可编程序控制器系统设计

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1、可编程序控制器任务十 可编程序控制器系统设计 可编程序控制器任务十 可编程序控制器系统设计学习目标：1. 掌握可编程序控制器系统设计的 基本步骤2. 熟练掌握可编程序控制器系统设 计方法END可编程序控制器教学内容：任务十 可编程序控制器系统设计END10.1 10.1 可编程序控制器系统设计概述可编程序控制器系统设计概述10.2 10.2 可编程序控制器系统设计方法可编程序控制器系统设计方法 可编程序控制器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方案；其三、是设计出满足控制要求的应用程序。要想顺利地完成

2、 PLC控制系统的 设计，需要不断地学习和实践。 10.1 可编程序控制器系统设计概述任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器10.1.1 可编程序控制器系统设计的基本步骤1 .对控制任务作深入的调查研究 2 .确定系统总体设计方案 3 .根据控制求确定输入/输出先件，选择PLC机型 4 .确定PLC的输入/输出点分配 5 .设计应用程序 6 .应用程序的调试 7 .制做电气控制柜和控制盘 8 .连机调试程序 9 .编写技术文件 任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器10.1.2 可编程序控制器应用程序 1 .应用程序的内容应用程序应最大限度地满足系统控制功能的要求，在构

3、 思程序主体的框架后，要以它为主线，逐一编写实现各 控制功能或各子任务的程序，经过不断地调整和完善， 使程序能完成指定的功能。通常应用程序还应包括以下 几个方面的内容。 2 .应用程序的质量对同一个控制要求，即使选用同一个机型的PLC，用不同设计方法所 编写的程序，其结构也可能不同。尽管几种程序都可以实现同一控 制功能，但是程序的质量却可能差别很大。程序的质量可以由以下 几个方面来衡量。 任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器10.2可编程序控制器系统设计方法 任务十 可编程序控制器系统设计END 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

4、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、斯状态为逻辑 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。 下面以一个简单的控制为例介绍这种编程方法。10.2.1 逻辑设计方法 可编程序控制器某系统中有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， 红灯常亮。由控制任务可知，这是一个对通

5、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。为了讨论问题方便，设四台通风机分别为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。例1任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器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” (下同)。其状态表为：由状态表可得Fl 的逻辑函数： (1) 根据逻辑函数(1)容易画出其梯形图如下图

6、所示。 任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器2.绿灯常亮的程序设计能引起绿灯常亮的情况有5种，列状态表为下左表：由状态表可得F2的逻 辑函数为：(2) 根据这个逻辑函数直接画梯形图时，梯形图会很烦琐，所以要先对逻 辑函数(2)进行化简。例如将(2)化简成下式：F2=AB(D+C)+CD(A十B) (3)再根据(3)画出的梯形图如下右图所示。任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器3.红灯闪烁的程序设计设红灯闪烁为“1”，列状态表为左下表：由状态表可得F1的逻辑函数为： （4）将(4)化简为： (5) 由(5)画出的梯形图如右下图所示。其中25501能产生0.2s即5Hz

7、的脉冲信号 。任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器 4.绿灯闪烁的程序设计设绿灯闪烁为“1”，列状态表左下表为：由状态表可得F2的逻辑函数 为：（7）将上式化简为根据(7)画出其梯形图如右下图所示。任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器5.选择PLC机型，作I/O点分配 本例只有A、B、C、D4个输入信号，F1、F2两个输出； 若选择的机型是CPM1A，作出I/O分配如表所示； 由I/O分配及上几个图，综合在一起便得到总梯形图。 下面把逻辑设计法归纳如下： 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 号各种状态的逻辑值。 根据控制要求，列出状态表或

8、画出时序图。 由状态表或时序图写出相应酌逻辑函数，并进行化简。 根据化简后的逻辑函数画出梯形图。 上机调试，使程序满足要求。 任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器通风机的梯形图任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器任务十 可编程序控制器系统设计END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。下面通过一个例子说明这种设计方法。10.2.2 时序图设计法 可编程序控制器例2在十字路口上设置的红、黄、绿交通信号灯，其布置如图 4.6所示。由于东西方

9、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，立即开始另一个方向的放行。 要求只用一个控制开关对系统进行启停控制。 任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器1.时序图法编程的思路下面介绍用时序图法编程的思路。 （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I/O点。由上述控 制要求可见，由控制开关输入的

10、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 出各方向三色灯的工作时序图。本例的时序如图所示。 任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器交通灯布置图任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器交通灯工作时序图任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器(3)由时序图分析各输出信号之间的时间关系。图中，南北方向放行时 间可分为、两个时间区

11、段：南北方向的绿灯和东西方向的红灯亮，换 行前东西方向的红灯与南北方向的黄灯一起闪烁；东西方向放行时间 也分为两个时间区段，东西方向的绿灯和南北方向的红灯亮，换行前 南北方向的红灯与东西方向的黄灯一起闪烁。一个循环内分为4个区段 ，这4个时间区段对应着4个分界点：t1、t2、t3、t4。在这4个分界点 处信号灯的状态将发生变化。 (4)4个时间区段必须用4个定时器来控制，为了明确各定时器的职责， 以便于理顺各色灯状态转换的准确时间，最好列出定时器的功能明细 表；对本例如表任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器各定时器一个循环的功能明细表任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控

12、制器(5)进行PLC的I/O分配。下面是使用CPM1A时所做的I/O分配如表所 示： 任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器(6)根据定时器功能明细表和I/O分配，画出的梯形图如图所示。对 图4.8的设计意图及功能简要分析如下。程序用IL/ILC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。 任务十 可编程序控制器系统设计可编程序

13、控制器当TIM001定时时间到，其一，01001为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，TIM000一TIM003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。 任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器交通灯控制梯形图任务十 可编程序控制器系统设计END可编

14、程序控制器2.下面把时序图设计法归纳如下： 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I/O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，进一步修改程序。对一 个复

15、杂的控制系统，若某个环节属于这类控制，就可以用这个方法去处 理。任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器任务十 可编程序控制器系统设计END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PLC各种指令的功能，凭着经验能比较准确地选择 使用PLC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 。下面通过例子说明经验法的大体步骤。10.2.3 经验设计方法可编程序控制器例 题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，小车不会自行启动。 任务十 可编程序控制器系统设计END可编程序控制器1.设计步骤如下(1)确定输入、输出电器。每个工位应