PLC简易电子计算器设计.docx

1、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

2、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，

3、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.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

4、项。.设计体会（可选）.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

5、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

6、。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2.1.2 PLC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

7、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09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

8、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S7200(CPU226)，这种机型的I

9、/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

10、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09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

11、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（

12、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5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9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

13、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5.2 PLC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

14、，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9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V4.0 STEP7 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，

15、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，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CADM北京:中国水利水电出版社，20024齐占庆，王振臣电气控制技术M北京:机械工业出版社，20025史国生电气控制与可编程控制