基于PLC多种液体混合控制系统 - 图文

洛阳理工学院毕业设计（论文） 基于PLC的多种液体混合控制系统设计

摘 要

在上世纪60年代末PLC的出现，便以其独特的优点得到迅速地发展和普及，并在冶金、机械、纺织、轻工、化工等众多行业中取代了传统的继电器控制。掌握可编程序控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和相关工科学生的基本要求。将PLC用于多种液体混合控制系统，对于学习和在工业上的应用，尤其是在化工工业上的应用显得非常的重要。

设计以三种液体混合控制系统为例，根据设计要求对其硬件系统组成、软件系统设计和整个系统的整合调试等有关设计及制作过程做简单的介绍和说明，以阐述PLC在多种液体混合控制系统中应用。同时，设计采用西门子（SIEMENS）公司的S7-200系列机型进行了控制系统的PLC程序设计，并且利用组态王软件对系统自动运行、运行画面同步显示成功地进行了画面组态。

关键词：多种液体，混合装置，自动控制，组态

I

洛阳理工学院毕业设计（论文） PLC-BASED A VARIETY OF LIQUID MIXED

CONTROL SYSTEM DESIGN

ABSTRACT

In the 60's at the end of the last century the emergence of PLC, the advantages of its unique rapid development and popularization of, and in metallurgy, machinery, textile, light industry, chemical industry and many other industries to replace the traditional Electrical relay control. PLC master the working principle, with the design, commissioning and maintenance of PLC control systems, has become a modern industrial electrical technicians and engineering students the basic requirements. Will be used PLC on a variety of liquid mixed control system, for the study and application in industry, especially in the chemical industry it is very important applications.

The design take three kind of liquids mixed control system as an example, design requirements in accordance with its hardware systems, software system design and debug the entire system, such as the integration of the design and production process of doing a brief introduction and description. To exposit that PLC applies in a variety of liquid mixed control system. At the same time, the design of the use of Siemens S7-200 series models for the PLC control system programming, and use the software on the system Kingview run automatically, run the screen simultaneously show the successful conduct of the configuration screen.

KEY WORDS: A variety of liquid, Mixed devices, Automatic control, Configuration

II

洛阳理工学院毕业设计（论文） 目 录

摘 要 ·········································································································· I ABSTRACT ······························································································ II 第一章 概 述 ···························································································· 1

1.1 课题内容 ······················································································ 1

1.1.1 选题的目的 ········································································ 1 1.1.2 课题设计的意义 ································································· 1 1.1.3 课题设计方案 ····································································· 1 1.2 PLC的简介 ·················································································· 1

1.2.1 PLC的特点 ········································································ 2 1.2.2 西门子S7-200 PLC ··························································· 2

第二章 系统硬件设计 ·············································································· 3

2.1 系统控制要求 ·············································································· 3 2.2 硬件设计 ······················································································ 4

2.2.1 PLC机型的选择 ································································ 4 2.2.2 混合装置的基本组成 ························································· 5 2.2.3 液体混合装置运行流程分析 ············································· 5 2.2.4 液体混合装置电气原理图 ················································· 6 2.2.5 PLC I/O点分配及外部硬件接线图 ··································· 7

第三章 系统软件程序设计 ······································································ 9

3.1 PLC的编程要求和编程方法 ······················································· 9

3.1.1 编程要求 ············································································ 9 3.1.2 编程方法 ·········································································· 10 3.2 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍 ········································· 10

3.2.1 STEP7-Micro/WIN32编程软件 ······································· 10 3.2.2 STEP7-Micro/WIN32编程软件的主要功能 ··················· 11 3.3 液体混合系统运行流程图 ························································· 13 3.4 PLC程序设计 ············································································ 15

3.4.1 内部继电器说明 ······························································· 15 3.4.2 梯形图 ·············································································· 15

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 3.4.3 指令表 ·············································································· 18

第四章 组态软件的应用 ········································································ 21

4.1 组态软件的介绍 ········································································ 21

4.1.1 组态软件的发展 ······························································· 21 4.1.2 组态软件的功能特点发展方向 ······································· 22 4.2 组态王软件 ················································································ 25

4.2.1 组态王6.53软件简介 ······················································ 25 4.2.2 组态王6.53在设计中的应用 ·········································· 28

第五章 系统调试 ···················································································· 34

5.1 连接设置 ···················································································· 34 5.2 运行调试 ···················································································· 35 总 结 ······································································································· 39 辞 谢 ······································································································· 40 参考文献 ································································································· 41 外文资料译文 ·························································································· 42

IV

洛阳理工学院毕业设计（论文） 第一章 概 述

1.1 课题内容

1.1.1 选题的目的

借助实验室设备熟悉工业生产中PLC的应用，进一步了解所学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，尤其见于化学化工业中，便于学有所用。

1.1.2 课题设计的意义

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，如机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、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用于多种液体混合物装置的控制，对学习与实用是很好的结合。

1.1.3 课题设计方案

采用S7-200系列机型进行程序设计，利用组态王软件对自动装料运行进行画面组态。

1.2 PLC的简介

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。随着个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 1.2.1 PLC的特点

可编程控制器之所以能够得到迅速发展和广泛运用，主要是由于它具有以下特点：

1. 可靠性高，抗干扰能力强。用软件实现大量的开关逻辑运算，克服了因继电器触点接触不良造成的故障；输入采用采用直流低电压，更加可靠、安全；面向工业环境设计，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适应于各种恶劣的工业环境，远远超过了传统的继电器控制系统和一般的计算机控制系统。

2. 编程简单，易于掌握。PLC采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似，具有直观、简单、容易掌握等优点。

3. 功能完善，灵活方便。随着PLC技术的不断发展，其功能更加完善，不仅具有开关量逻辑控制功能和步进、计算功能，而且还有模拟量处理、温度控制、位置控制、网络通信等功能。既可单机使用、也可联网运行，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。而且在运行过程中，可随时修改控制逻辑，增减系统功能。

4. 体积小、质量轻、功耗低。于采用了单片机等集成芯片，其体积小、质量轻、结构紧凑、功耗低。

1.2.2 西门子S7-200 PLC

西门子S7-200 PLC系列具有极高的性价比，较强的功能使其无论在独立运行中，还是连成网络皆能完成各种控制任务。它的使用范围可以覆盖从代替继电器的简单控制到更复杂的自动控制。其应用领域包括各种机床、纺织机械、应刷机械、食品化工工业、环保、电梯、中央空调、实验室设备、传送带系统和压缩机控制等。S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X两代产品，其中CPU22X型PLC有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226 四种基本型号。

S7-200型PLC属于微型PLC，其结构紧凑，价格低廉，具有极高的性能/价格比，适用于小型控制系统。它采用超级电容保护内存数据，省去了锂电池，系统虽小却可以处理模拟量（12点模拟量输入/4点模拟量输出）。S7-200最多有4个中断控制的输入，输入响应时间小于0.2ms，每条二进制指令的处理时间仅为0.8μs，S7-200还有日期时间中断功能。

S7-200可以提供两个独立的4kHz的脉冲输出，通过驱动单元可以实现步进电机的位置控制。它有两个高速计数器，最高计数频率可高达20kHz。

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 第二章 系统硬件设计

2.1 系统控制要求

如图2-1所示为三种液体混合的装置结构示意图。SL1、SL2、SL3、SL4为液面传感器，液面淹没时接通，三种液体（液体A、液体B、液体C）的流入和混合液体D流出分别由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4控制，M为搅匀电动机。

液体A阀门液体B阀门液体C阀门液面传感器SL4液面传感器SL3液面传感器SL2液面传感器SL1M搅匀电动机混合液体D阀门

图2-1 三种液体混合的装置结构示意图

要求如下：

1. 初始状态：当装置投入运行时，容器内为放空状态。

2. 起动操作：按下启动按钮SB1，装置开始按规定工作，液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，关闭液体A阀门，打开B阀门。当液面到达SL3时，关闭液体B阀门，打开C阀门。当液面到达SL4时，关闭液体C阀门， 搅拌电动机开始转动。搅拌电动机工作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SL1时，SL1由接通变为断开，经过20s后，容器放空，混合液体阀门YV4关闭，接着开始下一个循环操作。

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 3. 停止操作：按下停止按钮后，要处理完当前循环周期剩余工作后，系统停止在初始状态。

2.2 硬件设计

2.2.1 PLC机型的选择

1. PLC控制系统设计的基本原则

任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象（生产设备或者生产过程）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，应遵循一下基本原则：

（1）PLC的选择除了应满足技术指标的要求之外，特别应住处的是还应重点考虑该公司产品的技术支持和售后服务的情况，一般应选择在国内，特别是在所设计系统本地有着较为方便的技术服务机构或者较有实力的代理机构的产品，同时应尽量选择主流机型。

（2）最大限度地满足被控制对象的控制要求。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。

（3）在满足实际控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用及维修方便，并降低系统的复杂性和开发成本。

（4）保证控制系统的安全、稳定、可靠。正确的进行程序调试，充分考虑环境条件，选择可靠性高的PLC，定期对PLC进行维护和检查。

（5）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应尽量留有裕量。当然，对于不同的用户，要求的侧重点会有所不同，设计的原则也应有所区别，如果以提高产品质量和安全为目标，则应将系统可靠性放在设计的重点，甚至考虑采用冗余控制系统；如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化。

2. PLC机型的确定

S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X两代产品，根据所学S7系列可编程控制器及现有实验设备，设计将选用CPU22X型PLC。

CPU22X系列PLC的特点：CPU22X主机的输入点位DC24V双向光藕输入电路，输出有继电器盒DC（MOS型）两种类型（CPU21X系列输入点位DC24V单

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 向光藕输入电路，输出有继电器和DC、AC三种类型）。并且，具有30kHz高速计数器，20kHz高速脉冲输出，RS-485通信/编程口，PPI、MPI通信协议和自由口通信能力。CPU222及以上CPU还具有PID控制和扩展能力，内部资源及指令系统更加丰富，功能更加强大。

CPU22X型PLC有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226 四种不同型号的CPU基本单元供用户选用。

CPU221集成6输入/4输出共10个数字量I/O点，无I/O扩展能力，6KB程序和数据存储空间。

CPU222集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，可连接2个扩展模块，最大扩展至78路数字量I/O或10路模拟I/O点，6KB程序和数据存储空间。

CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O或35路模拟I/O点，13KB程序和数据存储空间。

CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O或35路模拟I/O点，13KB程序和数据存储空间。

根据以上各型号CPU的比较以及现有的实验设备，设计将选用S7-200 CPU226型号PLC进行PLC控制系统设计。

2.2.2 混合装置的基本组成

1. 液体混合罐：为液体混合装置的主体，提供三种液体进行混合所需空间。 2. 输液管道：四条带有电磁阀的输液管道与混合罐连接，在不同时间内将需要混合的三种液体输入罐内以及输出混合后的液体。

3. 液面传感器：作为不同液体输入量进行控制的主要器件，根据需要对液面传感器做相应的调整可满足输入不同比例的液体进行混合。

4. 电动机：通过传动轴连接罐内搅拌叶片为搅匀混合液体提供动力。

2.2.3 液体混合装置运行流程分析

结合本章的2.1.4 控制要求对液体混合装置及其控制系统的运行流程做以下简要分析，以助于对系统的主电路设计及PLC程序设计。

在系统进入运行状态后，先输入的是液体A，即液体A阀门先打开，当容器内液面到达传感器SL1时SL1接通，但不引起系统内其它控制或被控装置的动作。当液面到达传感器SL2时，此时系统要完成的工作是关闭液体A阀门，同时打开

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 液体B阀门将液体B输入容器。类似，当液面到达传感器SL3时系统要控制关闭液体B阀门同时打开液体C阀门。当液面到达传感器SL4时则说明液体的输入工作完成，系统需要控制关闭液体C阀门，启动搅拌电动机，同时还要启动定时器以控制搅拌电动机的工作时间。电动机停止工作后需要打开混合液体D阀门将混合液体输出，容器内液面下降会依次使液面传感器SL4、SL3、SL2由接通变为断开，但不引起系统内其它控制或被控装置的动作。在液面降到传感器SL1时，SL1也由接通变为断开，此时SL1才引起系统的动作，即启动定时器，在定时时间内完成液体放空并关闭D阀门。在混合液体放空，D阀门关闭前，若系统未接到停止指令，则系统将进入下一个循环工作；若系统在混合液体放空，D阀门关闭前的任意时刻接到停止指令，则系统需要在完成当前循环剩余的工作后才停止在初始状态，不再自动进入下一循环。

2.2.4 液体混合装置电气原理图

1.电气原理图

根据三种液体混合装置的基本结构和控制要求，并结合PLC的控制画出三种液体混合控制系统的电气原理图。如图2-2 所示为三种液体混合控制系统电气原理图。

L1 L2 L3L2FUQSFRQFKM2KM1KM3KM4KM5FRNYV1YV2YV3YV4M3~

图2-2 三种液体混合控制系统电气原理图

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 2. 电气元件说明

（1）QS：低压隔离器，主要用于电气线路中隔离电源，也可作为不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路之用。

（2）QF：低压断路器，用于不频繁接通、分断线路正常工作电流，在电路中流过故障电流时（短路、过载）能自动将故障电路或用电设备从电网切除。低压断路器是用于交流电压1200V、直流电压1500V及以下电压范围的断路器，是低压配电系统中的主要配电电器元件。低压断路器主要用于保护交、直流低压电网内用电设备和线路，使之免受过电流、断路、欠电压等不正常情况的危害，同时也可用于不频繁起动的电动机操作或转换电路。

（3）FR：热继电器，是一种保护电器，专门用来对过载及电源断相进行保护，以防止电动机因故障导致过热而损坏。

（4）FU：低压熔断器，串联于电路中，当过载或短路（主要用于短路）电流通过熔体时，因其自身发热而熔断，从而分断电路。

（5）KM：外部辅助接触器，用于辅助PLC对外部设备的控制工作。增加辅助接触器，另考虑到实际生产中便于实现单台PLC同时控制多台混合装置。

（6）M：搅拌电动机。 （7）YV：电磁阀线圈。

2.2.5 PLC I/O点分配及外部硬件接线图

1. I/O点分配

在绘制PLC外部接线图之前，我们需要对要用到的I/O点进行地址分配，以明确PLC芯片I/O接口以及有助于后面要进行的PLC程序设计。

根据三种液体混合控制系统的控制要求，我们可以得出控制系统的PLC控制输入量：启动按钮SB1、停止按钮SB2、液面传感器SL1、液面传感器SL2、液面传感器SL3、液面传感器SL4；控制输出量：电动机M、电磁阀YV1、电磁阀YV2、电磁阀YV3、电磁阀YV4。并对它们进行I/O点分配，如表2-1 所示为控制系统I/O点分配表。

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 表2-1 控制系统I/O点分配表

输 入 启动按钮SB1 停止按钮SB2 液面传感器SL1 液面传感器SL2 液面传感器SL3 液面传感器SL4 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 电动机M 电磁阀YV1 电磁阀YV2 电磁阀YV3 电磁阀YV4 输 出 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4

2. PLC外部硬件接线图

设计采用西门子（SIEMENS）S7-200 CPU226型号PLC进行PLC控制系统设计，根据CPU226型号PLC的外部结构及三种液体混合控制系统的控制要求画出PLC的外部硬件接线图。如图2-4 所示为PLC外部硬件接线图。

SB1SB2SL1SL2SL3SL424VI0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.61M2MS7-200 CPU 226 CNQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.41L2LL2KM1KM2KM3KM4KM5FUN

图2-3 PLC外部硬件接线图

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 第三章 系统软件程序设计

3.1 PLC的编程要求和编程方法

3.1.1 编程要求

1. 所编的程序要合乎所使用的PLC的有关规定

主要是对指令要准确地理解，正确的使用。各种机型PLC的指令系统多有类似之处，但还有些差异。对于有PLC使用经验的人，当选用另一种不太熟悉的型号进行编程设计时，一定要对新型号PLC的指令重新理解一遍，否则容易出错。

2. 要使所编的程序尽可能简洁

程序要简练。编写的程序应尽可能简练，减少程序的语句，一般可以减少程序扫描时间、提高PLC对输入信号的相应速度。当然，如果过多地使用那些执行时间较长的指令，有时虽然程序的语句较少，但是其执行时间也不一定短。同时简短的程序可以节省内存，简化调试。

要使所编的程序简短，就要注意编程方法，并且存在一个编程技巧的问题。用好指令，用巧指令，还要能优化结构。要实现某种功能，一般而言，在达到的目的同时，用功能强的指令要比功能单一的指令程序步数可能会少些。

3. 程序的可读性要好

这样既便于程序的调试、修改或补充，也便于别人了解和读懂程序。另外，为了有利于交流，也要求程序有一定的可读性。

4. 要使所编的程序合乎PLC的性能指标及工作要求

所编程序的指令条数要少于所选用的PLC内存的容量，即程序在PLC中能放得下，所用的输入、输出点数要在所选用PLC的I/O点数范围之内，PLC的扫描时间要少于所选用PLC的程序运行监测时间。PLC的扫描时间不仅包括运行用户程序所需时间，而且还包括运行系统程序（如I/O处理、自监测）所需的时间。

5. 所编程序的可靠性好、能够循环运行

好的应用程序，可以保证系统在正常和非正常（短时掉电再复电、某些被控量超标、某个环节有故障等）工作条件下都能安全可靠地运行。也要保证在出现非法操作（如按动或误触动了不该动作的按钮）的情况下不至于出现控制失误。

PLC的工作特点是循环反复、不间断地运行同一程序。运行从初始化后的状

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 态开始，待控制对象完成了工作循环，则又返回初始化状态。尤其在应用跳转、调用、主控等带有条件转移的应用程序时，要保证控制对象在新的工作周期中按照预期的路线完成转移切换，保证整个程序循环运行，避免陷入死循环。

3.1.2 编程方法

常用的PLC编程方法有经验法、解析法、图解法。 1. 经验法

运用已掌握的成功设计经验，结合实际情况，选择与实际情况类似的自己的或别人的成功例子，并进行修改，增删部分功能或运用其中部分程序，直至满足新设计任务要求。

2. 解析法

可利用组合逻辑或时序逻辑的理论，并运用相应的解析方法，对其进行逻辑关系的求解，然后再根据求解的结果画成梯形图或直接写出程序。解析法比较严实，可以运用一定得标准使程序优化，可避免编程的盲目性，是较为有效地方法。

3. 图解法

图解法是靠画图进行设计。常用的方法有梯形图法、波形图法及流程法。梯形图法是基本方法，无论是经验法还是解析法，只要用梯形图语句编写程序，就要用到梯形图法。

波形图法适合于时序控制电路，将对应信号的波形画出后，再依时间逻辑关系去组合成逻辑式，或直接利用梯形图的连锁实现顺序控制，复杂的时序动作图形化，既方便电路设计，又使得编出的程序不易出错。工程技术人员常借助于从波形图到梯形图的设计方法。

流程法是用框图表示PLC程序执行过程及输入条件与输出关系，在步进控制情况下，用它设计也是非常方便的。

3.2 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍

3.2.1 STEP7-Micro/WIN32编程软件

STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。

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洛阳理工学院毕业设计（论文）

3.2.2 STEP7-Micro/WIN32编程软件的主要功能

1. 基本功能

STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。

（1）在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。

（2）在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。

（3）在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色叉，且在错误处加上红色波浪线。

（4）对用户程序进行文档管理，加密处理等。 （5）设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。 2. 主界面各部分功能

STEP7-Micro/WIN32编程软件的主界面一般可以分成以下几个区：标题栏、菜单条（包含8个主菜单项）、工具条（快捷按钮）、引导条（快捷操作窗口）、指令树（快捷操作窗口）、输出窗口、状态条和用户窗口（可同时或分别打开5个用户窗口）。除菜单条外，用户可以根据需要决定其他窗口的取舍和样式。

（1）菜单条：在菜单条中共有8个主菜单选项，各主菜单项的功能如下。 a. 文件（File）菜单项可完成如新建、打开、关闭、保存文件、导入和导出、上载和下载程序、文件的页面设置、打印预览和打印设置等操作。

b. 编辑（Edit）菜单项提供编辑程序用的各种工具，如选择、剪切、复制、粘贴程序块或数据块的操作，以及查找、替换、插入、删除和快速光标定位等功能。

c. 视图（View）菜单项可以设置编程软件的开发环境，如打开和关闭其他辅助窗口（如引导窗口、指令树窗口、工具条按钮区），执行引导条窗口的所有操作项目，选择不同语言的编程器（LAD、STL或FBD），设置3种程序编辑器的风格（如字体、指令盒的大小等）。

d. 可编程控制器（PLC）菜单项用于实现与PLC联机时的操作，如改变PLC

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 的工作方式、在线编译、清除程序和数据、查看PLC的信息、以及PLC的类型选择和通信设置等。

e. 调试（Debug）菜单项用于联机调试。

f. 工具（Tools）菜单项可以调用复杂指令（如PID指令、NETR/NETW指令和HSC指令），安装文本显示器TD200，改变用户界面风格（如设置按钮及按钮样式、添加菜单项），用“选项”子菜单可以设置三种程序编辑器的风格（如语言模式、颜色等）。

g. 窗口（Windows）菜单项的功能是打开一个或多个窗口，并进行窗口间的切换。可以设置窗口的排放方式（如水平、垂直或层叠）。

h. 帮助（Help）菜单项可以方便地检索各种帮助信息，还提供网上查询功能。而且在软件操作过程中，可随时按F1键来显示在线帮助。

（2）工具条：将STEP7-Micro/WIN32编程软件最常用的操作以按钮形式设定到工具条，提供简便的鼠标操作。可以用“视图”菜单中的“工具”选项来显示或隐藏3种按钮：标准、调试和指令。

（3）引导条：在编程过程中，引导条提供窗口快速切换的功能，可用“视图”菜单中的“引导条”选项来选择是否打开引导条。引导条中有以下七种组件。

a. 程序块（Program Block）由可执行的程序代码和注释组成。程序代码由主程序（OB1）、可选的子程序（SBR0）和中断程序（INT0）组成。

b. 符号表（Symbol Table）用来建立自定义符号与直接地址间的对应关系，并可附加注释，使得用户可以使用具有实际意义的符号作为编程元件，增加程序的可读性。例如，系统的停止按钮的输入地址是I0.0，则可以在符号表中将I0.0的地址定义为stop，这样梯形图所有地址为I0.0的编程元件都由stop代替。当编译后，将程序下载到PLC中时，所有的符号地址都将被转换成绝对地址。

c. 状态图（Status Chart）用于联机调试时监视各变量的状态和当前值。只需要在地址栏中写入变量地址，在数据格式栏中标明变量的类型，就可以在运行时监视这些变量的状态和当前值。

d. 数据块（Data Block）可以对变量寄存器V进行初始数据的赋值或修改，并可附加必要的注释。

e. 系统块（System Block）主要用于系统组态。系统组态主要包括设置数字量或模拟量输入滤波、设置脉冲捕捉、配置输出表、定义存储器保持范围、设置密码和通信参数等。

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洛阳理工学院毕业设计（论文） f. 交叉索引（Cross Reference）可以提供交叉索引信息、字节使用情况和位使用情况信息，使得PLC资源的使用情况一目了然。只有在程序编辑完成后，才能看到交叉索引表的内容。在交叉索引表中双击某个操作数时，可以显示含有该操作数的那部分程序。

g. 通信（Communications）可用来建立计算机与PLC之间的通信连接，以及通信参数的设置和修改。在引导条中单击“通信”图标，则会出现一个“通信”对话框，双击其中的“PC/PPI”电缆图标，将出现“PG/PC”口对话框，此时可以安装或删除通信接口，检查各参数设置是否正确，其中波特率的默认值是9600。

建立计算机与PLC的通信联系后，可以设置PLC的通信参数。单击引导条中“系统块”图标，将出现“系统块”对话框，单击“通信口（Port）”选项，检查和修改各参数，确认无误后，单击“确认（OK）”按钮。最后单击工具条的“下载（Download）”按钮，即可把确认后的参数下载到PLC主机。

用指令树窗口或视图（View）菜单中的选项也可以实现各编程窗口的切换。 （4）指令树：指令树提供编程所用到的所有命令和PLC指令的快捷操作。可以用视图（View）菜单的“指令树”选项来决定其是否打开。

（5）输出窗口：该窗口用来显示程序编译的结果信息。如各程序块的信息、编译结果有无错误以及错误代码和位置等。

（6）状态条：状态条也称任务栏，用来显示软件执行情况，编辑程序时显示光标所在的网络号、行号和列号，运行程序时显示运行的状态、通信波特率、远程地址等信息。

（7）程序编辑器：可以用梯形图、语句表或功能表图程序编辑器编写和修改用户程序。

（8）局部变量表：每个程序块都对应一个局部变量表，在带参数的子程序调用中，参数的传递就通过局部变量表进行的。

3.3 液体混合系统运行流程图

通过对液体混合装置及其控制系统运行流程的简要分析，我们对系统的工作及控制要求有了进一步的认识，由此不难得出三种液体混合系统的运行流程图。如图3-1 所示为三种液体混合系统运行流程图。

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 开始按下启动按钮SB1打开液体A阀门否液面到达SL2是关闭液体A阀门打开液体B阀门否液面到达SL3是关闭液体B阀门打开液体C阀门否液面到达SL4是关闭液体C阀门启动电动机M否电动机工作1min是关闭电动机M打开液体D阀门否液面降到SL1是启动定时器否定时20s到是关闭液体D阀门按钮SB2已按下是系统停止工作否结束

图3-1 三种液体混合系统运行流程图

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 3.4 PLC程序设计

完成PLC程序的设计是实现系统自动控制的重要环节，本节将根据本章3.3节“三种液体混合系统运行流程图”完成液体混合系统的PLC程序设计。

3.4.1 内部继电器说明

内部继电器M即在PLC内部可多次使用，但不能输出的继电器。它在程序中的主要作用相当于继电器控制系统中的中间继电器，其功能是在程序中用于中间状态暂存、移位、辅助运算或赋予特别用途。

在此次PLC程序设计中将用到部分PLC内部继电器，在此将其列表予以简单说明。如表3-1 所示为内部继电器说明。

表3-1 内部继电器说明

内部继电器 M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 M0.6 M1.0 说 明 系统启动辅助继电器 系统停止辅助继电器 关闭电磁阀YV1、打开电磁阀YV2 关闭电磁阀YV2、打开电磁阀YV3 关闭电磁阀YV3和起动电动机M 打开电磁阀YV4 启动定时器T38 系统循环运行控制

3.4.2 梯形图

根据设计要求运用STEP7-Micro/WIN32编程软件编写PLC程序，如图3-2 所示为三种液体混合控制系统PLC程序梯形图。另，程序中使用的I/O点，其地址功能分配参见表2-1 控制系统I/O点分配表。

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洛阳理工学院毕业设计（论文）

Network 1I0.1PNetwork 2I0.2PNetwork 3M0.0M1.0RNetwork 4M0.11M1.0SNetwork 5M0.01Q0.1S1M1.0T38M0.1M0.0Network 6I0.4PNetwork 7M0.2Q0.1R1Q0.2SNetwork 8I0.5P1M0.3M0.2

图3-2 三种液体混合控制系统PLC程序梯形图

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洛阳理工学院毕业设计（论文） SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。

2.组态软件在我国的发展

组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及。究其原因，大致有以下几点：

（1）国内用户还缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，而不采用组态软件。

（2）在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格不菲的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版。

（3）当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。

随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的，同时，MIS（管理信息系统，Management Information System）和CIMS（计算机集成制造系统，Computer Integrated Manufacturing System）的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，在1995年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。

4.1.2 组态软件的功能特点发展方向

目前看到的所有组态软件都能完成类似的功能：比如，几乎所有运行于32位Windows平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，并且对工业控制系统中的各种资源（设备、标签量、画面等）进行配置和编辑；都提供多种数据驱动程序；都使用脚本语言提供二次开发的功能等等。但是，从技术上说，各种组态软件提供实现这些功能的方法却各不相同。从这些不同之处，以及PC技术发展的趋势，可以看出组态软件未来发展的方向。

1.数据采集的方式

大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行配置。然而，在这种情况下，驱动程序只能由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软件的

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 接口规范编写，这为用户提出了过高的要求。由OPC基金组织提出的OPC规范基于微软的OLE/DCOM技术，提供了在分布式系统下，软件组件交互和共享数据的完整的解决方案。在支持OPC的系统中，数据的提供者作为服务器（Server），数据请求者作为客户（Client），服务器和客户之间通过DCOM接口进行通信，而无需知道对方内部实现的细节。由于COM技术是在二进制代码级实现的，所以服务器和客户可以由不同的厂商提供。在实际应用中，作为服务器的数据采集程序往往由硬件设备制造商随硬件提供，可以发挥硬件的全部效能，而作为客户的组态软件可以通过OPC与各厂家的驱动程序无缝连接，故从根本上解决了以前采用专用格式驱动程序总是滞后于硬件更新的问题。同时，组态软件同样可以作为服务器为其他的应用系统（如MIS等）提供数据。OPC现在已经得到了包括Interllution、Simens、GE、ABB等国外知名厂商的支持。随着支持OPC的组态软件和硬件设备的普及，使用OPC进行数据采集必将成为组态中更合理的选择。

2.脚本的功能

脚本语言是扩充组态系统功能的重要手段。因此，大多数组态软件提供了脚本语言的支持。具体的实现方式可分为三种：一是内置的类C/Basic语言；二是采用微软的VBA的编程语言；三是有少数组态软件采用面向对象的脚本语言。类C/Basic语言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本，使用系统提供的函数调用组合完成各种系统功能。应该指明的是，多数采用这种方式的国内组态软件，对脚本的支持并不完善，许多组态软件只提供IF?THEN?ELSE的语句结构，不提供循环控制语句，为书写脚本程序带来了一定的困难。微软的VBA是一种相对完备的开发环境，采用VBA的组态软件通常使用微软的VBA环境和组件技术，把组态系统中的对象以组件方式实现，使用VBA的程序对这些对象进行访问。由于Visual Basic是解释执行的，所以VBA程序的一些语法错误可能到执行时才能发现。而面向对象的脚本语言提供了对象访问机制，对系统中的对象可以通过其属性和方法进行访问，比较容易学习、掌握和扩展，但实现比较复杂。

3.组态环境的可扩展性

可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力，这种增加的功能可能来自于组态软件开发商、第三方软件提供商或用户自身。增加功能最常用的手段是ActiveX组件的应用，目前还只有少数组态软件能提供完备的ActiveX组件引入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问。

4.组态软件的开放性

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 随着管理信息系统和计算机集成制造系统的普及，生产现场数据的应用已经不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生产流程的调整和优化。现有的组态软件对大部分这些方面需求还只能以报表的形式提供，或者通过ODBC将数据导出到外部数据库，以供其他的业务系统调用，在绝大多数情况下，仍然需要进行再开发才能实现。随着生产决策活动对信息需求的增加，可以预见，组态软件与管理信息系统或领导信息系统的集成必将更加紧密，并很可能以实现数据分析与决策功能的模块形式在组态软件中出现。

5.对Internet的支持程度

现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。Internet将是实现分布式生产的基础组态软件能否从原有的局域网运行方式跨越到支持Internet，是摆在所有组态软件开发商面前的一个重要课题。限于国内目前的网络基础设施和工业控制应用的程度，笔者认为，在较长时间内，以浏览器方式通过Internet对工业现场的监控，将会在大部分应用中停留于监视阶段，而实际控制功能的完成应该通过更稳定的技术，如专用的远程客户端、由专业开发商提供的ActiveX控件或Java技术实现。

6.组态软件的控制功能

随着以工业PC为核心的自动控制集成系统技术的日趋完善和工程技术人员的使用组态软件水平的不断提高，用户对组态软件的要求已不像过去那样主要侧重于画面，而是要考虑一些实质性的应用功能，如软件PLC，先进过程控制策略等。软PLC产品是基于PC机开放结构的控制装置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、通信网络等功能，通过一个多任务控制内核，提供了强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构。所以可以这样说，软PLC提供了与硬PLC同样的功能，而同时具备了PC环境的各种优点。国内推出软PLC产品的组态软件还不见有，国内组态软件要想全面超过国外的竞争对手，就必须搞创新，推出类似功能的产品。

随着企业提出的高柔性、高效益的要求，以经典控制理论为基础的控制方案已经不能适应，以多变量预测控制为代表的先进控制策略的提出和成功应用之后，先进过程控制受到了过程工业界的普遍关注。先进过程控制（Advanced Process

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洛阳理工学院毕业设计（论文） Control，即APC）是指一类在动态环境中，基于模型、充分借助计算机能力，为工厂获得最大理论而实施的运行和控制策略。先进控制策略主要有：双重控制及阀位控制、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、差拍控制、状态反馈控制、多变量预测控制、推理控制及软测量技术、智能控制（专家控制、模糊控制和神经网络控制）等，尤其智能控制已成为开发和应用的热点。目前，国内许多大企业纷纷投资，在装置自动化系统中实施先进控制。国外许多控制软件公司和DCS厂商都在竞相开发先进控制和优化控制的工程软件包。据资料报道，一个乙烯装置投资163万美元实施先进控制，完成后预期可获得效益600万美元/年。从上可以看出能嵌入先进控制和优化控制策略的组态软件必将受到用户的极大欢迎。

4.2 组态王软件

4.2.1 组态王6.53软件简介

北京亚控科技发展有限公司开发的组态王6.5系列组态软件包括常用的组态王6.50至组态王6.53 四个版本，本设计将运用组态王6.53组态软件对三种液体混合控制系统进行画面组态。以下是组态王6.53的简单介绍。

组态王6.53是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向高端自动化市

场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效的获取信息，及时的做出反应，以获得最优化的结果。

1. 功能强大、性能稳定且易于使用

组态王6.53保持了组态王早期版本运行稳定、使用方便的特点。并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。

2. 组态王6.53的主要功能特性

（1）可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接； （2）无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能； （3）可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印；

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洛阳理工学院毕业设计（论文） （4）变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间；

（5）强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存； （6）强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理； （7）全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布；

（8）方便的配方处理功能；

（9）丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能仪表、智能模块； （10）提供硬加密及软授权两种授权方式。 3. 可以获得更加强大的数据存储能力

组态王6.53集成了对KingHistorian的支持，极大的提高了组态王的数据存储能力，能够更好的满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。具有单个服务器支持高达10万点、支持256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过30000 条记录的强大功能。能够更好的满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。

4. 连接与采集

组态王6.53已能连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等上千种工业自动化设备。支持设备之多、之广可与国外优秀同类软件相媲美。通讯方式灵活多样，为用户提供了充足的选择空间，可以适应各种设计方案的需要。目前，组态王6.53支持的通讯方式已包括：

（1）串口通讯方式； （2）以太网方式； （3）GPRS通讯方式； （4）Lonworks现场总线方式； （5）BacNet现场总线方式。 5. 强大无比的通讯能力

组态王6.53为第三方软件提供了多种访问组态王工程数据的接口，可以方便的对采集上来的数据进行二次计算，应用各种先进的算法，以满足工程上的特殊需要。其支持的通讯接口主要包括：

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 4.创建动画连接

在开发系统中双击图形对象，可弹出“动画连接”对话框，可对图形对象进行动画设置，如图4-7 所示。

图4-7 动画连接对话框

5.画面命令语言

选择“编辑\\页面属性”菜单命令或在开发系统画面单击右键选择“页面属性”，单击“命令语言?”按钮，弹出画面命令语言对话框。

针对本设计，在命令语言编辑框处输入的命令语言如下： if(电磁阀YV1==1){水流1=水流1+1;} else 水流1=0;

if(电磁阀YV2==1){水流2=水流2+1;} else 水流2=0;

if(电磁阀YV3==1){水流3=水流3+1;} else 水流3=0;

if(电磁阀YV1==1 ||电磁阀YV2==1 ||电磁阀YV3==1)

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 液位=液位+1; else 液位=液位;

if(电动机M==1){搅拌叶片=搅拌叶片+1;} if(搅拌叶片>3){搅拌叶片=1;} if(电磁阀YV4==1) {液位=液位-1; 水流4=水流4+1;} else 水流4=0;

如图4-8 所示为本设计组态画面页面命令语言对话框。

图4-8 画面命令语言

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 第五章 系统调试

5.1 连接设置

在完成PLC程序设计及组态画面创建后，要确保组态王软件能够与PLC芯片正常连接通信，还需要对相关参数进行设置。在此，主要需要设置的是组态王串口设置，其设置对话框如图5-1 所示。

图5-1 组态王串口设置

打开PLC芯片模块电源，在组态王工程浏览器左侧大纲项选中“设备”并在工程浏览器右侧用鼠标右键点击已创建的PLC设备，在弹出的菜单中选择“测试”项，弹出“串口设备测试”对话框选择“设备测试”选项，如图5-1 所示。根据I/O分配表在对话框中“寄存器”输入I/O点，点击“添加\\读取”，当采集列表中出现该I/O点的状态显示时说明该点连接成功；若无法连接则需重新设置PLC设备，再按此步骤从新添加连接，添加完毕后点击确定即可。

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 5.2 运行调试

1. 下载程序

用STEP7-Micro/WIN32编程软件打开三种液体混合控制系统的PLC设计程序，编译无误后，将程序下载到CPU226芯片模组中。

2. 组态王与PLC连接

按照本章5.1节中的步骤设置好组态王串口设备，待各I/O点都正常连接后，在组态王工程浏览器右侧用鼠标右键点击设置好的PLC设备图标，选中“切换到View”选项，并打开创建好了的组态画面，进入运行系统准备进行运行调试。

3. 运行调试

进入组态王运行系统后，将PLC芯片模组切换到“RUN”模式，根据三种液体混合控制系统控制要求，按照系统的运行流程逐步对系统进行模拟，确保系统所有功能及控制要求都符合要求。如图5-2至图5-6 为三种液体混合控制系统组态画面图。

图5-2 三种液体混合控制系统组态画面图（a）

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洛阳理工学院毕业设计（论文）

图5-3 三种液体混合控制系统组态画面图（b）

图5-4 三种液体混合控制系统组态画面图（c）

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洛阳理工学院毕业设计（论文）

图5-5 三种液体混合控制系统组态画面图（d）

图5-6 三种液体混合控制系统组态画面图（e）

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 4. 调试注意事项

对于本设计，在调试时要验证系统所有功能及各阶段运行状态都能够符合设计要求，每次调试至少应完成系统的两个工作循环：第一工作循环，主要验证系统启动运行后各控制设备与被控设备动作之间的连续性及关联性，同时验证系统在完成本次工作循环后能够自动进入下一循环以及组态画面在整个过程中的同步性；第二工作循环，主要验证在此工作循环完成之前按下停止按钮后，系统还能够按正常工作次序及要求完成本循环剩余工作后才停止运行，同时也验证组态画面的同步性。

5. 设计调试结果

经过多次运行调试后，三种液体混合控制系统的PLC程序及组态画面都能够达到设计的要求。

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 总 结

经过将近两个月的学习和工作，我终于完成了基于PLC的多种液体混合控制系统设计的任务和论文的撰写。在指导老师的细心指导下，使我在整个设计过程中得到了许多收获。

刚开始接到论文课题，并在指导老师的指导下开始对设计的要求进行了解和分析、绘出电气原理草图，这使我很快找到了设计工作的方向和方法，由此获得了独立完成设计任务的信心。在接下来的工作中，根据指导老师的要求，要完成设计任务我还要学习组态王软件。组态和组态王软件对我来说都是非常陌生的，让我在较短的时间内学会组态王并用于完成设计确实是一个挑战，但同时，这也是我得到收获最多的一个工作阶段。最后，经过一个多月的努力设计终于完成，同时设计也得到了指导老师的肯定，接下来便开始着手于整理资料、撰写设计论文。在撰写论文的过程中获得的一些知识，对我这三年来所学的知识更是一个极大的补充。

这次设计是我在大学期间独立完成的最大的一次设计任务，设计中可能还存在着一些不足，但是我认为在设计中获得的经验和方法才是更为重要的。我想这次设计是对我实际能力的一次提升，也会对我将来的学习和工作起到非常大的帮助。

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 辞 谢

在此，我首先要感XXX老师和XXX老师，这次设计得到了这两位老师的细心指导和大力支持，并为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。X老师和X老师这两位老师以她们严谨求实的教学态度、高度的敬业精神，细心地指导我完成这次毕业设计，并不厌其烦地为我解决设计过程中遇到的问题。同时，她们还为这次设计提供了实验室和实验器材，这给我能够顺利完成设计任务提供了极大地帮助。

另外，我还要感谢同组及实验室里的同学们，在制作设计时与他们的讨论和交流中给了我许多帮助和很好的建议，对我设计和论文的完成起到了很大的作用。

最后，我再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！

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洛阳理工学院毕业设计（论文） 参考文献

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[15] “组态王6.5”初级培训教程. 北京亚控科技发展有限公司技术部，2007. [16] “组态王6.5”中级培训教程. 北京亚控科技发展有限公司技术部，2007.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/61dt.html