PLC简易电子计算器设计.docx

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PLC简易电子计算器设计

设计任务书

《可编程控制器》课程设计

设计题目：

电子计算器设计

学院：

金山学院

学号：

*********

专业（方向）年级：

11级电气工程及其自动化

学生姓名：

**********************************

福建农林大学金山学院信息与机电工程系

2014年6月1日

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

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，将选用西门子S7-200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。

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。

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。

（三）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。

（四）设计步骤

1.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。

2.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。

3.绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。

4.编程。

5.调试。

6.编写设计说明书。

（五）设计说明书要求

①.完整的设计任务书。

②.确定I/O点数，选择PLC的型号，完成系统组态或硬件配置。

③.正确合理地进行编程元件的地址分配。

④.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。

。

⑤.设计梯形图控制程序。

⑥.编制系统的操作说明。

⑦.编制系统的调试说明及注意事项。

⑧.设计体会（可选）.

⑨参考文献.

（六）列出设计参考资料目录设计时间

2014年6月2日至2014年6月15日（2周）

指导教师张翠云

设计说明书

《可编程控制器》课程设计

设计题目：

电子计算器设计

学院：

金山学院

学号：

116711101

专业（方向）年级：

11级电气工程及其自动化

学生姓名：

胡亚楠

福建农林大学金山学院信息与机电工程系

2014年6月1日

1、引言

1.1背景

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，将选用西门子S7-200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。

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。

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设计内容及目的

本次的课程设计的主题就是：

简易电子计算器。

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。

2.1系统硬件配置及组成原理

2.1.1系统硬件配置

（1）PLC实验装置台

（2）西门子S7-200系列PLC

（3）程序调试用电脑

（4）液晶显示屏

2.1.2PLC系统的结构组成

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。

2.1.3电子计算器组成原理

通过17个按键分别控制表示数字0~9以及加减乘除，清零，等于，开机等目的，将第一次输入的值显示在一块显示模块上；当按下加减乘除其中一个键的时候，将第二次输入的值显示在另一块显示模块上；最后当按下等于键时，将结果显示在第三块显示模块上。

2.2系统变量定义及分配表

根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。

在我的设计方案中，I/O分配如图所示。

2.3系统接线图设计

接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。

主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。

根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的22个输入继电器和15个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7—200（CPU226），这种机型的I/O点数分别为24/16；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。

此电子计算器控制的接线图可如图所示。

3、控制系统程序设计

3.1控制程序流程图设计

3.2控制系统的设计思路及设计程序

设计思路：

我将电子计算器分为几个部分——第一次输入以及按了加减乘除之后的第二次输入，将这两次输入的值分别存入不同的寄存器。

当用户第一次输入某个值时，接通线圈M0.1。

而用户按了加减乘除中某个按键时，断开M0.1，接通M0.2，由此区分是第一次输入数值还是第二次输入数值。

第一次输入的值存入VW10，第二次输入的值存入VW20。

......

两次数值输入程序设计图

因为是要显示4位数，所以当用户先按下1再按下2时，显示屏应显示数值12，为了达到这一目的，我通过程序设置一个计数器，用来计数数字0~9是第几次按下，然后将前一次存在寄存器内的数值乘10，再加上当前按下的数的值，最多4次。

多位数显示控制图

同理，当按下加减乘除后，第二次输入的值也是这样实现。

当等于键被按下时，I2.0接通，通过各个算法的指示灯来选择进行什么样的运算，将第一次输入的值与第二次输入的值进行运算，最后将结果存入VW100中。

最后，所有数据都能用清零键，I0.1进行清零操作，将各个寄存器内的值清零，并且将计数器复位，继而进行下一次运算。

具体的逻辑程序见附录。

3.3创新设计内容

在我的程序中，主要的创新点是对于多位数字的输入问题。

当输入数值为十位数，百位数，千位数时，程序内的数值计算是通过自行写入程序完成的。

当然，我还运用了置位、复位指令，从而使程序能够循环使用。

4、控制系统的上位机设计

4.1人机界面选择

对于人机界面，我选择用组态王6.53软件来制作。

4.2人机界面设计

4.2.1通讯连接

在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图（图4-1）所示。

通讯连接相关图

4.2.2变量设置

表4-1上位机输入、输出变量

4.2.3画面组态

我的人机界面具体为：

计算界面（如下图）。

程序界面图

加法计算图

上图为计算的主界面图，我设置了要用的所有按钮。

当用户要进行计算时，首先需要按下开关，这时系统就会开始运行；接下来输入数字，相对应的【第一次输入的数】显示屏会显示出数值，按下加减乘除中任意一个键时，对应的指示灯会亮起；之后输入的数会显示在【第二次输入的数】显示屏上；按下等于号时，会将计算结果显示在【结果】显示屏上。

最后，按下清零键时，所有显示屏的值都显示为零。

5、系统调试及结果分析

5.1PLC程序调试及解决的问题

根据设计思路利用V4.0STEP7MicroWINSP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为226，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。

（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。

）

PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。

利用S7-200仿真软件调试加法计算如下图。

计算器加法计算

5.2PLC与上位机联调

上位机我是采用组态王6.53来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。

（添加后的程序见附录）

PLC与上位机的联调：

首先在实验室将线路接通后，在V4.0STEP7MicroWINSP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0STEP7软件。

紧接着，打开组态王软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。

联调时，第一，点击人机界面中的存取按钮，选择某一按键，拨动相应的限位开关，观察是否符合设计要求；第二，直接拨动PLC工作台上的存取开关，也是选择某一按键，拨动相应的限位开关，观察是否符合设计要求。

只有两者都成功了，才能确保PLC与上位机联调成功。

5.3结果分析

经过PLC与上位机的联调，我的程序已经达到了联调要求，并且能够很好的完成计算器的功能。

结束语

两个星期的课程设计，转眼即逝，在张老师的耐心指导下，我的课程设计顺利地完成，在此向老师表示由衷的感谢。

整个设计的逻辑流程并不是很难，最大的难点在于解决程序设计中的一些关联问题，而正是这些问题锻炼了我解决问题的逻辑思维和创新能力，这是本次设计我最大的收获。

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第2版[M]．北京:

中国轻工业出版社，2003．

[2]马志溪．电气工程设计[M]．北京:

机械工业出版社，2002．

[3]刘增良，刘国亭．电气工程CAD[M]．北京:

中国水利水电出版社，2002．

[4]齐占庆，王振臣．电气控制技术[M]．北京:

机械工业出版社，2002．

[5]史国生．电气控制与可编程控制