S7-300PLC在药片自动装瓶机控制系统中的应用设计

PLC课程设计报告
题目：S7-300PLC在药片自动装瓶机控制系
统中的应用设计
目录
1 引言 (1)
2 系统总体方案设计 (1)
2.1 系统硬件配置及组成原理论述
2.2 系统变量定义及分配表
2.3 系统电气接线图设计
2.4 系统可靠性设计
3 控制系统设计 (3)
3.1 控制功能及控制原理论述
3.2 控制程序流程图思路论述（要有程序流程图）
3.3 控制程序时序图设计（要有重要变量的时序图）
3.4 创新设计内容
4 上位监控系统设计(WINCC或组态王) (5)
4.1 PLC与上位监控软件通讯组态
4.2 变量组态论述（要有变量图）
4.3 工艺图形组态论述（要有工艺画面图）
4.4 历史趋势组态论述（要有趋势画面图）
4.5 实现的监控效果论述（要有上面各运行图）
5 系统调试及结果分析 (8)
5.1 系统调试及解决的问题
5.2 结果分析
1 引言
本设计运用S7-300PLC实现对药片自动装瓶机控制系统的应用设计。

旨在熟悉S7-300PLC的有关硬件模块以及相关的编程指令，掌握程序设计的初步思路，锻炼自身的设计及创新能力。

了解下位机与上位机的通讯的初步知识与组态王的简单应用。

本设计主要涉及定时、计数与传送等指令的用法以及主程序OB1、功能FC、功能块FB、数据块DB等应用，以实现药片装瓶的计数以及一定数量的药瓶装箱的计数功能，初步对药片自动装瓶机控制系统的设计有所了解。

2 系统总体方案设计
2.1 系统硬件配置及组成原理论述
选用S7-300PLC作为控制器，由电源模块，CPU模块（CPU为315-2DP，通讯为PROFIBUS-DP），32点数字量输入模块，32点数字量输出模块等组成，被控对象为药片自动装瓶机模块。

通过S7-300PLC与被控对象实现对下位机的控制，通过STEP7实现上位机控制，由组态王来实现上位监控。

图2.1系统结构图
2.2 系统变量定义及分配表
2.3 系统电气接线图设计
图2.2 电气接线图
3 控制系统设计
3.1 控制功能及控制原理论述
3.1.1控制功能如下：
（1）明确控制要求，设计出电气接线、程序流程图、时序图；采用结构化程序设计，包括主程序OB1、功能FC、功能块FB、数据块DB等。

（2）将一定量的药片自动连续地装到药瓶中，当药瓶数量达到9瓶时，可以自动装成盒。

（3）按下K3、K4或者K5，可以选择每瓶装入3片、5片或者7片，通过指示灯L1、L2、L3表示当前每瓶的装药数量。

（4）当选定装入数量以后，按下启动按钮K1，系统开始工作，电动机M （L4）驱动皮带机转动，延时5S后，皮带机上的药瓶达到装药的位置，皮带机停止转动。

（5）当电磁阀K6打开装有药片的装置后，通过手动控制检测数量开关Z 进行药量计数，并在药片计数器七段译码管显示。

当药瓶中的药片达到预先选定的数量后，电磁阀Y关闭，计数自动清零，同时皮带机从新启动自动运行，使药片装瓶过程连续运行。

（6）一瓶装好以后，药瓶计数器显示1，以此类推，当第二瓶装好以后显示2，当装有同一数量的药瓶达到9瓶时，指示灯L21开始闪烁，5S后表明已经装好盒，指示灯熄灭，同时药瓶技术器清零。

（7）如果当前的装药过程正在进行，需要改变药片的装入数量，则只有在当前药瓶装满后，从下一个药瓶开始装入改变后的数量，此时如果之前的药瓶数量没有达到9，则不会使得指示灯L21闪烁，由改变后的瓶数决定。

（8）如果在装药过程中按下停止按钮K2，则在当前药瓶装满后系统停止工作。

3.1.2系统的原理方框图如下：
图3.1 药片自动装瓶系统的原理方框图
3.2 控制程序流程图思路论述（要有程序流程图）
在选择装瓶数后，开机彩灯闪烁子程序运行，当按下启动按钮后，相应装瓶子程序开始连续运行，当按下停止按钮时，系统停止运行。

流程图如下：
图3.2 程序流程图
3.3 创新设计内容
在选定药片数量尚未启动时会调用彩灯循环闪烁子程序，作为开机界面。

同时数码管显示所选择的药片数量。

当启动按下后，程序正常运行。

4 上位监控系统设计
4.1 PLC与上位监控软件通讯组态
设定通讯参数包括波特率、数据位、停止位、校验、通讯口等；建立驱动程序的连接。

4.2 变量组态论述
对于组态王中的变量，定义输入变量为M类型，输出变量为A类型。

数据变量图如下图所示：
图4.1 数据变量图
4.3 工艺图形组态论述
按钮选用自行绘制方法，对于不带锁的开关，需在按下时与弹起时均添加表达式，对于功能按钮，需添加相应的功能函数。

对于指示灯直接选用库中相应的灯即可，在表达式中添加与相应输出的关联，并可修改运行状态与非运行状态的颜色。

数码管显示灯采用自行绘制的方式，在定义中与相应输出添加关联即可。

工艺画面如图4.2所示。

图4.2 工艺组态画面
4.4历史与实时趋势组态论述（要有趋势画面图）
对于运行中的程序，如果希望对其中的相关状态进行监控，可以通过历史趋势曲线与实时趋势曲线来完成。

在建立曲线时，需对所需监控的变量进行关联。

图4.3与图4.4分别为这两种曲线的监控示例。

图4.3 历史趋势曲线
图4.4 实时趋势曲线
4.5 实现的监控效果论述
组态完画面后即可进行上位监控，图4.5-图4.9为监控的各个示例。

图4.5 开机运行界面图4.6 演示界面
图4.7 历史趋势曲线图4.8 实时趋势曲线
图4.9 报表
5 系统调试及结果分析
5.1 系统调试及解决的问题
在系统调试中，发现子程序中定时器计数器均未起作用，经查阅相关资料后得知若想启动定时器或计数器，必须要在置位端有一个上升沿信号。

通过在子程序中运用相关中间继电器线圈实现了控制功能。

对于上升沿与下降沿应用理解错误，经老师指导后初步掌握了其用法，实现了控制功能。

5.2 结果分析
本次设计基本完成了预定的控制要求，初步实现了对药片自动装瓶机的控制，实现了药片选定数量后自动装瓶以及到达指定数量的瓶数后装箱的功能，并自主设计了开机运行界面。

结束语
本设计以S7-300PLC为控制器，通过上位机与下位机通讯等手段，实现了对药片自动装瓶机的控制。

实现了对药片数量进行选择以及一定数量的药瓶自动装箱的功能。

在完成控制要求的前提下，又对程序进行了进一步优化，实现了自主创新的开机数码管循环闪烁的功能。

通过本次设计，我对于S7-300PLC有了初步的认识，掌握了许多功能指令的用法，对于上位监控有了一定的了解。

学会了组态王的相关用法，提升了自身的设计能力与创新能力。

激发了我对PLC这一领域的兴趣。

参考文献：[1]马秀坤，史运涛,马学军[M].S7-200PLC与数字调速系统的原理与应用.北京：国防工业出版社，2009.
[2]刘华波，何文雪，王雪[M].西门子S7-300/400PLC编程与应用.
北京：机械工业出版社，2010.
[3]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，
2005.
附录。