《可编程控制器》课程设计-电子计算器设计.doc

rr 设设 计计 任任 务务 书书 可可编编程程控控制制器器 课课程程设设计计 全套设计加扣 3012250582 设 计 题 目： 电子计算器设计 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14 级 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院 2017 年 3 月 1 日 可编程控制器课程设计任务书可编程控制器课程设计任务书 （一） 设计题目 电子计算器设计 （二） 情况简介 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。 （三） 设计要求 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、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。 （一） 设计步骤 . 查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。 . 确定 I/O 点数，选择 PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。 . 绘制外部 I/O 接线图及相关的电气原理图。 . 编程。 . 调试。 . 编写设计说明书。 （二） 设计说明书要求 .完整的设计任务书。 . 确定 I/O 点数，选择 PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。 .正确合理地进行编程元件的地址分配。 .画出输入/输出接线图及相关电气原理图。 .设计梯形图控制程序。 .编制系统的操作说明。 .编制系统的调试说明及注意事项。 .设计体会（可选）. 参考文献. （三） 列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 3 日（2 周） 指导教师 设设 计计 说说 明明 书书 可可编编程程控控制制器器 课课程程设设计计 设 计 题 目： 电子计算器设计 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14 级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院电气工程及其自动化系 2017 年 2 月 20 日 目录目录 1 1、引言、引言.3 3 2 2、系统总体方案设计、系统总体方案设计.3 3 2.1 系统硬件配置及组成原理 .3 2.2 系统变量定义及分配表 .3 2.3 系统接线图设计.4 3 3、控制系统程序设计、控制系统程序设计.4 4 3.1 控制程序流程图设计 .4 3.2 梯形图设计 .5 4 4、控制系统的上位机设计、控制系统的上位机设计.1515 4.1 人机界面选择.15 4.2 人机界面设计.15 5 5、系统调试及结果分析、系统调试及结果分析.1616 5.1 PLC 程序调试及解决的问题 .16 5.2 PLC 与上位机联调 .16 5.3 结果分析.16 6 6、结束语、结束语.1616 附录附录.1717 源程序：.17 1、引言 PLC 是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用 而设计，它采用可编程序的存储器，用以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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机 械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电 接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点， 充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，采用了一套 以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与 查错也都很方便。在现在这个高度信息化，自动化的社会，自动控制渗透在我们生活的方 方面面。以符合设计任务书为前提，精简流程、简化硬件、可持续应用为基础，以期设计 出实用、简洁的电子计算器，这就是我这次设计的目的。 设计要求： 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。 2 2、系统总体方案设计、系统总体方案设计 2.12.1 系统硬件配置及组成原理系统硬件配置及组成原理 确定 I/O 点数，选择 PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。I/O 点数估算时应考虑 适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加 10%到 20%的可扩展。余量后，作为输 入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商 PLC 的产品特点对输入输出点数进 行圆整。选用 s7200 系列 PLC 有助于课程的温固，而且切合课本知识，易于设计、操作。 本课题设计的电子计算器有很高的稳定性来满足日常的需要，故在本设计中所选用的 智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的 CPU226 小型 PLC，并且拓展两个 EM222 数字量 8 输出拓展模块。并且选用 16 个按键作为计算器数字键盘，选用四位显示的 7 段数 码管来显示数字。 2.22.2 系统变量定义及分配表系统变量定义及分配表 表 2.1 I/O 点分配 输入设备输入点号输出设备输出点号 按键 0-9 I0.0- I1.1 7 段数码管 VW100 加号 I1.2 加法指示灯 Q0.0 减号 I1.3 减法指示灯 Q0.1 乘号 I1.4 乘法指示灯 Q0.2 除号 I1.5 除法指示灯 Q0.3 等号 I2.0 启动 I2.1 复位 I2.2 2.32.3 系统接线图设计系统接线图设计 采用 S7-200，CPU226。 图 2-1 系统接线图 3 3、控制系统程序设计、控制系统程序设计 3.13.1 控制程序流程图设计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、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。 3.23.2 梯形图设计梯形图设计 主程序 第一个输入数字 注释：19 的程序和以上一样 第二个输入数字 注释：19 的程序 运算 清零 4 4、控制系统的上位机设计、控制系统的上位机设计 4.14.1 人机界面选择人机界面选择 选择 LeviStudio 实现上位机的设计 4.24.2 人机界面设计人机界面设计 图 4.1 图 4.2 5 5、统调及结果分析、统调及结果分析 5.1PLC5.1PLC 程序调试及解决的问题程序调试及解决的问题 5.2PLC5.2PLC 与上位机联调与上位机联调 （1）连接线路，接电源 （2）将在“LeviStudio”开发平台编写好的软件通过“RS-232/PPI 电缆”下载到 “CPU224”中。 （3）运行过程实验 5.35.3 结果分析结果分析 数字计算器采用数字键盘键入，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、图 4-3 所示，其中 PLC 集成与计算机内部，进行简单的数学运算和驱动 LED 显示。 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。 6 6、结束语、结束语 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简单，这是这次利用十六键输入和选通输出的 优势。总的来说这个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。设计的过程中要用到 LeviStudio 等，这 些都是一些以前没学过的软件，但我通过这次设计，熟练地掌握了这些软件的操作。 通过这次课程设计，加强了我们动手、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。 平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且 还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了下次就忘了，通过动 手实践让我们对各个知识点映象深刻。认识来源于实践实践是认识的动力和最终目的， 实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。 对我而言，知识上的收获固然重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历 是一份拥有。这次设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！ 附录附录 源程序： TITLE=程序注释 Network 1 LD SM0.1 FILL 0, VW0, 200 Network 2 / 网络注释 LD SM0.0 LPS LD I1.2 O M1.2 ALD S Q0.0, 1 LRD LD I1.3 O M1.3 ALD S Q0.1, 1 LRD LD I1.4 O M1.4 ALD S Q0.2, 1 LPP LD I1.5 O M1.5 ALD S Q0.3, 1 Networ