气动课程设计报告书
姓名：
张文龙
班级：
机械 2 班
专业：
机械设计制造及其自动化
指导教师：
熊伟
大连海事大学
2025 年 6 月
目录
一、课程设计背景··················1
二、分工任务规划 ·················1
三、课设过程与经验·················2
四、总结······················4
一、课程设计背景
在课程设计开始之前，我们已经通过学校安排学习了液压与气动
相关课程，对气动系统有了大体了解；通过实验课程接触了液压，气
动元件的构造和回路的设计；通过本学期的 plc 设计课程/机电传动
与控制课程，本组成员大部分都学习过了 plc 的相关知识与编程方法，
并且在课程实验中使用欧姆龙的软件进行过梯形图绘制与 plc 连接，
具备一定实践基础。
本次课程设计我们在机电楼 221 首次使用 TIA Portal 软件，在
S7-300 系统上进行 plc 程序设计，控制一个 SMC 柔性演示装置，以
完成轴承的测量与装配。
二、分工任务规划
本次课程设计任务中，我们小组负责工位 3 与工位 4 的程序设计，
目的是实现轴承合格与否的检测（通过轴承高度）和轴承到轴承座上
的装配。任务大体分为：3D 建模与动画，气动回路和电路图绘制，
plc 编程。我和组长负责 plc 程序设计，更具体的分工来看，我负责
设备的调试和组态。由于有 solidworks 经验，我会在项目临期时帮
助 3D 建模的同学进行完善。
由于完全没有接触过，我们打算先从学习软件开始；对于缺少的
传感器和执行器地址，我们打算通过控制柜上的指示灯来反向是实验
出来。
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三、课设过程与经验
在项目开始的第一周，我们主要在适应每天呆在实验室的生活，
解决实验室的小问题，比如空气开关断线和不熟悉软件导致的各种报
错，我的软件甚至下载了两遍。
一开始我们通过换向阀的手动按钮和指示灯实验出了大部分传
感器的地址，但是仍然不知道具体通道数。隔壁组的同学通过直接运
行 plc 之前存储的程序和录视频逐帧观看试验出了所有执行器的地
址，但之后也因为不知道通道数卡住。我们的工位由于更加复杂，难
以直接看出来，项目停滞不前。
另一方面，由于 S7-300 过于老旧，而 TIA 又在一直更新，一知
半解的我们寻找教程时也很困难。大部分 S7-300 的教程都使用
STEP-7 进行编程，而 TIA 的教程又只有教 S7-1200 和 1500 的，导致
自学方面也没有什么进展。我后来从图书馆借来了几本相关书，但也
只对编程有所帮助。而老师提醒的电脑里也并没有找到相干内容，光
盘中几乎都是软件的下载，为数不多的参考资料也是不想关的内容，
项目进展可以说一筹莫展。
在大概一周后，我们才终于和老师说起了这个问题，得到了相关
资料。成功从设备里下载了原先的程序，虽然还是很难解读，但是结
合资料得知了通道，并且正式开始编程。因为编程语言区别，在尝试
使用移位指令编程时，总是出现莫名的 bug，已经浪费太多时间的我
们选择了更基础的启保停方法编程，冗长但是简单，并且可以避开语
言差异（毕竟是梯形图底层逻辑）。之后便是每天泡在实验室里，不
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断调试设备，编程，排错，找老师询问。
这一个阶段最大的感触就是有问题就要及时问询，高效的沟通才
能让项目高效的推进。
我通过 b 站上的老 s7-300 教程学习的组态，但是由于软件对不
上，几乎一边乱试一边逐步建立的对 plc 组态的认识。
（1）组态：先要找到自己所需的模块。我们这次实验用的 313
其实更简单，因为没有电源模块，只需要把 313 拖进网络里就可以。
在控制柜黑盒子上就有清楚的表明 plc 的型号与系列。
（2）在线：313 有两个端口可供连接，通过 1 端口直连可以通
过 MPI 连接。优点是不用组网，缺点是每次换工位都需要拔掉重
连。2 口上，设备通过 profibus 连接了所有工位，输入相应的地址
可以只通过一个端口连接所有的工位，非常便于调试，但是在没有
了解 profibus 之前连接总是报错。
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（3）组网与通信：在网络里将所有工位的 2 端口连线，设置好
主站与从站，就可以通信了。Profibus 可以将主站里的一部分端口
映射到从站里。分配好地址后，从站就可以将所有信号传输至主站，
再在主站内进行统一交换，然后传输到要通信的从站内。
调试经验：
（1）调试工具中，可以强制 plc 进入运行或者停止模式；
（2）强制表可以强制任意一个变量置 0 或置 1；
（3）变量表中更改变量的注释，对于排错和读程序都有很大帮
助；
（4）监控表和监控模式可以实时监控每个中继器状态，对调试
很有帮助，但有时可能会很卡，甚至达到 10s 延迟。
（5）由于有了从站通信，程序的调试排错会有意想不到的情况，
由于不同从站间也有变量传递，一个工位的运行错误有时要到
另一个工位上检查是否传递的信号出错。也就是“形式上是只
有本工位出错，但实际上错误来源于未出错工位的程序”
（6）程序的调试有时比编程所花的时间相当甚至更多。这点应
该可以通过更好的编程习惯来避免，比如分块编程，先编状态
表。
四、总结
这是一次对我来说前所未有的体验，比实验要更进一步（虽然
实验也会带来许多课程上没有的收获）地让我深刻地了解气动系统
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和 plc，和实物接触带来的认识上的深入是课堂无法办到的。老师
借来万用表从头开始捋线，排错，最后穿着皮鞋跳进工位桌子中间，
拧好松开的电源线修好灭灯的工位二给我带来了相当大的触动。非
常感谢学校的安排和老师的指导，在两周时间里，老师也几乎天天
都会来看，督促我们，为我们解惑，甚至亲自上阵解决问题。
同时，我也发现：很多时候我们已经具备了相关的素养，但是
确并没有发挥出他们的行动力和想象力。在我们终于结束了两周课
程设计，以为已经很有收获后，我们还是在老师的总结里听到了更
多。比如集成板上的换向阀可以共用一对消声器；调压螺母不止在
调速阀上有，执行器上的调速螺母也可以用来调节伸出和缩回速度
（在此之前我们只想到了调节工位的减压阀来调节）而这个在实际
应用中很常见。
本次实验也有诸多遗憾，比如因为时间问题没有做的模拟量检
测模块和步进模式（由于两组的编程习惯，调试会花很长时间），
本应该做的更好的三维建模与动画。我分到了 plc 部分所以没有参
与三维建模，只在最后补救了一番。现在回想应该先和三维建模的
同学交流指导一段时间再让他自己做。
总而言之，这次课程设计是一次令我难忘的经历，虽然也有不
少遗憾，但我仍然受益匪浅。
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