电气控制技术课程设计说明书 电子计算器 学生姓名： 专 业： 自动化 班 级： 学 号： 指导教师： 职称 副教授完成时间： 2015年7月 摘 要 LC英文全称为Programmable Logical Controller,即可编程逻辑控制器。顾名思义,它本来的含义是具有柔性的，可编程，主要来完成逻辑控制，针对数字量。工业控制器，它代替了传统的靠硬触点来做的控制系统就象当初的计算机已经演变为电脑一样，现在的PLC也由早期单纯地实现逻辑控制演变为一个可进行数模、模数转换，可进行定位控制等一个功能强大的工业控制器。电子计算器功能方面只能进行4位数以内的简单的加减乘除基本运算，并且只能显示数字部分，无法显示符号部分，是最大缺陷和遗憾，包括除以0的运算也无法实现。硬件方面连线部分比较简单，这是利用十六键输入和选通输出的优势。总的来说电子计算器设计就是一个简单的PLC设计成果，没有真正计算器的功能那么强大，但是仍然可以体现PLC的强大功能和逻辑性。 关键字：PLC；电子计算器；仿真I目 录1 引言1 1.1 设计目的1 1.2 设计要求12 电子计算器的系统硬件设计2 2.1 PLC选型2 2.2 系统硬件配置及组成原理2 2.2.1 数据输入：2 2.2.2 数据显示：33 电子计算器控制系统梯形图程序设计6 3.1 控制程序设计思路6 3.2 I/O分配6 3.3 控制程序设计思路7 3.4 控制程序流程图设计7 3.5 程序说明84 GX Developer系统仿真11 4.1 仿真结果11 4.2 结果分析135 课程设计心得14致谢15参考文献16附录17 附录A 程序梯形图17 附录B 程序清单20 附录C 接线图22II1 引言PLC英文全称为Programmable Logical Controller,即可编程逻辑控制器。顾名思义,它本来的含义是具有柔性的，可编程，主要来完成逻辑控制，针对数字量。工业控制器，它代替了传统的靠硬触点来做的控制系统就象当初的计算机已经演变为电脑一样，现在的PLC也由早期单纯地实现逻辑控制演变为一个可进行数模、模数转换，可进行定位控制等一个功能强大的工业控制器。可以说它在现代社会各种需要自动控制的场合发挥了巨大的作用。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统。专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令、并通过数字式、模拟式的输入和输出、控制各种机械或生产过程。1.1 设计目的设计一个基于PLC的电子计算器。1.2 设计要求 控制要求如下：（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。2 电子计算器的系统硬件设计2.1 PLC选型电子计算器的输入点需要5个，分别为X000，X001，X002,X003，X004；输出点需要16个，其中Y000Y003为扫描输出点，Y004Y007为指示灯，还有Y010Y017为数据输出点。由此选用FX2N-32MR的PLC。2.2 系统硬件配置及组成原理数据输入用一个4*4矩阵键盘，加减标示选用LED指示灯，数据显示用七段数码管。2.2.1 数据输入： (1)十六键输入指令的助记符、指令代码、操作数及程序如表1所示指令名称助记符指令代码操作数程序步SD1D2D3十六键输入指令HKYFNC71X(四个连号元件)YT/C/D/V/ZY/M/S(8个连号元件)HKY.9步DHKY17步表1 十六键输入指令 (2)指令梯形图如图1所示图1 十六键输入指令梯形图 (3)指令说明： 该指令是通过键盘上的数字键和功能键输入的内容来完成出入的复合运算过程。指令中有四个操作数，其中s指定四个输入元件，D1指定四个扫描输出点，D2用于存放从键盘输入的数据，D3指定读出位元件。键盘和PLC的连接如图2所示。 数据输入功能。利用O-9的10个数字键可以输入o9999的数据以BIN码存于D2中，即 DO中，大于9999的数从高位溢出。如用DHKY指令时，可输入099999999的数据存于D1、DO中。图2 4*4矩阵键盘与PLC的连接 功能键。功能键AF与M0-M5的关系如图2.1.4所示。按下A键，M0置“1”并保持。按下D键，M0置“O”、M3置“1”并保持，其余类推。同时按下多个键，先按下的有效。图3 功能键对应的位元件 按下任一键被扫描到后标志M8029置“1”。功能键AF的任一个键被按下时，M6置“1”(不保持)。数值键0-9的任一个键按下时，M7置“l”(不保持)。当x4变为OFF时，D0保持不变，M0M7全部为OFF。 预先将M8167置于ON，由此将OF的十六进制数据写入D2。 扫描全部16个键需要8个扫描周期，为防止键输入的滤波延时所造成的存储错误，使用恒定扫描模式或定时中断处理。2.2.2 数据显示： （1）带锁存七段码显示指令的助记符、指令代码、操作数及程序如表2所示：表2 带锁存七段显示指令功能表指令名称助记符指令代码操作数程序步S(.)D(.)n带锁存七段译码显示指令SEGLFNC74K,H,KnX,KnY,KnM,KnS,T,C,D,Y,Z Y占用12个连号元件K,Hn=0-7SEGL 5步 （2）指令梯形图如图4所示图4 SEGL指令梯形图 （3）指令说明 SEGL的意义是将十进制值(源S.)写到一组4路扫描的软元件（D.）中，驱动由4个七段码显示单元组成的显示器中。本指令最多可以带两组显示器。显示器共享选通脉冲输出信号(D.)+4(D.)+7，图2.1.7中为Y4Y7. 第一组的数据由Y0Y3输出，第二组数据由Y10Y13输出。图5为应用SEGL指令的外接线图。 当n = 0 3时，为4位1组，D0为二进制数，经BCD换算，最大范围为0 9999，由Y0 Y3输出。当n = 4 7，为4位2组，D0向Y0 Y3输出，D1向Y10 Y13输出。选通脉冲信号Y4 Y7共用，按顺序输出。当完成4位数输出后，完成标志M8029置1。图5 应用SEGL指令外接线图 参数n = 0 7，其选择按PLC的正负逻辑和七段码的正负逻辑来定： n值的选取与选通逻辑、数据逻辑的关系如表3所示：表3 n值的选取与选通数据逻辑关系PLC逻辑七段码显示逻辑n值选通逻辑数据逻辑一组显示二组显示正正正04负负负正正负15负负正负正负26正负正负正正37正负负系统I/O接线图如图6所示图6 系统I/O接线图图中，X4为计算器的启动开关，当按下加减乘除运算符号时，其相应的指示灯亮，按下=后，指示灯灭，并将结果显示在四位七段数码管上。3 电子计算器控制系统梯形图程序设计3.1 控制程序设计思路要设计一个简单的基于PLC的电子计算器，可以利用PLC内部的算术运算功能指令，对要计算的数进行加减乘除等运算，现对这些功能指令如下介绍：（1）加法指令ADD (D)ADD(P)指令的编号为FNC20。它是将指定的源元件中的二进制数相加结果送到指定的目标元件中往。如图7所示，当X0为ON时，执行（D10）+（D12）（D14）。图7 加法指令的使用（2）减法指令SUB (D)SUB(P)指令的编号为FNC21。它是将S1.指定元件中的内容以二进制形式减往S2.指定元件的内容，其结果存进由D.指定的元件中。如图8所示，当X0为ON时，执行（D10）（D12）（D14）。图8 减法指令的使用 （3）乘法指令MUL (D) MUL (P)指令的编号为FNC22。数据均为有符号数。如图9所示，当X0为ON时，将二进制16位数S1.、S2.相乘，结果送D.中。D为32位，即（D0）（D2）（D5，D4）（16位乘法）；当X1为ON时，（D1，D0）（D3，D2）（D7，D6，D5，D4）（32位乘法）。图9 乘法指令的使用 （4）除法指令DIV (D) DIV (P)指令的编号为为FNC23。其功能是将S1.指定为被除数，S2.指定为除数，将除得的结果送到D.指定的目标元件中，余数送到D.的下一个元件中。如图10所示，当X0为ON时（D0）（D2）（D4）商，（D5）余数（16位除法）；当X1为ON时（D1，D0）（D3，D2）（D5，D4）商，（D7，D6）余数（32位除法）。图10 除法指令的使用3.2 I/O分配输入编址输出编址X0000，4，8，C（*）Y0000，1，2，3X0011，5，9，D（/）Y0014，5，6，7X0022，6，A（+），E（=）Y0028，9，A（+），B（-）X0033，7，B（-），F（AC）Y003C，D，E，FY004LED1Y005LED2Y006LED3Y007LED4确定电子计算器控制系统的I/O点分配，如表4所示。表4 I/O点分配3.3 控制程序设计思路 输入继电器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口，通过光耦合器将外部信号的状态读入并存储在输入映像寄存器中，输入端可以外接常开触点或常闭触点,也可以接多个触点组成的串并联电路或电子传感器。在梯形图中排列PLC可以多次使用输入继电器的常开触点和常闭触点。 输出继电器是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器用来将PLC的输出信号传送给输出模块,再由后者驱动外部负载!输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点,但是在梯形图中,每一个输出继电器的常开触点和常闭触点都可以多次使用。辅助继电器是用软件实现的,它们不能接收外部的输入信号,也不能直接驱动外部负载,是一种内部的状态标志,相当于继电器控制系统中的中间继电器。辅助继电器中