工业混合搅拌系统的PLC控制
课程设计报告书
题目：工业混合搅拌系统的PLC控制
系名：
专业班级：
姓名：
学号：
指导教师：
2013 年 6 月27 日
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作单位：信息工程系
题目：工业混合搅拌系统的PLC控制
一．初始条件
1.给定工业混合搅拌系统的工艺过程和工作模式；
2.给出用于系统调试用的S7-300PLC、计算机及混合搅拌器模型；
3.给出PLC系统的编程软件。
二．要求完成的主要任务
1. 设计要求
⑴控制要求：
①按下启动按钮，自动进A料→A料料位达到（由中液位传感器S2(常开触点）检测）→自动停止A 料，同时自动进B料→总料位达到（由高液位传感器S3(常开触点）检测）→停止进B料→定时搅拌5S→排料→排料到搅拌容器最低液位时（由低液位传感器S1(常闭触点）检测），延时3S将剩余混合液料排空→停止排料→自动进A料，完成一个周期的工作，混合过程如此自动循环下去。
②按下停止按钮，混合工序自动停止。
⑵程序设计要求：
①用线性化编程的方法来实现上述控制要求。
②用结构化编程方法，用最简约、高效的程序结构实现上述控制要求。
③上述两种程序设计方法都要求使用符号地址。
2. 设计报告撰写要求
内容要求
一般要求包括如下内容：
⑴目录
编制课程设计的目录，目录的各级标题按照章节顺序排列，最多列到三级标题即可，如1.1.1。
⑵引言
课程设计正文前的简短介绍。包括本课题的设计目的、设计的主要过程及主要的设计内容。
⑶电路设计
要求画出PLC的输入/输出接线图。
⑷PLC硬件组态
要求列出硬件组态表。
首先对输入/输出点进行地址分配，然后对其他编程元件也进行地址分配，如位存储器M，定时器T，计数器C等。
编程中要使用符号地址，所以在OB1中要编辑符号表（包括输入继电器、输出继电器、定时器及位存储器（或叫辅助继电器），在FC1中要编辑变量声明表。
⑹编写控制程序
要求：①编写线性化程序；
②在结构化编程中分别编写OB1和FC1、FC2……程序；
③在程序段中添加注释。
⑺程序调试说明
对设计中遇到的主要问题及解决方法、调试过程及方法、在调试过程中对对原设计程序做了哪些有意义的改进及调试的结果几方面进行阐述。
⑻结束语
对本课程设计进行总结，写出设计中的体会。
⑼主要参考文献
写出完成设计任务过程中参考的主要参考文献，注意参考文献的格式。
◆格式要求
1. 纸张格式：要求统一用A4纸打印，页面设置上空
2.5cm，下空2.0cm，左空2.5cm，右空2.0cm）：
2. 正文层次：正文内容层次序号为：1、1.1、1.1.1……，其中
⑴．正文标题；一级标题1.（黑体小2号加粗），二级标题1.1（黑体小三号），三极标题1.1.1（黑体小四号）。
⑵．正文内容格式：宋体五号，1.25倍行距。
3. 参考文献格式：参考文献不少于5个，并应按文献号、作者、文献题名、出版地：出版社和出版年等顺序书写。如：[1] 戴军，袁惠新.膜技术在含油废水处理中的应用.膜科学与技术，2002.
4. 图表要求：所有曲线、图表、线路图、流程图、程序框图、示意图等不准徒手画，必须采用计算机辅助绘图。图序及图名置于图的下方；表序及表名置于表的上方；图表一律采用采用阿拉伯数字连续编号。
◆装订顺序
设计报告按照如下顺序装订：
封面—任务书—目录—正文—参考文献—评分表。
序号阶段内容时间安排地点
1 设计前集中辅导，组合设计小组，查阅资料，
拟定设计方案
6月8日
实验室
414
2 硬件设计、地址分配、线性化控制程序设计6月8日～6月16日实验室414
3 结构化程序设计6月17日～6月23日实验室414
4 总结设计过程，撰写设计报告6月24日—6月26日自定
5 答辩6月27日-6月28日实验室414
（注：设计及调试过程中请同学们将自己设计的项目资料保存在U盘中，以便完成设计报告及答辩时查验）
指导老师签字：2013 年6 月6 日
系主任签字：
目录
1.引言 (1)
2.方案设计 (1)
2.1方案设计原则 (1)
2.2系统的整体设计要求 (1)
2.2.1控制要求 (2)
2.2.2程序设计要求 (2)
3.电路设计 (2)
3.1 PLC概述 (2)
3.2 PLC的工作原理和结构 (2)
3.2.1 PLC的工作原理 (2)
3.2.2 PLC的结构 (2)
3.3系统的硬件连接及I/O分配 (3)
3.4 PLC硬件阻态 (4)
3.5 PLC编程元件的地址分配 (4)
3.6 PLC控制的相关流程图 (4)
4.程序设计 (6)
4.1控制程序 (6)
4.1.1线性化程序 (6)
4.1.2结构化程序 (8)
4.2程序调试与说明 (11)
5. 结束语 (12)
6. 主要参考文献 (13)
1.引言
PLC是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，也可以说它是一种用程序来改变控制功能的计算机。随着微处理器、计算机和通信技术的飞速发展，可编程控制器PLC已在工业控制中得到广泛应用，而且所占比重在迅速的上升。为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。它综合应用于工业混合搅拌控制系统，使得搅拌过程实现了自动化控制，并且提升了搅拌设备工作的稳定性，为搅拌机械顺利、有序、准确的工作创造了有力的保障。本文所介绍的两种液体混合的PLC控制程序可用来实现在PLC控制下，A、B两种液料能按照一定比例自动进料，定时搅拌，排料，再次自动进料等工序的自动循环。另外，PLC还有通信联网功能，再通过组态，可直接对现场监控、更方便工作和管理。
2.方案设计
2.1方案设计原则
整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其他相关标准和规范编写。设计原则主要包括：工程对电气控制线路提供的具体资料，系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。
对于本设计来说，要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现多个电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。
2.2系统的整体设计要求
在该混合液体装置中，需要完成两种液体的进料、混合搅拌、排料的功能。如图1所示，S1、S2、S3为3个液位传感器，液体淹没时接通。进料阀A、B分别控制物料A和物料B进料，排料阀C控制混合物料排出。
2.2.1控制要求
①按下启动按钮，自动进A料→A料料位达到（由中液位传感器S2(常开触点）检测）→自动停止A料，同时自动进B料→总料位达到（由高液位传感器S3(常开触点）检测）→停止进B料→定时搅拌5S→排料→排料到搅拌容器最低液位时（由低液位传感器S1(常闭触点）检测），延时3S将剩余混合液料排空→停止排料→自动进A料，完成一个周期的工作，混合过程如此自动循环下去。
②按下停止按钮，混合工序自动停止。
2.2.2程序设计要求
①用线性化编程的方法来实现上述控制要求。
②用结构化编程方法，用最简约、高效的程序结构实现上述控制要求。
③上述两种程序设计方法都要求使用符号地址。
3.电路设计
3.1 PLC概述
PLC是Programmable Logic Controller的缩写，即可编程逻辑控制器。它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，所以现在仍然将可编程逻辑控制器简称plc。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
3.2 PLC的工作原理和结构
3.2.1 PLC的工作原理
采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
注意：由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。
3.2.2 PLC的结构
PLC实质上是一种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机再结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式plc包括CPU板，I/O板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式plc包括CPU模块，I/O模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些模块可以按照一定的规则组合配置。
输入接口部中央处理单元CPU板
图2 PLC的基本结构框图
3.3系统的硬件连接及I/O分配
I/O主要接线如图3所示。
启动按钮SB1、停止按钮SB2分别由I0.0和I0.1控制。
图3 I/O接线图
接输
出
接
口
部
件
电源部件
3.4 PLC硬件阻态
表1导轨分配表
表2 PLC模块详细信息表
3.5 PLC编程元件的地址分配
表3 PLC编程元件的地址分配及相应符号表
3.6 PLC控制的相关流程图
液体自动混合的控制是比较复杂的，要满足控制的要求，在接收用户信号的同时，还要不断处理各种定时信号。液体混合动作的循环过程为：开阀门A一关阀门A，开阀门B—关阀门B，搅拌一定时一开阀门C放液体一定时一关阀门C—停止一个循环。同时在程序设计过程中应遵循定时原则。系统的软件流程图，如图4所示。
图4程序流程图
4.程序设计4.1控制程序4.1.1线性化程序
4.1.2结构化程序（1）OB1主程序
（2）FC1子程序
（3）FC2子程序
4.2程序调试与说明
启动操作：按下启动按钮SB1，液体装置开始按以下顺序工作：进料阀Q4.1打开，A物料流入，液位上升。当液位上升到S2处时，进液阀Q4.1关闭，A物料停止流入，同时打开进料阀Q4.2，B物料开始流入容器。当液位上升到S3处，进料阀Q4.2关闭，B物料停止流入，同时搅拌电动机M开始工作。当搅拌电机定时搅拌5S后制动停止搅拌，同时Q4.4打开，开始放料，液位开始下降。当液位下
停止操作：工作中，若按下停止按钮SB2，系统工作会暂停，待按下启动按钮SB1后，系统继续运行。
本次课设对我来说是一次难得的经历，在试验中遇到的主要问题如下：
（1）装软件老是失败，不能正常运行，后来发现要先运行其中的一个exe文件后再打开。
（2）编程，本次课设我用了线性化和结构化两种方法编程实现控制要求，在参考别人成功先例的基础上根据自己设计的需要编制程序，其中历经不少曲折，开始一按启动按钮C阀门的指示灯会亮，但不符合要求，后来在第二段程序中加入了Q4.4的常闭触点解决问题。遇到的最大问题是最开始下载、运行没有错误但不能实现设计要求，经排错，后来发现是换了实验箱，外部接线有的接口要改，要对应，比如输入和输出取反接线时接口不能接反，要弄清楚哪个是检测信号哪个是输出信号。
(3) 结构化编程，虽然线性化编程做出来了，结构化编程会稍简单，可是我的线性化编程每段程序比较独立，和其它程序相同点不是很多，后来用不同符号但分析后作用相似的程序表示，然后慢慢调试，最后能达到要求。
5. 结束语
通过本次课程设计，我对PLC有了更深的认识，不仅体会到PLC的功能和特点，而且还深刻了解了PLC的工作原理，熟悉了S7-300 PLC 的硬件组态和梯形图编程语言，通过自行编程调试掌握PLC 控制系统的设计方法。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能够解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。尽管本设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种继电器的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉这次课程设计，我最深的感受是，编程一定要细心，针对每一个细节，稍有疏忽，程序就不能正常工作。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习PLC更是如此。在这次的实践与学习中，尽管期间困难重重，但我还是从中学习了不少新的知识与技能和解决困难的方法，也终于体验到了经历困难到最终获得成功的那种无以言表的喜悦之情，总之，本次课设是我收获最多的一次，也希望自己在以后的各项研究活动中能坚持这种精神。并学会应用的。与老师的交流沟通也使我从各种角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。
6. 主要参考文献
【1】柳春生.电器控制与PLC.北京：机械工业出版社，2010.
【2】柴瑞娟.西门子PLC编程技术及工程应用［M］.北京：机械工业出版社，2007. 【3】张万忠.电气与PLC控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008.
【4】王鸿钰.步进电机控制技术入门[M].上海：同济大学出版社，1990.
【5】王自强.步进电机应用技术[M]．北京：科学出版社，2010
【6】程子华.PLC原理与编程实例分析[M].北京：国防工业出版社，2007.
【7】廖常初.PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，2006.
【8】胡寿松等.自动控制原理.北京：科学出版社，2004.
课程设计评分表
评分项目评分成绩
1．选题合理、目的明确（10分）
2．设计方案正确，具有可行性、创新性（30分）
3．项目工艺水平及测试性能达到技术要求（25分）
4．参考文摘不少于5篇（10分）
5．答辩（25分）
总分（100分）
答辩记录：
1、西门子S7-300PLC有哪几种程序结构？各自的应用场合是什么？
答：西门子S7-300PLC有3种程序结构，即线性编程、分块编程和结构化编程。线性编程用于处理一些简单的自动控制任务，适于一个人进行程序编写。分块编程适用于可分配多个设计人员同时编程，彼此间不会发生冲突。结构化编程适用于设计时部分控制逻辑被重复使用，可采用此方法编一些通用的指令快来控制哪些相同或相似的功能。
2、什么是结构化程序设计？有什么优点？
答：结构化程序设计是一种设计程序的技术，它采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口的控制结构。此方法是建立在模块化基础上，使程序具有更好的结构性和逻辑性。优点：自顶向下逐步求精；有清晰的层次结构，容易阅读和了解；控制结构有确定的逻辑模式，程序清晰流畅，易读易懂，而且容易测试；程序清晰和模块化使得修改和重新设计一个软件时可以重用的代码量最大；程序的逻辑结构清晰，有利于程序正确性证明。
3、在结构化程序设计中你设计了几个FC子程序，各自用来实现什么功能？
答：在结构化程序设计中我设计了2个FC子程序，FC1用来实现对阀门开关状态的控制，FC2用来实现对混合物料排放的控制。
指导教师综合评语：
指导教师（签名）
日期：年月日