電氣控制技術課程設計-基于PLC電子計算器課程設計.doc

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1、 電氣控制技術課程設計說明書 電子計算器 學生姓名： 專 業(yè)： 自動化 班 級： 學 號： 指導教師： 職稱 副教授完成時間： 2015年7月 摘 要 LC英文全稱為Programmable Logical Controller,即可編程邏輯控制器。顧名思義,它本來的含義是具有柔性的，可編程，主要來完成邏輯控制，針對數(shù)字量。工業(yè)控制器，它代替了傳統(tǒng)的靠硬觸點來做的控制系統(tǒng)就象當初的計算機已經(jīng)演變?yōu)殡娔X一樣，現(xiàn)在的PLC也由早期單純地實現(xiàn)邏輯控制演變?yōu)橐粋€可進行數(shù)模、模數(shù)轉換，可進行定位控制等一個功能強大的工業(yè)控制器。電子計算器功能方面只能進行4位數(shù)以內(nèi)的簡單的加減乘除基本運算，并且只能顯示數(shù)字

2、部分，無法顯示符號部分，是最大缺陷和遺憾，包括除以0的運算也無法實現(xiàn)。硬件方面連線部分比較簡單，這是利用十六鍵輸入和選通輸出的優(yōu)勢?？偟膩碚f電子計算器設計就是一個簡單的PLC設計成果，沒有真正計算器的功能那么強大，但是仍然可以體現(xiàn)PLC的強大功能和邏輯性。 關鍵字：PLC；電子計算器；仿真I目 錄1 引言1 1.1 設計目的1 1.2 設計要求12 電子計算器的系統(tǒng)硬件設計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 電子計算器控制系統(tǒng)梯形圖程序設計6 3.1 控制程序設計思路6 3.2 I/O分配6 3.3 控制程序設計思路

3、7 3.4 控制程序流程圖設計7 3.5 程序說明84 GX Developer系統(tǒng)仿真11 4.1 仿真結果11 4.2 結果分析135 課程設計心得14致謝15參考文獻16附錄17 附錄A 程序梯形圖17 附錄B 程序清單20 附錄C 接線圖22II1 引言PLC英文全稱為Programmable Logical Controller,即可編程邏輯控制器。顧名思義,它本來的含義是具有柔性的，可編程，主要來完成邏輯控制，針對數(shù)字量。工業(yè)控制器，它代替了傳統(tǒng)的靠硬觸點來做的控制系統(tǒng)就象當初的計算機已經(jīng)演變?yōu)殡娔X一樣，現(xiàn)在的PLC也由早期單純地實現(xiàn)邏輯控制演變?yōu)橐粋€可進行數(shù)模、模數(shù)轉換，可進行定

4、位控制等一個功能強大的工業(yè)控制器。可以說它在現(xiàn)代社會各種需要自動控制的場合發(fā)揮了巨大的作用?？删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令、并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出、控制各種機械或生產(chǎn)過程。1.1 設計目的設計一個基于PLC的電子計算器。1.2 設計要求 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，第一次輸入的值被存放在緩沖區(qū)中，當做被加、減、乘、除數(shù)，且加、減、乘、除相對的運算指示燈會亮。（3）接著輸入一個數(shù)，之后

5、若是按下“=”鍵，則此加、減、乘、除數(shù)被存放于另一個緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運算，且相對應的運算指示燈熄滅。（4）將運算結果顯示在7段數(shù)碼管上。2 電子計算器的系統(tǒng)硬件設計2.1 PLC選型電子計算器的輸入點需要5個，分別為X000，X001，X002,X003，X004；輸出點需要16個，其中Y000Y003為掃描輸出點，Y004Y007為指示燈，還有Y010Y017為數(shù)據(jù)輸出點。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4*4矩陣鍵盤，加減標示選用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(四個連號元件)YT/C/D/V/ZY/M/S(8個連號元件)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)指令說明： 該指令是通過鍵盤上的數(shù)字鍵和功能鍵輸入的內(nèi)容來完成出入的復合運算過程。指令中有四個操作數(shù)，其中s指定四個輸入元件，D1指定四個掃描輸出點，D2用于存放從鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，D3指定讀出位元件。鍵盤和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，可輸入099999999的數(shù)據(jù)存于D1、DO中。圖2 4*4矩陣鍵盤與PLC的連接 功能鍵。功能鍵AF與M0-M5的關系如圖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，其余類推。同時按下多個鍵，先按下的有效。圖3 功能鍵對應的位元件 按下任一鍵被掃描到后標志M8029置“1”。功能鍵AF的任一個鍵被按下時，M6置“1”(不保持)。數(shù)值鍵0-9的任一個鍵按下時，M7置“l(fā)”(不保持)。當x4變?yōu)镺FF時，D0保持不變，M0M7全部為OFF。 預先將M8167置于ON，由此將OF的十六進制數(shù)據(jù)寫入D2。 掃描

8、全部16個鍵需要8個掃描周期，為防止鍵輸入的濾波延時所造成的存儲錯誤，使用恒定掃描模式或定時中斷處理。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個連號元件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）指令說明 SEGL的意義是將十進制值(源S.)寫到一組4路掃描的軟元件（D.）中，驅動由4個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(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為應用SEGL指令的外接線圖。 當n = 0 3時，為4位1組，D0為二進制數(shù)，經(jīng)BCD換算，最大范圍為0 9999，由Y0 Y3輸出。當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Y4 Y7共用，按順序輸出。當完成4位數(shù)輸出后，完成標志M8029置1。圖5 應用SEGL指令外接線圖 參數(shù)n = 0 7，其選擇按PLC的正負邏輯和七段碼的正負邏輯來定： n值的選取與選通邏輯

10、、數(shù)據(jù)邏輯的關系如表3所示：表3 n值的選取與選通數(shù)據(jù)邏輯關系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負負負正正負15負負正負正負26正負正負正正37正負負系統(tǒng)I/O接線圖如圖6所示圖6 系統(tǒng)I/O接線圖圖中，X4為計算器的啟動開關，當按下加減乘除運算符號時，其相應的指示燈亮，按下=后，指示燈滅，并將結果顯示在四位七段數(shù)碼管上。3 電子計算器控制系統(tǒng)梯形圖程序設計3.1 控制程序設計思路要設計一個簡單的基于PLC的電子計算器，可以利用PLC內(nèi)部的算術運算功能指令，對要計算的數(shù)進行加減乘除等運算，現(xiàn)對這些功能指令如下介紹：（1）加法指令ADD (D)ADD(P)指令

11、的編號為FNC20。它是將指定的源元件中的二進制數(shù)相加結果送到指定的目標元件中往。如圖7所示，當X0為ON時，執(zhí)行（D10）+（D12）（D14）。圖7 加法指令的使用（2）減法指令SUB (D)SUB(P)指令的編號為FNC21。它是將S1.指定元件中的內(nèi)容以二進制形式減往S2.指定元件的內(nèi)容，其結果存進由D.指定的元件中。如圖8所示，當X0為ON時，執(zhí)行（D10）（D12）（D14）。圖8 減法指令的使用 （3）乘法指令MUL (D) MUL (P)指令的編號為FNC22。數(shù)據(jù)均為有符號數(shù)。如圖9所示，當X0為ON時，將二進制16位數(shù)S1.、S2.相乘，結果送D.中。D為32位，即（D0）

12、（D2）（D5，D4）（16位乘法）；當X1為ON時，（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)，將除得的結果送到D.指定的目標元件中，余數(shù)送到D.的下一個元件中。如圖10所示，當X0為ON時（D0）（D2）（D4）商，（D5）余數(shù)（16位除法）；當X1為ON時（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確定電子計算器控制系統(tǒng)的I/O點分配，如表4所示。表4 I/O點分配3.3 控制程序設計思路 輸入繼電器是PLC接收外部輸入的開關量信號的窗口，通過光耦合器將外部信號的狀態(tài)讀入并存儲在輸入映像寄存器中，輸入端可以外接常開觸點或常閉觸點,也可以接多個觸點組成的串并聯(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觸點和常閉觸點。

14、 輸出繼電器是PLC向外部負載發(fā)送信號的窗口。輸出繼電器用來將PLC的輸出信號傳送給輸出模塊,再由后者驅動外部負載!輸出模塊中的每一個硬件繼電器僅有一對常開觸點,但是在梯形圖中,每一個輸出繼電器的常開觸點和常閉觸點都可以多次使用。輔助繼電器是用軟件實現(xiàn)的,它們不能接收外部的輸入信號,也不能直接驅動外部負載,是一種內(nèi)部的狀態(tài)標志,相當于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。輔助繼電器中有一類保持用繼電器,即使在PLC的電源斷電時,也能儲存ON/OFF狀態(tài),其儲存的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由鋰電池保護,當電源恢復供電時,能使控制系統(tǒng)繼續(xù)掉點前的控制。3.4 控制程序流程圖設計 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，第一次輸入的值被存放在緩沖區(qū)中，當做被加、減、乘、除數(shù)，且加、減、乘、除相對的運算指示燈會亮。接著輸入一個數(shù)，之后若是按下“=”鍵，則此加、減、乘、除數(shù)被存放于另一個緩沖區(qū)中，與剛才輸入的數(shù)做運算，且相對應的運算指示燈熄滅。將運算結果顯示在7段數(shù)碼管上。如圖11所示：圖11 控制程序流程圖3.5 程序說明（1）啟動程序按下X004啟動按鈕，啟動程序，通過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 啟動程序（2） 顯示初始化 當輔助繼電器M6接通后，使得M9置1從而使SEGL指令中斷，當M6斷開后，SEGL指令初始化動作開始。如圖13所示：圖1

16、3 輸入初始化（3） 指示燈程序 通過上述輸入確定接通的輔助繼電器從而確定使用那種運算，然后通過輸出點Y004-Y007各自接的LED燈顯示出所輸入的算法，當輔助繼電器M0接通時，加法指示燈Y004亮；當M1接通時，減法指示燈Y005亮；當M2接通時，乘法指示燈Y006亮；當M3接通時，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Y004接通時執(zhí)行加法指令ADD，將D0+D2的值送給D10；當Y005接通時執(zhí)行減法指令SUB，將D0+D2的值送給D12；當Y006接通時執(zhí)行乘法指令MUL，將D0+D2的值送給D1

17、4；當Y007接通時執(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） 復位程序 當HKY指令輸入使得M5接通時。對D0，D2，D10，D12，D14，D16，M4進行復位清零處理。如圖16所示：圖16 復位程序4 GX Developer系統(tǒng)仿真4.1 仿真結果（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）復位：當M5接通后，復位清零如圖23所示。圖23 復位4.2 結果分析由按鍵輸入的數(shù)值只限4位數(shù)，當做被加、減、乘、除數(shù)，且加、減、乘、除相對的運算指示燈會亮，繼續(xù)輸入數(shù)字，同樣只限4位數(shù)，按等于號時，如果結果為負值只能顯示數(shù)字部分，不會顯示符號部分。但是由于是電腦仿真無法看到是否有數(shù)碼管顯示，是這個實驗最大的遺憾。5 課程設計心得通過老師的講解、閱讀指導書和上網(wǎng)搜集資料，完成了電子計算器課程設計，通過課程設計，深感自

19、己實踐能力的欠缺，以后自己應加強培養(yǎng)自己的PLC設計能力。PLC課程設計是可編程控制器原理及應用課程非常有益的課外實踐補充，通過本門課程的學習，使我們獲得PLC設計的基礎知識，掌握工程設計方法及Office辦公軟件使用方法，掌握利用計算機來運行和仿真，日后應該加強這方面的學習，多做編程練習。使我們進一步熟悉有關PLC控制的理論知識，PLC的結構、組成、工作原理，掌握根據(jù)生產(chǎn)工藝過程和自動控制要求用PLC進行控制的PLC系統(tǒng)及控制程序設計方法和步驟，培養(yǎng)我們的工程意識和工程實踐能力。PLC課程設計培養(yǎng)了關于PLC控制系統(tǒng)的設計方法，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、程序的分析和設計能力，為今后走上工作崗位應用PLC控制奠定良好的基礎。致 謝 通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在設計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想這樣的接法可以行得通，但實際接上電路卻未必，因此耗費在這上面的時間很多。 我覺得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設計過程中，我了解了很多以前并不了解的PLC的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。同時感謝同學和老師的幫助，在老師的悉心幫助下我們才完成了課程設計。參考文獻1 張鳳珊電氣控制及可編程序控制器M北京:中國輕工業(yè)出版社，20032 馬志溪電氣工程設計M北京:機械工業(yè)出版社，20023 劉增良，劉國亭電氣工程CADM北京:中國水利水電出版社，20024 齊占慶，王振臣電氣控制技術M北京:機械工業(yè)出版社，20025 史國生電氣控制與可編程控制器技術M北京:化學工業(yè)出版社，2004.6 王庭友.可編程控制器原理及應用M.北京：國防工業(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 接線圖 見下頁22