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1、 電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 電子計(jì)算器 學(xué)生姓名： 專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職稱(chēng) 副教授完成時(shí)間： 2015年7月 摘 要 LC英文全稱(chēng)為Programmable Logical Controller,即可編程邏輯控制器。顧名思義,它本來(lái)的含義是具有柔性的，可編程，主要來(lái)完成邏輯控制，針對(duì)數(shù)字量。工業(yè)控制器，它代替了傳統(tǒng)的靠硬觸點(diǎn)來(lái)做的控制系統(tǒng)就象當(dāng)初的計(jì)算機(jī)已經(jīng)演變?yōu)殡娔X一樣，現(xiàn)在的PLC也由早期單純地實(shí)現(xiàn)邏輯控制演變?yōu)橐粋€(gè)可進(jìn)行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換，可進(jìn)行定位控制等一個(gè)功能強(qiáng)大的工業(yè)控制器。電子計(jì)算器功能方面只能進(jìn)行4位數(shù)以?xún)?nèi)的簡(jiǎn)單的加減乘除基本運(yùn)算，并且只能顯示數(shù)字
2、部分，無(wú)法顯示符號(hào)部分，是最大缺陷和遺憾，包括除以0的運(yùn)算也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。硬件方面連線(xiàn)部分比較簡(jiǎn)單，這是利用十六鍵輸入和選通輸出的優(yōu)勢(shì)?？偟膩?lái)說(shuō)電子計(jì)算器設(shè)計(jì)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC設(shè)計(jì)成果，沒(méi)有真正計(jì)算器的功能那么強(qiáng)大，但是仍然可以體現(xiàn)PLC的強(qiáng)大功能和邏輯性。 關(guān)鍵字：PLC；電子計(jì)算器；仿真I目 錄1 引言1 1.1 設(shè)計(jì)目的1 1.2 設(shè)計(jì)要求12 電子計(jì)算器的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2 2.1 PLC選型2 2.2 系統(tǒng)硬件配置及組成原理2 2.2.1 數(shù)據(jù)輸入：2 2.2.2 數(shù)據(jù)顯示：33 電子計(jì)算器控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)6 3.1 控制程序設(shè)計(jì)思路6 3.2 I/O分配6 3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路
3、7 3.4 控制程序流程圖設(shè)計(jì)7 3.5 程序說(shuō)明84 GX Developer系統(tǒng)仿真11 4.1 仿真結(jié)果11 4.2 結(jié)果分析135 課程設(shè)計(jì)心得14致謝15參考文獻(xiàn)16附錄17 附錄A 程序梯形圖17 附錄B 程序清單20 附錄C 接線(xiàn)圖22II1 引言PLC英文全稱(chēng)為Programmable Logical Controller,即可編程邏輯控制器。顧名思義,它本來(lái)的含義是具有柔性的，可編程，主要來(lái)完成邏輯控制，針對(duì)數(shù)字量。工業(yè)控制器，它代替了傳統(tǒng)的靠硬觸點(diǎn)來(lái)做的控制系統(tǒng)就象當(dāng)初的計(jì)算機(jī)已經(jīng)演變?yōu)殡娔X一樣，現(xiàn)在的PLC也由早期單純地實(shí)現(xiàn)邏輯控制演變?yōu)橐粋€(gè)可進(jìn)行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換，可進(jìn)行定
4、位控制等一個(gè)功能強(qiáng)大的工業(yè)控制器?？梢哉f(shuō)它在現(xiàn)代社會(huì)各種需要自動(dòng)控制的場(chǎng)合發(fā)揮了巨大的作用。可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令、并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出、控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。1.1 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)一個(gè)基于PLC的電子計(jì)算器。1.2 設(shè)計(jì)要求 控制要求如下：（1）由按鍵輸入的數(shù)值顯示在7段數(shù)碼管上，但只限4位數(shù)。（2）按加、減、乘、除鍵時(shí)，第一次輸入的值被存放在緩沖區(qū)中，當(dāng)做被加、減、乘、除數(shù)，且加、減、乘、除相對(duì)的運(yùn)算指示燈會(huì)亮。（3）接著輸入一個(gè)數(shù)，之后
5、若是按下“=”鍵，則此加、減、乘、除數(shù)被存放于另一個(gè)緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運(yùn)算，且相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算指示燈熄滅。（4）將運(yùn)算結(jié)果顯示在7段數(shù)碼管上。2 電子計(jì)算器的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 PLC選型電子計(jì)算器的輸入點(diǎn)需要5個(gè)，分別為X000，X001，X002,X003，X004；輸出點(diǎn)需要16個(gè)，其中Y000Y003為掃描輸出點(diǎn)，Y004Y007為指示燈，還有Y010Y017為數(shù)據(jù)輸出點(diǎn)。由此選用FX2N-32MR的PLC。2.2 系統(tǒng)硬件配置及組成原理數(shù)據(jù)輸入用一個(gè)4*4矩陣鍵盤(pán)，加減標(biāo)示選用LED指示燈，數(shù)據(jù)顯示用七段數(shù)碼管。2.2.1 數(shù)據(jù)輸入： (1)十六鍵輸入指令的助記符、指令代碼、操作
6、數(shù)及程序如表1所示指令名稱(chēng)助記符指令代碼操作數(shù)程序步SD1D2D3十六鍵輸入指令HKYFNC71X(四個(gè)連號(hào)元件)YT/C/D/V/ZY/M/S(8個(gè)連號(hào)元件)HKY.9步DHKY17步表1 十六鍵輸入指令 (2)指令梯形圖如圖1所示圖1 十六鍵輸入指令梯形圖 (3)指令說(shuō)明： 該指令是通過(guò)鍵盤(pán)上的數(shù)字鍵和功能鍵輸入的內(nèi)容來(lái)完成出入的復(fù)合運(yùn)算過(guò)程。指令中有四個(gè)操作數(shù)，其中s指定四個(gè)輸入元件，D1指定四個(gè)掃描輸出點(diǎn)，D2用于存放從鍵盤(pán)輸入的數(shù)據(jù)，D3指定讀出位元件。鍵盤(pán)和PLC的連接如圖2所示。 數(shù)據(jù)輸入功能。利用O-9的10個(gè)數(shù)字鍵可以輸入o9999的數(shù)據(jù)以BIN碼存于D2中，即 DO中，大于
7、9999的數(shù)從高位溢出。如用DHKY指令時(shí)，可輸入099999999的數(shù)據(jù)存于D1、DO中。圖2 4*4矩陣鍵盤(pán)與PLC的連接 功能鍵。功能鍵AF與M0-M5的關(guān)系如圖2.1.4所示。按下A鍵，M0置“1”并保持。按下D鍵，M0置“O”、M3置“1”并保持，其余類(lèi)推。同時(shí)按下多個(gè)鍵，先按下的有效。圖3 功能鍵對(duì)應(yīng)的位元件 按下任一鍵被掃描到后標(biāo)志M8029置“1”。功能鍵AF的任一個(gè)鍵被按下時(shí)，M6置“1”(不保持)。數(shù)值鍵0-9的任一個(gè)鍵按下時(shí)，M7置“l(fā)”(不保持)。當(dāng)x4變?yōu)镺FF時(shí)，D0保持不變，M0M7全部為OFF。 預(yù)先將M8167置于ON，由此將OF的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)寫(xiě)入D2。 掃描
8、全部16個(gè)鍵需要8個(gè)掃描周期，為防止鍵輸入的濾波延時(shí)所造成的存儲(chǔ)錯(cuò)誤，使用恒定掃描模式或定時(shí)中斷處理。2.2.2 數(shù)據(jù)顯示： （1）帶鎖存七段碼顯示指令的助記符、指令代碼、操作數(shù)及程序如表2所示：表2 帶鎖存七段顯示指令功能表指令名稱(chēng)助記符指令代碼操作數(shù)程序步S(.)D(.)n帶鎖存七段譯碼顯示指令SEGLFNC74K,H,KnX,KnY,KnM,KnS,T,C,D,Y,Z Y占用12個(gè)連號(hào)元件K,Hn=0-7SEGL 5步 （2）指令梯形圖如圖4所示圖4 SEGL指令梯形圖 （3）指令說(shuō)明 SEGL的意義是將十進(jìn)制值(源S.)寫(xiě)到一組4路掃描的軟元件（D.）中，驅(qū)動(dòng)由4個(gè)七段碼顯示單元組成的
9、顯示器中。本指令最多可以帶兩組顯示器。顯示器共享選通脈沖輸出信號(hào)(D.)+4(D.)+7，圖2.1.7中為Y4Y7. 第一組的數(shù)據(jù)由Y0Y3輸出，第二組數(shù)據(jù)由Y10Y13輸出。圖5為應(yīng)用SEGL指令的外接線(xiàn)圖。 當(dāng)n = 0 3時(shí)，為4位1組，D0為二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)BCD換算，最大范圍為0 9999，由Y0 Y3輸出。當(dāng)n = 4 7，為4位2組，D0向Y0 Y3輸出，D1向Y10 Y13輸出。選通脈沖信號(hào)Y4 Y7共用，按順序輸出。當(dāng)完成4位數(shù)輸出后，完成標(biāo)志M8029置1。圖5 應(yīng)用SEGL指令外接線(xiàn)圖 參數(shù)n = 0 7，其選擇按PLC的正負(fù)邏輯和七段碼的正負(fù)邏輯來(lái)定： n值的選取與選通邏輯
10、、數(shù)據(jù)邏輯的關(guān)系如表3所示：表3 n值的選取與選通數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系PLC邏輯七段碼顯示邏輯n值選通邏輯數(shù)據(jù)邏輯一組顯示二組顯示正正正04負(fù)負(fù)負(fù)正正負(fù)15負(fù)負(fù)正負(fù)正負(fù)26正負(fù)正負(fù)正正37正負(fù)負(fù)系統(tǒng)I/O接線(xiàn)圖如圖6所示圖6 系統(tǒng)I/O接線(xiàn)圖圖中，X4為計(jì)算器的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)按下加減乘除運(yùn)算符號(hào)時(shí)，其相應(yīng)的指示燈亮，按下=后，指示燈滅，并將結(jié)果顯示在四位七段數(shù)碼管上。3 電子計(jì)算器控制系統(tǒng)梯形圖程序設(shè)計(jì)3.1 控制程序設(shè)計(jì)思路要設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的基于PLC的電子計(jì)算器，可以利用PLC內(nèi)部的算術(shù)運(yùn)算功能指令，對(duì)要計(jì)算的數(shù)進(jìn)行加減乘除等運(yùn)算，現(xiàn)對(duì)這些功能指令如下介紹：（1）加法指令A(yù)DD (D)ADD(P)指令
11、的編號(hào)為FNC20。它是將指定的源元件中的二進(jìn)制數(shù)相加結(jié)果送到指定的目標(biāo)元件中往。如圖7所示，當(dāng)X0為ON時(shí)，執(zhí)行（D10）+（D12）（D14）。圖7 加法指令的使用（2）減法指令SUB (D)SUB(P)指令的編號(hào)為FNC21。它是將S1.指定元件中的內(nèi)容以二進(jìn)制形式減往S2.指定元件的內(nèi)容，其結(jié)果存進(jìn)由D.指定的元件中。如圖8所示，當(dāng)X0為ON時(shí)，執(zhí)行（D10）（D12）（D14）。圖8 減法指令的使用 （3）乘法指令MUL (D) MUL (P)指令的編號(hào)為FNC22。數(shù)據(jù)均為有符號(hào)數(shù)。如圖9所示，當(dāng)X0為ON時(shí)，將二進(jìn)制16位數(shù)S1.、S2.相乘，結(jié)果送D.中。D為32位，即（D0）
12、（D2）（D5，D4）（16位乘法）；當(dāng)X1為ON時(shí)，（D1，D0）（D3，D2）（D7，D6，D5，D4）（32位乘法）。圖9 乘法指令的使用 （4）除法指令DIV (D) DIV (P)指令的編號(hào)為為FNC23。其功能是將S1.指定為被除數(shù)，S2.指定為除數(shù)，將除得的結(jié)果送到D.指定的目標(biāo)元件中，余數(shù)送到D.的下一個(gè)元件中。如圖10所示，當(dāng)X0為ON時(shí)（D0）（D2）（D4）商，（D5）余數(shù)（16位除法）；當(dāng)X1為ON時(shí)（D1，D0）（D3，D2）（D5，D4）商，（D7，D6）余數(shù)（32位除法）。圖10 除法指令的使用3.2 I/O分配輸入編址輸出編址X0000，4，8，C（*）Y000
13、0，1，2，3X0011，5，9，D（/）Y0014，5，6，7X0022，6，A（+），E（=）Y0028，9，A（+），B（-）X0033，7，B（-），F(xiàn)（AC）Y003C，D，E，F(xiàn)Y004LED1Y005LED2Y006LED3Y007LED4確定電子計(jì)算器控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)分配，如表4所示。表4 I/O點(diǎn)分配3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路 輸入繼電器是PLC接收外部輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)的窗口，通過(guò)光耦合器將外部信號(hào)的狀態(tài)讀入并存儲(chǔ)在輸入映像寄存器中，輸入端可以外接常開(kāi)觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn),也可以接多個(gè)觸點(diǎn)組成的串并聯(lián)電路或電子傳感器。在梯形圖中排列PLC可以多次使用輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。
14、 輸出繼電器是PLC向外部負(fù)載發(fā)送信號(hào)的窗口。輸出繼電器用來(lái)將PLC的輸出信號(hào)傳送給輸出模塊,再由后者驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載!輸出模塊中的每一個(gè)硬件繼電器僅有一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn),但是在梯形圖中,每一個(gè)輸出繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)都可以多次使用。輔助繼電器是用軟件實(shí)現(xiàn)的,它們不能接收外部的輸入信號(hào),也不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載,是一種內(nèi)部的狀態(tài)標(biāo)志,相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。輔助繼電器中有一類(lèi)保持用繼電器,即使在PLC的電源斷電時(shí),也能儲(chǔ)存ON/OFF狀態(tài),其儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由鋰電池保護(hù),當(dāng)電源恢復(fù)供電時(shí),能使控制系統(tǒng)繼續(xù)掉點(diǎn)前的控制。3.4 控制程序流程圖設(shè)計(jì) 由按鍵輸入的數(shù)值顯示在7段數(shù)碼管上，但只限
15、4位數(shù)。按加、減、乘、除鍵時(shí)，第一次輸入的值被存放在緩沖區(qū)中，當(dāng)做被加、減、乘、除數(shù)，且加、減、乘、除相對(duì)的運(yùn)算指示燈會(huì)亮。接著輸入一個(gè)數(shù)，之后若是按下“=”鍵，則此加、減、乘、除數(shù)被存放于另一個(gè)緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運(yùn)算，且相對(duì)應(yīng)的運(yùn)算指示燈熄滅。將運(yùn)算結(jié)果顯示在7段數(shù)碼管上。如圖11所示：圖11 控制程序流程圖3.5 程序說(shuō)明（1）啟動(dòng)程序按下X004啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)程序，通過(guò)HKY指令的數(shù)字鍵部分和功能鍵部分控制出入。如圖12所示：圖12 啟動(dòng)程序（2） 顯示初始化 當(dāng)輔助繼電器M6接通后，使得M9置1從而使SEGL指令中斷，當(dāng)M6斷開(kāi)后，SEGL指令初始化動(dòng)作開(kāi)始。如圖13所示：圖1
16、3 輸入初始化（3） 指示燈程序 通過(guò)上述輸入確定接通的輔助繼電器從而確定使用那種運(yùn)算，然后通過(guò)輸出點(diǎn)Y004-Y007各自接的LED燈顯示出所輸入的算法，當(dāng)輔助繼電器M0接通時(shí)，加法指示燈Y004亮；當(dāng)M1接通時(shí)，減法指示燈Y005亮；當(dāng)M2接通時(shí)，乘法指示燈Y006亮；當(dāng)M3接通時(shí)，除法指示燈Y007亮。如圖14所示：圖14 指示燈程序（4） 算法程序 通過(guò)上述接通的輸出指示燈控制需要執(zhí)行的算法指令，其中當(dāng)Y004接通時(shí)執(zhí)行加法指令A(yù)DD，將D0+D2的值送給D10；當(dāng)Y005接通時(shí)執(zhí)行減法指令SUB，將D0+D2的值送給D12；當(dāng)Y006接通時(shí)執(zhí)行乘法指令MUL，將D0+D2的值送給D1
17、4；當(dāng)Y007接通時(shí)執(zhí)行除法指令DIV，將D0+D2的值送給D16。如圖15所示：圖15 算法程序（5） 復(fù)位程序 當(dāng)HKY指令輸入使得M5接通時(shí)。對(duì)D0，D2，D10，D12，D14，D16，M4進(jìn)行復(fù)位清零處理。如圖16所示：圖16 復(fù)位程序4 GX Developer系統(tǒng)仿真4.1 仿真結(jié)果（1） 加法：Y004接通，M0，M4接通后，輸入D0為25，D2為15，則輸出D10為40，如圖19所示。圖19 加法（2） 減法：Y005接通，M1，M4接通后，輸入D0為25，D2為15，則輸出D12為10，如圖20所示。圖20 減法（3）乘法：Y006接通，M2，M4接通后，輸入D0為25，D
18、2為15，則輸出D14為375，如圖21所示。圖21 乘法（4）除法：Y007接通，M3，M4接通后，輸入D0為25，D2為5，則輸出D16為5，如圖22所示。圖22 除法（5）復(fù)位：當(dāng)M5接通后，復(fù)位清零如圖23所示。圖23 復(fù)位4.2 結(jié)果分析由按鍵輸入的數(shù)值只限4位數(shù)，當(dāng)做被加、減、乘、除數(shù)，且加、減、乘、除相對(duì)的運(yùn)算指示燈會(huì)亮，繼續(xù)輸入數(shù)字，同樣只限4位數(shù)，按等于號(hào)時(shí)，如果結(jié)果為負(fù)值只能顯示數(shù)字部分，不會(huì)顯示符號(hào)部分。但是由于是電腦仿真無(wú)法看到是否有數(shù)碼管顯示，是這個(gè)實(shí)驗(yàn)最大的遺憾。5 課程設(shè)計(jì)心得通過(guò)老師的講解、閱讀指導(dǎo)書(shū)和上網(wǎng)搜集資料，完成了電子計(jì)算器課程設(shè)計(jì)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，深感自
19、己實(shí)踐能力的欠缺，以后自己應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)自己的PLC設(shè)計(jì)能力。PLC課程設(shè)計(jì)是可編程控制器原理及應(yīng)用課程非常有益的課外實(shí)踐補(bǔ)充，通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，使我們獲得PLC設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握工程設(shè)計(jì)方法及Office辦公軟件使用方法，掌握利用計(jì)算機(jī)來(lái)運(yùn)行和仿真，日后應(yīng)該加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)，多做編程練習(xí)。使我們進(jìn)一步熟悉有關(guān)PLC控制的理論知識(shí)，PLC的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理，掌握根據(jù)生產(chǎn)工藝過(guò)程和自動(dòng)控制要求用PLC進(jìn)行控制的PLC系統(tǒng)及控制程序設(shè)計(jì)方法和步驟，培養(yǎng)我們的工程意識(shí)和工程實(shí)踐能力。PLC課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了關(guān)于PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，編程技巧以及電氣常用元器件的選型；初步具有了控制系統(tǒng)主電路、控制
20、程序的分析和設(shè)計(jì)能力，為今后走上工作崗位應(yīng)用PLC控制奠定良好的基礎(chǔ)。致 謝 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里想這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路卻未必，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間很多。 我覺(jué)得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我了解了很多以前并不了解的PLC的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。同時(shí)感謝同學(xué)和老師的幫助，在老師的悉心幫助下我們才完成了課程設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 張鳳珊電氣控制及可編程序控制器M北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，20032 馬志溪電氣工程設(shè)計(jì)M北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20023 劉增良，劉國(guó)亭電氣工程CADM北京:中國(guó)水利水電出版社，20024 齊占慶，王振臣電氣控制技術(shù)M北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20025 史國(guó)生電氣控制與可編程控制器技術(shù)M北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.6 王庭友.可編程控制器原理及應(yīng)用M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2005.附 錄附錄A 程序梯形圖附錄B 程序清單附錄C 接線(xiàn)圖 見(jiàn)下頁(yè)22
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