674020749毕业设计（论文）液体混合装置控制系统设计说明书

兰州理工大学电信学院毕业设计摘 要本毕业设计主要是为了实现更加方便、可视化的对液体等液态物料混合装置的自动化控制。通过简单的PC端自主开发软件，对监控对象进行调试、运行等操作，可以让操作人员远离现场，达到安全性和可靠性的提高。PC端采用VB开发的软件作为上位机来进行对装置的控制，通过串口通信进行与PLC的上传和下载数据，以完成远程的操控。PLC内部执行预设的程序，也可以通过改变VB的空间源代码来调整程序。在调试模式下可以分别对装置的各个部分进行启动与停止的调试。在该混合液体装置中，需要由上位机通过VB程序完成两种液体的进料、混合、卸料的功能，主要控制要求如下：当按下启动按钮SB1时，使系统处于运行状态，同时执行复位过程操作；复位操作完成后，即可执行自动混料操作；按下停止按钮SB2，等待本次混合液体操作处理完毕后，停止混料操作，且停止系统运行。复位过程操作为：液体A、B阀门关闭，混合液体卸料阀门打开，使液面下降至低液位传感器处，当传感器检测到信号达2秒，即表示将混合液体装置的液体放空，此时需将混合液体卸料阀门关闭，复位过程完成。关键词：液体混合 PLC VB与PLC通信AbstractThe graduation project is mainly to achieve a more convenient visualization of the liquid mixture of liquid materials such as automatic control devices. Through a simple PC-developed software, the monitoring object for debugging, running and other operations, allowing operators to stay away from the scene, to improve security and reliability. PC client software developed using VB as a host computer for control of the device, communications with the PLC through the serial port to upload and download data to complete the remote control. PLC internal implementation of the default program, you can also change the VB source code to adjust the space program. Respectively, in debug mode to the various parts of the device start and stop debugging. In the mixed liquid devices, need to complete the two liquids feed, mixing, discharging the functions, the main control requirements are as follows: press the start button SB1 file when the system is running, while the implementation of the reset process operation; reset Upon completion, you can perform automatic mixing operation; press the stop button SB2, waiting for treatment of this liquid mixture after the operation, stop the mixing operation, and stop the system operation. Reset operation: liquid A, B valve is closed, mixed liquid discharge valve is open, down to the page at the low level sensor, when the sensor detects the signal for 2 seconds, it means that the mixed liquid of liquid prevention and control device , Then the mixed liquid discharge valve to be closed, the reset process is complete.Keys ：Liquid mixing PLC VBandPLCcommunication目录摘 要1第一章 绪论5第一节 技术背景和设计依据5一PLC的功能：6三PLC的联网与通信：7四PLC的发展：7五PLC在工程应用中应注意的一些实际问题7第三节 设计任务及要求9第二章 硬件设计11第一节 主电路设计12一.S7-200系列PLC12二液位传感器的选择14三搅拌电机的选择15四电磁阀的选择16五接触器的选择17六分析原理：18第三章 软件设计26第一章 PLC应用程序的基本设计方法26一.经验设计法26二.应用程序的逻辑设计方法26三.逻辑代数与电气控制线路27四.用逻辑设计法设计PLC应用程序的步骤27五.利用状态流程图设计应用程序27六利用状态流程图进行PLC程序设计27七利用移位寄存器设计应用程序28八.PLC控制系统设计的一般步骤28九.控制系统设计的基本内容28十.程序设计的步骤30十一.输入输出设备的I/O分配31十二. 梯形图31第二节 VB软件的简介33一.Visual Basic 6.034二.VB的特点34三.VB的串口通信35第三节 关于MSCOMM36第四节vb与plc通讯38一.S7-200 PLC之PPI协议38二.SIEMENS39三.PPI协议39四.通行原理与方法42五. 通信程序的设计44六.VB程序图：47七.VB内部具体程序：47第四章 外文资料及翻译54第五章 总结74致谢75参考文献76第一章 绪论第一节 技术背景和设计依据 多种液体自动混合系统由于采用了一系列可靠的设计方案，保证系统具有很高的可靠性与实用性。目前在我国此套系统尚处于发展阶段，在设计中有许多不足之处，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，有着良好的使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的最大的优点所在，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、继电器等常用而且性价比较高的期间为基件的多种液体自动混合系统，已经获得了过去超过了理论上得出的可靠性。因此，多种液体自动混合系统的设计师一项很复杂的工程，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到性。相信这套系统在不不久的将来会有很良好的发展前景，被我们更加合理的应用于我们的生产工作之中，为我们带来经济效益。第二节 PLC的简介可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC或PC，在现代工业控制中占有重要地位。PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务 。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。 目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。但是，仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。 PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。一PLC的功能：1、数据采集与输出。 2、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。 3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。4、输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 5、通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。二PLC的主要特点：1、可靠性高。PLC的MTBF一般在4000050000h以上，有的在1020万h，且均有完善的自诊断功能。2、结构形式多样，模块化组合灵活。有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。最少的PLC只有6点，而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。3、功能强大。4、编程方便。控制具有极大灵活性。5、适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。6、安装、维修简单7、与DCS相比，价格低。8、当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。 三PLC的联网与通信：PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成集中管理、分散控制的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。 目前各厂商都主推各自的总线标准，如西门子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其构成的集中管理、分散控制分布式控制方式是十分类似的。如ROCKWELL（A-B）推出了全方位自动化的理念，推荐三层网络结构，即1）设备层（DeviceNet为代表）；2）控制层（ControlNet为代表）；3）管理层（EtheNet）。四PLC的发展：1、与DCS的差别。 集散系统DCS从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能，满足快速大量数据处理要求。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。 PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。PLC在自身发展同时，也在吸收DCS系统的优点。PLC在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下拓展功能，开放总线。 2、市场占有率 1987年世界PLC的销售额为25亿美元，此后每年以20%左右的速度递增。进入90年代以来，世界PLC的年平均销售额在55亿美元以上，其中我国约占1%。当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。五PLC在工程应用中应注意的一些实际问题1.PLC的安装选择PLC时，如果选择S7-200PLC，则需要使用匹配的扁平电缆将各个扩展模块与CPU连接起来，然后利用模块上的安装空降模块固定在控制柜背板上，也可以利用模块上的DIN卡子把模块固定在一个标准的DIN轨道上。安装时，需要注意以下两个问题。（1） 尽可能将S7-200模块与生产高频噪声的设备分隔开，以防止高频噪声对模块的干扰。（2） 尽可能将S7-200模块与产生高热量的设备分开安装，且模块的周围应留有一定的空间，以便于S7-200模块以自然对流的方式正常散热。 2.电源的使用 PLC一般使用市电（220V，50Hz），存在电网冲击、频率波动等干扰，可能对PLC控制系统带来毁灭性的破坏。因此，为了提高系统的可靠性和抗干扰能力，一般采用隔离变压器，以隔离供电电源的各种干扰信号，从而提高控制系统的抗干扰性能。 另外，在一些实时控制系统中，系统的突然断电会造成严重的后果，此时可以对供电电源使用UPS不间断电源。这样，当市电突然断电后，自动切换到UPS电源供电，并且按照工艺要求进行一定的处理，使整个控制系统及生产设别均处于安全状态。一般的，PLC的CPU内部还提供了一个24V的直流传感器电源，24V直流传感器电源可作为CPU本机和数字量输入扩展模块和模拟量扩展模块的供电电源使用，如果不能满足要求，则必须增加外部的24V直流电源，但外部电源不能与CPU内部的传感器电源并联使用，以防止两个电源点位的不平衡造成对电源的破坏，但为了加强抗干扰能力，这两个电源的公共端应连接在一起。有的PLC的CPU内部还提供了5V直流电源，如S7-200的CPU，它提供的5V直流电源供扩展模块使用，如果扩展模块对5V直流电源的需求超出CPU模块的5V直流电源的容量，则必须减少扩展模块的数量。3.系统的接地在PLC控制系统中，接地是抑制干扰使系统可靠工作的主要方法，在设计与实施中，如果把接地与评比正确结合起来，可以解决大部分的干扰问题。接地有两个目的，一时消除各电流流经公共地线阻抗时产生的噪声电压；二是避免磁场与电位差的影响。正确的接地是一个重要而复杂的问题。理想的情况是一个系统的所有接地点与大地之间的阻抗为零，但这是很难做到的。在一般的接地过程中要求如下：1.接地电阻应小于4；2，具有足够的机械强度；3，具有耐腐蚀及防腐处理；4，PLC控制系统单独接地。在PLC控制系统中常见的地线有：1，数字地，也叫逻辑地，是各种开关量信号的零电位；2，模拟地，是各种模拟信号的零电位；3，信号地，通常为传感的地；4，交流地，交流供电电源的地线，这种地线是产生噪声的地；5，直流地，直流供电电源的地；6，屏蔽地，为防止静电感应和磁场感应而设置的地。不同的地线，处理方法也不同。PLC控制系统一般采用一点接地，而且交流地与信号地分开，对于模拟信号采用浮地技术。4.电缆设计与铺设一般来说，工业现场的环境都比较恶劣。例如现场的各种动力线会通过电磁耦合产生干扰；电焊机、火焰切割机和电动机会产生高频火花电流产生干扰；告诉电子开关的接通和关断将产生高次谐波，从而形成高频干扰；大功率机械设备的启停、负载的变化将引起电网电压的波动，产生低频干扰，这些以干扰都会通过与现场设别两联的电缆引入可编程控制器组成的系统中，影响系统的安全可靠工作，所以合理的设计、选择和铺设电缆在可编程控制器系统中十分重要。对PLC组成的系统而言，电缆包括供电系统的动力电缆及各种开关量，模拟量，高速脉冲、远程通信等信号电缆。一般情况下，对系统供电系统的动力电缆、距离比较近的开关量信号使用的电缆五特殊要求；对模拟量信号、高速脉冲信号一级开关量比较远时，为防止干扰信号，保证系统的控制精度，通常选用双层屏蔽电缆；对通信用的电缆一般采用厂家提供的专用电缆，也可采用带屏蔽的双绞线电缆。传输线之间的相互干扰使数字控制系统中较难解决的问题。这些干扰主要来自传输导线间分布电容、电感引起的电磁耦合。防止这种干扰的有效方法，使信号线原理动力线或电网；将动力线、控制线和信号线严格分开，分别布线。无论是在PLC控制柜中的界限，还是在控制柜与现场设别之间的界限，都必须注意防止动力线、控制线和信号线之间的干扰。第三节 设计任务及要求1、熟悉题目要求，查阅相关科技文献2、方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容）3、硬件和软件设计（其中包括理论分析、设计计算、试验及数据处理、设别及元件选择等）4、撰写设计说明书，绘制图纸5、指定内容的外文资料翻译6、毕业设计的主要内容 （1） 设计液体混合装置的硬件系统，画出系统硬件原理图 （2） 设计液体混合装置的软件系统，编制控制系统程序7、设计实现的主要功能 （1） 采用VB6.0编程语言来编写上位机程序 （2） 用S7-200可编程控制器作为其硬件设备液体混合装置控制模拟图中YV1、YV2、YV3、YKM分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3起、停按钮SB1、SB2分别接主机的输入点I0.0、I0.1;液面传感器SL1、SL2、SL3分别接主机的输入点I0.2、I0.3、I0.4。液面传感器利用扭子开关来模拟，启动、停止用动合按钮来实现，液体A阀门、液体B阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅动电机的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。由实验面板可知：本装置为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动电机，控制要求如下：初始状态：装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。启动操作：按下启动按钮SB1,装置就开始按下列约定的规律操作：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。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅动电机开始搅动。搅动电机工作6秒后停止搅动，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由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。停止操作：按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。启动操作：按下按钮SB1,I0.0的动合触点闭合，M10.0产生启动脉冲，M10.0的动合触点闭合，使Q0.0保持接通，液体A电磁阀YV1打开，液体A流入容器。当液面上升到SL3时，虽然I0.4动合触点接通，但没有引起输出动作。当液面上升到SL2位置时，SL2接通，I0.3的动合触点接通，M10.3产生脉冲，M10.3的动合触点接通一个扫描周期，复位指令R 使Q0.0线圈断开，YV1电磁阀关闭，液体A停止流入；与此同时，M10.3的动合触点接通一个扫描周期，保持操作指令S使Q0.1线圈接通，液体B电磁阀YV2打开，液体B流入。当液面上升到SL1时，SL1接通，M10.2动合触点闭合，Q0.3线圈接通，搅匀电机工作，开始搅动。搅动电机工作时，Q0.3的动合触点，启动定时器T37,过了6秒，T37动合触点闭合，Q0.3线圈断开，电机停止搅动。当搅匀电机由接通变为断开时，使M11.2产生一个扫描周期的脉冲，M11.2的动合触点闭合，Q0.2线圈接通，混合液电磁阀YV3打开，开始放混合液。液面下降到SL3,液面传感器SL3由接通变为断开，使M11.0动合触点接通一个扫描周期，M20.1线圈接通，T1开始工作，2秒后混合液流完，T1动合触点闭合，Q0.2线圈断开，电磁阀YV3关闭。同时T1的动合触点闭合，Q0.0线圈接通，YV1打开，液体A流入，开始下一循环。停止操作：按下停止按钮SB2,I0.1的动合触点接通，M10.1产生停止脉冲，使M20.0线圈复位断开，M20.0动合触点断开，在当前的混合操作处理完毕后，使Q0.0不能再接通，即停止操作。第二章 硬件设计第一节 主电路设计一.S7-200系列PLCS7-200系列PLC是西门子自动化与驱动集团开发、生产的小型模块化PLC系统，不仅能够实现传统的继电逻辑控制、计数和计时控制，还能实现复杂的数学运算、处理模拟量信号，并可支持多种协议和形式与其他智能设备进行数据通信。S7-200系列PLC的硬件系统的配置方式采用整体式加积木式结构，分为基本单元和扩展单元，即主机中包含一定数量的的I/O输入输出点，同时还可以扩展各种功能模块。出了基本单元和扩展单元外，控制一同还包括编程器、存储卡、写入器、文本显示器及编程工具等。基本单元称为CPU模块、主机或本机。它包含CPU、基本输入输出点和电源等，是PLC的主要部分，可以作为一个完整的控制器使用。S7-200CPU模块的早期型号为CPU21X系列，新一代产品为CPU22X系列。每个系列具有多种昂CPU型号，例如CPU22X系列CPU有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM，称为基本单元，根据本设计的点数需求，我们选择CPU224作为主单元。当主机上所集成的I/O点数不够时，可以通过连接扩展单元来增加I/O点数。这里写扩展单元有数字量I/O扩展模块、模拟量I/O扩展模块，另外还有连接专门传感器的工作单元或专用的功能模块，入热电偶功能模块、定位控制模块及主用的通信模块等。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Y90S-6/0.75KW1个电磁阀（入液罐）VF4-252个电磁阀（出液罐）AVF-401个接触器CJX2-9/200V3个二液位传感器的选择选用LSF-2.5型液位传感器LSF-2.5型号说明：L：表示光电的S：表示传感器F：表示防腐蚀的2.5：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。其原理是一句光的反射和折射原理，当没有液体时，光被前段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。应用此原理可制成点点或多点液位开关。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：工作压力可达2.5Mpa工作温度上限为125触电寿命为100万次触电容量为70W开关电压为24V DC切换电流为0.5A三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他的功率、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锁要功率的1/Y。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，机序范围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.Y90S-6/0.75KW四电磁阀的选择入口液体选用VF4-25型电磁阀VF4-25型号说明：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 100 K 100 K最大输入电压30 VDC30 VDC分辨率11位加1个符号位11位加1个符号位最小有效值4.88mV4.88mV隔离无无精度最差情况(0至55C) 2.5%满量程 2.5%满量程典型值(25C) 1.0%满量程 1.0%满量程重复性 0.05%满量程 0.05%满量程模拟到数字的转换时间125ms125ms转换类型Sigma DeltaSigma Delta阶跃响应最大250 ms最大250 ms噪声抑制- 20 Db(50Hz典型值)- 20 Db(50Hz典型值)模拟量输出特性本机集成输出点数1 输出1 输出信号范围电压输出0 至10 V0 至10 V电流输出0 至20mA0 至20mA数据字格式，满量程电压0 至+ 327670 至+ 32767电流0 至+ 320000 至+ 32000分辨率，满量程12位12位最小有效值电压2.44mV2.44mV电流4.88mA4.88mA隔离无无精度最差情况(0至55C)电压输出 2%满量程 2%满量程电流输出 3%满量程 3%满量程典型(25C)电压输出 1%满量程 1%满量程电流输出 1%满量程 1%满量程稳定时间电压输出 50 s 50 s电流输出 100 s 100 s最大驱动电压输出 5000 5000电流输出 500 500第三章 软件设计第一章 PLC应用程序的基本设计方法一.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。二.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。 三.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，幽路的接通或断开，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“O”、“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，甚至不用梯形网程序来进行过渡。 四.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。五.利用状态流程图设计应用程序 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，是分析相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。机械的白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。 六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。七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。八.PLC控制系统设计的一般步骤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，应深入现场进行调商研究，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。九.控制系统设计的基本内容 PLC控制系统是由PLC与用户输八、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、I/O模块的选择、电源模块的选择等。 (3)分配I/O点，绘制I/O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，因此在电气原理圈中应增加PLC的I/O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 下图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、