PLC-电子计算器设计课件

1、课程设计(论文)题 目 名 称 简易电子计算器设计 课 程 名 称 PLC课程设计 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气工程系 指 导 教 师 2013年1月10日邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号 系 电气工程系 专业班级 题目名称 简易电子计算器设计 课程名称 PLC课程设计 一、学生自我总结通过本次简易电子计算器设计使我更加扎实的掌握了有关PLC技术方面的知识，每一步都有可能出现问题，我们所做的就是迎接问题，改正错误，使自己的作品更加完善。实践出真知，通过亲自动手制作，终于完成了这个艰巨的任务，这次课程设计使我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、

2、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。 学生签名： 年 月 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业学生姓名学号题目名称简易电子计算器设计设计时间2012/12/31 -2013/1/11课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点数字控制与PLC实验室（306） 一、 课程设计（论文）目的PLC原理

3、及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。二、 已知技术参数和条件利用PLC设计一个简单电子计算器。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

4、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。三、 任务和要求1、设计系统的PLC外部接线图2、系统的操作面板3、设计好顺序功能图3、系统的T形图按照要求书写课程设计报告注： 1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）实验室有EL型PLC实验系统4套，FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件。 FX2N系列、S7系列产品说明书；FX2N系列实验装置实验指导书；五、进度安排2

5、012年12月31日-2013年1月1日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2013年1月2日-3日：总体方案设计2013年1月4日-5日：外部接线图2013年1月6日7日：T形图设计2013年1月8日-9日：系统调试改进2013年1月10日：整理书写设计说明书2013年1月11日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：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。本文中基于PLC设计的电子计算器比传统计算器更可靠

6、、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。 这次设计中将选用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，并能够用七段数码管显示相应的数字及结果，同时也能指示相应的运算类型。关键词：PLC；I/O分配；数码管；梯形图 目 录1 PLC控制系统介绍12 电子计算器的工作流程分析22.1 电子计算器的控制过程描述22.2

7、 电子计算器的控制工艺分析23 控制要求及设计要求33.1 控制要求33.2 设计要求及原理34 硬件结构图44.1 PLC选定44.2 系统接线图的设计44.3 输出I/O点数54.4 电子计算器界面图55 电子计算器控制系统流程图及程序设计66 系统调试及结果分析76.1 系统调试76.2 结果分析7总结8参考文献9附录101 PLC控制系统介绍PLC英文全称为Programmable Logical Controller即：可编程逻辑控控制器，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

8、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。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3

9、0万小时。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。此课程设计中由按键输入的数字会出现在7段数码管上，只限4位数，该计算器最大缺陷就是不能显示负值。当按加、减、乘、除号时，对应的小灯会亮起，继续输入数字出现在7段数码管上，同样只限4位数，按等于号时，7段数码管会将缓

10、存中的计算结果显示出来，如果结果为负值只能显示数字部分不会显示符号部分。2 电子计算器的工作流程分析2.1 电子计算器的控制过程描述（1）由按键输入的数值显示在7段数码管上，但只限4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。学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行电子计算器运行原理设计、硬件系统设计、

11、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。2.2 电子计算器的控制工艺分析2.2.1 控制工艺分析从某种角度而言，广义的“计算机”概念是包括“电子计算器”的。电子计算器中也有集成电路，但计算器的功能简便，价格更加便宜，利于携带与稳定性好。控制工艺的主要内容包括：（1）设计出硬件系统的结构图、接线图等；（2）系统有启动、停止功能；（3）运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；（4）程序结构与控制功能自行创新设计；（5）进行系统调试，实现电子计算器的控制要求。2.2.2 电子计算器的相关知识计算器一般由运算器、控制器、存储器

12、、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，供累加存储用。3 控制要求及设计要求3.1 控制要求（1）由按键输入的数值显示在7段数码管上，但只限4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。3.2 设计要求及原理学生根据控制要

13、求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行电子计算器运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：（1）设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；（2）系统有启动、停止功能；（3）运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；（4）程序结构与控制功能自行创新设计；（5）进行系统调试，实现电子计算器的控制要求。由于这学期我们主要学习的就是三菱FX系列的可编程控制器而电子计算器输入/输出接点并不算太多所以要选用的是FX2N-48M的PLC。数据输入用一个4*4矩阵键盘加

14、减标示选用LED指示灯数据显示用七段数码管。采用数字键盘输入，通过PLC缓存区存放数值，并通过数码管显示计算结果。4 硬件结构图4.1 PLC选定由于电子计算器的输入/输出接点少，要求电气控制部分体积小，成本低，并能够用计算机对PLC进行监控和管理，故选用日本OMRON（立石）公司生产的多功能小型C20P主机。该机输入点为12，输出点为8。内部主要有：136个辅助继电器、16个特殊功能继电器、160个保持继电器、8个暂存继电器、48个定时/计数器、64个16位数据存贮器。4.2 系统接线图的设计根据设计要求，及所选系统系统硬件连接图4-1所示。PLCXPLCYCOM数字键盘单板电源插座AC78

15、9=45+61231 0/图4.1 电子计算器外部连线图 接线之前需检查每根导线是否能用；接线时需将电源关掉，保证安全操作。PLC的输入端口及输出端口的地端应该接入同一个COM。4.3 输出I/O点数根据图1接线图所示的模块图，可确定电气控制系统的I/O点分配，如表4.1所示。表4.1 I/O点分配输入设备输入点号输出设备输出点号按键0-900001-000097段数码管01001-01007加号000010加法指示灯01010减号00011减法指示灯01011乘号00012乘法指示灯01012除号00013除法指示灯01013等号00014复位000154.4 电子计算器界面图数字计算器采用

16、数字键盘输入，通过PLC缓存区存放数值，并通过数码管显示计算结果。根据设计任务和要求，用组态软件绘制的硬件操作界面图4.2所示，其中PLC集成于计算器内部，进行简单的数学运算和驱动LED显示。图4.2 电子计算器界面图5 电子计算器控制系统流程图及程序设计5.1 电子计算器控制程序流程图设计 根据设计要求及硬件接线图可以得到如图5.1所示的程序流程图。图5.1 电子计算器控制流程图5.2 电子计算器控制设计程序流程图分析首先，如图3-1所示，按下启动按钮AC（00014）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

17、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。梯形图见附录。6 系统调试及结果分析6.1 系统调试运用CX-Programmer7.3软件画出梯形图后，点击编译按钮。确认无误后，选择菜单栏中的“模拟”，然后选择“在线模拟”，即用CX-Simulator1.5进行软件仿真；软件仿真正确无误后，就可以进行计算机与PLC的连接了。此时点击菜单栏上的“PLC”，选择“在线工作”即可。6.2 结果分析由按键输入的数字会出现在7段数码管上，只限4位数。当按加、减、乘、除号时，对应的小灯会亮起，继续输入数字

18、出现在7段数码管上，同样只限4位数，按等于号时，7段数码管会将缓存中的计算结果显示出来，如果结果为负值只能显示数字部分不会显示符号部分。其次就是一个数除以0的运算也无法实现。总结本设计仅为简单计算器，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，是这个设计的最大缺陷和遗憾，包括除以0的运算也无法实现。硬件方面连线部分比较复杂，容易出现接线错误和调试失败，也会出现数码管输出错误。总的来说，这个设计就是一个简单的PLC设计成果，无法达到真正计算器的功能，但是仍然可以体现PLC的强大功能和逻辑性。这次的课程设计主要以PLC控制工艺应用为主，锻炼了我的动手操作能力，编程能力，并且在老师的帮助下改进了结构图，接线图，时序图等。进一步熟悉了PLC编程控制器的应用，为以后工作上PLC应用方面打下了较好的基础。参考文献1 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，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CA