基于plc電子計算器課程設(shè)計

1、<p><b>　　電子計算器</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　LC英文全稱為Programmable Logical Controller,即可編程邏輯控制器。顧名思義,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

2、計算機(jī)已經(jīng)演變?yōu)殡娔X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(jìn)行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換，可進(jìn)行定位控制等一個功能強(qiáng)大的工業(yè)控制器。</p><p>　　電子計算器功能方面只能進(jìn)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簡單，這是利用十六鍵輸入和選通輸出的優(yōu)勢?？偟膩碚f電子計算器設(shè)計就是一個簡單的PLC設(shè)計

3、成果，沒有真正計算器的功能那么強(qiáng)大，但是仍然可以體現(xiàn)PLC的強(qiáng)大功能和邏輯性。</p><p>　　關(guān)鍵字：PLC；電子計算器；仿真</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計目的1</p>&

4、lt;p>　　1.2 設(shè)計要求1</p><p>　　2 電子計算器的系統(tǒng)硬件設(shè)計2</p><p>　　2.1 PLC選型2</p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件配置及組成原理2</p><p>　　2.2.1 數(shù)據(jù)輸入：2</p><p>　　2.2.2 數(shù)據(jù)顯示：3</p>

5、;<p>　　3 電子計算器控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計6</p><p>　　3.1 控制程序設(shè)計思路6</p><p>　　3.2 I/O分配6</p><p>　　3.3 控制程序設(shè)計思路7</p><p>　　3.4 控制程序流程圖設(shè)計7</p><p>　　3.5 程序說明8&

6、lt;/p><p>　　4 GX Developer系統(tǒng)仿真11</p><p>　　4.1 仿真結(jié)果11</p><p>　　4.2 結(jié)果分析13</p><p>　　5 課程設(shè)計心得14</p><p><b>　　致謝15</b></p><p><

7、;b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　附錄17</b></p><p>　　附錄A 程序梯形圖17</p><p>　　附錄B 程序清單20</p><p>　　附錄C 接線圖22</p><p><b>　　1 引言</b

8、></p><p>　　PLC英文全稱為Programmable Logical Controller,即可編程邏輯控制器。顧名思義,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(jī)已經(jīng)演變?yōu)殡娔X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(jìn)行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換，可進(jìn)行定位控制等一個功能強(qiáng)大的工業(yè)控制器?？梢哉f它在現(xiàn)代

9、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(jī)械或生產(chǎn)過程。</p><p><b>　　1.1 設(shè)計目的</b></p><p>　　設(shè)計一個基于PLC的電

10、子計算器。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p><b>　　控制要求如下：</b></p><p>　?。?）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)。</p><p>　?。?）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)

11、，且加、減、乘、除相對的運算指示燈會亮。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）將運算結(jié)果顯示在7段數(shù)碼管上。</p><p>　　2 電子計算器的系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　2.1 PL

12、C選型</p><p>　　電子計算器的輸入點需要5個，分別為X000，X001，X002,X003，X004；輸出點需要16個，其中Y000–Y003為掃描輸出點，Y004–Y007為指示燈，還有Y010–Y017為數(shù)據(jù)輸出點。由此選用FX2N-32MR的PLC。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件配置及組成原理</p><p>　　數(shù)據(jù)輸入用一個4*4矩陣鍵

13、盤，加減標(biāo)示選用LED指示燈，數(shù)據(jù)顯示用七段數(shù)碼管。</p><p>　　2.2.1 數(shù)據(jù)輸入：</p><p>　　(1)十六鍵輸入指令的助記符、指令代碼、操作數(shù)及程序如表1所示</p><p>　　表1 十六鍵輸入指令</p><p>　　(2)指令梯形圖如圖1所示</p><p>　　圖1 十六鍵輸入指令梯形

14、圖</p><p><b>　　(3)指令說明：</b></p><p>　?、僭撝噶钍峭ㄟ^鍵盤上的數(shù)字鍵和功能鍵輸入的內(nèi)容來完成出入的復(fù)合運算過程。指令中有四個操作數(shù)，其中[s]指定四個輸入元件，[D1]指定四個掃描輸出點，[D2]用于存放從鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，[D3]指定讀出位元件。鍵盤和PLC的連接如圖2所示。</p><p>　?、跀?shù)據(jù)輸入

15、功能。利用O-9的10個數(shù)字鍵可以輸入o～9999的數(shù)據(jù)以BIN碼存于[D2]中，即 DO中，大于9999的數(shù)從高位溢出。如用DHKY指令時，可輸入0～99999999的數(shù)據(jù)存于D1、DO中。</p><p>　　圖2 4*4矩陣鍵盤與PLC的連接</p><p>　　③功能鍵。功能鍵A～F與M0-M5的關(guān)系如圖2.1.4所示。按下A鍵，M0置“1”并保持。按下D鍵，M0置“O”、M3置

16、“1”并保持，其余類推。同時按下多個鍵，先按下的有效。</p><p>　　圖3 功能鍵對應(yīng)的位元件</p><p>　　④按下任一鍵被掃描到后標(biāo)志M8029置“1”。功能鍵A—F的任一個鍵被按下時，M6置“1”(不保持)。數(shù)值鍵0-9的任一個鍵按下時，M7置“l(fā)”(不保持)。當(dāng)x4變?yōu)镺FF時，D0保持不變，M0～M7全部為OFF。 ⑤預(yù)先將M8167置于ON，由此將O～F的十六

17、進(jìn)制數(shù)據(jù)寫入[D2]。 ⑥掃描全部16個鍵需要8個掃描周期，為防止鍵輸入的濾波延時所造成的存儲錯誤，使用恒定掃描模式或定時中斷處理。</p><p>　　2.2.2 數(shù)據(jù)顯示：</p><p>　?。?）帶鎖存七段碼顯示指令的助記符、指令代碼、操作數(shù)及程序如表2所示：</p><p>　　表2 帶鎖存七段顯示指令功能表</p><p&

18、gt;　?。?）指令梯形圖如圖4所示</p><p>　　圖4 SEGL指令梯形圖</p><p><b>　　（3）指令說明</b></p><p>　?、賁EGL的意義是將十進(jìn)制值(源S.)寫到一組4路掃描的軟元件（D.）中，驅(qū)動由4個七段碼顯示單元組成的顯示器中。本指令最多可以帶兩組顯示器。顯示器共享選通脈沖輸出信號(D.)+4～(D.

19、)+7，圖2.1.7中為Y4～Y7. 第一組的數(shù)據(jù)由Y0～Y3輸出，第二組數(shù)據(jù)由Y10～Y13輸出。圖5為應(yīng)用SEGL指令的外接線圖。</p><p>　?、诋?dāng)n = 0 ～ 3時，為4位1組，D0為二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)BCD換算，最大范圍為0 ～ 9999，由Y0 ～ Y3輸出。當(dāng)n = 4 ～ 7，為4位2組，D0向Y0 ～ Y3輸出，D1向Y10 ～ Y13輸出。選通脈沖信號Y4 ～ Y7共用，按順序輸出。當(dāng)完成4

20、位數(shù)輸出后，完成標(biāo)志M8029置1。</p><p>　　圖5 應(yīng)用SEGL指令外接線圖</p><p>　?、蹍?shù)n = 0 ～ 7，其選擇按PLC的正負(fù)邏輯和七段碼的正負(fù)邏輯來定：</p><p>　　n值的選取與選通邏輯、數(shù)據(jù)邏輯的關(guān)系如表3所示：</p><p>　　表3 n值的選取與選通數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系</p><

21、p>　　系統(tǒng)I/O接線圖如圖6所示</p><p>　　圖6 系統(tǒng)I/O接線圖</p><p>　　圖中，X4為計算器的啟動開關(guān)，當(dāng)按下加減乘除運算符號時，其相應(yīng)的指示燈亮，按下=后，指示燈滅，并將結(jié)果顯示在四位七段數(shù)碼管上。</p><p>　　3 電子計算器控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計</p><p>　　3.1 控制程序設(shè)計思路&

22、lt;/p><p>　　要設(shè)計一個簡單的基于PLC的電子計算器，可以利用PLC內(nèi)部的算術(shù)運算功能指令，對要計算的數(shù)進(jìn)行加減乘除等運算，現(xiàn)對這些功能指令如下介紹：</p><p>　?。?）加法指令A(yù)DD  (D)ADD(P)指令的編號為FNC20。它是將指定的源元件中的二進(jìn)制數(shù)相加結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中往。如圖7所示，當(dāng)X0為ON時，執(zhí)行（D10）+（D12）→（D14）。<

23、/p><p>　　圖7 加法指令的使用</p><p>　?。?）減法指令SUB  (D)SUB(P)指令的編號為FNC21。它是將[S1.]指定元件中的內(nèi)容以二進(jìn)制形式減往[S2.]指定元件的內(nèi)容，其結(jié)果存進(jìn)由[D.]指定的元件中。如圖8所示，當(dāng)X0為ON時，執(zhí)行（D10）—（D12）→（D14）。</p><p>　　圖8 減法指令的使用</p>

24、;<p>　?。?）乘法指令MUL   (D) MUL (P)指令的編號為FNC22。數(shù)據(jù)均為有符號數(shù)。如圖9所示，當(dāng)X0為ON時，將二進(jìn)制16位數(shù)[S1.]、[S2.]相乘，結(jié)果送[D.]中。D為32位，即（D0）×（D2）→（D5，D4）（16位乘法）；當(dāng)X1為ON時，（D1，D0）×（D3，D2）→（D7，D6，D5，D4）（32位乘法）。</p><p&g

25、t;　　圖9 乘法指令的使用</p><p>　?。?）除法指令DIV  (D) DIV (P)指令的編號為為FNC23。其功能是將[S1.]指定為被除數(shù)，[S2.]指定為除數(shù)，將除得的結(jié)果送到[D.]指定的目標(biāo)元件中，余數(shù)送到[D.]的下一個元件中。如圖10所示，當(dāng)X0為ON時（D0）÷（D2）→（D4）商，（D5）余數(shù)（16位除法）；當(dāng)X1為ON時（D1，D0）÷（D3，D2）

26、→（D5，D4）商，（D7，D6）余數(shù)（32位除法）。</p><p>　　圖10 除法指令的使用</p><p>　　3.2 I/O分配</p><p>　　確定電子計算器控制系統(tǒng)的I/O點分配，如表4所示。</p><p><b>　　表4 I/O點分配</b></p><p>　　3.3

27、 控制程序設(shè)計思路 </p><p>　　輸入繼電器是PLC接收外部輸入的開關(guān)量信號的窗口，通過光耦合器將外部信號的狀態(tài)讀入并存儲在輸入映像寄存器中，輸入端可以外接常開觸點或常閉觸點,也可以接多個觸點組成的串并聯(lián)電路或電子傳感器。在梯形圖中排列PLC可以多次使用輸入繼電器的常開觸點和常閉觸點。</p><p>　　輸出繼電器是PLC向外部負(fù)載發(fā)送信號的窗口。輸出繼電器用來將PLC的輸出信號

28、傳送給輸出模塊,再由后者驅(qū)動外部負(fù)載!輸出模塊中的每一個硬件繼電器僅有一對常開觸點,但是在梯形圖中,每一個輸出繼電器的常開觸點和常閉觸點都可以多次使用。</p><p>　　輔助繼電器是用軟件實現(xiàn)的,它們不能接收外部的輸入信號,也不能直接驅(qū)動外部負(fù)載,是一種內(nèi)部的狀態(tài)標(biāo)志,相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。輔助繼電器中有一類保持用繼電器,即使在PLC的電源斷電時,也能儲存ON/OFF狀態(tài),其儲存的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由鋰

29、電池保護(hù),當(dāng)電源恢復(fù)供電時,能使控制系統(tǒng)繼續(xù)掉點前的控制。</p><p>　　3.4 控制程序流程圖設(shè)計 </p><p>　　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)。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。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

30、數(shù)做運算，且相對應(yīng)的運算指示燈熄滅。將運算結(jié)果顯示在7段數(shù)碼管上。如圖11所示：</p><p>　　圖11 控制程序流程圖</p><p><b>　　3.5 程序說明</b></p><p><b>　?。?）啟動程序</b></p><p>　　按下X004啟動按鈕，啟動程序，通過HKY指令

31、的數(shù)字鍵部分和功能鍵部分控制出入。如圖12所示：</p><p><b>　　圖12 啟動程序</b></p><p><b>　　顯示初始化</b></p><p>　　當(dāng)輔助繼電器M6接通后，使得M9置1從而使SEGL指令中斷，當(dāng)M6斷開后，SEGL指令初始化動作開始。如圖13所示：</p><p

32、>　　圖13 輸入初始化</p><p><b>　　指示燈程序</b></p><p>　　通過上述輸入確定接通的輔助繼電器從而確定使用那種運算，然后通過輸出點Y004-Y007各自接的LED燈顯示出所輸入的算法，當(dāng)輔助繼電器M0接通時，加法指示燈Y004亮；當(dāng)M1接通時，減法指示燈Y005亮；當(dāng)M2接通時，乘法指示燈Y006亮；當(dāng)M3接通時，除法指示燈Y0

33、07亮。如圖14所示：</p><p>　　圖14 指示燈程序</p><p><b>　　算法程序</b></p><p>　　通過上述接通的輸出指示燈控制需要執(zhí)行的算法指令，其中當(dāng)Y004接通時執(zhí)行加法指令A(yù)DD，將D0+D2的值送給D10；當(dāng)Y005接通時執(zhí)行減法指令SUB，將D0+D2的值送給D12；當(dāng)Y006接通時執(zhí)行乘法指令MUL

34、，將D0+D2的值送給D14；當(dāng)Y007接通時執(zhí)行除法指令DIV，將D0+D2的值送給D16。如圖15所示：</p><p><b>　　圖15 算法程序</b></p><p><b>　　復(fù)位程序</b></p><p>　　當(dāng)HKY指令輸入使得M5接通時。對D0，D2，D10，D12，D14，D16，M4進(jìn)行復(fù)位清

35、零處理。如圖16所示：</p><p><b>　　圖16 復(fù)位程序</b></p><p>　　4 GX Developer系統(tǒng)仿真</p><p><b>　　4.1 仿真結(jié)果</b></p><p>　　加法：Y004接通，M0，M4接通后，輸入D0為25，D2為15，則輸出D10為40

36、，如圖19所示。</p><p><b>　　圖19 加法</b></p><p>　　減法：Y005接通，M1，M4接通后，輸入D0為25，D2為15，則輸出D12為10，如圖20所示。</p><p><b>　　圖20 減法</b></p><p>　?。?）乘法：Y006接通，M2，M4

37、接通后，輸入D0為25，D2為15，則輸出D14為375，如圖21所示。</p><p><b>　　圖21 乘法</b></p><p>　?。?）除法：Y007接通，M3，M4接通后，輸入D0為25，D2為5，則輸出D16為5，如圖22所示。</p><p><b>　　圖22 除法</b></p>

38、<p>　?。?）復(fù)位：當(dāng)M5接通后，復(fù)位清零如圖23所示。</p><p><b>　　圖23 復(fù)位</b></p><p><b>　　4.2 結(jié)果分析</b></p><p>　　由按鍵輸入的數(shù)值只限4位數(shù)，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，繼續(xù)輸入數(shù)字，同樣只限4位數(shù)，按等

39、于號時，如果結(jié)果為負(fù)值只能顯示數(shù)字部分，不會顯示符號部分。但是由于是電腦仿真無法看到是否有數(shù)碼管顯示，是這個實驗最大的遺憾。</p><p><b>　　5 課程設(shè)計心得</b></p><p>　　通過老師的講解、閱讀指導(dǎo)書和上網(wǎng)搜集資料，完成了電子計算器課程設(shè)計，通過課程設(shè)計，深感自己實踐能力的欠缺，以后自己應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)自己的PLC設(shè)計能力。PLC課程設(shè)計是可編程

40、控制器原理及應(yīng)用課程非常有益的課外實踐補(bǔ)充，通過本門課程的學(xué)習(xí)，使我們獲得PLC設(shè)計的基礎(chǔ)知識，掌握工程設(shè)計方法及Office辦公軟件使用方法，掌握利用計算機(jī)來運行和仿真，日后應(yīng)該加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)，多做編程練習(xí)。使我們進(jìn)一步熟悉有關(guān)PLC控制的理論知識，PLC的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理，掌握根據(jù)生產(chǎn)工藝過程和自動控制要求用PLC進(jìn)行控制的PLC系統(tǒng)及控制程序設(shè)計方法和步驟，培養(yǎng)我們的工程意識和工程實踐能力。</p><p

41、>　　PLC課程設(shè)計培養(yǎng)了關(guān)于PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，編程技巧以及電氣常用元器件的選型；初步具有了控制系統(tǒng)主電路、控制程序的分析和設(shè)計能力，為今后走上工作崗位應(yīng)用PLC控制奠定良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，加強(qiáng)了我們動手、思考和解決問題的能力。在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想

42、這樣的接法可以行得通，但實際接上電路卻未必，因此耗費在這上面的時間很多。 我覺得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我了解了很多以前并不了解的PLC的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。同時感謝同學(xué)和老師的幫助，在老師的悉心幫助下我們才完成了課程設(shè)計。</p><p><b&

43、gt;　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張鳳珊．電氣控制及可編程序控制器[M]．北京:中國輕工業(yè)出版社，2003．</p><p>　　[2] 馬志溪．電氣工程設(shè)計[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002．</p><p>　　[3] 劉增良，劉國亭．電氣工程CAD[M]．北京:中國水利水電出版社，2002．</p><

44、p>　　[4] 齊占慶，王振臣．電氣控制技術(shù)[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002．</p><p>　　[5] 史國生．電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[6] 王庭友.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社,2005.</p><p><b>　　附 錄</b><