湖 南 工 程 学 院
课 程 设 计
课程名称 电气控制与PLC 课题名称 烘干机电气控制系统设计 专业班级 测控技术与仪器0901班 姓 名 吴志勇 学 号 ************ 指导教师 赖指南、刘星平、周向红
2012年12月28日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称 电气控制与PLC 课题名称 烘干机电气控制系统设计 专业班级 测控技术与仪器0901班 姓 名 吴志勇 学 号 200901200111 指导教师 赖指南、刘星平、周向红 审 批 黄 峰、汪 超、刘星平
任务书下达日期2012年12月15日 课程设计完成日期2012年12月28日
设计内容与要求 一. 课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制烘干机控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。 主要设计条件
1.PLC实验设备若干。 2.参考文献若干。 设计说明书装订顺序 1.课程设计说明书封面。 2.课程设计任务书。 3.说明书目录。 4.正文（按设计内容逐项书写）。 5.参考文献。 6.附录。 7.课程设计评分表。 设计进度安排 1. 第一周星期一上午：课题内容介绍。 2. 第一周星期一下午：仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。 3. 第一周星期二～第一周星期五：确定控制方案。绘制烘干机电气控制系统的电气原理图、控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。选择电器元件，列出电器元件明细表。 4. 第二周星期一：试验调试 5. 第二周星期二～第二周星期五：编写设计说明书,答辩。 参考文献 ［1］《西门子S7-200 PLC编程及应用案例精选》（第1版），刘华波，机械工业出版社，2009年。 ［2］《可程序控制器系统开发导航》（第1版），王晓平，人民邮电出版社，2010年。 ［3］《典型自动化设备及生产线应用于维护》（第1版），鲍风雨，机械工业出版社，2008年。 ［4］《工厂常用电气设备手册》（第1版），工厂常用电气设备手册编写组，水利电力出版社，2007年。
课题: 烘干机电气控制系统设计
一. 烘干机概况及控制要求
某一烘房，在干燥物品时，除要求温度能自动控制外，还需要间断通
风，其主电路如图1所示。
电源开关QSL1L2L3NQF电热器380/220VAC通风电动机KM1KM2FRRM3～ 图1 烘干机主电路图
1min5min升温至需要温度停止加热延迟通风机启动通风
2min5min通风机停止通风停止通风机启动通风通风机停止
低于需要温度升温
图2 烘干机工作过程示意图
烘房内装有电接点温度计TJ，用来检测烘房温度。当加热器通电时，烘房加热升温；通风机通电时，烘房通风。当烘房的温度升至需要温度时，
电接点温度计的接点闭合；当烘房的温度低于需要温度时，电接点温度计的接点断开。当按下启动按钮后，要求烘干机按图2所示的过程循环往复地工作，直至按下停止按钮时为止。
二.设计任务
1.设计和绘制电气控制原理图或PC I/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。
2.选择电气元件，编制电气元件明细表。
3.设计操作面板电器元件布置图。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。
前 言
20世纪70年代，诞生了两种改变整个世界及商业管理模式的计算机。一类计算机，是由Richard Morley在1972年发明的，如今称之为可编程逻辑控制器（PLC）。它最初并没有像个人计算机那样得到名称上的广泛认同，但是却给制造业带来了同样意义重大的冲击。PLC通常被称为工厂级别的个人计算机。
可编程逻辑控制器（PLC）具有以下鲜明的特点：
一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。
二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
本烘干机设计报告基于西门子STEP 7-MicroWIN V4.0的PLC开发平台，介绍了烘干机的基本原理与设计方法，并给出了程序实现的编程方法与梯形图程序及指令表程序，其目的是通过原理与设计实践结合的方式，深入浅出地介绍PLC的课题设计。
全书分为五章，第一章简要地介绍了烘干机的基本概念和组成。第二章介绍了设计任务和设计要求。第三章介绍了烘干机的设计顺序功能。第四章介绍了控制系统的软件设计。第五章介绍了控制系统的软件调试。
本报告在编写过程中，湖南工程学院的赖指南教授对书稿进行了详尽的审阅，提出了许多宝贵意见。湖南工程学院电气信息系的老师们和测控0901班同学们对本设计给予了大力支持和帮助。在此，谨向他们表示最诚挚的谢意。
由于技术发展迅速，应用广泛，限于编者水平，缺点错误在所难免，敬请读者批评指正。
作者 2012年12月
目 录
第1章 烘干机概述 ............................. 1 1.1 控制对象的用途 ......................... 1 1.2基本结构 ................................ 1 1.3控制方法 ................................ 1 第2章 设计任务和设计要求 ..................... 2 2.1 电气元件的选择 ......................... 2 2.1.1按钮 ............................... 2 2.1.2 旋转开关 ........................... 3 2.2 PLC之I/O接线 .......................... 3 2.4 烘干机工作的功能顺序 ................... 4 第3章 确定控制方案 ........................... 6 3.1 PLC控制与传统继电器控制方案 ............ 6 3.2 PLC控制与单片机控制方案 ................ 7 3.3 PLC控制方案 ............................ 7 3.4 方案确定 ............................... 8 第4章 控制系统的软件设计 .................... 10 4.1 主程序的设计 .......................... 10 4.2 公用子程序的设计 ...................... 10 4.3 手动子程序的设计 ...................... 11 4.4 自动子程序的设计 ...................... 11 第5章 控制系统的软件调试 .................... 14 结束语 ....................................... 16 心得体会 ..................................... 16 致谢 ......................................... 16 参考文献 ..................................... 17 附录(程序指令表) ............................. 18
第1章 烘干机概述
1.1 控制对象的用途
先进的热风循环系统使工作室温度分布均匀。低噪声风机系统创造了安静的工作环境。密封电热管加热，性能稳定，寿命长。底部装有轨道并配有供装载工件或试件的台车，工作效率高。进、排气装置，可调节工作室的换气量。独立控制台，即可就近控制，也可集中到控制室统一控制。可选用进口高精度智能程序控温仪表控温，可预设多段程序控温曲线。智能控温仪表控温，控制灵敏可靠。超温保护装置能发出信号并切断加热电源，保护设备及工件的安全。
1.2基本结构
电热器 用于对烘房内提升温度。
通风电动机 将烘房内对烘干物品所产生的蒸汽排出烘房达到烘干的目的。
1.3控制方法
为满足检测所设计的程序以及对设备的检查和紧急控制等要求，本设计在设计过程中提供了三种工作模式，手动模式、单周运行模式以及连续运行模式。
手动模式 用于检测程序是否能达到预期目的以及用于对设备一步步的操作的模式。
单周模式 用于PLC对此设备谨作一次工作循环回路，更好的控制烘房内的情况。
连续模式 用于对烘房内长时间的烘干工作，能多次循环烘干工作，而不用多次的繁杂的操作。
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第2章 设计任务和设计要求
2.1 电气元件的选择
2.1.1按钮
按钮是一种常用的控制电器元件，常用来接通或断开‘控制电路’（其中电流很小），从而达到控制电动机或其他电气设备运行目的的一种开关。
按钮是一种人工控制的主令电器。主要用来发布操作命令，接通或
图1 按钮工作原理示意
开断控制电路，控制机械与电气设备的运行。按钮的工作原理很简单（见图1)对于常开触头（图a）,在按钮未被按下前,电路是断开的,按下按钮后,常开触头被连通,电路也被接通；对于常闭触头（图b），在按钮未被按下前，触头是闭合的，按下按钮后，触头被断开，电路也被分断。由于控制电路工作的需要，一只按钮还可带有多对同时动作的触头(图c)。
按钮的用途很广，例如车床的起动与停机、正转与反转等；塔式吊车的起动，停止，上升，下降，前、后、左、右、慢速或快速运行等，都需要按钮控制。 按钮由按键、动作触头、复位弹簧、按钮盒组成。是一种电气主控元件。按钮（SB）助记符。有些功能的按钮有特定的助记符。本设计中要求按钮有启动(SB1)、预停(SB2)、急停(SB3)三个。这里选择中国浙江红波公司生产的Φ22 LAS1-A系列按钮，图样参
数如图2。启动(SB1)选绿色按钮、
图2 按钮
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预停(SB2)、急停(SB3)选红色按钮。
2.1.2 旋转开关
旋转开关是以旋转手柄来控制主触点通断的一种开关。旋转开关的结构形式也有两种，分别是单极单位结构和多极多位结构。单极单位旋转开关在应用中常与转轴式电位器共同使用，而多极多位旋转开关多用于工作状态线路的切换。
设计中选择工作模式的开关(SA)即选择中国浙江红波公司生产的Φ22
LAS1-A系列圆形旋转开关。开关图样大小
图3 旋转开关
参数如图3。
2.2 PLC之I/O接线
列出如下表各输入输出点：
手动(SA) I0.0 单周(SA) I0.1 连续(SA) I0.2 电热器(YV1) Q0.0 启动(SB1) I0.3 升温(KM1) I0.6 预停(SB2) I0.4 通风(KM2) I0.7 急停(SB3) I0.5 温度检测器(SQ) 1.0 通风电动机(YV2) Q0.1 由上表各输入输出画出如图4 I/O接线图：
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通 信端口0通 信端口11M0.0SASB1SB2SB3KM1KM2SQ0.10.20.30.40.50.60.72M1.01.11.21.31.41.5ML+DC24V总线接口图4 PLC的I/O接线图
MIVMA+B+1L0.00.1CPU 224XP CN/AC/DC/Relay模 块0.20.32L0.40.50.63L0.71.01.1NL1ACPEYV1YV2··FUQSNL1AC220V
2.4 烘干机工作的功能顺序
由课题要求，再考虑单周、连续的情况，以及预停操作画出如下图5合适的顺序功能图。
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图5 烘干机自动程序顺序功能图
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第3章 确定控制方案
3.1 PLC控制与传统继电器控制方案
PLC控制与继电器控制相比较 (1)逻辑控制
继电器控制是利用各电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。采用硬线连接, 连线多而复杂, 对今后的逻辑修改、增加功能很困难。而PLC中逻辑控制是以程序的方式存储在内存当中, 改变程序, 便可改变逻辑。连线少、体积小、方便可靠。 (2)控制速度
依靠机械触点的吸合动作来完成控制的继电器控制系统, 工作频率低, 工作速度慢。而PLC由于采用程序指令控制半导体电路来实现控制, 稳定、可靠, 运行速度大大提高了。 (3)顺序控制
继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。时间继电器内部的机械结构易受环境温度和湿度变化的影响, 造成定时的精度不高。在PLC内部 是由半导体电路组成的定时器以及由晶体振荡器产生的时钟脉冲计时, 定时精度高。使用者根据需要, 定时值在程序中便可设置, 灵活性大, 定时时间不受环境影响。 (4)灵活性可扩展性
继电器系统安装后, 受电器设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响, 系统在今后的灵活性、扩展性很差。而比具有专用的翰人和输出模块, 理论上连接可以无穷多。连线少, 灵活性可扩展性好。 (5)计数功能
继电器控制可实现逻辑功能, 但不具备计数的功能。PLC内部有特定的计数器, 可实现对生产设备的步进控制。 (6)可靠性和可维护性
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继电器控制使用大量的机械触点, 触点在开闭时会产生电弧, 造成损伤并伴有机械磨损, 使用寿命短, 运行可靠性差, 不易维护。而PLC采用微电子技术, 内部的开关动作均由无触点的半导体电路来完成。体积小, 寿命长, 可靠性高, 并且能够随时显示给操作人员, 及时监视控制程序的执行状况, 为现场调试和维护提供便利。
3.2 PLC控制与单片机控制方案
（1）PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。
（2）单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。
（3）不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。
3.3 PLC控制方案
PLC经过多年在工业领域的运用后, 按其功能, 它主要应用在以下几个方面：
(1)数据处理数据处理数据处理数据处理：PLC是具有微处理器的一种智能电子产品, 它具有数值运算、数据比较、数制转换、以及数据传输通信等功能。
(2)逻辑控制逻辑控制逻辑控制逻辑控制：PLC具有逻辑运算功能, 可实现多种通断控制。
(3)定时控制定时控制定时控制定时控制：由于PLC为用户提供了很多计时器, 且时间设定值可由用户程序设定修改, 所以有很强的定时功能。 (4)计数功能计数功能计数功能计数功能：同时PLC 为用户提供了很多的计数器, 也可通过软件进行计数值的设定。
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(5)顺序控制顺序控制顺序控制顺序控制：可依据生产加工过程, 实现定位输出、顺序启动等控制。
(6)通信联网通信联网通信联网通信联网：可以对调节器、变频器等实现远程控制。也可与其它PLC或计算机之间进行数据传输通信,构成“集中管理分散控制”的分布式控制系统。
3.4 方案确定
PLC优点：
1. 功能更强大：除了能做普通逻辑处理外，还具有浮点运算、定时、计数、模拟量控制等功能。现在市场上一些功能强大的PLC已经能完成除以上常规外，还能做复杂运算，比如多维数据运算，矩阵相乘，向量运算等； 2. 响应时间更短：继电器控制是通过触点与触点间的机械动作来完成逻辑控制，而PLC集成电子逻辑，响应速度和控制精度是传统继电器无法比拟的；
3. 故障点更少：继电器控制通过机械式接触会因为触头的损坏或者老化等原因，寿命普遍抗不过PLC，PLC早已是工业界公认的无故障控制器； 4. 通讯功能更强大：现在的工业环境，早已不是单纯的单机控制，或者一条生产线的控制，而多涉及多机群控，和大型的流程自动化控制，这对于控制器本身的通讯要求极高，继电器根本不可能做的到，而如今的PLC不仅能完成与现场工作仪表、电气传动等执行层的通讯，也能PLC于PLC之间通讯，更能做到PLC与上位计算机，中央控制室的以太网通讯，组成一个庞大而复杂的控制网络；
5. 控制对象更多：如今不管是单机设备，还是工厂控制，远不是简单的逻辑执行就能完成，比如许多设备实际上除了单纯的数字量输入输出外、还有更多4-20ma/0-10V模拟量输入输出的处理，其下位执行层更有变频、伺服系统等传动、甚至还有液压系统等等，而这些，客户当然希望只需要一个控制器来完成，即“通用的控制”概念，那么PLC就能做到。不过值得一提的是：针对液压控制，现主流方式还是用专用的液压控制器来完成，
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比如力士乐、阿托斯等，但在新兴的PLC市场上，已有好几个品牌的PLC能完成这个功能；
6. 维护更方便：如果用继电器组成一个较复杂的控制网络的话，一旦出现系统故障，将只能逐个排除故障，而PLC故障的话，一般能自动诊断到故障点产生报警，系统内能方便快捷的查看故障地方，故障原因等。 综上，本设计采用PLC控制法。
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第4章 控制系统的软件设计
4.1 主程序的设计
PLC通电即SM0.0上电运行公用子程序，由于有手动、单周、连续工作模式，而单周和连续都属于自动运行部分，故而主程序中需通过开关SA来选择工作模式，即当开关SA处于手动模式时运行手动子程序而不运行自动部分，手动部分和自动部分处于类似矛盾的状态，于是当手动模式I0.0通电进入手动子程序且自动子程序不运行。
4.2 公用子程序的设计
公用子程序的目的是无论处于哪种模式，都是遇操作将执行的一段程序。
包括置位M0.0和急停操作。
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4.3 手动子程序的设计
手动子程序用于对设备步步操作，从而设计升温操作和通风操作，而这两个操作为互锁状态，同时当温度计I1.0通电时升温加热也会停止。
4.4 自动子程序的设计
自动子程序的作用是将整个操作自动一步步进行，会有单周运行和连续运行两种方式，即回路中包含了开关SA对应不同模式时的通电状态（I0.1和I0.2），同时也考虑了其他操作对整个回路的影响，如预停操作（预停开关SB1-I0.3)。综合考量画出如下功能顺序图，然后由功能图得出如下子程序。
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第5章 控制系统的软件调试
1. 处于主程序部分->文件->导出。
2. 仿真软件->选择CPU型号
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3. 程序->装载程序（之前导出的程序）
然后就可以操作输入开关进行仿真了。
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结束语
本文利用PLC对烘房系统的温度的监控与调节。本系统在系统中使用调试成功，实现了对温度自动采集和实时监控调节功能以及对主机的控制，为现代工业控制的生产起到了积极作用，整个系统结构简单，操作方便、灵活，具有较好的实际价值和使用性。
由于设计水平有限和时间的仓促，本文中难免有错误和不妥之处，请
给予批评指正。
心得体会
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书
馆和INTERNET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时
候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。
致谢
本报告在编写过程中，湖南工程学院的赖指南教授对书稿进行了详尽的审阅，提出了许多宝贵意见。湖南工程学院电气信息系的老师们和测控0901班同学们对本设计给予了大力支持和帮助。
在此，谨向他们表示最诚挚的谢意。
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参考文献
［1］《西门子S7-200 PLC编程及应用案例精选》（第1版），刘华波，机械工业出版社，2009年。
［2］《可程序控制器系统开发导航》（第1版），王晓平，人民邮电出版社，2010年。 ［3］《典型自动化设备及生产线应用于维护》（第1版），鲍风雨，机械工业出版社，2008年。
［4］《工厂常用电气设备手册》（第1版），工厂常用电气设备手册编写组，水利电力出版社，2007年。
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附录(程序指令表)
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电气信息学院课程设计评分表
评 价 项 目 优 设计方案合理性与创造性（10%） 良 中 及格 差 开发板焊接及其调试完成情况*（10%） 硬件设计或软件编程完成情况（20%） 硬件测试或软件调试结果(10%) 设计说明书质量(20%) 答辩情况(10%) 完成任务情况(10%) 独立工作能力(10%) 出勤情况(10%) * 综 合 评 分 指导教师签名：________________ 日 期：________________
注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容。
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、参考文献、附件（非16K大小的图纸及程序清单）、评分表。
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