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1、电气控制与可编程序控制器应用技术,（第2版）,全国高等职业教育规划教材,克拉玛依职业技术学院全景,刘祖其 谢波 胡小东 编著,第10章 可编程控制器的工程应用及实例,10.1概述 10.2 PLC控制系统的设计原则、内容、方法及步骤 10.3 PLC控制系统的硬件和软件设计 10.4 PLC程序设计方法 10.5 PLC应用实例 10.6 PLC在智能配电系统中的应用,10.1 概述,1. PLC应用领域 ( 1)开关量的逻辑控制：可以是时序、组合、计数、不计数等各种各样的控制，控制的I/O点数可以不受限制。 (2 )模拟量的闭环控制：PLC具有A/D、D/A转换、算术运算和模糊控制的功能。
2、(3 )数字量的智能控制：PLC能接收和输出高速脉冲的功能，如果再配备相应的传感器或脉冲伺服装置。就能实现数字量的智能控制。 (4 )数据采集与监控：PLC在实现控制时，能把现场的数据实时显示出来或采集保存下来，可随时观察采集来的数据及统计分析结果。 (5 )通信、联网及集散控制：PLC的通信联网能力很强， PLC可与PLC之间、PLC与计算机之间进行通信和联网，由计算机来实现对其编程和管理。,2. PLC应用类型 PLC应用类型，普遍采用的是开关量控制和模拟量控制。而开关量的顺序控制是工业自动化设计的首选。 用PLC可作为开关量逻辑控制、定时控制、计数控制，取代传统继电接触器控制，如机床电气
3、、电机控制中心等，也可取代顺序控制，如高炉上料、电梯控制、货物存取、运输、检测等。总之，PLC可用于单机、多机以及生产线的自动化控制场合。 用PLC可实现闭环过程控制，如压力、流量等连续变化的模拟量闭环PID控制。这种类型主要是用在系统中开关量较多、模拟量较少的场合。,10.2 PLC控制系统的设计原则、内容、方法及步骤,1. 系统设计的基本原则 ( 1)首先要全面、详细地了解被控对象的机械结构和生产工艺过程，然后,针对PLC和其他微机系统的技术特点进行比较分析，看哪种控制系统能最大限度地满足被控设备或生产过程的控制要求。 ( 2)设计前，要进行现场调查研究，搜集有关资料。了解工艺过程和机械运
4、动与电气执行元件之间的关系和对电控系统的控制要求, 如机械运动部件的传动与驱动，液压、气动的控制，仪表、传感器等的连接与驱动等；在满足控制要求和技术指标的前提下，要尽量使控制系统简单、经济、操作及维修方便。拟定电气控制方案。,( 3)在制定电气控制方案时。要根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式，电控系统应有的功能，设计时要给控制系统的容量和功能预留一定的余量，便于以后生产的发展和工艺的改进。 ( 4)保证控制系统工作要安全可靠。,2.设计内容 (1 )根据被控对象的特性及用户的要求，拟定控制系统设计的技术条件和设计指标，写出设计任务书。 (2 )选择电气传动形式、电动机、按
5、钮、开关、传感器、继电器、接触器、以及电磁阀等执行机构。 (3 )选定PLC的型号,确定PLC的I/O点数。 (4 )分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O端子接线图。 (5 )根据系统要求编写软件说明书，然后进行程序设计。 (6 )重视界面的设计，增强人与机器之间的友善关系。 (7 )设计控制系统操作台、电气控制柜等及安装接线图。 (8 )编写设计说明书和使用说明书等设计文档。,3.设计方法及步骤 ( 1)详细了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求，分析被控对象的机构和运行过程，明确动作的逻辑关系等。 (2 )根据被控对象对PLC控制系统的技术指标，确定所需输入/输出信号的点数，选择合适的
6、PLC类型。 (3 )根据控制要求，确定输入设备按钮、选择开关、行程开关、传感器等；输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。 (4 )编制出输入/输出端子的接线图。 (5 )设计应用系统梯形图程序。 (6 )将程序输入PLC。用编程器，需将梯形图转换成相应的指令并输入到PLC中；当使用计算机上编程时，可将程序下载到PLC中。,10.3 PLC的硬件和软件设计,10.3.1 PLC的硬件设计 1 、PLC机型的选择 选择合适的机型是PLC控制系统设计中相当重要的环节，PLC基本机型的选择原则是需要什么功能，就选择具有什么样功能的PLC, 在完成相同功能的情况下，同时也适当地兼顾维修、备件的通
7、用性的同时兼顾经济性以及今后设备的改进和发展。,2 、PLC容量 PLC容量包括两个方面：一是I/O点数，二是用户存储器的容量。 3、其他硬件配置 PLC选型确定以后还要考虑系统中的其他部分，主要有: （1）电源 有的PLC机备有独立的电源模块，选择电源模块时要考虑电源模块的额定输出电流要大于或等于主机、I/O模块、专用模块等总的消耗电流之和。 （2）大中型系统配置,10.3.2 PLC的软件设计 1、PLC控制系统的软件设计内容 PLC的软件设计工作是是复杂的，它要求设计人员不仅要有PLC、计算机程序设计的基础，而且又要有自动控制的技术基础和一定的现场实践经验。 软件设计应根据总体要求和控制
8、系统的具体情况，确定程序的基本结构，绘制流程图或功能流程图，对简单的可以用经验法设计，对复杂的系统一般采用顺序法设计。,2、 PLC控制系统的软件设计步骤 软件设计就是在软件规格说明书的基础上，编制实际应用程序并形成程序说明书。 （1） 制定设备运行方案 （2） 画控制流程图 （3） 制定抗干扰措施 （4） 编写程序 （5） 软件测试 （6） 编制程序使用说明书,10.4 PLC程序设计方法,10.4.1 经验设计法 经验设计法是根据生产机械的工艺要求和生产过程, 选择适当的基本环节或典型电路综合而成的电气控制线路。依靠经验进行选择、组合, 直接设计电气控制系统来满足生产机械和工艺过程的控制要
9、求。 一般不太复杂的电气控制线路都可以按照这种方法进行设计，可以收到简便、快速的效果。但是，由于这种方法主要是依靠设计人员的经验进行设计。,10.4.2 逻辑设计法 逻辑设计方法的理论基础是逻辑代数，PLC是一种新型的工业控制计算机, 可以说PLC是“与”、“或”、非”三种逻辑线路的组合体。而PLC的梯形图程序的基本形式也是与、或、非的逻辑组合，它的工作方式及其规律又完全符合逻辑运算的基本规律。用变量及其函数只有“0”、“1”两种取值的逻辑代数作为研究PLC应用程序的工具就是顺理成章的事了。采用逻辑设计法所编写的程序便于优化，是一种实用可靠的程序设计方法。,用逻辑设计法设计PLC应用程序的基本
10、步骤： 1)根据控制要求列出逻辑代数表达式。 2)对逻辑代数式进行化简。 3)根据化简后的逻辑代数表达式画梯形图。,10.5 PLC应用实例,10.5.1 电动机的正、反转联锁控制电路 在第7章中，分析了具有电气联锁的电动机正反转控制电路电气原理图，如图7-22(a)(b)所示。PLC控制的输入输出接线图如图7-27所示。梯形图如图7-24（a）所示。对应的指令程序如图7-24（b）所示。,10.5.2两台电动机顺序起动联锁控制电路 电路工作原理：图10-1所示电路为两台电动机顺序起动联锁控制电路的电气原理图。(a)为主电路，(b) 为控制电路。（c ）为FX2N-32MR控制电路输入输出接线
11、图，（d）为梯形图，（e）为对应的指令程序。PLC控制的工作过程如下:,(a) 主电路,(b)控制电路,图10-1 两台电动机顺序起动联锁控制线路,10.5.3 自动限位控制电路 电路工作原理：图10-2所示电路为自动限位控制电路的电气原理图。(a)为主电路，(b) 为控制电路。（c ）为控制电路输入输出接线图，（d）为梯形图，（e）为对应的指令程序。图中SQ1和SQ2为限位开关，安装在预定位置上，做为限位用。采用PLC控制的工作过程如下:,(a) 主电路 (b)控制电路,图10-2自动限位控制电路,(c )PLC控制输入输出接线,(d)梯形图,图10-2自动限位控制电路,10.5.4 电动机
12、Y-减压起动控制电路 电路工作原理：图10-3所示电路为电动机Y-降压起动控制电路的电气原理图。(a)为主电路，(b) 为控制电路。（c ）为控制电路输入输出接线图，（d）为梯形图，（e）为对应的指令程序。图中接触器KM2为三角形联结法，KM3为星形联结法。采用PLC控制工作过程如下:,图10-3电动机Y -降压起动自动控制电路,图10-3电动机Y -降压起动自动控制电路,10.5.5 自动循环控制 电路工作原理：图10-4所示电路为自动循环控制电路的电气原理图。(a)为电路原理图，(b) 为控制电路输入输出接线图，（c）为梯形图，（d）为对应的指令程序。要求工作台在一定距离内能自动往返循环运
13、动，图中SQ1-SQ4为位置开关。采用PLC控制工作过程如下:,(a) 主电路 (b)控制电路,图10-4 自动循环控制电路,(c) PLC控制的输入输出接线,(d) 梯形图,图10-4 自动循环控制电路,10.5.6 能耗制动控制 电路工作原理：图10-5所示电路为能耗制动自动控制电路电气原理图。(a)为主电路，(b) 为控制电路。（c ）为控制电路输入输出接线图，（d）为梯形图，（e）为对应的指令程序。PLC控制的工作过程如下:,(a)电路,(b )PLC控制输入输出接线,图10-5 带变压器的桥式整流能耗制动自动控制电路,10.6 PLC在智能配电系统中的应用 现代的PLC产品集数据处理
14、、程序控制、参数调节和数据通信为一体，结合计算机及网络技术，配合组态监控软件，使得系统能够实现对现场工作过程的实时监控，从而实现低压配电系统的智能化、可视化管理，为低压配电控制系统的遥控、遥测、遥信提供了可靠的平台。智能配电监控系统具有人机界面友好、控制方便、过程直观等特点，利用了计算机的软硬件资源，有效地提高了系统的自动化水平和可靠性，方便了系统的信息化管理。,10.6.1继电器系统和PLC系统的比较 传统的配电系统是采用继电器系统和分布监测计量、分布控制方式。继电器系统缺点是体积大，可靠性低，工作寿命短，查找故障困难，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线复杂，对于生产工艺的变化的适
15、应性差，不便实现集中控制。PLC是一种新型工业控制器，与继电器相比，编程灵活、功能齐全、控制简单、使用方便、抗干扰力强、性价比高、寿命长、体积小、重量轻、耗电小、有自诊断、故障报警、网络通讯、显示等功能，还便于操作和维修人员检查。,10.6.2 PLC在配电系统的应用 集中控制、集中监测计量在10KV配电一次系统中的应用。例如在一个10KV配电一次系统中，有两台1000KVA变压器并联运行.在配电一次系统中继电器系统主要集中在总受柜和变压器配出柜内，应用PLC系统来代替继电器系统，可以减少柜与柜之间的硬连线，省去很多继电器，简化工艺，降低系统制作成本，提高配电系统的可靠性，安全性和节能性。PLC是整个系统的神经中枢，所有控制，保护，工作状态指示都通过PLC内部的虚拟继电器通过软连线配合外部给定开关量和信号来完成。,第10章 结束,谢谢大家！,
