[毕业设计精品]毕业设计说明书_液体混合装置PLC控制系统设计毕业设计.doc

液体混合装置plc控制系统设计毕业说明书目录前言-24第1章：液体混合装置控制介绍-251.1液体混合装置的应用-251.2液体混合装置的plc控制系统-27第2章：方案的介绍与选定-302.1继电器控制系统-312.2工业控制计算机控制-312.3单片机控制-312.4可编程序控制器控制-312.5方案的选定-31第3章：硬件设计-323.1液体混合控制设计-323.2主电路设计-323.3元器件明细表-333.4元器件选型-343.4.1液位传感器的选择-343.4.2搅拌电机的选择-353.4.3电磁阀的选择-363.4.4接触器的选择-373.4.5三极断路器的选择-373.4.6热继电器的选择-383.5 plc输入、输出口分配-39第4章：软件设计-4041plc应用程序的基本设计方法-404.1.1经验设计法-404.1.2应用程序的逻辑设计方法-414.1.3利用状态流程图设计应用程序-424.2plc控制系统设计的一般步骤-424.2.1控制系统设计原则- -424.2.2控制系统设计的基本内容-434.2.3 程序设计的步骤-4443软件流程-图-454.4梯形图-464. 5指令表-48第5章：系统调试- -505.1调试时的注意事项-505.2程序调试- -505.2.1系统的规则-505.2.2i/o模块选择与地址设定-505.2.3梯形图程序的编写与系统配线-505.2.4系统调试与实际运转-505.2.5程序注释和归档-505.3软件调试-51第6章：系统常规故障分析及维护-516.1系统故障的概念-516.2系统故障分析及处理-516.2.1plc主机系统-516.2.2plc的i/o端口-526.2.3现场控制设备-526.3系统抗干扰性的分析与维护-53液体混合装置plc控制系统设计摘要：本次设计以西门子s7-200的plc为核心，辅以必要的外围电路，设计一个简易的液体混合装置的plc控制系统。液体混合系统的控制设计考虑到其动作之间的连续性以及各个被控制设备的动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行定时的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。设计液体混合控制系统为中心，以控制系统的硬件系统组成。软件选用到系统的设计过程(包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接运行等)。关键词: 西门子s7-200plc 液体混合 控制装置 前 言为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正在向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。在炼油、化工、制药等行业中,多种液体混合是必不可少的工序, 而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质, 以致现场工作环境十分恶劣, 不适合人工现场操作。另外, 生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠等特点, 这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业, 特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制, 从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。借助实验室设备熟悉工业生产中plc的应用，了解不同公司的可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而多种液体混合装置的控制更常见于工业生产中，适合大中型饮料生产厂家，尤其见于化学化工业中，便于学以致用。多种液体自动混合系统由于采取了一系列可靠的设计方案，保证系统具有很高的可与实用性。目前在我国此套系统尚处于发展阶段，在设计中有许多的不足，有些地方的设计思想也还不成熟。但随着微可编程逻辑控制系统的日益发展和中国市场对减员高效理念的日渐深入，我相信此套系统会被越来越多的公司所重视，有着良好的实用价值和广阔的市场前景。 在过去，硬件通常是多种液体自动混合领域的主要因素，设计简单实用是本系统最大的优点所在，根据现代质量保证技术，用现代设备制造的，以简单的限位开关、继电器等常用且性价比较高的器件为基件的多种液体自动混合系统，己经获得了过去超过了理论上得出的可靠性。所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置操纵被控对象，使其按照一定归路的运动和变化。要实现对各种生产过程和生产设备的限制，常常需要使其中的某些物理量（如温度、压力、位置、速度等）保持恒定，或者让它们按照一定的归路变化。要满足这种需要，就应该对生产机械或设备进行及时地控制和调整，以抵消外界的干扰和影响。自动控制理论是自动技术、电子技术、计算机科学等许多学科相互渗透的产物。当前，工业发展的一个明显而重要的趋势就是越来越广泛而深刻的引入自动控制。例如：程序控制机床能够按照预定设定的工艺程序自动的进刀切换，加工出预期的几何形状；焊接机器人可按工艺要求焊接流水线上的各个机械部件；自动控制系统能够保持恒温等等。所有这些系统都有一个共同点，即它们都是一个或一些被控制的物理量按照给定量的变化而变化，给定量可以是具体的物理量，如电压、位移、压力、流量等，也可以是数字量。所以说，如何使被控量按照给定的变化归路而变化，这就是控制系统所要解决的基本任务。一方面要保证应用软件本身的可靠性，即尽可能的减少程序中的bug，使程序能够持续稳定的运行。要做到这一点，首先必须精心设计应用软件的总体结构，按照面向对象的观点，综合考虑用户的观点和程序的易实现性，这样才能少走弯路，编制出高效率的应用软件;在编写代码时，思维一定要严密，尽可能减少人为的失误:最后，程序要经过反复的调试才能投入运行。另一方面，可以通过采取软件方面的简单高效措施提高系统的性能。即使程序尽可能的简单化。以提高系统的反应速度，使硬件可以发挥其最大功效，使整个系统统一结合，在稳定的前提下更加高速快捷的为我们服务。 总之，多种液体自动混合系统的设计是一项很复杂的工程，必须在系统设计、结构设计、软件编制、整机装配和调试阶段各个环节统筹安排，严格把关才能保证系统具有很高的可靠性。相信这套系统在不久的将来会有良好的发展前景，被我们更加合理的应用于我们的生产工作当中，为我们带来经济效益。第1章 液体混合控制装置介绍1.1液体混合控制装置的应用plc控制技术广泛应用于化工，制药，食品，酒品制造或饮料等工业企业实际生产中，它可按照生产工艺的技术要求，较好地完成各项技术指标的控制。随着计算机技术的飞速发展，对原有液体混合装置进行技术改造，提出数据采集、自动控制、运行监视、报警、运行管理、等多方面要求。设计的混合液体控制装置,利用plc实现了在混合过程中的精确控制,提高了混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，因此具有广阔的市场前景，适合于各种液体的混合调配。如图1是化工生产车间的改质沥青工艺，这就是plc在多种液体自动混合装置中的控制应用。目前绝大多数自动控制系统都是使用计算机来实现的，而计算机的广泛应用也大大促进了自动控制技术的应用与发展，并且出现了许多新的自动控制理论，使得自动控制技术正向着深度和广度两个发向发展。在广度方面，已经深入到国民经济的各个领域，从工业过程控制、农夜生产、国防技术到家用电器等都已广泛使用计算机来进行自动控制，控制对象也从单一对象的局部控制发展到对整个工厂、整个企业等大规模复杂对象进行控制。在深度方面，则向着智能化方向发展，出现了自适应、自学习等智能控制方法。可编程控制器（plc）是采用微机技术的通用工业自动化装置。近几年在国内已经得到迅速推广普及。plc正改变着工厂自动控制的面貌。对传统产业的技术改造，发展新型工业具有重大的实际意义。但plc发展很快，国外plc产品更新换代更是如此。可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业计算机。该液体混合系统采用基于plc的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性。对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景。液体混合自动配料系统就此应运社会工业生产的需要而诞生了。图1 液体混合装置在工业中的具体工业流程图2 合成反应釜1.2液体混合装置plc控制系统计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。1968年，美国最大的汽车制造厂商通用汽车（gm）公司提出了公开招标方案，设想将功能完备、灵活、通用的计算机技术与继电器便于使用的特点相结合，把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题的“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用控制器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能像继电器那样方便地使用。这个方案首先得到了美国数字设备（dec）公司的积极响应，并中标。该公司于1969年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，命名为可编程逻辑控制器（programmable logic controller），简称plc（有的称为pc），并在gm公司的汽车自动装配线上试验获得了成功。plc一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注，生产plc的厂家云起。随着大规模集成电路和微处理器在plc中的应用，使plc的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。采用基于plc的控制系统来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性。对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景。用plc进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需用到它，如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、液体混合自动配料系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用plc来取代传统的继电器控制。本次设计是将plc用于多种液体混合灌装设置的控制，对学习与实用是很好的结合。本设计的主要研究范围及要求达到的技术参数有(1)使液体灌装机能够实现安全、高效的灌装；(2)满足灌装的各项技术要求；(3) 具体内容包括多种液体混合控制方案的设计、软硬件电路的设计、常见故障分析等等。本课题应解决的主要问题是如何使plc在饮料灌装中实现控制功能，在相关的研究文献报道中用plc对灌装机进行控制的研究尚不多见，以致人们难以根据它的具体情况，正确选用参数进行系统控制，也就难以满足提高质量和效率、降低成本的要求，本设计就是基于以上问题进行的一些探索。可编程序控制器的概况：一、可编程序控制器的基本结构图3 plc的结构框图plc种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用可编程序控制器实施控制，实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。plc专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由cpu、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。plc的结构框图如图1.1所示。二 可编程控制器的工作原理1. plc的基本工作原理plc是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到plc的用户程序存储器中寄存。plc的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。plc扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。（1）输入采样 plc在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。plc在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。（2） 程序执行 plc完成了采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。（3）输出刷新 在执行到end的命令时，即执行完用户所有的程序后，plc将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。 2 编程的基本知识fx系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”。这些编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。3 plc常用程序设计语言简介在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。plc是专为工业控制而开发的装置，其主要使用者是工厂广大电气技术人员，为了适应他们的传统习惯和掌握能力，通常plc不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。国际电工委员会（iec）1994年5月公布的iec1131-3（可编程控制器语言标准）详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言：功能表图（sequential function chart）、梯形图（ladder diagram）、功能块图（function black diagram）、指令表（instruction list）、结构文本（structured text）。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和结构文本为文字语言，功能表图是一种结构块控制流程图。第二章 方案的介绍与选定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。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。对于本课题来说，如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现状来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后的系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握，从企业的高燥要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量，系统的可靠性高，人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现控制器控制各电磁阀的开关及电动机启动的这个角度去考虑。 就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。2.1继电器控制系统控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。2.2工业计算机控制工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部i/o接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。 2.3单片机控制单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括cpu、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部i/o信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和i/o接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。 2.4可编程序控制器控制可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可编程控制器(plc)从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，plc也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在plc已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由plc为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。2.5方案选定在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。以往常采用传统的继电器接触器控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高。当前国内许多地方的此类控制系统主要采用dcs。这是由于液位控制系统的仪表信号较多，采用此系统性价比相对较好，但随着电子技术的不断发展，plc在仪表控制方面的功能已经不断强化。用于回路调节和组态画面的功能不断完善，而且plc的抗干扰的能力也非常强，对电源的质量要求比较低。目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触器进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障，所以plc在工业控制中得到了良好的运用。本次设计的混合液体控制装置,利用plc实现了在混合过程中的精确控制,提高了混合比例的稳定性、运行稳定、自动化程度高，因此具有广阔的市场前景，适合于各种液体的混合调配。所以最后选定方案四。第3章 硬件设计3.1液体混合控制设计图4液体装置控制控制要求：上图为两种液体混合装置，sl1、sl2、sl3分别为高、中、低液面传感器，液面传感器没时接通，液体a、b与混合液阀由电磁阀yv1、yv2、yv3控制，m为搅匀电动机。1.初始状态 当装置投入运行时,液体a阀门和液体b阀门关闭，混合液体阀门打开30s，将容器放空后关闭。(2)启动控制。按下sb1，开始按下述要求动作： 液体a阀门打开，液体a流入容器。当液面到达sl2时，sl2接通，关闭液体a阀门，打开液体b阀门，流入液体b。 当液面到达sl1时，关闭液体b阀门，启动搅拌电动机，搅拌1min后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到sl3时，sl3断开，再经过5s后，容器放空，混合液体阀门关闭，开始下一周期操作。(3)按下停止按钮sb2后，在当前的混合操作处理完毕后才停止操作，即停在该状态上。3.2主电路设计一台电机和三个电磁阀配合和作用：电磁阀yv1，电磁阀yv2，电磁阀yv3控制a、b、混合液体的流入与流出。电机控制搅拌液体。完成两种液体混合控制。 图5主电路图3.3元器件明细表 表1 元器件明细表名称型号数量备注按钮开关kh-22042个液位传感器lsf-2.53个搅拌电动机ej15-31个电磁阀（入液罐）vf4-252个电磁阀（出液罐）avf-401个接触器cjx1-9/220v4个3.4元器件选型3.4.1液位传感器的选择选用lsf-2.5型液位传感器图6 lsf-2.5其中“l”表示光电的，“s”表示传感器，“f”表示防腐蚀的，2.5为最大工作压力。lsf系列液位开关可提供非常准确、可靠的液位检测。其原理是依据光的反射折射原理，当没有液体时，光被前端的棱镜面或球面反射回来；有液体覆盖光电探头球面时，光被折射出去，这使得输出发生变化，相应的晶体管或继电器动作并输出一个开关量。应用此原理可制成单点或多点液位开关。lsf 光电液位开关具有较高的适应环境的能力，在耐腐蚀方面有较好的抵抗能力。液位传感器相关元件主要技术参数及原理如下：1.工作压力可达2.5mpa2.工作温度上限为125c3.触点寿命为100万次4.触点容量为70w5.开关电压为24v dc6.切换电流为0.5a3.4.2搅拌电机的选择三项异步电动机运用非常广泛，因而正确的选择电动机显得极为重要。三相异步电动机的选择包括它的功率、种类、方式、电压和转速等。功率的选择：合适选择电动机的功率是运行安全和经济的可靠保证。所选电动机的功率是由生产机械所需的。功率的确定是由连续运行电动机功率的选择和短时运行电动机功率的选择。而电动机的额定功率是生产机械所要求功率的1/。种类和型号的选择：种类选择的原理主要是从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等发面来考虑。其结构的选择则是根据生产机械的周围环境条件来确定。电动机结构构型则有开启式、防护式、封闭式、防爆式。电压和转速的选择：电压等级选择是根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。y系列笼型电动机的额定电压只有380v一个等级；大功率异步电动机才采用3000v、6000v的电压等级。转速选择原则是根据生产机械的要求而选定。y系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。该系列可以满足国内外一般用途的需要，机座范围80-315，是全国统一设计的产品。y系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪音小寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。安装尺寸和功率等级完全符合iec标准。采用b级绝缘、外壳防护等级为ip44，冷却方式ic418.图7 y90s-6/0.75kw3.4.3电磁阀的选择（1）入罐液体选用vf4-25型电磁阀图8 vf4-25其中“v”表示电磁阀，“f”表示防腐蚀，4表示设计序号，25表示口径（mm） 宽度。相关元件主要技术参数及原理如下：1）材质：聚四氟乙烯。使用介质：硫酸、盐酸、有机溶剂、化学试剂等酸碱性的液体。2）介质温度150/环境温度-2060c。3）使用电压：ac：220 v50hz/60hz dc：24v。4）功率：ac：2.5kw。5）操作方式：常闭：通电打开、断电关闭，动作响应迅速，高频率。（2）出罐液体选用avf-40型电磁阀图9 avf-40其中“a”表示可调节流量，“v”表示电磁阀，“f”表示防腐蚀，40为口径(mm)相关元件主要技术参数及原理如下：1）其最大特点就是能通过设备上的按键设置来控制流量，达到定时排空的效果。2）其阀体材料为：聚四氟乙烯，有比较强的抗腐蚀能力。3）使用电压：ac：220 v50hz/60hz dc：24v。4）功率：ac：5kw。3.5 plc输入、输出口分配一、液体混合装置输入/输出地址分配i/o分配表： 表2 i/o分配输入：sm0.1起动按钮sb1i0.3停止按钮sb2i0.1高液面传感器sl1i0.0中液面传感器sl2i0.2低液面传感器sl3输出：q0.0液体a电磁阀yv1q0.1液体b电磁阀yv2q0.3混合液电磁阀yv3q0.2搅动电动机接触器km分析原理：从混料罐装置的工作过程可以看出，整个工作过程主要分为初始液、液体a进入、液体b进入、搅拌、出液、等待这5个阶段，各阶段是按顺序，在相应的转换信号指令下从一个阶段到另一个阶段转换，属于顺序控制。三菱plc具有专门的顺序控制指令-步进指令，用步进指令编程简单直观、方便易读。本次液体混合装置就用的是三菱的plc。二、主电路的设计根据以上所选的接触器，断路器，热继电器和电动机可画出其硬件接线图，如图：图14 硬件接线图第4章 软件设计41plc应用程序的基本设计方法4. 1.1经验设计法经验设计法是利用各种典型的控制环节和基本单元电路，依靠经验进行选择、组合，直接设计电气控制系统，来满足生产机械和工艺过程的控制要求。用这种方法对比较简单的电气控制系统进行设计，可以收到简便、快速的效果。但是，由于主要依赖经验进行设计，因而要求设计者要具有较丰富的经验，要能熟悉、掌握大量的控制系统的实例和各种典型环节。设计的结果不是惟一的，也不很规范，而且往往需经多次反复修改和完善才能符合设计要求。用经验设计法设计plc应用的电控系统程序与其他方法一样，首先必须详细了解机械及工艺的控制要求，包括机械的工作循环图，电气执行元件的执行顺序等。用经验设计法设计plc应用程序可以大致按以下几个步骤进行：分析控制要求、选择控制原则；设置主令元件和检测元件；确定输入、输出信号；设计执行元件的控制程序；检查、修改和完善程序。在设计执行元件的控制程序时，一般又可分为以下几个步骤：(1)按所给的要求，将生产机械的运动分成各自独立的简单运动，分别设计这些简单运动的基本控制程序。(2)按各运动之间应有的制约关系来设置联锁措施，选择联锁触点，设计联锁程序。这一条是电控系统能否成功，能否可靠、正确运行的关键，必须仔细进行。(3)按照维持运动(或状态)的进行和转换的需要，选择控制原则，设置主令元件、检测元件以及继电器等。(4)设置必要的保护措施。4.1.2应用程序的逻辑设计方法逻辑设计方法的基本含义是以逻辑组合的方法和形式设计电控系统。这种设计方法既有严密可循的规律性、明确可行的设计步骤，又具有简便、直观和十分规范的特点。它可以使电控系统的设计从捉摸不定的、主要依赖于经验和尝试的复杂过程中解脱出来，提高设计效率而又易于学习和掌握。1.逻辑代数与电气控制线路（1）电气控制线路的本质是逻辑线路考察任何一个电控线路都会发现，回路的接通或断开，都是通过继电器等电气元件的触点来实现的。故控制电路的种种功能必定取决于这些触点的开、合两种状态，而由它们组成的电路也是非通即断的双态系统。因此电控线路从本质上说是一种逻辑线路，它符合逻辑运算的各种基本规律。由于plc是一种工业控制计算机，计算机的理论基础正是建立在逻辑代数的基础上的，它的硬件无非是“与”、“或”、“非”三种逻辑电路的组合。特别是plc程序的结构和形式，无论是语句表程序还是梯形图程序，都直接或间接地采用逻辑组合的形式，它们的工作方式及其规律也完全符合逻辑运算的基本规律。因此，用变量及其函数只有“0”、“1”两种取值的逻辑代数作为研究电气控制线路和plc应用程序的工具就是很自然的了。（2）基本逻辑运算和逻辑函数的线路结构逻辑代数的三种基本运算“与”、“或”、“非”都有着非常明确的物理意义，因此，当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表现出来以后，实现这个逻辑函数的线路也就是确定的和十分方便的了。特别是，用逻辑函数式表达的线路结构与plc的指令语句程序完全一致，可以直接转化，甚至不用梯形图程序来进行过渡。2.用逻辑设计法设计plc应用程序的步骤1)明确控制任务和控制要求。通过分析机械装置、工艺过程和控制要求，取得工作循环图和检测元件分布图以及执行元件动作节拍表。2)绘制电控系统的状态转换表。3)进行系统的逻辑设计。4)编制plc程序。5)程序的完善和补充。4.1.3利用状态流程图设计应用程序1.状态流程图状态流程图，又叫状态转移图，它是完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性的一种图形，是分析和设计电控系统控制程序的重要工具。所谓“状态”都是具有特定功能的状态的流程或转换，实际上也就是电控系统的功能的流程或转换。机械的自动工作循环过程就是电控系统的状态自动地、有顺序地逐步转换的过程。状态流程图也叫功能流程图，由状态、转换、转换条件和动作、命令组成。2.利用状态流程图进行plc程序设计1)按照机械运动或工艺过程的工作内容、步骤、顺序和控制要求画出状态流程图。2)在状态流程图上以plc输入点或其他元件定义状态转换条件。当某转换条件的实际内容不止一个时，每个具体内容定义一个plc元件编号，并以逻辑组合形式表现为有效转换条件。3)按照机械或工艺提供的电气执行元件功能表，在状态流程图上对每个状态和动作命令配画上实现该状态或动作命令的控制功能的电气执行元件，并以对应的plc输出点的编号定义这些电气执行元件。3.利用移位寄存器设计应用程序利用移位寄存器进行步进顺序控制程序的设计更为简便，同时设计的通用性也更强。这种设计方法主要是利用移位寄存器来充当电控系统的状态转换控制器，设计成单数据顺序循环移位，实现单步步进式的顺序控制。通过分析电控系统的输入信号状态，可以得到系统的状态转换主令信号组，这是设计步进顺序控制程序的关键。同样，使用移位寄存器进行设计也是利用这一结果。4.2plc控制系统设计的一般步骤4.2.1控制系统设计原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计plc控制系统时，应遵循以下基本原则：(1)最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。(2)在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。(3)保证控制系统的安全、可靠。(4)考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择plc容量时，应适当留有裕量。4.2.2控制系统设计的基本内容plc控制系统是由plc与用户输入、输出设备连接而成的，因此，plc控制系统设计的基本内容应包括：(1)选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电器、接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。(2)plc的选择。plc是plc控制系统的核心部件，正确选择plc对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择plc，应包括机型的选择、容量的选择、io模块的选择、电源模块的选择等。(3)分配io点，绘制io连接图。(4)设计控制程序。包括设计梯形图、语句表(即程序清单)和控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。因此，控制程序的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。(5)必要时还需设计控制台(柜)。(6)编制控制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图及电器安装图。在plc控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电气图的基础上增加了plc部分，因此在电气原理图中应增加plc的io连接图。此外，在plc控制系统中的电气图中还应包括程序图(梯形图)，又称为“软件图”。向用户提供“软件图”，可便于用户在发展生产或改进工艺时修改程序，并有利于用户维图6是可编程控制器系统设计流程，具体设计步骤如下。（1）根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必需的保护和联锁等)、操作方式(手动、自动，连续、单周期、单步等)。（2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定plc的io点数。（3）选择plc系统。（4）分配plc的io点，设计io连接图（这一步也可以结合第2步进行）（5）进行plc程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工。在设计继电器控制系统时，必须在控制线路（接线程序）设计完成后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。可见，采用plc控制，可以使整个工程的周期缩短。析和排除确定控制对象及控制范围软件(程序)设计及模拟调试硬件（外围电路控制器 布线等）设计可编程控制器的选择是否符合设计要求调整软件调整硬件投入运行总线统调否否是故障图15 可编程控制器系统设计流程4.2.3 程序设计的步骤plc程序设计是plc控制系统原理设计的核心内容，其步骤如下。（1）列写系统占用的输入、输出点及机内各软元件的分布及用途。（2）根据控制要求列写控制操作的各种要求。对于较复杂的控制系统，需绘制控制流程图，用以清楚地表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，也可省去这一步。（3）设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，除了十分熟悉控制要求外，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 （4）根据梯形图编制程序清单(若使用的编程器可直接输入梯形图，则可省去此步)。（5）用编程器将程序键入到plc的用户存储器中，并检查键入的程序是否正确。（6）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。（7）待控制台(柜)及现场施工完成后，就可以进行联机调试。如不满足要求，需再修改程序或检查接线，直到满足要求为止。（8）编制技术文件。43软件流程图根据设计要求，绘制出以下流程图yv1打开，进入液体a液面上升到sl3，无动作液面上升到sl2，yv1关闭，液体a注入，yv2打开，液体b进入液面上升到sl1，yv2关闭，液体b停止注入，m开始搅动 y5关，液面下降到sl3，5s后混合液流完，yv3关闭，按停止按钮？结束开始t0工作，60s后，m停止搅动，yv3打开，放混合液体图16 系统流程图4.4梯形图 图17 梯形图4.5指令含义sm0.1:表示上电后接通m0.0m0.4:步名i0.0表示中液位传感器i0.1表示高液位传感器i0.2表示低液位传感器(常闭)i0.3表示停止按钮q0.0表示释放a液体q0.1表示释放b液体q0.2表示搅拌混合液q0.3表示释放混合夜q0.4表示继续释放5秒t37 t38表示定时器功能图s7-200系列plc除了梯形图外，还有指令表和顺序功能图语言，顺序功能图语言用于复杂的顺序控制程序，、。步进指令是指专为顺序控制而设计的指令。在工业领域许多过程都可以用顺序控制的方式来实现，使用步进指令实现顺序控制即方便实现有便于阅读修改.第5章 系统调试5.1调试时的注意事项(1)注意