PLC简易电子计算器设计Word格式.docx
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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
116711101
胡亚楠
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。
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。
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:
[5]史国生.电气控制与可编程控制
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