PLC在物料配送系统中的应用

本科生毕业论文(设计)

PLC在物料配送系统中的应用料

配送系统中的应用

院 系

专 业 电气工程及其自动化

班 级 学 号

学 生 姓 名 联 系 方 式

指 导 教 师 李耀辉 职 称 讲师

2010年5月

独 创 性 声 明

本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：

年 月 日

授 权 声 明

本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。

本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为：无。

签名：

年 月 日

指导教师签名：

年 月 日

摘 要

本文通过PLC 控制物料配送系统实现了系统的自动控制。详细介绍了PLC 的分类及工作原理。通过对物料配送电气控制系统的分析，选取了符合系统要求的西门子S7-200PLC 。经过对西门子PLC 硬件、I/O口的分析及对梯形图的编制，结合硬件结构，设计出了以顺序控制程序控制的物料配送系统。

关键词： PLC ；物料配送；顺序控制

ABSTRACT

This articles use PLC to control the distribution of materials system, and achieve automatic control system. At the same time，I make a detailed description about PLC„s classification and principle. Through the analysis of electrical system for the distribution of materials system, we select the hardware of Siemens S7-200 PLC which meets the requirements of system. Through the analysis of Siemens PLC hardware and I/O ports and the preparation of the ladders, I design the distribution of materials system in the control of the program of sequence controlling. Key words: PLC; distribution of materials; sequence controlling

目 录

1 绪论 . ............................................................................................................................................ 1

1.1 PLC在物料配送系统中的应用意义...................................................................................... 1

1.2 PLC发展动向和控制系统发展前景...................................................................................... 1

2 PLC原理及配料系统总体控制................................................................................................. 2

2.1可编程序控制器PLC 的分类................................................................................................. 2

2.2 PLC的工作原理 . ..................................................................................................................... 4

2.3配料系统的电气控制方案....................................................................................................... 5

3 PLC的选取及配料系统硬件设计............................................................................................. 7

3.1 PLC的选取 . ............................................................................................................................. 7

3.1.1 PLC的选型方法 . .................................................................................................................. 7

3.1.2西门子PLC 的选取.............................................................................................................. 7

3.2 S7-200 PLC的硬件配置 ......................................................................................................... 8

3.3物料配送系统中S7-200 PLC的I/O分配 .......................................................................... 10

3.4系统PLC 外部接线电路图................................................................................................... 11

3.5物料配送控制系统硬件结构框图......................................................................................... 12

4 系统软件的设计....................................................................................................................... 13

4.1 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍 .................................................................................. 13

4.2物料配送系统顺序功能图的设计......................................................................................... 15

4.3梯形图的设计 . ........................................................................................................................ 16

4.3.1梯形图的设计方法.............................................................................................................. 16

4.3.2工作方式的转换控制.......................................................................................................... 16

4.3.3启保停电路的设计.............................................................................................................. 18

4.3.4启保停输出控制程序.......................................................................................................... 22

5 系统的调试与仿真................................................................................................................... 24

5.1 PLC梯形图控制程序的导出................................................................................................ 24

5.2 S7-200PLC模拟器的使用 .................................................................................................... 24

6 结论 . .......................................................................................................................................... 29

参考文献 . ...................................................................................................................................... 30

致 谢 . .......................................................................................................................................... 31

1 绪论

本文通过PLC 在自动生产线上的使用，来介绍PLC 的一些硬件配置及软件功能，以及他们在物料配送系统中的应用。现在的工业生产的发展趋势，是趋向自动化发展，工厂的自动化程度越高，其工厂的作业人员的劳动强度就越低，相反其生产效率越高。本文是讲述一条自动配料的生产线的设计，使自动配料生产线的自动化程度相对的提高。

1.1 PLC在物料配送系统中的应用意义

配料工序是工业生产过程中非常重要的环节，其配料自动化程度直接影响着产品的质量。国内配料厂前期投入使用的微机配料系统大部分是国外引进的。随着我国电脑工业的发展，微机配料系统已逐步国产化，我国许多科研、生产单位都投入到开发生产的行列。配料系统普遍存在的问题是：自动化程度低，机电控制部分的可靠性差，缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。针对实际问题，我们采用西门子S7-200/224型可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了配料控制系统。

1.2 PLC发展动向和控制系统发展前景

PLC 其技术发展呈现了新的动向1：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU 并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2：PLC 在闭环过程控制中应用日益广泛 3：不断加强通讯功能 4：新器件和模块不断推出 高档的PLC 除了主要采用CPU 以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM 或RAM 的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

现在， 虽然出现了性能更加优越的 DCS 和 FCS 控制系统， PLC 控制也终将会被先进的 FCS 控制所取代，但是目前以及今后相当长的一段时间， PLC 还会与 DCS 和 FCS 共存， 未来 PLC 将朝着多功能化、集成化、智能化、标准化、开放化的方向发展，故 PLC 虽然面临其它自动化控制系统的挑战，但同时也在吸收它们的优点， 互相融合，不断创新，在今后一段时间内将与其它先进控制方式并存，共同发展。

2 PLC原理及配料系统总体控制

2.1 可编程序控制器PLC 的分类

PLC 产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC 的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。

1. 按结构形式分类根据PLC 的结构形式，可将PLC 分为整体式和模块式两类。

1整体式 PLC 整体式PLC 是将电源、CPU 、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， ○

具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC 一般采用这种整体式结构。整体式PLC 由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU 、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM 写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU 。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。其组成如图2-1所示:

图2-1 整体式PLC 的组成示意图

2模块式PLC 模块式PLC ○是将PLC 各组成部分，分别做成若干个单独的模块，如CPU 模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU 模块中）以及各种功能模块。模块式PLC 由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC 一般采用模块式结构。其组成如图2-2所示。

图2-2 模块式PLC 的组成示意图

还有一些PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓的叠装式PLC 。叠装式PLC 其CPU 、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。

2. 按功能分类根据PLC 所具有的功能不同，可将PLC 分为低档、中档、高档三类。 1低档○PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

2中档PLC 除具有低档PLC 的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、○

数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID 控制等功能，适用于复杂控制系统。

3高档○PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC 机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。

3. 按I/O点数分类根据PLC 的I/O点数的多少，可将PLC 分为小型、中型和大型三类。 1小型PLC ——I/O点数小于256点；单CPU 、8位或16位处理器、用户存储器容量○

4K 字以下。

2中型PLC ——I/O点数256～2048点；双CPU ，用户存储器容量2～8K 。 ○

3大型PLC ——I/O点数> 2048点；多CPU ，16位、32位处理器，用户存储器容量8～○

16K 。

2.2 PLC的工作原理

PLC 的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU 从第一条

指令执行开始，按顺序逐条地执

行用户程序直到用户程序结束，

然后返回第一条指令开始新的一

轮扫描。

PLC 就是这样周而复始地重

复上述循环。扫描的PLC 工作的

全过程可用图 2-3所示的运行框

图来表示。整个过程可分为以下

几个部分： 第一部分是上电处

理。PLC 上电后对系统进行一次

初始化，包括硬件初始化和软件

初始化，停电保持范围设定及其

他初始化处理等。第二部分是自

诊断处理。PLC 每扫描一次，执

行—次自诊断检查，确定PLC 自

身的动作是否正常。如CPU 、电

池电压、程序存储器、I ／O 和通 图2-3 PLC工作原理

讯等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU 面板上的LED 及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU 被强制为STOP 方式，所有的扫描便停止。

第三部分是通讯服务。PLC 自诊断处理完成以后进入通讯服务过程。首先检查有无通讯任务，如有则调用相应进程，完成与其他设备的通讯处理，并对通讯数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。

第四部分是程序扫描过程。PLC 在上电处理、自诊断和通讯服务完成以后，如果工作选择开关在RUN 位置，则进人程序扫描工作阶段。先完成输入处理，即把输入端子的状态读入输入映像寄存器中，然后执行用户程序，最后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。

2.3 配料系统的电气控制方案

该配料生产线广泛应用于建筑、化工等生产领域，主

要由料仓、仓壁振动器、喂料振动器、称料仓、排料振动

器、传送带、中间仓、混合仓、搅拌机组成；各振动器、

传送带、搅拌机均由电机拖动；中间仓门和混合仓卸料门

则由电磁阀控制；当某台电机过载时电铃报警并禁止所有

输出，故障排除后才能继续工作。控制程序流程如图2-4

所示。其工作过程如下：⑴按下启动按钮后两个仓壁振动器

和两个喂料振动器同时启动，料仓一和料仓二同时开始下

料，将配料喂入称料仓。⑵当称料传感器SQ1和SQ2接通

时，对应的仓壁振动器和喂料振动器停止工作，停止喂料。

⑶启动1号送料传送带。⑷延时10秒后启动两个排料振动

器进行排料，将称料仓中的配料通过1号传送带送入中间

仓。⑸延时300秒后启动搅拌机，1号送料传送带停止工作。

⑹延时3秒后，打开中间仓门，将中间仓中的配料放入混合

仓通过搅拌机混合均匀。⑺延时300秒后，开启混合仓卸料

门，启动2号传送带将混合均匀的配料送走。

图2-4 PLC控制程序流程图

⑻延时300秒后全部停止工作，一个周期结束后回到初始状态或继续下一个周期。该配料生产线要求有自动、单周期和手动三种工作方式；在自动工作方式下，按下启动按钮后能连续不断地循环工作，直到按下停止按钮，当前工作周期结束后才停止工作；在单周期工作方式下，按下启动按钮后工作一个周期自动停止工作；在手动工作方式下，可手动调整1号传送带、2号传送带和搅拌机。

3 PLC的选取及配料系统硬件设计

3.1 PLC的选取 3.1.1 PLC的选型方法

在PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC 工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC 及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC 和设计相应的控制系统。

3.1.2 西门子PLC 的选取

西门子S7系列PLC 体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC 产品可分为微型PLC （如S7-200），小规模性能要求的PLC （如S7-300）和中、高性能要求的PLC （如S7-400）等。1.S7-200PLC 可提供4个不同的基本型号与8种CPU 可供选择使用。2. S7-300是模块化小型PLC 系统，能满足中等性能要求的应用；各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；3. S7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU ，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统，当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。

S7-200 PLC是超小型化的PLC ，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。

它是SIEMENS 公司推出的一种小型PLC ，相对于S7-300和 S7-400来说具有极高的性价比，具有以下特点：

(1)结构紧凑；

(2)扩展性良好；基本单元的基础上，S7-200系统最多可扩展7个模块。

(3)指令功能强大； (4)价格低廉。 3.2 S7-200 PLC的硬件配置

德国西门子（SIEMENS ）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS ）公司的PLC 产品除了S 系列的PLC 外，还包括工业网络，HMI 人机界面，工业软件等。下面就着重介绍S7-200 PLC的硬件配置。

S7-200系列PLC 可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。

1. 基本单元 S7-200系列PLC 中可提供4种不同的基本型号的8种CPU 供选择使用，其输入输出点数的分配见表：

表3-1 S7-200系列PLC 中CPU22X 的基本单元

2. 扩展单元 S7-200系列PLC 主要有6种扩展单元，它本身没有CPU ，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数，S7-200系列PLC 扩展单元型号及输入输出点数的分配如表所示:

表3-2 S7-200系列PLC 扩展单元型号及输入输出点数

3. 编程器 PLC 在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC 中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC 可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。

简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC 的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。本设计用的是V4.0 STEP7-Micro/WIN。

4. 程序存储卡 为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC 设有外接EEPROM 卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC ，也可将PLC 内的程序及重要参数传到外接EEPROM 卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM 有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K 和16K 程序步。

5. 写入器 写入器的功能是实现PLC 和EEPROM 之间的程序传送，是将PLC 中RAM 区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC 中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM 区。

3.3 物料配送系统中S7-200 PLC的I/O分配

根据该配料生产线的电气控制要求，该系统有9台电机、2个电磁阀和1个过载报警电铃需要控制；在手动工作方式下，手动调整1号传送带、2号传送带和搅拌机，需要3个点动按钮；在自动工作方式下的启动和停止按钮；称料传感器SQ1和SQ2有两对4个输入点，工作方式转换开关有3个输入点，9台电机的热继电器串联共用一个输入点，因此该配料生产线的电气控制系统采用PLC 控制需要有13个输入点，12个输出点，在设计过程中我们选用西门子S7-200系列PLC ，基本单元选用CPU224模块DC14输入/继电器10输出，扩展单元选用EM223DC8输入/继电器8输出能满足控制要求。具体的I/O地址分配见表3-3：

表3-3 I/O地址分配表

3.4 系统PLC 外部接线电路图 系统PLC 外部接线图，如图3-1所示

220V AC

图3-1 物料传送系统PLC 外部接线图

3.5 物料配送控制系统硬件结构框图

系统有9台电机、2个电磁阀和1个过载报警电铃需要控制，电机是控制传送带、喂料和排料，电磁阀是控制中间仓仓门和混合仓卸料门 。其结构框图如图3-2所示：

图3-2 控制系统硬件结构框图

4 系统软件的设计

4.1 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍

STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMA TIC 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。下面将介绍此软件的基本功能以及如何应用编程软件进行编程等内容。

一、STEP7-Micro/WIN32 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。 二、 STEP7-Micro/WIN32编程软件的使用 1. 生成程序文件

程序文件的来源有三个：新建一个程序文件、打开已有的程序文件和从PLC 上载程序文件。可以用“文件（File ）”菜单中的“新建（New ）”项或工具条中的“新建（New ）”按钮新建一个程序文件。如图A-3所示为一个新建程序文件的指令树。在新建程序文件的初始设置中，文件以“Project1（CPU221）”命名，CPU221是系统默认的PLC 的CPU 型号。在指令树中可见一个程序文件包含7个相关的块（程序块、符号表、状态图、数据块、系统块、交叉索引及通信），其中程序块包含一个主程序（MAIN ）、一个可选的子程序（SBR 0）

和一个中断服务程序（INT 0）。

用户可以根据实际编程的需要修改程序文件的初始设置。

1确定PLC 的CPU 型号。右击“Project1（CPU221）”图标，在弹出的按钮中单击“类○

型（Type ）”，就可在对话框中选择实际的PLC 型号。也可用“PLC”菜单中的“类型（Type ）”项来选择PLC 型号。

2程序更名。如果要更改程序的文件名，可点击“文件（File ）“菜单中“另存为（Save as）”○

项，在弹出的对话框中键入新的文件名。

程序块中主程序的名称一般用默认名称“MAIN”，任何程序文件都只有一个主程序。 对子程序和中断程序的更名可在指令树窗口中右击需要更名的子程序或中断程序名，在弹出的选择按钮中单击“重命名（Rename ）”，然后键入新名称。

3添加子程序或中断程序。 ○

方法一：在指令树窗口中右击“程序块（Program Block）”图标，在弹出的选择按钮中单击“插入子程序（Insert Subroutine）”或“插入中断程序（Insert Interrupt）”项。

方法二：用“编辑（Edit ）”菜单中“插入（Insert ）”项下的“子程序（Subroutine ）” 或“中断程序（Interrupt ）”来实现。

方法三：右击编辑窗口，在弹出的选项中选择“插入（Insert ）”项下的“子程序（Subroutine ）” 或“中断程序（Interrupt ）”命令。

新生成的子程序或中断程序会根据已有的子程序或中断程序的数目自动递增编号，用户可将其更名。

2. 编辑程序文件

利用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行程序的编辑和修改一般采用梯形图编辑器，下面将介绍梯形图编辑器的一些基本编辑操作。语句表和功能表图编辑器的操作可类似进行。

输入编程元件 梯形图的编程元件有触点、线圈、指令盒、标号及连接线，可用两种方法输入。

方法一：用工具条上的一组编程按钮，如图A-4所示。单击触点（Contact ）、线圈（Coil ）或指令盒（Box ）按钮，从弹出的窗口中选择要输入的指令，单击即可。

工具条中的编程按钮有9个，下行线、上行线、左行线和右行线按钮用于输入连接线，形成复杂的梯形图；触点、线圈和指令盒按钮用于输入编程元件；插入网络和删除网络按钮用于编辑程序。

方法二：根据要输入的指令类别，双击指令树中该类别的图标，选择相应的指令，单击即可。

4.2 物料配送系统顺序功能图的设计

在系统软件设计过程中，首先根据系统控制要求和工艺流程设计出系统顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图。完整的顺序功能如图4-1所示。

顺序功能图设计最基本的思想就是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的步（Step ），并用编程元件来代表各步；步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一步之内，各输出量ON/OFF状态不变，但相邻两步输出量总的状态是不同的，这样使得代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着直接的逻辑关系。在顺序功能图的各步之间只有一步是活动步，步与步之间的转换是通过转换条件来实现的，只有在前级步为活动步，并且满足转换条件的情况下才能由前级步转到后续步，前级步变为不活动步而后续步变为活动步。在配料生产线顺序功能

图4-1 顺序控制功能图

图的设计中，我们根据控制要求将一个工作周期划分为10个步，并用位存贮存器M 来代表各步，其中M0.0为初始步，M0.1～M1.1代表各工作步。

4.3 梯形图的设计 4.3.1 梯形图的设计方法

在根据顺序功能图设计梯形图时可以有多种设计方法。可以使用以转换为中心的设计方法，启保停电路的设计方法； 使用顺序控制继电器指令的设计方法和使用移位寄存器指令的设计方法。以转换为中心的设计方法在设计梯形图时，很有规律，在设计复杂的梯形图时既容易掌握，又不容易出错。启保停电路的设计方法，可以用于任意型号的PLC ，这是一种通用的编程方法，也是一种最容易掌握的编程方法。顺序控制继电器指令的设计方法，是西门子 S7-200 系列特有的方法，不同系列的PLC ，其编程方法大不相同。移位寄存器指令的设计方法，在不同系列的PLC 中也不一样，对于单系列的顺序控制编程非常方便，但对于并行系列和分支系列的编程不是很合适。具体使用哪一种方法因人而异，每一种方法都有各自的优点。在此控制系统中我们采用启保停电路的设计方法。 4.3.2 工作方式的转换控制

为了实现各工作方式的转换，在自动工作方式下能连续不断的循环运行；而在单周期工作方式下，按下启动按钮后只工作一个周期就停止工作。在程序中使用了位寄存器M2.0，在自动方式时，按下启动按钮后M2.0得电并能自保，而在单周期方式时，按下启动按钮后M2.0得电但不能自保，在手动方式时按下启动按钮后M2.0不能得电。在由初始步M0.0转换到第一步M0.1时，不是将启动按钮I0.4串在M0.1的线圈回路中，而是将M2.0的常开触点串在M0.1的线圈回路中，这样就可以实现自动和单周期工作方式的转换控制。梯形图如4.2.3节所示的启保停主控程序。当出现过载时，I0.0接通，Q0.0输出驱动电机故障报警电铃实现过载报警。

梯形图如图4-2所示：

图4-2 工作方式控制程序

图中控制程序默认是单周期循环模式，I1.3常开触点接通时，当触发I0.4常开触点时，M2.0得电自保，使系统处于自动循环状态；按下I1.5常闭触点，使得M2.0不能得电，M0.0-M0.9置位，M2.1得电，在输出程序中与I0.1、I0.2、I0.3配合，构成手动控制方式。电机过载时，触动I0.0，报警电铃被触发，报警3秒。

工作方式程序经过编译后没有错误，如图4-3

所示：

图4-3 工作方式控制程序编译

4.3.3 启保停电路的设计

启保停电路仅使用与触点和线圈有关的基本指令，可以用于任意型号的PLC ，这是一种通用的编程方法；在程序中同样用初始化脉冲SM0.1将初始步对应编程元件 M0.0得电并自锁，而使其它步对应的编程元件M0.1-M1.1 全部复位，为转换的实现作好准备。按下启动按钮后，M2.0 得电（在自动工作方式下M2.0得电并自锁），按顺序功能图设计的顺序实现自动转换，前级步编程元件的常开触点作为由前级步转到后续步的先决条件与转换条件串联，只有当前级步为活动步且转换条件满足时，才能由前级步转到后续步；而后续步编程元件的常闭触点则串联在前级步编程元件的线圈回路中，当前级步转到后续步后，后续步变为活动步而前级步则变为不活动步，利用后续步编程元件的常开触点实现自保功能，这样一步一步转换实现控制要求。

启保停主控程序梯形图如图4-4所示：

图4-4 启保停主控程序

启保停主程序经过编译后无错误，如图4-5

所示：

图4-5 启保停主控程序编译

4.3.4 启保停输出控制程序

在手动方式下通过I1.5使代表各步的编程元件处于复位状态，按下点动按钮I0.1、I0.2、I0.3时对应的输出Q0.7、Q1.0、Q1.1得电，实现对搅拌机、1号传送带和2号传送带的点动控制输出控制程序如图4-6所示：

图4-6 启保停输出控制程序

启保停输出控制程序经编译后无错误，如图4-7

所示：

图4-7 启保停输出控制程序编译

5 系统的调试与仿真

5.1 PLC梯形图控制程序的导出

由于条件有限，本系统采用S7-200PLC 模拟器，程序在STEP7-Micro/WIN32编程软件中编辑好之后，经过编译后，无错误，便可以导出awl 格式的文件。 5.2 S7-200PLC模拟器的使用

一：配置模拟器

1. 在 Step 7 Micro Win V3.2 中新建一个项目。

2. 输入程序，编译正确后转换成STL 编程语言界面（检视（V ）－ STL(S)）。 3. 打开仿真软件，点“配置”-“CPU 型号”(或在已有的CPU 图案上双击) 。如图5-1所示：

图5-1 CPU选型

4. 在弹出的对话框中选择CPU 型号，要与你项目中的型号相同。

5. 点击“程序（P ）”-“粘贴程序（OB1）”(或工具条中的第4个按钮) 。如图5-2所示：

图5-2 粘贴程序

在Step 7 Micro Win V3.2的STL 编程语言界面复制时，必须完整复制指令，例如必须包含网络序号“NETWORK 1”等。

6. 点击“查看（E ）”－“内存监视（M ）”(或工具条中的第12个按钮) 输入想要监视的地址。

7. 点击“PLC”-“运行”(或工具栏上的绿色三角按钮) ， 程序已经开始模拟运行。如图5-3所示：

图5-3 PLC的运行

二：程序测试

1. 在 Step 7 Micro Win V3.2 中新建一个项目。

2. 输入程序，编译正确后在文件菜单中导出为 AWL 文件。

3. 打开仿真软件，点“配置”-“CPU 型号”(或在已有的CPU 图案上双击) 。 4. 在弹出的对话框中选择CPU 型号，要与你项目中的型号相同。 5. 点击“程序”-“载入程序”(或工具条中的第2个按钮) 。

6. 会有个对话框，只选择“逻辑块（L ）”并选择Step 7 Micro Win V3.2 的版本，点击“确定”。如图5-4所示：

图5-4 逻辑块的选取

7. 将先前导出的 AWL 文件打开。

若第6步选择全部，则此时会提示无法打开文件，这里出现错误的原因是无法打数据块和CPU 配置文件，不要管它，直接确定。

8. 点击“查看（E ）”－“内存监视（M ）”(或工具条中的第12个按钮) 输入想要监视的地址。

9. 点“PLC”-“运行”(或工具栏上的绿色三角按钮) ，程序已经开始模拟运行。 模拟器界面如图5-5所示：

图 5-5 西门子S7－200软件仿真

6 结论

本文根据物料配送的电气控制要求，设计了由西门子S7-200系列可编程序控制器控制的物料配送自动控制系统。设计中根据顺序功能控制程序设计了启保停电路，用来控制物料配送；利用位寄存器和工作转换开关实现了自动、单周期和手动工作方式的转换，整体上实现了对物料配送系统的控制。

参考文献

[1] 廖常初. PLC编程及应用[M]. 机械工业出版社，2005

[2] 史国生. 电气控制与可编程序控制器技术[M]. 化学工业出版社，2010 [3] 德国西门子公司. S7-200中文系统手册

[4] 周万珍，高鸿斌. PLC分析与设计应用[M]. 电子工业出版社，2004 [5] 丁守成. PLC断料机控制系统的设计与应用[J]. 《微计算机信息》，2004 [6] 张进秋. 可编程控制器原理及应用实例[M]. 机械工业出版社，2005 [7] 高和. 可编程控制器应用技术与设计实例[M]. 人民邮电出版社，2004 [8] 韩常. PLC编程及应用[M]. 机械工业出版社，2005 [9] 童诗白. 模拟电子技术基础[M]. 高等教育出版社，2001

[10] 王卫兵，高俊山. 可编程序控制器原理及应用[M]. 机械工业出版社，2002 [11] 王有春，孙萌等. 电子报[J].成都大学科技出版社. ，1992 [12] 赵静等. PLC在运输生产线的应用[J] . 自动化与仪表，2003

[13] 张万忠，刘明芹. 电器与PLC 控制技术[M]. 化学工业出版社，2003

[14] 孙承志，徐智，张家海，吉顺平. 西门子S7-200/300/400PLC基础与应用技术[M].

机械工业出版社，2009

致 谢

非常感谢李耀辉老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助，他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表示我诚挚的谢意！同时，感谢罗舒克老师、王武老师、贺丽娜、王安梅等评阅老师对我了论文的指正，还要感谢任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！