展。基于 PLC设计的电子计算器，能够充分发挥 PLC 的这些优点，也使得计算器拥有很高的性能。 2.5 控制程序流程图及分析 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 图 2-1 系统程序图 首先，如图 2-1所示，启动计算器；按下被加减乘除数；然 后按下加减乘除符号中的任意一个，此时相应的运算指示灯亮，与此同时，被加减乘除数放入缓存中；接着，按下等号键后运算指示灯灭，且加减乘除数放入另一个缓存区内，利用 CX-Programmer 画出相应的梯形图，并运用该软件中给出的函数模块进行运算。 2.6 系统变量定义及分配表 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 17 表 2-1 I/O分配表 类型 地址 说明 地址 说明 输入 0.00 数字 0 0.08 数字 8 0.01 数字 1 0.09 数字 9 0.02 数字 2 0.10 开机 0.03 数字 3 0.11 等于 0.04 数字 4 1.00 加 0.05 数字 5 1.01 减 0.06 数字 6 1.02 乘 0.07 数字 7 1.03 除 输出 100.00 中间继电器 100.03 乘法指示灯 100.01 加法指示灯 100.04 除法指示灯 100.02 减法指示灯 100.05 预算指示灯 2.7 命令语言的介绍 考虑到运算的过程中因为有减法和除法的运算，所以在编写程序的时候使用的方法是首先将数字的格式转换为浮点数，然后再进行浮点数的运算， 如图2-2、 2-3所示 。将存放在 D0、 D5里 面的数字利用指令 FLT以浮点形式存到 D30、D35中。以便于进行浮点型运算。 图 2-2 将第一个数字转换为浮点数 图 2-3 将第二个数字转换为浮点数 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 18 图 2-4 浮点加法运算 在如图 2-4 中所示，将 S1 所指定的数据和 S2 所指定的数据作为单精度浮点数据（ 32位： IEEE754）进行加法运算，结果输出到 D。 图 2-5 浮点减法运算 在如图 2-5 中所示，作为单精度浮点数据（ 32 位： IEEE754），从 S1 所指定的数据中减去 S2 所指定的数据， 将结果输出到 D+1， D。 图 2-6 浮点乘法运算 在如图 2-6 中所示，将 S1 所指定的数据和 S2 所指定的数据作为单精度浮点数据（ 32位： IEEE754）进行乘法运算，将结果输出到 D+1， D。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 19 图 2-7 浮点除法运算 在如图 2-7 中所示，将 S1 所指定的数据和 S2 所指定的数据作为单精度浮点数据（ 32位： IEEE754）进行除法运算，将结果输出到 D+1， D。 2.8 梯形图的编写 根据设计任务的要求，以及前面对输入、输出点的分配可以编写下面的梯形图。如图 2-8所示，该梯形图中涉及到 MOV(021)、 FLT(452)、 +F（ 454）、 -F（ 455）、*F（ 456）、 /F（ 457）等指令。同时，也用到了一些中间继电器，输入继电器等。 开机，如图 2-8所示。 图 2-8 开机 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 20 输入运算符号，在普通输入的基础上，加入自锁功能，使其保持输出，如图 2-9所示。 图 2-9 给运算部分加入自锁功能 将第一个数字存入 D0，利用 FLT指令将其转为浮点型数字存入 D30，如图2-10、 2-11所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 21 图 2-10 输入第一个数字 图 2-11 将第一个数字转为浮点 型数字 按下加、减、乘、除中任意一键，相对应的指示灯灯亮，中间继电器 100.05输出亮，将第二个数字存入 D5，同样转为浮点型数字存入 D35，如图 2-12所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 22 图 2-12 输入第二个数字 当等于号输入后，进行相应的浮点型四则运算，同时运算指示灯灭，输出结果后可进行下一次运算。如图 2-13所示。 图 2-13 输出结果 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 23 第三章 控制系统人机界面设计 3.1 人机界面软件介绍 -组态王 组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集 成系统取代传统的封闭式系统。 组态王 kingview6.55 是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（ KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。 组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见， 对一些功能进行了完善和扩充。组态王kingview6.55 提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款产品的历史曲线、报表及 web 发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。 组态王在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或 KingHistorian 为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。此外，还可以实现值的行列统计功能。 组态王在 web 发布方面取得新的 突破，全新版的 Web 发布可以实现画面发布，数据发布和 OCX 控件发布，同时保留了组态王 Web 的所有功能： IE 浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面， IE 客户端与 Web 服务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与 Web 服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 24 制命令，实现实时控制的功能。 组态王集成了对 KingHistorian 的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和 存储速度的要求。 KingHistorian 是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。具有单个服务器支持高达 100万点、 256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过 20,000 条记录的强大功能。能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。 它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制 系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用 Windows 的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能 3.2 使用组态王软件开发具有以下特点 (1)实验全部用软件来实现 ,只需利用现有的计算机就可完 成自动控制系统课程的实验 ,从而大大减少购置仪器的经费。 (2)该系统是中文界面 ,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言 ,操作简单易学且编程简单 ,参数输入与修改灵活 ,具有多次或重复仿真运行的控制能力 ,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线 ,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线 ,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。 在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面 : (1)图形 ,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。 (2)数据 ,就是创建一个具体的 数据库 ,并用此数据库中的变量描述工控对象西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 25 的各种属性 ,比如水位、流量等。 (3)连接 ,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行 ,以及怎样让操作者输入控制设备的指令 3.3 人机界面制作过程 3.3.1 组态王监控画面的创建 1.创建新工程 图 3-1 新建工程 2.设置配置向导 要用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，由于本系统采用的是 PLC与组态王之间的通讯，因此将 PLC的生产厂家、设备名称、通讯方式等填入相应的对话框即可。与组态王连接的 I/O设备的通讯参数如下 图。 一定要注意组 态软件的各个通讯 端口要与 PLC的各个通讯端口保持一致 。如图 3-2所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 26 图 3-2 通讯设备设置 3.选择串 COM1 图 3-3 选择串口 4.编辑数据词典：建立输入输出 编辑数据词典的时候，输入和输出均选择“ I/O 实型”，指示灯选择“内存离散”。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 27 图 3-4 数据词典 5.画静态图 图 3-5 静态图 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 28 3.3.2 设置动画连接 1.设置运算指示灯的动画设置 选择四个指示灯 ，以此作为加减乘除的运算指示灯，给每一个指示灯做动画设置。 图 3-6 加法指示灯的设置 在设置指示灯的时候，还需 要设置命令语言，如图 3-7，选择命令语言，新建。点击进入后。编辑指示灯的命令语言中，需要注意的是在本身输出上加 1.在编辑框内输入 “ 本站点 加法指示灯 =Bit（ 本站点 输出 100通道， 2）； 本站点 加法指示灯 =Bit（ 本站点 输出 100通道， 3）； 本站点 加法指示灯 =Bit（ 本站点 输出 100通道， 4）； 本站点 加法指示灯 =Bit（ 本站点 输出 100通道 ， 5）；” 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 29 图 3-7 新建命令语言 图 3-8 输入命令语言 2.按键的动画设置 本次设计中需要俩次的数据输入，对数据进行设置。以数字 1 为例，双击按钮，出现设置对话框，选择“按下时”输入“ BitSet（ 本站点 输入 10通道， 2,1）”，选择“弹起时”输入“ BitSet（ 本站点 输入 10通道， 2,0）”。选择全部函数中的 Bitset，插入本站点，选择输入 0通道，系统默认 0位 1，故要设定数字 1,需输入 2，后面 1代表常开， 0代表常闭。数字 2、 3、 4 以及运算符号的设置以此类推。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 30 图 3-9 设置数字按钮 3.输出设置 在设置输出时，选择“模拟值输出”，如图 3-10，继续编写本站点加存放继电器位置。需要注意的是，在输出格式中选择小数点后后面的位数，在此次设计中，我选择了 2位数。 图 3-10 输出设置 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 31 图 3-11 输入表达式 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 32 第四章 系统调试 4.1 对梯形图进行调试 将实验箱与电脑相连，在此图标下 使梯形图在线工作，然后编译。再点击【 PLC】下的【传送到 PLC】 ,出现显示框图 3-7所示。 图 4-1下载、传送到 PLC 将下载的程序全部传送到 PLC，如图 4-2所示 图 4-2 执行框图 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 33 编译完成后，首先看整个程序是否畅通（绿色为通，红色则不通），在此基础上检查程序是否正确，若是有部分不妥之处，可采用“在线编辑”的方法。，点击这个图形 ，便可以打开梯形图的监控画面，在监视模式下可进行小规模的修改，如修改某条指令，可点击在线编辑，无需再次点击 【传送到 PLC】，可节省时间，修改完成，后点击发送修改即可，如图 3-9所示。 图 4-3 监视模式下修改框图 4.2 组态的调试 因为我在外地实习，在实验室的时间有限，所以我就先做了一个简易版本进行调试，后期在自己的电脑上进行补充。首先在 【文件】下选择“全部存”，然后再选择“转换到 vier” 。 4.2.1 加法的检验 加法运算和乘法运算相对而言是比较简单的，因为它的运算结果不存在小数点和负值，所以为了初步检验程序是否可以进行组态监控，首先检验比较简单的西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 34 8+7，输入第一个数字 8，显示到 D30，加法 运算符输入后，运算指示灯亮，输入第二个数字后，显示到 D35，按下等于键后，加法指示灯灭，输出结果。如图4-4 所示。 图 4-4 8+7 的运算结果 4.2.1 除法的检验 在检验除法的时候应该尽量挑选有小数位的除法。检验 2/5，输入第一个数字 2，显示到 D30，除法运算符输入后，运算指示灯亮，输入第二个数字后，显示到 D35，按下等于键后，除法指示灯灭，输出结果。如图 4-5所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 35 图 4-5 2/5 的运算结果 4.2.3 减法的检验 检验减法的时候应该挑选结果是负值的运算。检验 5-8，输入 第一个数字 5，显示到 D30，减法运算符输入后，运算指示灯亮，输入第二个数字后，显示到 D35，按下等于键后，减法指示灯灭，输出结果。如图 4-6所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 36 图 4-6 5-8 的运算结果 在老师的帮助下，分别将梯形图和组态的仿真模拟调试成功，电子计算器可以实现一位数的四则运算，完成了任务书的要求。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 37 致 谢 历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤 其要强烈感谢我的论文指导老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。 在明德学院四年的学习生活就要结束了，我要感谢我所有的老师和 同学，没有你们就不会有今天的我，我要感谢你们和我们的母校，是它让我们聚在一起共同进步。 最后，感谢评阅老师的辛勤劳动。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！ 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 38 参考文献 1 王冬青 ,丁峰