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1、 第七章 可编程序控制器的控制系统设计第一节 PLC控制系统设计的内容和步骤 第二节 PLC控制系统的硬件配置 第三节 PLC控制系统应用程序的设计 第四节 PLC应用程序的基本环节及设计技巧 第五节 减少PLC输入/输出点的方法 第六节 PLC在工业控制中的应用7-1 PLC控制系统设计的内容和步骤 一、PLC控制系统设计的内容 (1)分析控制对象，明确设计任务和要求。这是整个设计的依据。 (2)选定PLC的型号以及所需要的输入/输出模块，对控制系统的硬件进 行 配置。 (3)编制PLC的输入/输出分配表和画出输入/输出端子接线图。 (4)根据系统设计的要求编写程序规格要求说明书，然后进行程
2、序设计。 (5)设计操作台、电器柜，选择所需的电器元件。 (6)编写设计说明书和操作使用说明书。二、PLC控制系统的设计步骤 PLC控制系统设计的一般步骤如图7-1所示。三、PLC控制系统的类型以PLC为主控制器的控制系统有以下4种控制类型。 1. 由PLC构成的单机控制系统 单机控制系统是由1台PLC控制1台设备或1条简易生产线 。 2. 由PLC构成的集中控制系统集中控制系统是由1台PLC控制多台设备或几条简易生产线 。 3. 远程I/O控制系统远程控制系统是集中控制系统的特殊情况，也是由1台PLC控制多个 被控对象，但是却有部分I/O系统远离PLC主机 。 4. 由PLC构成的分布式控制
3、系统分布式控制系统有多个被控对象，每个被控对象由1台具有通信功能 的PLC控制，由上位机通过数据总线与多台PLC进行通信，各个 PLC之间也有数据交换。返回目录7-2 PLC控制系统的硬件配置 一、选择PLC机型 二、开关量I0模块的选择 三、模拟量I0模块的选择 四、智能I0模块的选择返回目录7-2 PLC控制系统的硬件配置 一、选择PLC机型目前生产PLC的厂家有很多，比如有西门子、三菱、松下、欧姆龙等。 所 以在做系统配置时，第一步是确定机型。选型时的基本原则：在满足控制 要 求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，一般是从以下几个方面加 以 考虑： (一)IO点数的估算选择IO点数的
4、原则：使系统满足控制要求，还要使系统投资最低。一 般 在估计的总点数的基础上再加上2030的备用量。 (二)用户存储器容量的估算根据经验，每个IO点及有关功能元件占用的内存为 ：开关量输入元件：1020B点；开关量输出元件：510B点；定时器计数器：2B个：模拟量：100150B点；通信接口：一个接口一般需要300B以上：根据上面计算出来的总字节数，再考虑增加25左右的备用量，就可以 估 算出用户程序所需要的内存容量，从而选择合适的PLC内存。(三)CPU功能与结构的选择PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能， 有 些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块
5、等， 选 型时CPU满足实际控制的需要就可以了。例如：对于小型的开关量控制的应用系统，选用小型PLC就能满足要求 ；对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，应选 用 带有AD转换的模拟量输入模块和带DA转换的模拟量输出模块， 并 且选择运算功能较强的小型PLC。对于工艺复杂,控制要求较高的系统,如需要PID调节、位置控制、 快 速控制、通信联网等功能的系统，可选用中、大型PLC返回目录二、开关量I0模块的选择PLC与工业生产过程的联系是通过I/O模块来实现的。现场的输入信号通过输入模块与CPU相连，PLC的输出通过输出模块与生产现场相连. (一)、开关量输入模块的选择将生产现场信号
6、进行电平转换(TTL电平) 。1.类型：按输入点数分：常用的有8点、12点、16点、32点等。按工作电压分：有直流5V、12V、24V、48V；交流110V、220V等 。按外部接线方线可分为：汇点式输入、分隔式输入。 汇点式输入：各输入回路有一个公共端，可以是全部输入点为一组共用 一 个公共端和一个电源，也可以将全部输入点分为几组，每组有一个公共 端 和单独的一个电源。可用于直流输入模块，也可用于交流输入模块。 分隔式输入：每个输入点需要独立的电源。相对于电源来说，各个输入 点 之间是相互隔离的。用于交流输入模块。2.选择开关量输入模块时主要考虑的因素选择工作电压等级选择模块密度门槛电平输入
7、端漏电流的控制.(二)、开关量输出模块的选择 作用：是将PLC的输出信号传递给外部负载，并将PLC内部的低电平信号转换为外部所需电平的输出信号。 1.类型：按照负载使用的电源不同：可分为直流输出模块，交流输出模块和交直流输出模块。按输出形式的不同：晶体管输出方式，可控硅输出方式及继电器输出方式。2.选择开关量输出模块时主要考虑的因素输出方式的选择输出电流的选择:模块输出电流必须大于负载电流的额定值.返回目录三、模拟量I0模块的选择 1.选择模拟量输入模块时主要考虑的因素模拟量值的输入范围:模拟量的输入可以是电压信号或电流信号,标淮值为05V、010V （单极性），-2.5V2.5V、-55V(
8、双极性)、020mA、420mA等。 在选用时一定要注意与现场过程检测信号范围相对应。模拟量输入模块的分辨率、精度、转换时间等参数指标应符合系 统的要求。在应用中要注意抗干拢措施，比如：模拟量输入信号线要采用屏 蔽措施；要采用一定的补偿措施，来减少环境变化对模拟量输入信 号的影响。 2.选择模拟量输出模块时主要考虑的因素模拟量输出模块的输出类型有电压输出和电流输出两种，输出范围 有 010V、-1010V、020mA、420mA等。一般模拟量输出模块都有这 些 类型，在与负载连线时，一定要满足要求。模拟量输出模块的的输出精度、分辨率、抗干拢措施等都要符 合 控制系统的要求。 四、智能I0模块的
9、选择智能I0模块包括通信处理模块、调制解调器模块、高数计算 器 模块、带有PID调节的模拟量控制模块、中断控制模块、位置控制 模 块等。是为了满足特殊功能的需要。总结：对PLC的机型、开关量I/O模块、模拟量I/O模块以及智 能 模块I/O模块进行选择后，基本上就完成了PLC系统的硬件配置工 作。 接下来就是程序设计了。返回目录7-3 PLC控制系统应用程序的设计 一、PLC控制系统应用程序设计的基本原则 二、PLC控制系统应用程序设计的内容 三、PLC控制系统应用程序设计的步骤 四、应用程序设计的方法 五、梯形图程序的编写规则 六、应用程序设计过程中应注意的几个问题一、PLC控制系统应用程序
10、设计的基本原则PLC控制系统应用程序设计是以系统要实现的工艺要求、硬件组成 和 操作方式等条件为依据来进行的。 二、 PLC控制系统应用程序设计的内容应用程序设计是指根据系统硬件结构和工艺要求，使用相应编程语言，来编制实际应用程序以及形成相应的文件。包含： 1. 参数表的定义：参数表定义是指按一定格式对系统各接口参数进行 规定和整理，为编制程序做准备。 2.程序框图的绘制：程序框图是指依据工艺流程而绘制的控制过程方 框图。 3. 程序的编制：程序的编制是程序设计最主要且最重要阶段，是控制 功 能的具体实现过程。 4.程序测试：程序测试是整个程序设计工作中一项很重要的内容，它 可以初步检查程序的
11、实际效果。三、PLC控制系统应用程序设计的步骤1.程序框图设计2.分配I/O编号3.编写程序4.程序调试5.编写程序说明书返回目录四、应用程序设计的方法第一个方法：经验设计法设计者根据自已的经验来设计控制程序要求：设计者有丰富的经验缺点：不规范。第二个方法：顺序功能图法（一）、顺序功能图的涵义（二）、顺序功能图 (状态转移图)(功能表图)的基本结构（三）、顺序功能图法返回目录（一）、顺序功能图的涵义1 步（状态）的涵义2 顺序功能图 (又称为功能表图)（或流程图）(状态转移图)的涵义3 步（状态）的划分4 顺序功能图 (功能表图)的组成要素5 顺序功能图（功能表图)中转换的实现返回目录1 步（
12、状态）的涵义:一个控制过程可以分为若干个阶段，每一阶段称为步（或状态） 2 顺序功能图 (又称为功能表图)（或流程图）(状态转移图)的涵义它是表示控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。 3 步（状态）的划分步是根据PLC输出量的状态来划分的，状态不变的阶段称为步，只 要 系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步.如下图所 示, 整个工作过程可以分为四步。在每一步内PLC的输出量状态保持不变 。 返回目录4 顺序功能图 (功能表图)的组成要素左图所示为功能表图的一般形式。它主要由步、转换、转 换条件、有向连线和动作等要 素组成。 (1)、步步：步是根据系统输出状态 的变化，将系统
13、的工作过程 分成若干个状态不变的阶段， 这些阶段称为“步” 步在功能表图的表示 顺序功能图的一般形式步在功能表图中用矩形方框表示。如 ，框内的数字是该步的编号。 如图所示各步的编号为n-1、n、 n+1。活动步:当系统正工作于某一步时， 该步处于活动状态，称为“活动步”。初始步：控制过程刚开始阶段的 活动步与系统初始状态相对应，称为 “初始步”。在功能表图中初始步用双 线框表示,如 。每个功能表图至少 应该有一个初始步。(2).与步相关的动作（命令）动作：是指某步活动时，PLC向被控系统发出的命令，或被控系统应该执行 的 动作。动作在功能表图中的表示动作在功能表图中用矩形方框表示，矩形框中的文
14、字或符号表示动作的涵 义, 该矩形框与相应步的矩形框连接.如果某一步有几个动作，可以用下图中的两种画法来表示 ，但并不表示这 些 动作之间的任何顺序.当步处于活动状态时，相应的动作被执行(3)、有向线段步与步之间由有向线段连接。步的活动状态的进展是按有向连 线规定的路线进行的。有向连线 上没有箭头时，其进展方向是从 上到下、从左到右。如果不是上 述方向，应在有向线段上用箭头 表示方向。(4)、转换和转换条件 步的活动状态的进展是由转换来完成的。转换是 由与有向连线垂直的短划 线来表示。步与步之间不 允许直接相连，必须有转 换隔开，而转换与转换之 间也同样不能直接相连， 必须有步隔开。转换条件是
15、与转换相关的逻辑命题。转换条件可 以标注在短划线旁边。返回目录5 顺序功能图（功能表图)中转换的实现步与步之间实现转换应同时具备 两个条件： 前级步必须是“活动步”； 对应的转换条件成立。当同时具备以上两个条件时， 才能实现步的转换。即后续步 变为活动步，而前级步变为不 活动步。例如图3-17中n步为活 动步的情况下转换条件 c成立， 则转换实现，即n+1步变为活动，而n步变为不活动 。 返回目录2.顺序功能图 (状态转移图)(功能表图)的基本结构：有单序列结构、选择序列结构、并列序列结构、子步结构 （1）.单序列结构单序列结构是由一系列按顺序排列、依次激活的步组 成。每一步的后面只有一个 转
16、换，每一个转换后面只有 一步，如图3-17所示（2).选择序列结构是指某一步的后面有几个步，当满足不同的转换条件时，转向不同的步 。 分支：选择序列的开始称为分支。如图7-3a所示，当步5为活动步时，若满 足条件e=1，则步5转向步6；合并：选择序列的结束称为合并。几个选择序列合并到同一个序列上，每一个分支也都有自已的转换条 件，转换条件只能标在水平线之上。 如图7-3b所示，当步7为活动步，且 满足条件h=1，则步7转向步16。 （3）.并行序列结构是指当转换实现后将同时使多个后续步激活。分支：并行序列的开始称为分支。水平连线用双线表示。它们被同 时 激活后，每个序列中的活动步的进展是独立的。如图7-4a所示，当步11为 活动步时，若满足条件b=1， 步12、14、18同时变为活动 步；步11变为不活动步。并行序列的分支只有一个转换 条件，并标在水平
