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1、第五章 PLC控制系统的设计,PLC控制系统的设计包括三个重要的环节： 其一是通过对控制任务的分析，确定控制系统的总体设 计方案； 其二是根据控制要求确定硬件构成品方案； 其三是设计出满足控制要求的应用程序。,1、PLC控制系统设计的基本步骤,PLC控制系统的设计一般包括下面几个基本步骤： 对控制任务作深入的调查研究 ； 确定系统总体设计方案 ； 根据控制要求确定输入输出元件，选择PLC机型 ； 确定PLC的输入输出点分配 ； 设计应用程序 ； 应用程序的调试 ； 制做电气控制柜和控制盘 ； 连机调试程序 ； 编写技术文件 。,2、PLC的应用程序,应用程序的内容 ： 初始化程序。在PLC上电
2、后，一般都要做一些初始化的操作。其作用是为启动作必要的准备，并避免系统发生误动作。 检测、故障诊断、显示程序。应用程序一般都设有检测、故障诊断和显示程序等内容。这些内容可以在程序设计基本完成时再进行添加。有时，它们也是相对独立的程序段 。 保护、连锁裎序。各种应用程序中，保护和连锁是不可缺少的部分。它可以社绝由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，保证系统的运行更安全弋可靠， 因此要认真考虑保护和连锁的问题。 通常在PLC外部也要设置连锁和保护措施。,应用程序的质量,PLC控制系统的设计一般包括下面几个基本步骤： 程序的正确性； 程序的可靠性好； 参数的易调整性好； 程序要简练； 程序的可读性好 。
3、,3、逻辑设计法,当主要对开关量进行控制时，使用逻辑设计法比较好。 逻辑设计法的基础是逻辑代数。在程序设计时，对控制 任务进行逻辑分析和综合，将控制电路中元件的通、断电状 态视为以触点通、断状态为逻辑变量的逻辑函数，对经过化 简的逻辑函数，利用PLC的逻辑指令可以顺利地设计出满足 要求的且较为简练的控制程序。 这种方法设计思路清晰，所编写的程序易于优化，是一 种较为实用可靠的程序设计方法。,举例说明,某系统中有4台通风机，要求在以下几种运行状态下应 发出不同的显示信号：三台及三台以上开机时，绿灯常亮； 两台开机时，绿灯以5Hz的频率闪烁；一台开机时，红灯以 5Hz的频率闪烁；全部停机时，红灯常
4、亮。,（1）分析问题 由控制任务可知，这是一个对通风机运行状态进行监视的问题。显然，必须把4台通风机的各种运行状态的信号输入到PLC中（由PLC外部的输入电路来实现）；各种运行状态对应的显示信号是PLC的输出。,举例说明,（2）假设 为了讨论问题方便，设4台通风机分别为A、B、C、D，红灯为F1，绿灯为F2。 由于各种运行情况所对应的显示状态是惟一的，故可将几种运行情况分开进行程序设计。,（3）分模块设计,1.红灯常亮的程序设计,当4台通风机都不开机时红灯常亮。设灯常亮为“1”、灭为“0”，通风机开机为“1”，停为“0”(不同)。其状态表为：,举例说明,2.绿灯常亮的程序设计,能引起绿灯常亮的
5、情况有5种，列状态表为：,图5.2 绿灯常亮的梯形图,举例说明,3.红灯闪烁的程序设计,设红灯闪烁为“1”，列状态表为：,图5.3 红灯闪烁的梯形图,举例说明,4. 绿灯闪烁的程序设计,设绿灯闪烁为“1”，列状态表为：,举例说明,5. 作I/O点分配,本例只有A、B、C、D，4个输入信号，F1，F2两个输出，作为I/O分配如表5.1所示：,表5.1 I/O分配表,总梯形图,红灯,绿灯,逻辑设计法总结：,(1)用不同的逻辑变量来表示各输入、输出信号，并设定对应输入、输出信号各种状态时的逻辑值。 (2)根据控制要求，列出状态表或画出时序图。 (3)由状态表或时序图写出相应的逻辑函数，并进行化简。
6、(4)根据化简后的逻辑函数画出梯形图。 (5)上机调试，使程序满足要求。,4、时序图设计法,如果PLC各输出信号的状态变化有一定的时间顺序，可用时序图法设计程序。 因为在画出各输出信号的时序图后，容易理顺各状态转换的时刻和转换的条件，从而建立清晰的设计思路。,举例说明,在十字路口上设置的红、黄、绿交通信号灯，其布置如右图所示。由于东西方向的车流量较小，南北方向的车流量较大，所以南北方向的放行（绿灯亮） 时间为30s，东西方向的放行时间（绿灯亮）为20s。当在东西（或南北）方向的绿灯灭时，该方向的黄灯与南北（或东西）方向的红灯一起以5Hz的频率闪烁5s，以提醒司机和行人注意。闪烁5s之后，立即开
7、始另一个方向的放行。要求只用一个控制开关对系统迸行启停控制。,绿 黄 红,红 黄 绿,红 黄 绿,绿 黄 红,北,南,西,东,交通灯布置图,时序图法编程思路,（1）分析PLC的输入和输出信号，以作为选择PLC机型的依据之一。在满足控制要求的前提下，应尽量减少占用PLC的IO点。由上述控制要求可见，由控制开关输入的启、停信号是输入信号。由 PLC 的输出信号控制各指示灯的亮、灭。在图中，南北方向的三色灯共6盏，同颜色的灯在同一时间亮、灭，所以可将同色灯两两并联，用一个输出信号控制。同理，东西方向的三色灯也照此办理，只占6个输出点。,（2）为了弄清各灯之间亮、灭的时间关系，根据控制要求，可以先画出
8、各方向三色灯的工作时序图。本例的时序如下图所示。,（3）由时序图分析各输出信号之间的时间关系。,（4）4个时间区必须用4个定时器来控制，为了明确各定时器的职责，最好列出定时器的功能明细表，如下表：,（5）进行PLC的I/O分配。,I/O分配表,（6）画出梯形图。,00000,01000,TIM003,TIM000,系统启动,南北绿灯、东西红灯亮30s定时,南北黄灯、东西红灯闪5s定时,东西绿灯、南北红灯亮20s定时,东西绿灯、南北红灯闪5s定时,南北绿灯亮30s,01000,TIM000,01005,25501,TIM001,01001,01001,TIM002,TIM001,01003,01
9、003,01002,01004,TIM002,25501,TIM003,01004,东西红灯亮30s、闪5s,南北黄灯闪5s,东西绿灯亮20s,南北红灯亮20s、闪5s,东西黄灯闪5s,a,a,交通信号灯控制梯形图,设计意图及功能分析,程序用ILILC指令控制系统启停，当00000为ON时程序执行，否则不执行。 程序启动后4个定时器同时开始定时，且01000为ON，使南北绿灯亮、东西红灯亮。 当TIM000定时时间到，其一，01000为OFF使南北绿灯灭；其二，01001为ON使南北黄灯闪烁（25501以5Hz的频率ON、OFF），东西红灯也闪烁。 当TIM001定时时间到，其一，01001为
10、OFF使南北黄灯、东西红灯灭；其二，01003为ON使东西绿灯、南北红灯亮。,当TIM002定时时间到，其一，01003为OFF使东西绿灯灭；其二，01004为ON使东西黄灯闪烁，南北红灯也闪烁。 TIM003记录一个循环的时间。当TIM003定时时间到，其一，01004为OFF使东西黄灯、南北红灯灭；其二，TIM000TIM003全部复位，并开始下一个循环的定时。由于TIM000为OFF，所以南北绿灯亮、东西红灯亮，并重复上述过程。,时序图设计法总结：,详细分析控制要求，明确各输入/输出信号个数，合理选择机型。 明确各输入和各输出信号之间的时序关系，画出各输入和输出信号的工作时序图。 把时序
11、图划分成若干个时间区段，确定各区段的时间长短。找出区段间的分界点，弄清分界点处各输出信号状态的转换关系和转换条件。 根据时间区段的个数确定需要几个定时器，分配定时器号，确定各定时器的设定值，明确各定时器开始定时和定时时间到这两个关键时刻对各输出信号状态的影响。,对PLC进行IO分配。 根据定时器的功能明细表、时序图和I/O分配画出梯形图。 作模拟运行实验，检查程序是否符合控制要求，进一步修改裎序。 对一个复杂的控制系统，若某个环节属于这类控制，就可以用运个方法去处理。,5、经验设计法,在熟悉继电器控制电路设计方法的基础上，如果能透彻地理解PLC各种指令的功能，凭着经验能比较准确地选择使用PLC
12、的各种指令而设计出相应的程序。 这种方法没有固定模式可循，设计出的程序质量与编者的经验有很大关系 。,例 有一部电动运输小车供8个加工点使用。对小车的控制有以下几点要求： PLC上电后，车停在某加工点（下称工位），若没有用车呼叫（下称呼车）时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。 若某工位呼车（按本位的呼车按钮）时，各位的指示灯均灭，表示此后再呼车无效。 停车位呼车则小车不动。当呼车位号大于停车位号时，小车自动向高位行驶，当呼车位号小于停车位号时，小车自动向低位行驶。当小车到达呼车位时自动停车。 小车到达某位时应停留30s供该工位使用，不应立即被其他工位呼走。 临时停电后再复电，小车不会自
13、行启动。,设计步骤：,（1）确定输入、输出电器。,各加工位的限位开关、呼车按钮布置图如下：,（2）确定输入和输出点的个数，选择PLC机型，作出I/O分配。为了尽量减少占用PLC IO点的个数，对本例，由于各工位的呼车指示灯状态一致，因此可选用小电流的发光元件并联在一起，然后接在一个PLC输出点上。I/O分配表如下：,（3）为了分析问题方便，可先作出系统动作过程的流程图。 （例3的系统流程图如下：）,（4）选择PLC指令并编写裎序。选择指令是一个经验问题。对于本例的控制要求，一般会想到用MOV指令和CMP指令，对小车的这种控制，是本例程序设计的主线。,（5）编写其他控制要求的程序。其一，若有某位
14、呼车则应立即封锁其他位的呼车信号；其二，小车行驶到位后应在该位停留一段时间，即延迟一定时间再解除对呼车信号的封锁；其三，失压保护程序；其四，呼车显示程序。,（6）将对各环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。,IL(02),MOV(21) #0001 DM0000,MOV(21) #0002 DM0000,MOV(21) #0008 DM0000,MOV(21) #0001 DM0001,MOV(21) #0002 DM0001,MOV(21) #0008 DM0001,00000,20000,20000,00010,00001,00002,00008,20100,0110
15、7,20000,00101,20100,00102,20100,20100,00108, , ,传送停车工位编号,传送呼车工位编号,传送指示,设计意图及功能分析,用MOV指令分别向DM0000通道传送车位信号，向DM0001通道传送各位的呼车信号。没有呼车时，20100为OFF，01107为ON，各位的指示灯亮，示意各工位可以呼车。 本例用KEEP指令进行呼车封锁和解除封锁的控制。只要某位呼车，就执行KEEP指令，将20100置为ON，从而使其他传送呼车信号的MOV指令不能执行，实现先呼车的位优先用车。同时指示灯灭，示意别的位不能呼车，即呼车封锁开始。 执行CMP指令可以判别呼车位号比停车位号大还是小，从而决定小车的行驶方向。,当小车到达呼车位时，其一，使25505或25507变为OFF，使01000或01001为OFF，小车停在呼车位：其二，使25506变为ON，则立即启动TIM000开始定时，使小车在呼车位停留30s。30s到，使20A00复位，指示灯亮并解除呼车封锁。此后各工位又可以开始呼车。 若系统运行过程中掉电再复电时，不按下启动按钮程序是不会执行的。另外，在PLC外部也设置失压保护措施，所以掉电再复电时，小车不会自行启动。,例 保留上例的全部要求，但把第4个控制要求修改为：给位号 高的加工位以优先用车的机会，8号位优先权最高。,编程思路： 在呼车封锁解除的时间内
