四川机电职业技术学院——专业核心技术综合训练技术报告
{人力资源职业规划}职业
技术学院专业核心能力综
合训练报告
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目录
1．前言 2
应用现状 3
应用前景 3
应用功能 4
2．系统方案论证及设计思想 4
系统方案论证 4
系统设计思想 6
3．系统硬件设计 8
硬件设计 8
机型的选择 8
容量的选择 10
10
电源模块的选择 11
其他相关硬件的设计 12
电磁阀的选择 12
传感器的选用 16
搅拌机选择 19
22
接线原理图 24
系统控制要求 25
4．系统软件设计 26
总体设计框图 26
系统运行流程 26
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流程图 27
软件选择与设计方法 28
软件的选择 28
设计方法 28
编程的基本原则 29
程序设计 29
5．人机界面 36
设计思想 36
控制方式 37
6．系统调试 38
系统硬件调试 38
系统软件调试 38
系统整体调试 49
系统误操作的分析 49
7．总结 50
参考文献 51
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1. 前言
应用现状
鉴于搅拌设备的广泛应用，随着近年来工业技术的发展，物料混合技术在上
世纪 60 到 80 年代期间得到了迅猛发展,其重点主要是对于常规搅拌桨在低粘和
高粘非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均相体系中的搅拌功耗、混合时
间等宏观量进行实验研究。长期以来,虽然有大量设计经验和关联式可用于分析
和预测混合体系,但将搅拌反应器从实验室规模直接放大到工业规模,仍是十分
危险的,至今仍然需要通过逐级放大来达到搅拌设备所要求的传质、传热和混合。
这种方法不但耗费巨额的资金和大量的人力物力,而且设计周期很长。据统计，
在工业高度发达的美国，化学工业由于搅拌反应器设计不合理所造成的损失每年
约为 10—100亿美元。
因此，从更微观更本质的角度,例如采用先进的测试手段和建立合理的数学
模型,获取搅拌槽中的速度场、温度场和浓度场,不仅对开发新型搅拌设备，而且
对搅拌设备的优化设计具有十分重要的经济意义,对放大和混合的基础研究具有
现实的理论意义。
而对于搅拌设备的研究，除功率问题外，有关搅拌的流体力学研究具有重要
意义。这方面已做了许多工作，但尚需扩大和深入。在液体中进行搅拌时，搅拌
器的功能不仅引起液体的整个运动，而且要在液体中产生湍动，湍动程度与搅拌
器使液体旋转而产生的旋涡现象有密切关系。这些旋涡因经常地互相撞击和破裂，
使液体受到剧烈的搅拌。由此可见在搅拌操作中，对于流体力学理论的研究是极
其重要的。
混合搅拌作为工艺过程的基础操作单元，广泛应用于石油、化工、医药、食
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品、油漆、涂料等许多行业。但是，由于这些行业中所用到的材料，多为易燃易
爆、有毒有腐蚀性的介质,以至于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、工作效率高等特点，这也是人
工操作和半自动化控制所难以实现的。
应用前景
近代化学工业中，流动的物料不再只是一些低粘度的牛顿型流体，许多高粘
度流体也常常遇到，尤其是各种各样的高分子溶液以及混有催化剂粒子的浆状流
体等非牛顿型流体的应用日益广泛。它们与通常的牛顿型流体具有不同的流动特
性，所以对于非牛顿型液体的研究是当今的一个重要课题。对高粘度流体，特别
是非牛顿型流体的搅拌传热的研究，也是近年来的一个方向。聚合釜的传热特性
与其中所用的搅拌器的型式关系甚大。
随着科学技术的发展。设备有大型化发展的趋势，也需求搅拌设备大型化。
如国外聚合釜的容积已由最初的 8～40m3扩大到 60～100m3，最火的已达到 140m3。
采用大型聚台釜可大大减少操作和检修人员，有利于自动化，减少投资，提高生
产率，稳定产品质量。随着容积的大型化，釜型逐渐由细长型向矮胖型发展。而
且采用底部搅拌的方式越采越多，多用三叶后掠式搅拌器。三叶后掠式搅拌器是
目前大型聚合釜采用的一种较好搅拌器。因它排出量大，釜内液相循环充分，每
分钟可达 5～10次，能促使釜内反应均匀一致。
搅拌也可以在管路中进行，采用在管路中安装装置的办法对气-液系和液-液
系进行混合。例如采用喷射泵对水及醋酸丁酯进行混合；在石油精制中，也采用
使液体流过设置在管路中的锐孔板或挡板，以便使两种液体进行接触。还有在管
道中放入搅拌器的，即所谓管道搅拌。
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可见，科学技术的发展带动了搅拌应用面的扩大。搅拌技术的发展又使得搅
拌设备大型化。为了提高搅拌的全自动化和稳定性能，就需要一个功能更强、性
能更好的系统做支持。
在本设计中我将引入 PLC来实现其搅拌控制功能。
应用功能
本设计基于采用可编程序控制器（PLC）的设计方案，实现对物料混合搅拌
的控制。以 PLCS7-300 为主要控制器。根据搅拌设备的功能特性、运作顺序等，
设计中可选用电磁阀、时间继电器来实现液体的流入和时间上的延时，从而满足
其控制要求。
根据控制要求，可以看出此程序是一个很典型的顺序控制问题。这样就可以
先按照搅拌设备的先后运行顺序画出相应的顺序功能图，然后在根据顺序功能图
画梯形图，最后再用仿真软件对其进行调试仿真。这样就可以实现 PLC对混合搅
拌控制程序的设计。
2. 系统方案论证及设计思想
系统方案论证
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。
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(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)单片机控制系统
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。
(3)工业计算机控制系统
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。
(4)可编程控制器
可控制编程器是一种专门为在工业环境下应用而设计的电子装置。它采用可
以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数
和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类
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型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形
成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。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
茧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。PLC 发展到今天，已经
形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，
配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，
组成不同功能、不同规模的系统。PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连
接外部接线。PLC 有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，
可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC大多具有
完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC的功能单元大量涌
现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通
信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC组成各种控制系统变得非常容易。
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。故选择 PLC
来实施本次设计。
系统设计思想
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根据多种控制的比较，选择 PLC的控制系统有着它的特点。
(1)可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技
术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的
可靠性。从 PLC的机外电路来说，使用 PLC构成控制系统，和同等规模的继电接
触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大
大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信
息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除
PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠
性也就不奇怪了。
(2)硬件配套齐全，功能完善，适用性强
PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经
标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能
灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC 的安装接线也
很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有较强的带负载能力，可直接驱动
一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理
功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等
各种工业控制中。加上 PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC组
成各种控制系统变得非常容易。
(3)易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，
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编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器
电路图相当接近，只用 PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器
电路的功能。
(4)容易改造
系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。
(5)体积小，重量轻，能耗低
以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，仅相当于几个继
电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的 1/2~1/10。它的重量小于
150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想
控制设备。
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3. 系统硬件设计
PLC硬件设计
PLC机型的选择
一般小型(低档)PLC 具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量
控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选
用能带 A／D 和 D／APLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、
维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点。
(1)合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
整体式 PLC 的每一个 I／O 点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,
一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式 PLC的功能扩展灵
活方便,在 I／O点数、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面选择
余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。
(2)安装方式的选择
PLC系统的安装方式分为集中式、远程 I／O式以及多台 PLC联网的分布式。
集中式不需要设置驱动远程 I／O硬件，系统反应快、成本低；远程 I／O式
适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程 I／O 可以分散安装在现场装
置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程 I／O 电源；多台 PLC 联网的分布式
适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型 PLC，但必
须要附加通讯模块。
(3)相应的功能要求
转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档 PLC。
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对于控制较复杂，要求实现 PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控
制规模大小及复杂程度，选用中档或高档 PLC。但是中、高档 PLC 价格较贵，一
般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
(4)响应速度要求
PLC 是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次 PLC 的响应速度一般都能
满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用 PLC，或者某些功能或信号有特殊
的速度要求时，则应该慎重考虑 PLC 的响应速度，可选用具有高速 I／O 处理功
能的 PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的 PLC等。
(5)系统可靠性的要求
对于一般系统 PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是
否采用冗余系统或热备用系统。
(6) 机型尽量统一
一个企业，应尽量做到 PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题。
① 机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。
② 机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平
的提高。
③ 机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算
机后易于形成一个多级分布式控制系统。
(7)是否在线编程
PLC 的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器
重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。PLC 的编程分为
离线编程和在线编程两种。离线编程的 PLC，其主机和编程器共用物料混合控制
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系统采用离线编程。
(8) PLC的环境适应性
由于 PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶
劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种 PLC都有自己的环境技术条件，用
户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。一般 PLC
及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作：
温度：工作温度 0～55℃，最高为 60℃。
储存温度：-40℃～＋85℃。
湿度：相对湿度 5%～95%(无凝结霜)。
振动和冲击：满足国际电工委员会标准。
电源：交流 200V，允许变化范围为-15%～＋15%，频率为 47～53Hz瞬间停电
保持 l0ms。
环境：周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体对于需要应用在特殊
环境下的 PLC，要根据具体的情况进行合理的选择。
PLC容量的选择
用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC系统的功能有关，而且还与功能实
现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一
复杂功能时，其程序量可能相差 25％之多，所以对于初学者应该在存储容量估算
时多留裕量。PLC的 I／O点数的多少，在很大程序上反映了 PLC系统的功能要求，
因此可在 I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加 20％~30％的裕
量。
存储容量（字节）＝开关量 I／O点数×10＋模拟量 I／O通道数×100
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另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
I/O点数的选择
PLC 平均的 I／O 点的价格还比较高，因此应该合理选用 PLC 的 I／O 点的数
量，在满足控制要求的前提下力争使用的 I／O 点最少，但必须留有一定的裕量。
通常 I／O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上 10％~15％的
裕量来确定。可以根据实际需要进行选择使用。
(1)确定 I/O点数
I/O 点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便地对功能进行扩展。对一个控
制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O点数就可能有所不同。
(2)开关量 I/O
标准的 I/O 接口用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/
关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流 I/O
信号为 24～240V（AC），直流 I/O信号为 5～24V（DC）。
(3)选择开关量输入模块主要从下面两方面考虑
① 根据现场输入信号与 PLC 输入模块距离的远近来选择电平的高低。一般
24V 以下属于低电平，其传输距离不宜太远。如 12V 电压模块一般不超过 10m，
距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。
② 高密度的输入模块，如 32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输
入电压和环境温度。一般同时接通的点数不得超过总输入点数的 60%。
(4)选择开关量输出模块时应从以下三个方面来考虑。
① 输出方式选择。输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出、
晶体管输出。其中，继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受
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瞬时过电压和过电流的能力强，且有隔离作用。但继电器有触点，寿命较短，且
响应速度较慢，适用于动作不频繁的交／直流负载。当驱动电感性负载时，最大
开闭频率不得超过 1Hz。晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触
点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高反电
压，必须采取抑制措施。
② 输出电流的选择。模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负
载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、
热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。
③ 允许同时接通的输出点数。在选用输出点数时，不但要核算一个输出点
的驱动能力，还要核算整个输出模块的满负荷负载能力，即输出模块同时接通点
数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流值。
PLC电源模块的选择
电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于
处理器模块、I/O 模块、专用模块等消耗电流的总和。以下步骤为选择电源的一
般规则：
(1)确定电源的输入电压。
(2)将框架中每块 I/O 模块所需的总背板电流相加，计算出 I/O 模块所需的
总背板电流值。
(3) I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流。
① 框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值。
② 当框架中带有远程适配器模块或扩展本地 I/O适配器模块时，应加上
其最大电流值。
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(4)如果框架中留有空槽用于将来扩展时，可做以下处理。
① 列出将来要扩展的 I/O模块所需的背板电流。
② 将所有扩展的 I/O模块的总背板电流值与步骤。
(5)在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。
(6) 根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适
的电源模
块。
其他相关硬件的设计
在系统设计中，还有其他的硬件设备，同时它们的选择同等重要，它们与 PLC
控制系统相结合，根据信号的输入及信号的输出，是现场设备进行工作。要结合
输入输出的电流电压来控制负载，所以要进行硬件的选择，从而达到设计的要求。
电磁阀的选择
追朔电磁阀的发展史，到目前为止，国内外的电磁阀从原理上分为三大
类（即：直动式、分步式、先导式）而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上
的区别又分为六个分支小类（直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、
直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构）。
1. 直动式电磁阀
原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；
断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。
特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过 25mm。
2. 分布直动式电磁阀
原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，
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通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开；当
入口与出口达到启动压差时通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，
上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开。断电时，先导阀利用弹簧力
或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。
特点：在零压差或真空，高压时亦能动作，但功率较大，要求必须水平
安装。
3. 先导式电磁阀
原理：当电磁阀线圈通电，动铁芯与静铁芯吸合使导阀孔开放，阀芯背
腔的压力通过导阀孔流向出口，此时阀芯背腔的压力低于进口压力，利用压
差使阀芯脱离主阀口，介质从进口流向出口。当线圈断电，动铁芯与静铁芯
脱离，关闭了导阀孔，阀芯背腔压力受进口压力的补充逐渐趋于和进口平衡，
阀芯因弹簧力作用下把阀门紧密关闭。
特点：功率消耗低、通径较大，而结构简单、安装方向任意，但只能用
于电磁阀两端有一定压差的场合。
电磁阀的选用原则有以下四点。
1. 安全性
(1)腐蚀性介质：宜选用塑料王电磁阀和全不锈钢；对于强腐蚀的介质必须选用
隔离膜片式。例 。中性介质，也宜选用铜合金为阀壳材料的电磁阀，
否则，阀壳中常有锈屑脱落，尤其是动作不频繁的场合。氨用阀则不能采用铜材。
(2)爆炸性环境：必须选用相应防爆等级产品，露天安装或粉尘多场合应选用防
水，防尘品种。
(3)电磁阀公称压力应超过管内最高工作压力。
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2. 可靠性
(1)工作寿命，此项不列入出厂试验项目，属于型式试验项目。为确保质量应选
正规厂家的名牌产品。
(2)工作制式：分长期工作制，反复短时工作制和短时工作制三种。本公司常规
产品均为长期工作制，即线圈允许长期通电工作。对于长时间阀门开通只有短时
关闭的情况，则宜选用常开电磁阀。用在短时工作制而批量又很大时，可作特殊
订货以降低功耗。
(3)工作频率：动作频率要求高时，结构应优选直动式电磁阀，电源听优选交流。
(4)动作可靠性。
3. 适用性
(1)介质特性
① 质气，液态或混合状态分别选用不同品种的电磁阀，例 ZQDF 用于空
气，ZQDF—Y 用于液体，ZQDF—2(或-3)用于蒸汽，否则易引起误动作。ZDF
系列多功能电磁阀则可通通于气.液体。最好订时告明介质状态，安装用户就
不必再调式。
② 介质温度不同规格产品，否则线圈会烧掉，密封件老化，严重影响寿
命命。
③ 介质粘度，通常在 50cSt 以下。若超过此值，通径大于 15mm 用 ZDF
系列多功能电磁阀作特殊订货。通径小于 15mm订高粘度电磁阀。
④ 介质清洁度不高时都应在电磁阀前配装反冲过滤阀，压力低时尚可选
用直动膜片式电磁阀作例如 CD—P。
⑤ 介质若是定向流通，且不允许倒流 ZDF—N 和 ZQDF—N 单需用双向流
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通，请作特殊要求提出。
⑥ 介质温度应选在电磁阀允许范围之内。
(2)管道参数
① 根据介质流向要求及管道连接方式选择阀门通口及型号。例如，用于
一条管道向两条管道切换的，小通径的选 CA5 和 Z3F，中等或大通径请选
ZDF—Z1/2。又如控制两条管道汇流的，请选 ZDF—Z2/1等。
② 根据流量和阀门 Kv 值选定公称通径，也可选同管道内径。请注意有
的厂家未标有 Kv值，往往阀孔尺寸小于接口管径，切不可贪图价低而误事。
③ 工作压差最低工作压差在 以上是可选用间接先导式；最低工
作压差接近或小于零的必须选用直动式或分步直接式。
(3)环境条件
① 环境的最高和最低温度应选在允许范围之内，如有超差需作特殊订货
提出。
② 环境中相对湿度高及有水滴雨淋等场合，应选防水电磁阀。
③ 环境中经常有振动，颠簸和冲击等场合应选特殊品种，例如船用电磁
阀。
④ 在有腐蚀性或爆炸性环境中的使用应优先根据安全性要求选用耐发
蚀。
⑤ 环境空间若受限制，请选用多功能电磁阀，因其省去了旁路及三只手
动阀且便于在线维修。
(4)电源条件
① 根据供电电源种类，分别选用交流和直流电磁阀。一般来说交流电源
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取用方便。
② 电压规格用尽量优先选用 。
③ 电源电压波动通常交流选用+%10%.-15%，直流允许±%10 左右，如若
超差，须采取稳压措施或提出特殊订货要求。
④ 应根据电源容量选择额定电流和消耗功率。须注意交流起动时 VA 值
较高，在容量不足时应优先选用间接导式电磁阀。
(5)控制精度
① 普通电磁阀只有开、关两个位置，在控制精度要求高和参数要求平稳
时请选用多位电磁阀；Z3CF三位常开电磁阀，具有微启，全开和关闭三种流
量；ZDF—Z1/1组合多功能电磁阀具有全开、大开、小开、全开四种流量。
② 动作时间：指电信号接通或切断至主阀动作完成时间，只有本公司专
利产品多功能电磁阀可对开启和关闭时间分别调节，不仅可满足控制精度要
求，还可防止水锤破坏。
③ 泄漏量：样本上给出的泄漏量数值为常用经济等级，若嫌偏高，请作
特殊订货。
4. 经济性：
它选用的尺度之一，但必须是在安全、适用、可靠的基础上的经济。经济性
不单是产品的售价，更要优先考虑其功能和质量以及安装维修及其它附件所需用
费用。更重要的是，一只电磁阀在整个自控系统中在整个自控系统中乃至生产线
中所占成本微乎其微，如果贪图小便宜而错选早造成损害群是巨大的。总之，经
济性不单指产品价格，而是产品的性能价格比综合费用价格比。
经比较，在设计中采用的是垂直式直动液用电磁阀。
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主要技术指标：
(1)使用环境海拔高度不超过 2500米。
(2)工作介质温度 0℃~+60℃（丁腈橡胶）；0℃~+100℃（硅橡胶）。
(3)适用介质：水、气、油。
(4)工作参数：
① 额定工作电压：直流 DC6V、DC9V、DC12V、DC24V、DC36V、DC110V、
DC220V；交流 AC6V、AC9V、AC12V、AC24V、AC36V、AC110V、AC220V 等（生
产线上检测用电压下浮 15%）；功率等级：4W、5W、6W、7W、8W等。
② 工作电流：如表 3-1所示。
表 3-1电磁阀对应工作电流
序
号
额定工作电
压(V)、功率
(W)
额 定
工 作
电 流
(A)
直流电阻
(20 ℃ )(
Ω)
序
号
额定工作电压
(V)、功率(W)
额 定
工 作
电 流
(A)
直流电阻
(20℃)(Ω)
1 DC12V4W 42± 2 AC9V5W 10±
3 30± 4 ±
5 DC12V5W ± 6 AC12V5W ±
7 DC12V6W 22± 8 AC24V5W ±1
9 DC12V7W 20± 10 ±
11 119± 12 ±
③ 工作压力：~；能承受静压力不低于 。
④ 工作寿命。
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⑤ 采用进口不锈钢弹簧和优质材料，正常工作不少于 20 万次（按每天
工作 100次算，受命超过五年）。
传感器的选用
1. 液位传感器
常常应用于净化工程，随着计算机自动测控管理系统普遍进入净水厂自动化
领域，作为自动化测控系统的一部分之液位开关也发挥着重要的作用。自动化仪
表能连续检测各工艺参数，根据这些参数的数据进行手动或自动控制，从而协调
供需之间、系统各组成部分之间、各水处理工艺之间的关系，以便使各种设备与
设施得到更充分合理的使用。在现代净化水厂，自动化仪表之液位开关作为常用
仪表，在选择时需要注意哪些问题呢？下面是两点参考标准。
(1)测量对象，如被测介质的物理和化学性质，以及工作压力和温度、安装
条件、液位变化的速度等。
(2)测量和控制要求，如测量范围、测量(或控制)精确度、显示方式、现场
指示、远距离指示、与计算机的接口、安全防腐、可靠性及施工方便性。
净水工程中常用的液位计及选型要点如下。
① 浮球式液位开关
在液体中放入一个空心的浮球，当液位变化时，浮球将产生与液位变化相同
的位移。可用机械或电的方法来测得浮球的位移，其精确度为±(1~2)%，这种液
位开关不适用于高粘度的液体，其输出端有开关控制和连续输出。在净水厂的设
计中，多将此种液位开关用于集水井的液位测量以控制排水泵的自动开停。
② 静压(或差压)式液位开关
由于液柱的静压与液位成正比，因此利用压力表测量基准面上液柱的静压就
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可测得液位。根据被测介质的密度及液体测量范围计算出压力或压差范围，再选
用量程、精确度等性能合适的压力表或差压表。这种液位开关的精确度为±
(~2)%。电容式液位开关在容器内插入电极，当液位变化时，电极内部介质改
变，电极间(或电极与容器壁之间)的电容也随之变化，该电容量的变化再转换成
标准化的直流电信号。其精确度为±(~)%。电容式液位开关具有以下优点：
传感器无机械可动部分，结构简单、可靠；精确度高；检测端消耗电能小，动态
响应快；维护方便，寿命长。缺点是被测液体的介电常数不稳定会引起误差。电
容式液位开关一般用于调节池、清水池等的液位测量。当测量范围不超过 2m 时，
采用棒状、板状、同轴电极；当超过 2m 时，采用缆式电极。当被测介质为水时，
采用带绝缘层(可用聚乙烯)的电极。
③ 超声液位开关
超声液位计的传感器由一对发射、接收换能器组成。发射换能器面对液面发
射超声波脉冲，超声波脉冲从液面上反射回来，被接收换能器接收。根据发射至
接收的时间可确定传感器与液面之间的距离，即可换算成液位。其精确度为±%。
这种液位开关无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，
且不受液体的粘度、密度等影响，因此多用于药池、药罐、排泥水池等的液位测
量。但此种方法有一定的盲区，且价格较贵。
经比较，在设计中选择的是浮球式液位开关，因为在相关设计中的物料符合
设备的要求，同时考虑到价格和性能的因素，所以选择这个液位开关。
2. 温度传感器
(1)灵敏度
一般说来，传感器灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，就意味着传感器所能感知
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的变化量小，即只要被测量有一微小变化，传感器就有较大的输出。但是，在确
定灵敏度时，要考虑以下问题。
①当传感器的线性工作范围一定时，传感器的灵敏度越高，干扰噪声越大，
难以保证传感器的输入在线性区域内工作。过高的灵敏度，影响其适用的测量范
围，应要求传感器的信噪比愈大愈好。
②当被测量是一个向量时，并且是一个单向量时，就要求传感器单向灵敏度
愈高愈好，而横向灵敏度愈小愈好；如果被测量是二维或三维的向量，那么还应
要求传感器的交叉灵敏度愈小愈好。
(2)响应特性
传感器的响应特性是指，在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。但实
际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。
一般物性型传感器(如利用光电效应、压电效应等传感器)响应时间短，工作
频率宽；而结构型传感器，如电感、电容、磁电等传感器，由于受到结构特性的
影响、机械系统惯性质量的限制，其固有频率低，工作频率范围窄。
在动态测量中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用时，应充
分考虑到被测物理量的变化特点(如稳态、瞬变、随机等)。
(3)线性范围
在线性范围内，传感器的输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传
感器的工作量程愈大。为了保证测量的精确度，传感器工作在线性区域内，是保
证测量精度的基本条件。例如，机械式传感器中的测力弹性元件，其材料的弹性
极限是决定测力量程的基本因素，当超出测力元件允许的弹性范围时，将产生非
线性误差。
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然而，在某些情况下，保证传感器绝对工作在线性区域内也是不容易的。在
许可限度内，也可以取其近似线性区域。例如，变间隙型的电容、电感式传感器，
其工作区均选在初始间隙附近。而且必须考虑被测量变化范围，令其非线性误差
在允许限度以内。
(4)稳定性
传感器的稳定性是经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。为了
保证传感器长期稳定地工作，而不需经常地更换或校准，在选择和使用传感器时
应注意以下两个问题。
① 根据环境条件选择传感器。例如，选择电阻应变式传感器时，应考虑湿
度的影响；又如，对变极距型电容式传感器和光电传感器，环境灰尘油剂浸人间
隙时，会改变电容器的介质和感光性质。对于磁电式传感器或霍尔效应元件等，
应考虑周围电磁场带来测量误差。滑线电阻式传感器表面有灰尘时，将会引入噪
声。
② 要创造或保持良好的使用环境。
(5)精确度
传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。
传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量，对整
个测试系统具有直接的影响。
在某些情况下，要求传感器的精确度愈高愈好。例如，对现代超精密切削机
床，测量其运动部件的定位精度，主轴的回转运动误差、振动及热形变等时，往
往要求它们的测量精确度在 —范围内。
在实际中，需要同时兼顾测量目的和经济性。对于定性分析的试验研究，应
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要求传感器的重复精度高，而不要求测试的绝对量值准确；对于定量分析，那么
必须获得精确量值。
(6) 测量方式
传感器在实际条件下的工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例
如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。
例如，在机械系统中，对运动部件的被测参数，往往采用非接触测量方式。
例如回转轴的误差、振动、扭矩等情况，采用电容式、涡流式、光电式等非接触
式传感器很方便，若选用电阻应变片，则需配以遥测应变仪。
例如，生产过程监测或产品质量在线检测等，宜采用涡流探伤、超声波探伤、
核辐射探伤以及声发射检测等。尽可能选用非破坏性检验，以直接获得经济效益。
在线测试是与实际情况保持一致的测试方法。对于自动化过程检测与控制系
统，往往要求在线检测。实现在线检测是比较困难的，对传感器与测试系统都有
一定的特殊要求。例如，在加工过程中，实现表面粗糙度的检测，以往的光切法、
千涉法、触针法等都无法运用，取而代之的是激光、光纤或图像检测法。研制在
线检测的新型传感器，也是当前测试技术发展的一个方面。
除了以上选用传感器时应充分考虑的一些因素外，还应尽可能兼顾结构简单、
体积小。重量轻、价格便宜、易于维修、易于更换等条件。
搅拌机选择
通常液体搅拌在圆柱槽内进行，可为密闭式或开放式，主要结构为马达、减
速机、机架；搅拌器包含联轴器、转轴、轮叶、并视需求加装轴封及转轴轴受。
而搅拌机的设计必须仰赖专业与经验，设计的优劣对搅拌的效果差异很大，因此
在填写搅拌机数据表时，详细的搅拌目的、物性、槽的形状及尺寸等等，才能做
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出最佳的设计。
1. 搅拌机的机械考虑参数
① 静负载。
② 动负载。
③ 静及动力矩。
④ 共振。
⑤ 磨耗与腐蚀。
⑥ 动力输入。
2. 选用注意事项:
① 所有规格之标准接液棒叶材质为 SUS304为主，其他特殊材质或抗酸硷之
包衬涂装，请另行提示。
② 马达如需特殊之防护，如屋外、防爆等，请另行提示，并告知要求等级。
③ 高转速或大容量之搅拌槽操作，应加装固定环及水中轴受座防护。
④ 所有机型所标示之叶片尺寸、搅拌轴径、轴长等均为参考尺寸，实际尺
寸依搅拌目的、叶片型式、搅拌速度等规范决定之。
在对物料的搅拌操作中,人们希望达到多种搅拌目的,具有合适的液体
运动状态,以发挥其搅拌效果。流体流动所产生的搅拌作用主要有以下几种
混合和分散均一化作用凝集和破坏细分化作用流动、浮游化作用在异相接触
界面上促进物质移动和热移动等作用。因此,要使搅拌达到我们所希望的要
求,就必须选择适当的叶轮型式,设计出符合流动状态特性的搅拌器。我们可
以依据物料特性液体介质的粘度、搅拌过程的难易程度、生产要求的高低、
设备价格和动力消耗费用等因素来选择搅拌器。
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(1)根据液体粘度选择搅拌叶轮形状
液体搅拌状态的流动性质由 Re 值决定,当 Re＞103 时为湍流状态,这时
流动惯性力作用大，当 Re＜50 时,为层流状态,惯性力作用小。根据粘度的
大小来选择搅拌叶轮。
(2)根据操作目的和影响因紊选型
根据化学工程手册推荐,依据操作目的加热、冷却、溶解、结晶、分散、
萃取搅拌效果传热速率、均匀性、粒度大小等作为选择湍流搅拌设备的叶轮
型式和几何尺寸的参考。
(3)依据搅拌叶轮的特性选型
搅拌叶轮在合理条件下运行时所产生的液体流型有径向型、轴向型和辐
流型。由于搅拌叶轮形状不同,所产生的搅拌作用也不同。以下介绍几种主
要搅拌器叶轮的性能、特性和用途,以供选型。
① 三叶推进式中速(7-10m/s)：多用在低粘度液湍流状况下搅拌。为低
剪切型,具有高排出量,旋转部分产生高速轴向流,容器内伴随着循环流。用
于液液混合、低浓度悬浮浆料、除低粘度以外的通气搅拌。
② 叶轮式(中速)：曲面倾角型,高性能涡轮式,整个圆周方向流动,汇集
为高速轴向流。用于固一液混合、液一液和其它低粘度混合。
③ 折叶桨式（低速）：长方形板式桨,靠安装角度形成辐流和轴流。构
造简单、制作容易。适用于槽径与叶轮和槽底距离比值大的场合,与推进式
相反的低压排出流。用于固一液悬浊操作。
④ 涡轮式（高速）：盘的外周带齿状,高速回转产生强力剪切作用,同
时产生辐流,容器内有很强循环流。在大容量场合下,推进式与涡轮式叶轮可
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组合使用。用于粉体分散、溶解；液一液乳化、分散气体分散。
⑤ 涡轮式（高速）盘的外周带齿状,高速回转产生强力剪切作用,同时
产生辐流,容器内有很强循环流。在大容量场合下,推进式与涡轮式叶轮可组
合使用。用于粉体分散、溶解；液一液乳化、分散；气体分散。
⑥ 折叶圆盘涡轮式：桨叶倾斜,形成轴流和辐流,能消除容器内上下不
均匀性,效率较高,搅拌混合效果好,具有独特的流体图形。用于液一液分散,
固一液悬浊分散,气体分散等中容量场合。
⑦ 直叶圆盘涡轮式：典型辐流式移动,中低速转动时得到强力搅拌,用
于通气搅拌和大容量、高浓度浆液的流动、分散,高通气量气体分散。
⑧ 涡流型：高速回转产生强力、压力、剪切。桨叶后部制成齿形,对粉
体块,流体块破坏力强,接触面积大,用于粉末溶解、分散、小容量强搅拌。
⑨ 涡轮型：能控制排出流方向,形成强力的轴向流动,适用于低液位运
动、槽径与叶轮和槽底距离比值大的要求。
⑩ 超混合涡轮型（M205，M305）：具有节能的排出性能,槽高/槽直径
＞2,适用于深搅拌槽的底部、侧壁产生剪切作用大的上下循环流的场合。
⑪ 超混合器：具有带齿的多层辅助板构成,槽中心部有强力的上升流,
槽壁部有旋回下降流,形成槽内上下循环流；叶轮尖端速度比槽内上升速度
大,因此剪切性能好。适用于中、高粘度用的搅拌叶轮；低粘度时有挡板。
Re=10 左右的高粘度层流域,不能使用挡。
⑫ 螺旋螺带式：结构为螺旋卷带状叶轮,有单双之分。适用于动力粘度
高达 2Pa·s,甚至更高。
⑬ 锚型：适用于高粘度液与非牛顿液的搅拌和混合,其叶轮与容器壁间
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隙很小。靠刮板传热,特别适用于低粘度液位任意变动。
在设计中采用的是折叶桨式搅拌机 1 台。
外形及安装尺寸：如图 3-1所示。
图 3-1外形尺寸
搅拌电动机技术参数：如表 3-2所示。
表 3-2搅拌电动机技术参数
I/O分配表
物料自动混合控制 I/O分配表，如表 3-3所示。
表 3-3物料自动混合控制 I/O分配表
I/O设备名称 I/O地址 说明
FR 热保护（常闭触点）
空载 最大效率点 最大功率点
规格型号
使
用
电
压
V
转
速
rpm
电流
A
转
速
rpm
电流
A
转矩
效率
%
转
速
rpm
电流
A
转矩
功
率
W
STGB37R520C-
314
12 13
5
21
5
STGB37R520C-
52
12 80 56 27 38
8
STGB37R520C-
42
24 120 67 22 67
STGB37R500TV
-30
6 90 70
5
STGB37R500TV
-90
9 45
5
37
STGB37R540S-
270
24 12 10 30
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SB1 启动按钮（常开触点）
SB2 停止按钮（常闭触点）
SB3 手自动切换按钮（常开、闭触点）
SB4 手自动切换按钮（常开、闭触点）
SB5 手自动切换按钮（常开、闭触点）
SB6 手自动切换按钮（常开、闭触点）
SB7 手自动切换按钮（常开、闭触点）
SB8 手自动切换按钮（常开、闭触点）
SB9 手自动切换按钮（常开、闭触点）
SB10 手自动切换按钮（常开、闭触点）
SB11 手自动切换按钮（常开、闭触点）
续表
SB12 手自动切换按钮（常开、闭触点）
SB13 手自动切换按钮（常开、闭触点）
T 温度传感器（常开点）
L1 液位传感器（常开点）
L2 液位传感器（常开点）
L3 液位传感器（常开点）
L4 液位传感器（常开点）
D1 液位指示灯
D2 液位指示灯
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D3 液位指示灯
D4 液位指示灯
D5 温度上限灯
D6 电机过载报警灯
D7 自动运行显示灯
D8 手动操作显示灯
KM1 加热器
KM2 电动机
F1 电磁阀 1
F2 电磁阀 2
F3 电磁阀 3
F4 电磁阀 4
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接线原理图
本系统可控制编程器（PLC）采用的是西门子 S7-300。接线原理图如图 3-2
所示。
图 3-2接线原理图
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系统控制要求
1. 初始状态
开始前容器是空的，电磁阀 F1、F2、F3 和 F4，搅拌电动机 M，液位开关
L1、L2 和 L3，加热器 H 和温度传感器均为 OFF。
2. 物料自动混合控制
按下启动按钮，开始下列操作。
(1)电磁阀 F1 开启，开始注入物料 A，至高度 L3（此时 L3 为 ON）时，
关闭阀 F1，同时开启电磁阀 F2，开始注入物料 B，至高度 L2（此时 L2、L3
为 ON）时，关闭阀 F2，同时开启电磁阀 F3，开始注入物料 C，至高度 L1
（此时 L1、L2、L3 为 ON）时，关闭阀 F3。
(2)停止物料 C 注入后，启动搅拌电动机，使三种物料搅拌 30s。在搅
拌电动机开启同时加热器开启，对物料进行加热 20s。
(3)30s 后停止搅拌，开启电磁阀 F4，放出混合物料，当液面高度降至 L4
的时候，再经 5s 关闭电磁阀 F4。
3. 停止操作
按下停止按钮，在当前过程完成以后，在停止操作，回到初始状态。
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4. 系统软件设计
总体设计框图
系统运行流程
按下启动按钮 SB1，电磁阀 F1 接通进物料 A；当液面至 L3 时，给液位开关
输入信号，电磁阀 F1关闭 F2接通进物料 B；当液面至 L2时，给液位开关输入信
号，电磁阀 F2关闭 F3接通进物料 C；当液面至 L1时，给液位开关输入信号，电
磁阀 F3 关闭，停止物料输入同时开启搅拌电机、加热器和定时器 T1、T2；20S
后，T1 接通加热器停止加热；再过 10s 搅拌电机停止搅拌同时开启电磁阀 F4，
进行混合物料排放；当液面至 L4 时，定时器 T3 开始计时，5s 后电磁阀 F4 关闭，
停止物料排放，系统重新启动，进行下一次循环。
按下停止开关 SB2，等待当前生产过程的完成，当 T3延时到位，混合物料排
尽，才停止系统。
为了方便检修和维护本系统中添加了手动程序，由开关 SB3切换。为了运行
安全本系统还添加了高温报警和电机过载报警，来保障生命财产安全。
图 4-1物料自动混合装置图
流程图
流程图如图 4-2所示
图 4-2流程图
软件选择与设计方法
软件的选择
根据硬件的选用本次编程选用西门子 STEP软件编程。
西门子 STEP7是用于 SIMATICS7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准
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软件，可使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作。PCD1和 PCD2Saia-PCD
控制设备也可以用 SiemensStep7 来编程。使用 Step7 编程可以在 SaiaPCD 上实
现某些集成在 Step7内的功能.不只是兼容。
在常规功能之外还具备以下的特点:
DK3964R/RK512 等标准协议已经集成到控制器内，不需要额外驱；MPI 接口
集成 modem 支持:内置 modem 功能，可进行远程编程、诊断或数据传输；编程不
需 MPI转换器，直接通过 PC上的 RS232口；现场总线通讯功能.控制器功能中已
集成了 ProfibusDPMaster/Slave,ProfibusFMS 和 LONWorks；利用 webserver 进
行监控.储存 HTML 网页、图片、PDF 文件等到控制器里供通用浏览器查看；扩展
操作系统功能如保护技术秘密，防止被非法查看或复制；用 Siemens原装 Step7
编程；直接运行 Step7程序，毋需转换；兼容普遍使用的编程环境，使用熟悉的
编程测试功能；用 STL,LAD,FBD 编程；使用 Siemens 工程工具，监视修改变量，
程序状态等；相同指令集(SiemensS7-300和 S7-400系列)；一些特殊功能，如串
口通讯、计数等可在系统功能(SFCs)中编辑。
设计方法
PLC 的编程有三种方法：STL、LAD 和 FBD。LAD 设计方法有两种经验法、顺
序控制设计法。在本系统中，采用的是顺序控制设计法。所谓顺序控制设计法就
是针对顺序控制系统的一种专门的设计方法。这种设计方法很容易被初学者接受，
对于有经验的工程师，也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。
PLC 的设计者们为顺序控制系统的程序编制提供了大量通用和专用的编程元件，
开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前
PLC程序设计的主要方法。
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在该系统的程序设计中，我先画出系统工作状态的流程图，然后根据流程图
编写梯形图，再进行调试、修改，程序最终采用 STL呈现。
在设计中，根据着流程框图进行程序的编写，同时在编写时，不断地进行调
试，从中发现错误之处。
PLC编程的基本原则
1. 外部输入、输出继电器、内部继电器、定时器和计数器等器件的接点可
多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。
2. 梯形图每一行都是从左母线开始，线圈在最右边，接点不能放在线圈的
右边。
3. 线圈不能直接与左母线项链。
4. 同一编号的线圈在一个程序中使用两次成为双线圈输出。双线圈输出容
易引起误操作，应尽量避免线圈重复使用。
5. 梯形图程序必须符合顺序执行的原则，即从左到右、从上到下的执行。
不符合顺序执行的电路不能直接编程，如桥式电路就不能直接编程。
6. 在梯形图中串联接点、并联接点的使用次数没有限制，可无限次地使用。
程序设计
STL程序：
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5. 人机界面
设计思想
随着 PLC 控制设备自动化程度的不断不提高以及生产工艺的不断变化，PLC
控制设备操作面板上的各种按钮及操作机构变得越来越复杂，这就使得设备操作
人员在初学时显得特别困难，而且在其操作过程中经常出现误操作，这也增加了
设备的故障率。
人机界面（HMI）是操作人员与机器设备之间双向沟通的桥梁，是用户可以
自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理、监控、管理或应付随时可能变化
信息的多功能显示屏幕。使用人机界面还可以是机器的配线标准化、简单化。同
时还能减少 PLC监控所需的 I/O点数，降低生产成本。
人机界面的状态可分为已断开和已连接，如图 5-1和 5-2所示。
图 5-1已断开
图 5-2已连接
控制方式
本设计系统的工作方式有自动和手动两种。
1. 自动：
（1）当在手动状态下，点击手自动切换，切换到自动状态，点击启动，系
统进入运行状态，界面上的指示灯依次变亮，通过亮灭来监控设备运行状态。
（2）点击停止后，在当前过程完成后才能停止运行，并回到初始状态，设
备运行指示灯一次变灭。
（3）点击退出，则关闭监控界面，断开连接。
2. 手动：
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当在自动状态下，点击手自动切换，切换到手动状态，可以手动操作控制面
板上对应的按钮进行相应的操作。
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6. 系统调试
系统硬件调试
设备安装和电路接线完毕后，使用万用表测量电路是否有短路、开路，元器
件有无安装错误。若检查无误后，将可控制编程器安装上，接通电源，此时应注
意以下几点。
(1)指示灯是否点亮。
(2)可控制编程器是否有电。
(3)液位开关是否动作。
(4)现场设备是否工作。
测试方法：
(1)使用万用表查看电源是否有电，查看整流电路是否将二极管焊接反向。
(2)使用万用表测量 PLC的电源和地的引脚，看是否有电压。
(3)使用万用表侧量液位开关两端是否通电。
在调试的过程中由于存在虚接现象，导致电路不能正常的工作。重新将元器件连
接后，电路完全正常。由于没有对全部管脚进行逐一测试，导致没有及时的查出
问题所在。
系统软件调试
软件调试过程采用西门子仿真软件：强制可控制编程器 CPU 的位软元件
ON/OFF进行调试，软件调试对话框如图 6-1所示。
图 6-1软件调试对话框
梯形图程序仿真调试：
系统整体调试
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根据现场设备的运行，检测硬件是否正常运行，先对电路的接线，检查
无误，开启电源，然后驱动手动控制程序，开始注入物料，在注入物料中没
有任何异常，接着是物料的混合，搅拌电机业正常运行，加热器也是正常运
行，下一步是物料的排放，系统能够正常的排放物料，液位信号正常，当物
料排放完后，接着进入系统的初始状态，进入下一次的物料混合。确定系统
无误，能正常运行后，将手动控制转换为自动控制。
在开始中出现很多误操作，经过修改，在硬件测试中没有出现误操作，
硬件能够正常运行，整体设计完成。
系统误操作的分析
在硬件调试的开始阶段，出现多次的误判断，经分析，得出以下结论：
(1) 输出电路接线的错误。
(2) 编写程序时出现错误。
(3) 一次回路交流电形成回路，使现场设备误操作。
(4) 硬件的不规范使用，使电气设备损坏，使系统不能正常运行。
(5) 安装现场设备时的错误安装，使设备不能正常运行。
四川机电职业技术学院——专业核心技术综合训练技术报告
7. 总结
在此次课题设计中，学到了很多东西，也了解到 PLC在工业控制中的重要发
展。可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先
进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成
为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。使用 PLC的自动控制系统具有
体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。
PLC 对物料混合的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同液体的
物料按预先设定的程序进行混合，动作灵活多样，WINCC 人机界面对物料混合的
控制，对运行设备有了很好的监控，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生
产，广泛应用于柔性生产线。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可
以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多，
同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深
刻，掌握得不够牢固，对 WINCC和 PLC的知识不够系统化，导致在衔接时出现很
多问题。
通过这次课题设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识
是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，
才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时也
使我对自动化控制系统有了新的认识，把我所学的知识系统化。
本设计围绕的工业的需求和发展，不仅仅做出硬件，同时正常运行，在其中，
不只是了解其中的工作流程，同时应该掌握硬件和软件的使用和注意事项。
通过对本课题的研究学习，也有了以下体会。
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1. 熟悉可控制编程器的基本理论和技术发展。
2. 思考此课题与其他学科的联系，要不断的扩大知识面，不断地学习。
3. 培养抽象思维能力，分析问题和解决问题的能力。
4. 掌握做人处事的方法技巧，成为真正的应用性、综合性人才。
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参考文献
[1] STEP7用于 S7-300和 S7-400的语句表，西门子公司，2004。
[2] STEP7用于 S7-300和 S7-400的梯形图，西门子公司，2004。
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[4]牛云陞，电气控制技术[M].北京邮电大学出版社，2013。
[5]俞云强，传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2013。
[6] 王凯，虞军.搅拌设备[M].北京：化学工业出版社，2003。
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2003。
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[9]杨源泉，阀门设计手册[M].北京:机械工业出版社，1992。
[10]陆培文，阀门设计计算手册[M].北京:中国标准出版社，2009。
[11]许志军，工业组态软件及应用[M].机械工业出版社，2005
[12]徐志军，电气自动化控制技术[M].电子科技大学出版社，2008
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