机电系毕设正文参考模板1293Word格式.docx
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1.1水泥搅拌车概述2
1.1.1水泥搅拌车简介2
1.1.2水泥搅拌车清洗系统现状2
1.2水泥搅拌车清洗系统的任务和特点3
1.3PLC技术的控制优点4
1.3.1PLC概述4
1.3.2PLC发展历程4
1.3.3PLC控制优点4
1.4论文的主要内容5
第2章水泥搅拌车清洗系统总体设计7
2.1水泥搅拌车清洗系统的基本结构7
2.2系统控制要求7
2.3清洗系统的工艺流程8
第3章清洗系统的硬件设计39
3.1系统硬件结构39
3.2系统硬件组态10
3.2.1组态主站10
3.2.2组态从站12
3.3I/O点分配及符号表14
3.3.1I/O分配14
3.3.2符号表14
3.4系统的外部接线15
第4章清洗系统的软件设计17
4.1系统软件设计17
4.1.1STEP7简介18
4.1.2系统程序的控制流程18
4.2系统的主程序19
4.2.1系统程序符号表20
4.2.2主程序设计及描述20
4.3系统上位机的设计38
4.3.1基本控件38
4.3.2变量表38
4.3.3显示界面38
第5章系统仿真及调试41
5.1PLC程序的仿真及调试41
5.2触摸屏程序调试44
结论47
致谢语48
参考文献49
附录50
引言
如今，企业现代化管理水平不断提高，环保意识日益增强，其控制和管理水平的要求越来越高。
现在企业的水泥搅拌车清洗需要有完善系统性的操作，这就需要水泥搅拌车清洗系统的应用。
可编程控制器（PLC）是在综合了计算机技术，自动化控制技术和通信技术的一种通用型的工业自动控制装置。
它具有功能强、操作可靠、使用方便以及适合于工业环境等系列优点。
因此，应用PLC对水泥搅拌车进行清洗控制，可实现较好的控制功能和效果。
从我个人来说，此次毕业设计是一次好的学习和锻炼机会；
可以完成本课题的毕业设计及提交合格论文。
本课题利用PLC技术的控制手段上是很成熟的，本人在可编程控制方面也进行了学习和进行毕业前的系统培训，具备了一定的应用基础。
为了能够更好完成本课题的设计任务，我还到水泥混泥土企业进行调研和参观，熟悉了控制系统的工艺流程，总体设计思路:
首先，水泥搅拌车进水泥搅拌站，清洗台站检测水泥搅拌车，接着清洗台发指令给清洗装置，清洗装置对搅拌车进行清洗，其中清洗中出现的污水进行回收处理，输送到水泥搅拌站，水泥搅拌站再进行回收利用，这样做到循环利用符合环境保护和经济最大化要求。
因此，总体看，本课题的立项到研制是可行的。
第1章概论
1.1水泥搅拌车概述
节标题后空一行，小四号宋体（若二级标题和三级标题间有文字，则其字体为小四号宋体）
1.1.1水泥搅拌车简介
水泥搅拌车是用来运送建筑水泥的专用卡车。
这类卡车上都装置圆筒型的搅拌筒以运载混合后的水泥。
在运输过程中会始终保持搅拌筒转动，以保证所运载的水泥不会凝固。
运送完水泥后，通常都会用水冲洗搅拌筒内部，防止硬化的水泥占用空间，使搅拌筒的容积越来越少。
搅拌车主要由汽车底盘、搅拌筒、传动系统、供水装置等部分组成。
具体分为：
二类底盘、传动系、液压系统、机架、搅拌罐、进出料装置、供水系统、操作系、人梯等部分。
搅拌罐前端与减速机联接安装在机架前台上，后端通过滚道由安装在机架后台的两个托轮支撑。
水泥搅拌车主要专用配件包括取力器、搅拌筒前后支架、减速机、液压系统、搅拌筒、操纵机构、清洗系统等。
工作过程是通过取力器将汽车底盘的动力取出，并驱动液压系统的液压泵，把机械能转化为液压能传给液压马达，由马达再驱动减速机，由减速机驱动搅拌系统对混凝土进行搅拌。
将上述结构进行归类，水泥搅拌车可分成取力装置、液压机构、减速机构、操纵机构、搅拌装置、清洗装置、散热装置等部分。
1.取力装置
国内混凝土搅拌运输车采用底盘发动机取力方式。
取力装置的作用是通过全功率驱动器将发动机动力取出，经液压系统驱动搅拌筒，搅拌筒在进料和运输过程中正向旋转，以利于进料和对混凝土进行搅拌，在出料时反向旋转，在工作终结后切断与发动机的动力联接。
2.液压机构
液压结构的主要功能是将取力器动力，转化为液压能（排量和压力），再经马达输出为机械能（转速和扭矩），为搅拌筒转动提供动力。
3.减速机构
减速机构是将液压马达输出的转速减速后，传给搅拌筒，以按照适合的速度进行搅拌。
水泥搅拌车的搅拌容积不同，配置的底盘、配件以及布局也不尽相同，但工作原理大同小异[1]。
1.1.2水泥搅拌车清洗系统现状
由于中国经济的飞速发展，建筑行业的欣欣向荣带动了水泥搅拌车在建筑行业使用的猛增。
水泥搅拌车因自身结构以及运输介质的特点，普遍存在清洗难的问题，目前搅拌车清洗系统设计的不足使得使用过程中带来很多不便。
传统清洗作业主要有日常维护清洗和工作后的及时清洗，日常维护清洗包括对主机、搅拌罐体、车架及附件的清洗，该项工作频率较低。
工作后的及时清洗包括装载后对进料斗的清洗和卸料完成后对罐体外露叶片的冲洗，该项工作必须在作业完成后立刻进行。
为此操作者必须进行如下操作：
打开气路系统，给水箱充压，待压力达到要求后（或开启离心水泵，产生压力水），操作者爬上扶梯进行清洗工作；
清洗工作完成后，关闭供气系统（保证主机气压需求），排除水箱压力（保持水箱常压）。
又因传统的清洗供水系统的控制部件一般均采用普通球阀控制，故清洗工作较为繁琐，劳动强度大，且存在安全隐患。
随着搅拌车使用频率的增加，这种清洗方式已不能满足用户要求。
因此，改进清洗系统的现状，提高效率、减小劳动强度，提高人员的安全性等方面，成了企业亟需的关键性技术。
故而本论文对此系统设计的价值性可想而知，对企业的发展和整体行业以及环境等方面的改善都是显而易见的。
节与节之间空一行，小四号宋体；
1.2水泥搅拌车清洗系统的任务和特点
节标题后空一行，小四号宋体
水泥搅拌车清洗系统的任务是对进清洗站清洗的水泥搅拌车进清洗站并对清洗后的污水进行集中的综合处理，运用PLC、HMI、变频器等技术，使系统达到自动化控制，操作友好，节能省电等功能。
1.清洗系统的任务
清洗系统的任务流程如图1-1所示。
图中，搅拌车清洗的废水从污水出口出来→进入粗格栅（格栅口做成一个倾斜口，把渣滓排除）过滤，把石子和粗沙排入卸料池→接着进入细格栅及沉淀池→进入污水处理池，其有搅拌（变频器控制电机），防止水泥渣沉积凝结→污水处理池有检测装置检测污水存储池的水泥含固量。
当污水含固量大于4%时，由PLC控制清水阀管道向污水处理池注水进行稀释；
若小于4%直接抽污阀开启抽取到搅拌站→处理过的水即可用水泵抽水到清洗台进行二次使用。
图1-1清洗系统的任务流程
2.清洗系统的主要特点
（1）全程自动化，提高效率。
该系统应用PLC技术，使其从搅拌车进站到搅拌车出站全程自动化运作。
（2）安全性和可靠性好。
搅拌车现场环境复杂，且水泥具有高污染性，因此，本系统采用多重安全措施，确保操作的安全性和可靠性。
（3）具有节能和环保特性。
本系统采用变频技术，使电机按需要进行自动调节，减少不必要的能耗和水泥的污染。
（4）具有友好操作界面，采用触摸屏技术，使操作方便简单。
1.3PLC技术的控制优点
1.3.1PLC概述
PLC即可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要由电源、中央处理单元、存储器、输入输出接口电路、功能模块和通信模块组成[2]。
1.3.2PLC发展历程
PLC从20世纪70年代初到如今经历了一个快速而辉煌的发展历程。
20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
而从20世纪80年代至20世纪末期，PLC已在很多国家获得广泛应用，并更加适应于现代工业的需要[3]。
1.3.3PLC控制优点
利用PLC技术，可实现全程自动化、安全可靠等功能，符合水泥搅拌车清洗系统所需的控制要求。
主要优点体现在以下几个方面：
1.可靠性高、扛干扰能力强
在传统的继电器控制中，使用了大量的中间继电器、时间继电器等，由于器件的老化、脱焊、触点抖动、接触不良等现象，大大降低了系统的可靠性，由于PLC控制系统中，大量的开关动作是由无触点的半导体电路完成的，因触电接触不良等原因造成的故障大为减少。
对于大型PLC系统，还可以采用由双CPU构成冗余系统或由三CPU构成表决系统，使系统的可靠性更进一步提高[4]。
2.丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，都能选择带相应的I/O模块与之匹配。
对于工业现场的器件或设备，都能选择相应的I/O口模块与之相连接。
另外为了提高PLC的操作性能，它还有多种人机对话的接口模块[5]。
3.采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构[6]。
4.编程简单易学，系统的设计、调试周期短
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握[7]。
5.安装简单，维修方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。
其故障率很低，并且有完善的自诊和显示功能[8]。
1.4论文的主要内容
论文主要针对水泥搅拌车清洗系统进行研究和设计，根据实际要求，完成整个控制系统的总体方案，并对硬件系统和软件系统进行详细的设计，实现最终的自动化控制系统。
第1章介绍课题的研究背景，并对PLC的发展现状以及水泥搅拌车清洗系统任务和特点进行详细介绍，熟悉PLC控制优点，了解水泥搅拌车清洗系统。
第2章介绍水泥搅拌车清洗系统的工艺，简单介绍水泥搅拌车清洗系统的基本原理，对水泥搅拌车清洗系统的总体构造进行详细的介绍，充分了解水泥搅拌车清洗系统工艺。
第3章完成系统的硬件设计方案，介绍系统需要满足的技术要求，完成基本的硬件技术，硬件系统的设计包括系统硬件总体结构及硬件组成、系统的硬件组态、系统接线等硬件设计给出详细的技术方案。
第4章完成系统的软件设计，介绍系统采用的主要软件，完成系统的主体程序，并对程序功能以及上位机进行详细介绍。
第5章对系统的仿真和调试详细介绍。
第3章清洗系统的硬件设计
3.1系统硬件结构
系统的硬件结构如图3-1所示。
图中，主要由监控单元、控制单元和现场设备三部分组成。
其中，监控单元，使用西门子的SIMATICPANEL触摸屏实现。
控制单元，使用S7-300和MM440实现对电机和水泵及阀门的控制。
现场设备，由三相异步交流电动机，水泵，阀门等设备。
图3-1系统的硬件结构
3.3I/O点分配及符号表
3.3.1I/O分配
经过上述计算，I/O用到点数为5点，其中数字量输入2点，数字量输出3点。
具体I/O分配，如表3-1所示。
表3-1I/O分配表
序号
内容
地址
类型
备注
1
压杆装置启动
I1.0
DI
按钮
2
停止控制
I1.1
3
水泵1注水
Q1.1
D0
续上表
4
5
6
3.3.2符号表
系统程序应用到的符号表，如表3-2所示。
表3-2符号表
步骤
操作内容
结果分析
Step8
按下点动/自动按钮
电机按点动/自动速度运行；
Step9
松开点动/自动按钮
电机停止运行；
Step10
断开断路器
断路器断开，变频器失电；
…………
运用以下速度公式：
（3－1）
式（3-1）中，
表示速度（m/s），s表示距离（m），t表示时间（s）。
结论
本文主要完成水泥搅拌车清洗系统的设计，实现水泥搅拌车的清洗工作并对清洗后的水进行回收处理，为整个企业生产运行提供了高效、安全的保证，对清洗后的水进行回收利用，避免资源浪费，减少了对环境的污染。
采用西门子公司功能强大的PLC及相关配套的硬件和软件完成了整个控制系统，对整个项目的硬件系统和软件系统进行了全部的设计工作，并实现了最终的系统监控，主要工作总结如下：
1.完成整个项目总体方案的设计的同时突出其优点。
设计工作完成了基本的硬件设计方案，包括PLC的选择、系统电源的选择等硬件技术方案，采用西门子公司的PLC、分布式I/O以及其他相关硬件产品，保证整个硬件系统的稳定运行。
完成基本的软件设计方案，确定采用西门子公司的PCS7软件，PLC编程采用PCS7软件中的STEP7组态工具，上位机监控画面采用PCS7软件中SIMATICWinccflexible组态工具。
实现可编程控制，触摸屏的应用使得此系统在操作的过程中实现方便快捷的功能。
2.在保证系统的稳定运行中实现创新。
系统硬件，技术参数以及硬件的选型中，无时无刻不考虑系统的创新。
其中不乏体现在如今热门的工业网络的选型，采用工业网络最热门的PROFIBUS-DP通讯，使得通讯稳定迅速。
在考虑系统对人员保护和操作友好性方面，环境的保护，以及减少电机的使用减少能耗方面，回收水电处理方面借鉴了污水处理厂的处理经验，如用细格栅及沉淀池过滤掉与污水处理池做成一个高度差达到进一步过滤的效果以及采用西门子PCS7软件实现了系统功能的最大化、采用变频技术减少电机的能耗这些创新上下了很大的功夫。
3.当然工作中遇到了不少问题，以及一些重要突出的问题。
设计中考虑到需要运用到变频技术，所以S7-300与MM440间DP通讯成了一个突出的问题。
因此在上海西门子工业自动化的实习中，请教了很多工程师这方面的问题，并且通过工程师查阅了很多这方面的知识与资料，结合实际工程中遇到的问题，结合本课题的设计不断完善和提高。
PROFIBUS-DP通讯已经成为当前工业现场总线的常客，MM440更是西门子变频器当中经常使用到的器件，所以在今后的系统升级改造中，对现场总线的升级以及系统软件的升级，这些都是必要考虑到因素。
4.对以后的展望和改进方向。
随着工业自动化进程、工作人员的安全性、环保要求的提高，水泥搅拌车系统需要完成的工作非常多，不仅要对外设情况在不同环境下进行监控，还有减少不要的能耗，减少设备的资金投入以及减小场地的占用。
所以在这些方面的改进和升级中，系统还有不断完善和加强对空间。
结论内容小四号宋体，每段首行缩进2字符，结论需要阐述的是在整个毕业设计过程中做了什么内容，包括硬件、软件等，做一个总结，切勿写成体会和感谢语！
致谢语
首先要衷心感谢我的导师林老师。
他渊博的知识、独特的见解、豁达的人生观、严谨的学术态度、忘我的工作作风都深深的影响着我。
他培养了我独立思考、独立学习和独立工作的能力。
感谢他在四年多的时间里对我学术上的指导，感谢他在四年多的时间里对我生活上的关怀。
感谢林老师在毕业设计的指导上无时无刻提供着帮助，如阳光般沐浴我，在我遇到的困难时有勇气不断去解决。
在此，我向林老师表达无限的感激和诚挚的谢意。
在多年的学习生活中，还得到了许多领导和老师的热情关心和帮助，如李XX教授等。
在日常学习和生活中，我的师兄弟王XX等给予了我很大帮助。
在此，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！
致谢语内容小四号宋体，每段首行缩进2字符
参考文献
空两行，五号宋体
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（2）:
53-56.
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[4]潘勇,高俊雄,王耘波.PLC的应用与发展[J].计算机与数字工程,2007,35
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机械工业出版社,2009.
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人民邮电出版社,2010.
[1
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