工业混合搅拌系统的PLC控制.docx
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工业混合搅拌系统的PLC控制
课程设计报告书
题目：
工业混合搅拌控制与上位计算机监控设计
系名：
信息工程系
专业班级：
姓名：
学号：
指导教师：
乔志刚
2016年1月14日
课程设计任务书
一．初始条件
学生姓名：
黄泽兵专业班级：
自动化1131
指导教师：
乔志刚工作单位：
信息工程系
题目：
工业混合搅拌控制与上位计算机监控设计
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。
4.给出上位机监控组态软件——组态王V6.53。
二．要求完成的主要任务
㈠任务一：
工业混合搅拌的PLC控制系统设计
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.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。
㈡任务二：
工业混合搅拌的上位计算机监控系统设计
在计算机监控界面上设计如下的动态界面，要求达到：
⑴设计起动和停止按钮或热键，并能实际操作使用；
⑵设计液体储罐的液位动态变化的监控界面；
⑶设计管道液体流动的动态界面；
⑷设计搅拌器搅拌动画界面；
⑸对液体储罐的液位能以实时数据的形式显示在计算机屏幕上。
目录
引言·······························3
一、课程设计项目名称·······················4
二、课程设计技术术要求······················4
2.1项目设计要求························4
三、项目设计方案论证（电路设计、PLC硬件组态、PLC编程元件的地址分配、编写控制程序、上位计算机机监控设计等）···············4
3.1硬件设计··························5
3.1.1电路设计························5
3.1.2PLC硬件组态······················5
3.2软件设计（编写控制程序）···················6
3.2.1PLC编程元件的地址分配·················6
3.2.2线性化程序·······················8
3.2.3结构化编程·······················10
3.3上位计算机监控设计——组态王················14
3.3.1新建工程文件······················14
3.3.2对工业搅拌系统进行画面设计················15
3.3.3定义数据词典······················16
3.3.4创建动画连接······················16
3.3.5组态王与外部硬件通讯连接················17
3.3.6组态王上位监控····················18
四、项目设计结果分析及体会····················18
4.1程序调试说明························18
4.2总结体会··························19
五、参考文摘···························19
引言
可编程控制器是电气控制技术中的关键技术。
《可编程控制器》为“自动化和电气工程及其自动化”专业的一门重要专业课。
通过本课程的学习，使学生掌握工厂电气控制设备技术和可编程控制器的使用、分析和设计自动生产过程中的控制电路，掌握其使用方法。
课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，还要进行诸方面能力的培养和提高，为毕业设计打下良好的基础。
这些能力包括：
⏹独立工作能力；
⏹综合运用所学过的基础知识和专业知识，提高解决工程应用问题的能力；
⏹运用各种现代化手段，获取相关资料的能力；
⏹调试程序的能力；
⏹工程绘图的能力；
⏹编写技术资料的能力；
⏹创新能力。
PLC课程设计的主要目的，是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究，使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。
根据这些要求，进行PLC控制系统的原理设计、硬件配置及软件编程设计。
通过不断地调试和完善程序来满足生产工艺的要求。
本课程设计提供了设计的备选课题。
通过课程设计，使学生进一步熟悉PLC控制系统的应用，并培养学生解决实际问题的能力，掌握系统设计的思路及方法。
此次设计的工业混合搅拌系统用两种方法实现，一种线性化方法，另一种是结构化的方法，设计的主要过程及内容如下：
按下启动按钮，自动进A料→A料料位达到→自动停止A料，同时自动进B料→总料位达到→停止进B料→定时搅拌5S→排料→排料到搅拌容器最低液位时，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。
若按下停止按钮，混合工序自动停止。
并且对以上设计还有扩展，即希望能达到可以随时停止工序，再按下启动按钮会接着停止前未完成的任务继续进行下去。
1、课程设计项目名称
工业混合搅拌控制与上位计算机监控设计
二、项目设计目的及技术要求
2.1项目设计要求
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。
三、项目设计方案论证（电路设计、PLC硬件组态、PLC编程元件的地址分配、编写控制程序、程序调试说明等）
项目设计为工业混合搅拌系统，要将两种流质物料（简称A、B）按一定比例混合，搅拌均匀后送出，混合的比例及搅拌时间完全由操作者控制（即：
手动控制），系统的示意图如下图所示。
图1.1工业混合搅拌系统示意图
由系统的示意图可看出系统的控制由四部分组成：
成分A的进料控制、成分B的进料控制、混合料的搅拌控制及对搅拌后混合料的排料控制。
项目设计主要包括硬件设计和软件设计，硬件设计主要包括PLC外部接线、PLC硬件组态，硬件组态是将实验台上的PLC各模块安装顺序将其在STEP7软件中在机架上安装达到在软件中实现PLC的硬件组态。
3.1硬件设计
3.1.1电路设计
此处的电路设计主要是关于PLC的输入/输出接线图。
根据设计要求接线图如下：
3.1.2PLC硬件组态
两种编程方法的硬件组态是相同的，因而如下图所示为PLC的硬件组态图：
预设地址分配表：
I/O量
编号
地址
说明
功能
数字输入量
1
I0.0
按钮
启动
2
I0.1
按钮
停止
3
I0.2
低液位传感器
液位检测
4
I0.3
中液位传感器
液位检测
5
I0.4
高液位传感器
液位检测
数字输出量
6
Q4.1
电磁阀
进A料
7
Q4.2
电磁阀
进B料
8
Q4.3
搅拌机
混合料搅拌
9
Q4.4
电磁阀
卸料
3.2软件设计（编写控制程序）
软件设计是用运用两种方法设计的，一种是线性化程序设计，另一种是结构化程序设计。
线性化程序设计主要是根据程序设计要求一步步完成，一次循环结束接着自动开始下一次循环，当按下停止按钮工序停止，再一次按下启动按钮的时候工序接着停止前未完成的部分继续进行。
而结构化编程主要是将程序分块，并且在主程序OB1中调用这些模块完成程序设计要求，结构化程序主要包括以下部分：
主程序OB1、FC1为配料A和配料B的控制程序、FC2为搅拌控制程序、FC3为出料控制程序。
3.2.1PLC编程元件的地址分配
在进行编程之前需要对输入/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。
下面表3.13是对线性化程序和结构化程序进行的地址分配及符号表的编辑，在结构化编程中还需要在FC1、FC2、FC3中编辑变量声明表如下图所示：
表3.13
表3.13-3FC1变量声明表
表3.13-4FC2变量声明表
表3.13-5FC3变量声明表
3.2.2线性化程序
线性化编程实现设计内容的程序以及其注释如下所示：
OB1
实现通过“启动”“停止”按钮来控制项目的运行。
通过位寄存器M，存储启动开关上跳沿脉冲状态，来置位A料阀门，下跳沿脉冲，关闭A料阀门。
当A料进去罐内中液位时，停止A料进入，并开始进B料。
当达到高液位传感器检测到高液位，停止进B料同时搅拌。
对进A料置1，卸料复位，以便开始下一个循环。
3.2.3结构化编程
结构化编程实现设计内容的程序以及其注释如下所示：
结构化总程序OB1，在OB1里面调用FC1，FC2，FC3。
FC1程序
FC2程序
FC3程序
3.3上位计算机监控设计——组态王
3.3.1新建工程
3.3.2对工业搅拌系统进行画面设计
3.3.3定义数据词典
3.3.4创建动画连接
在创建动画连接的时候，需要写些简单的函数。
热键定义
3.3.5组态王与外部PLC硬件通讯连接
组态王的寄存器地址与PLC硬件地址需对应A-Q寄存器，E-I寄存器，M-M寄存器。
3.3.6组态王上位监控，动态反应硬件变化
在硬件线路连接好后，讲组态王切换到VIEW模式，实现动态变化。
四、项目设计结果分析及体会
4.1程序调试说明
1、程序应实现的功能：
启动后，进A料A处指示灯亮，直至A料进至中液位处，中液位传感器处指示灯亮，A指示灯灭，进B料B处指示灯亮，直至B料进至高液位处，高液位传感器处指示灯亮，停止进B料。
定时搅拌5S再排料排料到搅拌容器最低液位时，延时3S将剩余混合液料排空，再停止排料然后自动进A料，完成一个周期的工作，混合过程如此自动循环下去。
2、出现的问题与解决方法：
问题一：
进入A料，当低限位指示灯熄灭后，便停止了进料
解决办法：
检查了程序逻辑，没有任何问题，也更换过了工业搅拌实验模块，也解决不了问题。
检查了PLC外部连线，发现，PLC模块和工业搅拌实验模块没有共地，在共地之后解决了此问题。
A料可以正常进入。
问题二：
在搅拌5秒进入排料过程时，刚排至高限位指示灯熄灭，便会跳转至进B料程序段。
解决办法：
在搅拌5秒定时处并联一5秒后对M0.0置位程序后，搅拌5秒后可正常跳转至排液过程。
问题三：
在排液过程中按下停止按钮，程序不会暂停运作。
解决办法：
程序段5排液程序中，设计为排液阀置1从而达到排液目的，所以会出现该状况，将其改为正常开关状态即可解决该问题。
问题四：
在进行上位机监控设计——组态王，出现很多问题，搅拌叶片不能动。
解决办法：
与同学们在实验室探讨，在网上查资料询问网友，询问老师，最后编写叶片旋转函数，实现了旋转。
4.2总结体会
结束语
从刚确定设计课题以来，我首先是查找一些相关的书籍及资料，然后分析设计，并根据实际情况拟定设计方案，从而达到优化方案。
最难的是调试了，在老师和同学的帮助下，完成的设计达到了预定的要求。
同时，通过这次设计，我们在各个方面都有了很大的提高，特别是在理论和实践结合方面使我们受益匪浅，使大学里学习的理论知识在根本上得到一次最完整的实践和提高。
在设计的过程中培养了我们的分析能力，动手能力，使得我们学会了有不懂的地方积极主动的去动手查找资料解决难题，我们学会了认真，专心更有恒心去做一件事情，因而在我们以后的生活和工作中才能经得起时间和实践的考验。
同时也非常感谢老师和同学在我们设计过程中的帮助，因为你们我们才得以解决设计过程中出现的问题，使我受益良多,也为我即将面临的工作奠定了很好的基础。
五、参考文摘
[1]柳春生编著、电器控制与PLC（西门子S7-300机型）、——北京：
机械工业出版社、2010.2
[2]李晓宁编著、例说西门子PLCS7-200、——北京：
人民邮电出版社、2008.6
[3]孙承志、徐智、张家海、吉顺平编著西门子S7-200/300/400PLC基础与应用技术、——北京：
机械工业出版社、2009.1
[4]魏志清编著可编程控制器应用技术、——北京：
电子工业出版社、2001.7
[5]万太富、蔡春伟、孙明健、S7-200PLC原理及应用系统设计、——北京机械出版社、2007.6
[6]边春元 宋崇辉 任双艳《S7-300\400PLC梯形图与语句表编程》 北京 机械工业出版社 2009.4
[7]李红萍王银锁《工控组态技术及应用:
组态王》西安西安电子科技大学出版社第1版2011.8
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：
指导教师综合评语：
指导教师（签名）
日期：
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