1.前言：

　　隨著微處理器、計算機和數字通信技術的飛速發展，計算機控制已經擴展到了幾乎所有的工業領域。例如可編程序控制器、基于PC總線的工業控制計算機、集散控制系統（DCS）和現場總線控制系統（FCS）等。現代社會要求制造業對市場需求作出迅速反應，生產出小批量、多品種，多規格、低成本和高質量的產品，為了滿足這一要求，生產設備和自動生產線的控制系統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）正是順應這一要求出現的，它是以微處理器為基礎的通用工業控制裝置，是工業自動化三大支柱之一。國際電工委員會（IEC）對PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”從這一定義可以看出，PLC是一種用程序來改變控制功能的工業控制計算機，由于它具有功能強，可靠性高，環境適應能力和抗干擾能力強，以及接線簡單，編程靈活、方便等特點而得到了廣泛應用。本文以西門子S7-200系列PLC實現對配料生產線自動控制的程序設計過程進行了詳細的闡述。

2.配料生產線的電氣控制要求

　　該配料生產線廣泛應用于建筑、化工等生產領域，主要由料倉、倉壁振動器、喂料振動器、稱料倉、排料振動器、傳送帶、中間倉、混合倉、攪拌機組成;各振動器、傳送帶、攪拌機均由電機拖動;中間倉門和混合倉卸料門則由電磁閥控制;當某臺電機過載時電鈴報警并禁止所有輸出，故障排除后才能繼續工作。其工作過程如下：⑴按下啟動按鈕后兩個倉壁振動器和兩個喂料振動器同時啟動，料倉一和料倉二同時開始下料，將配料喂入稱料倉。⑵當稱料傳感器SQ1和SQ2接通時，對應的倉壁振動器和喂料振動器停止工作，停止喂料。⑶啟動1號送料傳送帶。⑷延時10秒后啟動兩個排料振動器進行排料，將稱料倉中的配料通過1號傳送帶送入中間倉。⑸延時300秒后啟動攪拌機，1號送料傳送帶停止工作。⑹延時3秒后，打開中間倉門，將中間倉中的配料放入混合倉通過攪拌機混合均勻。⑺延時300秒后，開啟混合倉卸料門，啟動2號傳送帶將混合均勻的配料送走。⑻延時300秒后全部停止工作，一個周期結束后回到初始狀態或繼續下一個周期。該配料生產線要求有自動、單周期和手動三種工作方式;在自動工作方式下，按下啟動按鈕后能連續不斷地循環工作，直到按下停止按鈕，當前工作周期結束后才停止工作;在單周期工作方式下，按下啟動按鈕后工作一個周期自動停止工作;在手動工作方式下，可手動調整1號傳送帶、2號傳送帶和攪拌機。

3.系統硬件設計

　　根據該配料生產線的電氣控制要求，該系統有9臺電機、2個電磁閥和1個過載報警電鈴需要控制;在手動工作方式下，手動調整1號傳送帶、2號傳送帶和攪拌機，需要3個點動按鈕;在自動工作方式下的啟動和停止按鈕;稱料傳感器SQ1和SQ2有兩對4個輸入點，工作方式轉換開關有3個輸入點，9臺電機的熱繼電器串聯共用一個輸入點，因此該配料生產線的電氣控制系統采用PLC控制需要有13個輸入點，12個輸出點，在設計過程中我們選用西門子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地址分配見表1。

4.系統軟件設計

　　在系統軟件設計過程中，首先根據系統控制要求和工藝流程設計出系統順序功能圖，然后根據順序功能圖設計出梯形圖。

　　4.1.順序功能圖的設計

　　順序功能圖設計最基本的思想就是將系統的一個工作周期劃分為若干個順序相連的步（Step），并用編程元件來代表各步;步是根據輸出量的狀態變化來劃分的，在任何一步之內，各輸出量的ON/OFF狀態不變，但相鄰兩步輸出量總 的狀態是不同的，這樣使得代表各步的編程元件的狀態與各輸出量的狀態之間有著直接的邏輯關系。在順序功能圖的各步之間只有一步是活動步，步與步之間的轉換是通過轉換條件來實現的，只有在前級步為活動步，并且滿足轉換條件的情況下才能由前級步轉到后續步，前級步變為不活動步而后續步變為活動步。在配料生產線順序功能圖的設計中，我們根據控制要求將一個工作周期劃分為10個步，并用位存貯存器M來代表各步，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.梯形圖的設計

　　在根據順序功能圖設計梯形圖時可以有多種設計方法，即使用起保停電路的設計方法，以轉換為中心的設計方法，使用順序控制繼電器的設計方法和使用移位寄存器指令的設計方法。我們在程序設計過程中彩用了起保停電路的設計方法。

　　起保停電路僅使用與觸點和線圈有關的基本指令，可以用于任意型號的PLC，這是一種通用的編程方法;在程序中用初始化脈沖SM0.1將初始步對應的編程元件M0.0置位，為轉換的實現作好準備，按下啟動按鈕后，按順序功能圖設計的順序實現自動轉換，前級步編程元件的常開觸點作為由前級步轉到后續步的先決條件與轉換條件串聯，只有當前級步為活動步且轉換條件滿足時，才能由前級步轉到后續步;而后續步編程元件的常閉觸點則串聯在前級步編程元件的線圈回路中，當前級步轉到后續步后，后續步變為活動步而前級步則變為不活動步，利用后續步編程元件的常開觸點實現自保功能，這樣一步一步轉換實現控制要求。

　　為了實現各工作方式的轉換，在自動工作方式下能連續不斷的循環運行;而在單周期工作方式下，按下啟動按鈕后只工作一個周期就停止工作。在程序中使用了位寄存器M2.0，在自動方式時，按下啟動按鈕后M2.0得電并能自保，而在單周期方式時，按下啟動按鈕后M2.0得電但不能自保，在手動方式時按下啟動按鈕后M2.0不能得電。在由初始步M0.0轉換到第一步M0.1時，不是將啟動按鈕I0.4串在M0.1的線圈回路中，而是將M2.0的常開觸點串在M0.1的線圈回路中，這樣就可以實現自動和單周期工作方式的轉換控制。在手動方式下通過I1.5使代表各步的編程元件處于復位狀態，按下點動按鈕I0.1、I0.2、I0.3時對應的輸出Q0.7、Q1.0、Q1.1得電，實現對攪拌機、1號傳送帶和2號傳送帶的點動控制。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.結束語

　　本文介紹了利用西門子S7-200系列可編程序控制器實現對配料生產線自動控制系統的設計過程，對系統的硬件組成和軟件設計作了較為詳細的闡述，重點介紹了起保停電路的設計思路，現場應用情況表明，該PLC控制系統工作可靠，操作方便。本文的創新點在于使用位寄存器M2.0與工作方式轉換開關實現各工作方式的轉換，大大簡化了程序設計。