PLC计算器设计

1、现代控制技术及PLC控制课程设计姓 名 学 号 2010 班 级 机电101 院 别 机械工程学院 指导教师 2013年7月5日目录1引言21.1课程设计的目的31.2课程设计的内容和目标32系统总体方案设计42.1系统硬件配置及组成原理42.1.1数据输入：42.1.2 数据显示：52.2系统变量定义及I/O口分配表62.3系统接线图设计7系统I/O接线图如图2.3.1所示72.4可靠性分析73控制系统设计83.1控制程序流程图设计83.2控制程序设计思路93.3创新设计内容104系统调试及结果分析114.1系统调试114.2 结果分析11结束语11参考文献12附录一13附录二15 1引言P

2、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，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

3、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PL

4、C以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 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、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

5、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。因此，我们系里为我们专业安排了一周的课程设计来加深我们对PLC的了解，提高我们对PLC应用的能力。我选了电子计算器的PLC设计。1.1课程设计的目的PLC原理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1.2课程设计的

6、内容和目标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系统总体方案设计2.1系统硬件配置及组成原理电子计算器输入/输出接点并不算太多，我选用的是S7-200 PLC。数据输入采用独立式按键，加减标示选用LED指示灯，数据显示用七段数码管。PLC选定由于电子计算器的输入/输出接点少，要求电气控

7、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，故选用德国西门子公司生产的多功能C224主机。该机输入点为14，输出点为10。内部主要有：辅助继电器、特殊功能继电器、保持继电器、暂存继电器、定时/计数器、数据存贮器。2.1.1数据输入：采用独立式按键，接口电路配置灵活，软件结构简单，各键相互独立，每个按键各接一条输入线，通过检测输入线的电平状态，判断哪个键被按下。2.1.2 数据显示： 七段数码管各段码分布图 七段数码管译码原理图输入输出笔划段状态显示字S4S3S2S1abcdefg00001111110000101100000010110110100111111001010001

8、100100101101101101101011111011111100001000111111110011111011共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段。因此提供给LED显示器的段码正好是一个字节。在使用中，一般习惯上还是以“a”段对应段码的最低位。2.2系统变量定义及I/O口分配表PLCXPLCYCOM数

9、字键盘单板电源插座AC789=45+61231 0/根据设计要求，及所选系统系统硬件连接图4-1所示。电子计算器外部连线图根据图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，如表所示。 I/O点分配输入设备输入点号输出设备输出点号按键0-9I0.0-I1.1加号I1.2加法指示灯Q1.2减号I1.3减法指示灯Q1.3乘号I1.4乘法指示灯Q1.4除号I1.5除法指示灯Q1.5等号I1.6启动I1.72.3系统接线图设计 系统I/O接线图如图2.3.1所示图2.3.1系统I/O接线图图中，COM0与COM1连在一起，由计算器的启动开关控制，当按下加减乘除运算符号时，其相应的指示灯亮，按

10、下=后，指示灯灭，并将结果显示在四位七段数码管上。2.4可靠性分析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。 3控制系统设计3.1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

11、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。3.2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功能描述:在LAD中，IN1+IN2=OUT;在STL中，IN1+OUT=OUT。 (2)减法指令SUB功能描述：在LAD中IN1-IN2=OUT；在STL中，OUT-IN1=OUT。（3） 乘法指令MUL功能描述:在LAD中，IN1*IN2=OUT;在STL中，IN1*OUT=OUT。 （4） 除法指

12、令DIV功能描述：在LAD中，IN1/IN2=OUT；在STL中，OUT/IN1=OUT；不保留余数。图中的IN1为四则运算中的被加数、被减数、被乘数、被除数；IN2为加数、减数、乘数、除数：OUT为运算结果存储器地址。3.3创新设计内容该设计中，程序数据的输入是用了独立式键盘输入，输出用了选通输入的四位七段数码管，减少了I/O接点数，使硬件电路变得简单，也更加不容易出现故障，对系统的稳定运行起到了保障作用。4系统调试及结果分析4.1系统调试运用软件画出梯形图后，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

13、的连接了。此时点击菜单栏上的“PLC”，选择“在线工作”即可。4.2 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。结束语通过这次课程设计，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

14、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，有时问题总是弄不懂，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，与老师的讨论更是受益匪浅。 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

15、一份拥有。这次设计将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！参考文献1 万东梅电路电子电气应用实训M成都：西南交通大学出版社，20042 张运波工厂电气控制技术M北京：高等教育出版社，20033 王 红可编程控制器使用教程M北京：电子工业出版社，20034 张桂香电气控制与PLC应用M北京：化学工业出版社 20035 齐从谦PLC技术及应用M北京：机械工业出版社，2002附录一梯形图：附录二指令表：LD I0.0O I0.1O I0.2O I0.3O I0.4O I0.5O I0.6O I0.7O I1.0O I1.1LD I1.7O Q2.1ALDLPSAN I1.2AN I1.3AN I1.4AN I1.5= Q3.0LRDLD I1.2O I1.3O I1.4O I1.5ALD= Q3.1LPP= Q2.1LD I1.2= Q1.2LD I1.4= Q1.4LD I1.5= Q1.5LD Q3.0MOVW VW110, VW210LD Q3