摘 要：本文對(duì)西門(mén)子S7-200系列可編程序控制器應(yīng)用于配料生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想作了介紹，對(duì)系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)作了較為詳細(xì)的闡述，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，該P(yáng)LC控制系統(tǒng)工作可靠，操作方便。
關(guān)鍵詞：西門(mén)子S7-200PLC;配料生產(chǎn)線;起保停電路。
1.前言：
隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)擴(kuò)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。例如可編程序控制器、基于PC總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）等。現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種，多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程序控制器（Programmable Logic Controller,PLC）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置，是工業(yè)自動(dòng)化三大支柱之一。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”從這一定義可以看出，PLC是一種用程序來(lái)改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，由于它具有功能強(qiáng)，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力強(qiáng)，以及接線簡(jiǎn)單，編程靈活、方便等特點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。本文以西門(mén)子S7-200系列PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)配料生產(chǎn)線自動(dòng)控制的程序設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
2.配料生產(chǎn)線的電氣控制要求
該配料生產(chǎn)線廣泛應(yīng)用于建筑、化工等生產(chǎn)領(lǐng)域，主要由料倉(cāng)、倉(cāng)壁振動(dòng)器、喂料振動(dòng)器、稱料倉(cāng)、排料振動(dòng)器、傳送帶、中間倉(cāng)、混合倉(cāng)、攪拌機(jī)組成;各振動(dòng)器、傳送帶、攪拌機(jī)均由電機(jī)拖動(dòng);中間倉(cāng)門(mén)和混合倉(cāng)卸料門(mén)則由電磁閥控制;當(dāng)某臺(tái)電機(jī)過(guò)載時(shí)電鈴報(bào)警并禁止所有輸出，故障排除后才能繼續(xù)工作。其工作過(guò)程如下：⑴按下啟動(dòng)按鈕后兩個(gè)倉(cāng)壁振動(dòng)器和兩個(gè)喂料振動(dòng)器同時(shí)啟動(dòng)，料倉(cāng)一和料倉(cāng)二同時(shí)開(kāi)始下料，將配料喂入稱料倉(cāng)。⑵當(dāng)稱料傳感器SQ1和SQ2接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的倉(cāng)壁振動(dòng)器和喂料振動(dòng)器停止工作，停止喂料。⑶啟動(dòng)1號(hào)送料傳送帶。⑷延時(shí)10秒后啟動(dòng)兩個(gè)排料振動(dòng)器進(jìn)行排料，將稱料倉(cāng)中的配料通過(guò)1號(hào)傳送帶送入中間倉(cāng)。⑸延時(shí)300秒后啟動(dòng)攪拌機(jī)，1號(hào)送料傳送帶停止工作。⑹延時(shí)3秒后，打開(kāi)中間倉(cāng)門(mén)，將中間倉(cāng)中的配料放入混合倉(cāng)通過(guò)攪拌機(jī)混合均勻。⑺延時(shí)300秒后，開(kāi)啟混合倉(cāng)卸料門(mén)，啟動(dòng)2號(hào)傳送帶將混合均勻的配料送走。⑻延時(shí)300秒后全部停止工作，一個(gè)周期結(jié)束后回到初始狀態(tài)或繼續(xù)下一個(gè)周期。該配料生產(chǎn)線要求有自動(dòng)、單周期和手動(dòng)三種工作方式;在自動(dòng)工作方式下，按下啟動(dòng)按鈕后能連續(xù)不斷地循環(huán)工作，直到按下停止按鈕，當(dāng)前工作周期結(jié)束后才停止工作;在單周期工作方式下，按下啟動(dòng)按鈕后工作一個(gè)周期自動(dòng)停止工作;在手動(dòng)工作方式下，可手動(dòng)調(diào)整1號(hào)傳送帶、2號(hào)傳送帶和攪拌機(jī)。
3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)該配料生產(chǎn)線的電氣控制要求，該系統(tǒng)有9臺(tái)電機(jī)、2個(gè)電磁閥和1個(gè)過(guò)載報(bào)警電鈴需要控制;在手動(dòng)工作方式下，手動(dòng)調(diào)整1號(hào)傳送帶、2號(hào)傳送帶和攪拌機(jī)，需要3個(gè)點(diǎn)動(dòng)按鈕;在自動(dòng)工作方式下的啟動(dòng)和停止按鈕;稱料傳感器SQ1和SQ2有兩對(duì)4個(gè)輸入點(diǎn)，工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)有3個(gè)輸入點(diǎn)，9臺(tái)電機(jī)的熱繼電器串聯(lián)共用一個(gè)輸入點(diǎn)，因此該配料生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制需要有13個(gè)輸入點(diǎn)，12個(gè)輸出點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們選用西門(mén)子S7-200系列PLC，基本單元選用CPU224模塊DC14輸入/繼電器10輸出，擴(kuò)展單元選用EM223DC8輸入/繼電器8輸出能滿足控制要求。具體的I/O地址分配見(jiàn)表1。
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先根據(jù)系統(tǒng)控制要求和工藝流程設(shè)計(jì)出系統(tǒng)順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)出梯形圖。
4.1.順序功能圖的設(shè)計(jì)
順序功能圖設(shè)計(jì)最基本的思想就是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的步（Step）,并用編程元件來(lái)代表各步;步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來(lái)劃分的,在任何一步之內(nèi),各輸出量的ON/OFF狀態(tài)不變,但相鄰兩步輸出量總 的狀態(tài)是不同的,這樣使得代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著直接的邏輯關(guān)系。在順序功能圖的各步之間只有一步是活動(dòng)步，步與步之間的轉(zhuǎn)換是通過(guò)轉(zhuǎn)換條件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只有在前級(jí)步為活動(dòng)步，并且滿足轉(zhuǎn)換條件的情況下才能由前級(jí)步轉(zhuǎn)到后續(xù)步，前級(jí)步變?yōu)椴换顒?dòng)步而后續(xù)步變?yōu)榛顒?dòng)步。在配料生產(chǎn)線順序功能圖的設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)控制要求將一個(gè)工作周期劃分為10個(gè)步，并用位存貯存器M來(lái)代表各步，其中M0.0為初始步,M0.1～M1.1代表各工作步,完整的順序功能圖如圖（1）所示。
4.2.梯形圖的設(shè)計(jì)
在根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)可以有多種設(shè)計(jì)方法，即使用起保停電路的設(shè)計(jì)方法，以轉(zhuǎn)換為中心的設(shè)計(jì)方法，使用順序控制繼電器的設(shè)計(jì)方法和使用移位寄存器指令的設(shè)計(jì)方法。我們?cè)诔绦蛟O(shè)計(jì)過(guò)程中彩用了起保停電路的設(shè)計(jì)方法。
起保停電路僅使用與觸點(diǎn)和線圈有關(guān)的基本指令，可以用于任意型號(hào)的PLC，這是一種通用的編程方法;在程序中用初始化脈沖SM0.1將初始步對(duì)應(yīng)的編程元件M0.0置位，為轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)作好準(zhǔn)備，按下啟動(dòng)按鈕后，按順序功能圖設(shè)計(jì)的順序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，前級(jí)步編程元件的常開(kāi)觸點(diǎn)作為由前級(jí)步轉(zhuǎn)到后續(xù)步的先決條件與轉(zhuǎn)換條件串聯(lián)，只有當(dāng)前級(jí)步為活動(dòng)步且轉(zhuǎn)換條件滿足時(shí)，才能由前級(jí)步轉(zhuǎn)到后續(xù)步;而后續(xù)步編程元件的常閉觸點(diǎn)則串聯(lián)在前級(jí)步編程元件的線圈回路中，當(dāng)前級(jí)步轉(zhuǎn)到后續(xù)步后，后續(xù)步變?yōu)榛顒?dòng)步而前級(jí)步則變?yōu)椴换顒?dòng)步，利用后續(xù)步編程元件的常開(kāi)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自保功能，這樣一步一步轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)控制要求。
為了實(shí)現(xiàn)各工作方式的轉(zhuǎn)換，在自動(dòng)工作方式下能連續(xù)不斷的循環(huán)運(yùn)行;而在單周期工作方式下，按下啟動(dòng)按鈕后只工作一個(gè)周期就停止工作。在程序中使用了位寄存器M2.0，在自動(dòng)方式時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后M2.0得電并能自保，而在單周期方式時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后M2.0得電但不能自保，在手動(dòng)方式時(shí)按下啟動(dòng)按鈕后M2.0不能得電。在由初始步M0.0轉(zhuǎn)換到第一步M0.1時(shí)，不是將啟動(dòng)按鈕I0.4串在M0.1的線圈回路中，而是將M2.0的常開(kāi)觸點(diǎn)串在M0.1的線圈回路中，這樣就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和單周期工作方式的轉(zhuǎn)換控制。在手動(dòng)方式下通過(guò)I1.5使代表各步的編程元件處于復(fù)位狀態(tài)，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕I0.1、I0.2、I0.3時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出Q0.7、Q1.0、Q1.1得電，實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌機(jī)、1號(hào)傳送帶和2號(hào)傳送帶的點(diǎn)動(dòng)控制。工作方式控制程序如圖（2）所示，起保停主控程序及輸出控制程序如圖（3-1），圖（3-2）所示。
5.結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了利用西門(mén)子S7-200系列可編程序控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)配料生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)作了較為詳細(xì)的闡述，重點(diǎn)介紹了起保停電路的設(shè)計(jì)思路，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，該P(yáng)LC控制系統(tǒng)工作可靠，操作方便。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于使用位寄存器M2.0與工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)各工作方式的轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)。
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