可编程控制器的应用

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1、第7章 可编程控制器的应用,71 可编程控制器应用系统设计 72 可编程控制器应用实例,第7章 可编程控制器的应用,71 可编程控制器应用系统设计 71.1 设计的内容和步骤 1 设计原则 （1）系统应最大限度地满足被控设备或生产过程的控制要求。 （2）在满足控制要求的前提下，应力求使系统简单、经济，操作方便。 （3）保证控制系统工作安全可靠。 （4）考虑到生产发展和生产工艺改进，在确定PLC容量时，应适当留有裕量，使系统有扩展余地。 2设计内容 （1）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式，由机械和电气设计人员共同确定，它是整个设计的依据。 （2）确定电气传动控制方案和电

2、动机、电磁阀等执行机构。 （3）选择PLC的型号。 （4）编制PLC输入、输出端子分配表。 （5）绘制输入、输出端子接线图。 （6）根据系统控制要求，用相应的编程语言（常用梯形图）设计程序。,第7章 可编程控制器的应用,（7）设计操作台、电气柜及非标准电气元件。 （8）编写设计说明书和使用操作说明书。 3设计的主要步骤 用图7-1所示的流程图表示。 （1）分析被控对象的控制要求，确 定控制任务 （2）选用和确定用户I/O设备根据系 统控制要求，选用合适的用户输入、 输出设备。由此初步估算所需的输入、 输出点数。 （3）选择PLC的型号 根据已确定的用户输入、输出设备， 统计所需的输入、输出点数

3、，选择合 适的PLC类型。包括机型的选择、容量 的选择、I/O模块的选择、电源模块的 选择等。图7-1 PLC控制系统设计及调试的主要步骤,第7章 可编程控制器的应用,（4）系统的硬件、软件设计 先分配PLC输入、输出点，编制输入/输出分配表，绘制PLC的输入/输出端口接线图。 进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 进行系统程序设计.根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图。 进行模拟调试。通过模拟测试，排除程序中的错误，同时也为整体调试打下基础，缩短整体调试的周期。 （5）系统联机统调 经试运行，证明系统性能稳定，工作可靠，就可把程序固化到EPROM或EEPROM芯片中。然后编制技术文件，

4、包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC梯形图等资料。 7.1.2 系统的硬件设计 1机型选择 基本原则是：在满足控制要求的前提下，保证工作可靠，使用维护方便，以获得最佳的性能价格比。 选用时应考虑以下几个问题： (1) PLC的性能应与控制任务相适应 (2) PLC的机型系列应统一,第7章 可编程控制器的应用,(3) PLC的处理速度应满足实时控制的要求(4) 应考虑是否在线编程 1 2. 可编程控制器容量的估算（1）I/O点数的估算 一般来说，输入点与输入信号，输出点与输出控制是一一对应的，个别情况下，也有两个信号共用一个输入点的。 控制交流电动机所需的I/O数 例如，控

5、制一台Y-起动的交流电动机，一般需占用PLC的4个输入点及3个输出点；控制一台单向运行的笼型异步电动机，需占用4个输入点及一个输出点；控制一台单向运行的绕线转子异步电动机，需占用3个输入点及4个输出点。 控制直流电动机所需的I/O点数通常，一台PLC控制的可逆直流传动系统大约需12个输入点和8个输出点，一个不可逆的直流传动系统需9个输入点和6个输出点。 控制电磁阀所需的I/O点数 由电磁阀的动作知，一个单线圈电磁阀用PLC控制时需2个输入及1个输出；一个双线圈电磁阀需3个输入及2个输出。 一般输入、输出设备所需的I/O点数,第7章 可编程控制器的应用,通常：一个按钮占1个输入点；1个光电开关占

6、1个或2个输入点；波段开关有几个波段就占几个输入点；位置开关一般都需占2个输入点；1个信号灯占1个输出点。 表7-1(P249)列出了典型传动设备及电气元件所需PLC I/O点数。实际设计时，有许多节省PLC I/O点的方法和技巧，可减少实际使用的I/O点。 （2）用户存贮器容量的估算 PLC用户程序存贮器的容量，可用下面的经验公式估算： 存贮器字数=（开关量I/O点数10）+（模拟量点数150） 再考虑25%的余量，即为实际应取的用户存贮器容量。 3输入、输出模块的选择 （1）开关量输入模块选择 主要考虑两个问题： 一是现场输入信号与PLC输入模块的距离。一般24V以下属低电平，其传输距离不

7、能太远，如12V电压模块一般不超过10m。距离较远的设备应选用较高电压模块； 二是对于高密度输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。如32点输入模块，一般同时接通的点数不得超过总输入点数的60%。,第7章 可编程控制器的应用,（2）开关量输出模块选择 三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。 注意：输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值，输出模块的输出电流必须大于负载电流的额定值。 （3）特殊功能模块选择 除开关量信号，还有温度、压力、流量等过程变量。有模拟量输入、模拟量输出以及温度控制模块, 还有位置控制、脉冲计数、联网通信、I/O链接等多

8、种功能模块，可根据控制需要选用。 4. 输入、输出点的分配 输入配置和地址分配：应尽量将同类信号集中配置，地址号按顺序连续编排。如按钮、限位开关应归类分别集中配置；同类型输入点应分在同一组内；输入点如有多余，可将一个输入模块的输入点分配给一台设备或机器；对于高噪声输入信号模块，应插在远离CPU模块的插槽内。 输出配置和地址分配：同类型设备占用的输出点地址应集中在一起；按照不同类型设备顺序地指定输出点地址号；在输出点有富余时，可将一个输出模块的输出点分配给一台设备或机器；对彼此相关的输出器件，如电动机正转、反转，电磁阀前进、后退等，其输出地址号应连写。,第7章 可编程控制器的应用,地址分配确定，

9、即可画出PLC输入、输出端子接线图。 7.1.3 系统的软件设计 1软件设计步骤 （1）制定设备运行方案 （2）设计控制系统流程图或状态转移图 （3）制定系统的抗干扰措施 （4）设计梯形图，写出对应的语句表 （5）程序输入及测试 2软件设计方法 常用方法有经验法、解析法、图解法及计算机辅助设计法。 （1） 经验法 运用自己或别人的经验进行设计。选择与现在设计要求类似的成功例子，增删部分功能或运用其中部分程序。 （2）解析法 利用组合逻辑或时序逻辑的理论并采用相应的解析方法进行逻辑求解，根据其解编制程序。可使程序优化或算法优化。,第7章 可编程控制器的应用,（3）图解法 通过画图设计。常用有梯形

10、图法、波形图法、状态转移图法。梯形图法是基本方法，无论经验法还是解析法，一般都用梯形图法来实现。波形图法主要适用于时间控制电路，先画出信号波形，再依时间用逻辑关系组合。 （4）计算机辅助设计 利用应用软件在微机上设计出梯形图，然后传送到PLC中。 72 可编程控制器应用实例 7.2.1 常用控制线路的PLC控制 1 电动机正反转控制系统设计 按钮和接触器复合联锁的电动机正反转控制线路见图7-2示。（1）分析控制要求 图中，M由KM1、KM2控制其正、反转。SB1为正向启动按钮，SB2为反向启动按钮，SB3为停止按钮，KM1为正转接触器，KM2为反转接触器。 要求：正、反转接触器不能同时接通。电

11、路上采取SB1、SB2互锁、KM1、KM2互锁的措施。（2）统计输入、输出点数并选择PLC型号,第7章 可编程控制器的应用,图7-2 三相异步电动机正反转控制线路 输入信号：按钮3个，FR的保护触点如作输入信号，要占1个输入点。从节省输入、输出点，降低成本出发，可放在输出电路中，不占输入点。因此，只有3个输入信号。考虑留15%的裕量，取整数4，需4个输入点。 输出信号：接触器2个，占2个输出点，考虑留15%的备用点，最多需3个输出点。 可选用FX2N-16MR型PLC，FX2N系列最小型，有8个输入点，8个输出点，完,第7章 可编程控制器的应用,完全满足本例要求。 （3）分配PLC输入、输出端

12、，设计输入、输出接线图 PLC输入、输出端子分配如表7-2（P254）示。 FR的常闭触点串接到KM1、KM2线圈供电回路中，保护功能不变，省了一个输入点。PLC输入、输出端子接线如图7-3示。图7-3 电动机正反转控制PLC输入、输出端子接线图 （4）设计PLC控制程序（梯形图） 本例动作简单，可采用经验设计法。根据控制要求，选择典型控制环节程序段。由于所选择的程序段通常并不能完全满足实际控制要求，故还应对程序段进行组合、修改，以满足本例要求，得到图7-4（P255）所示的PLC控制梯形图，根据梯形图可写出指令程序。,第7章 可编程控制器的应用,(5) 问题讨论 PLC是周期性循环扫描工作方

13、式，在一个扫描周期中，输出刷新集中进行，即输出继电器Y0、Y1的状态变换同时进行。当电动机由正转切换到反转图7-5 图7-4梯形图程序的改进,第7章 可编程控制器的应用,时，KM1的断电和KM2的得电同时进行。因此，对功率较大的电感性负载，有可能在KM1断开其触点，电弧尚未熄灭时，KM2的触点已闭合，使电源相间瞬时短路。 解决办法：增加二个定时器，使正、反向切换时，被切断的接触器瞬时动作，被接通的接触器延时一段时间才接通，避免二个接触器同时切换造成电源相间短路。梯形图和指令程序如图7-5示。 说明：在PLC控制线路中，停止按钮SB3可用常开触点，也可用常闭触点。如用常开触点，梯形图中对应的输入

14、继电器X002则要用常闭触点。 2二台电动机顺序起动控制系统设计 控制线路如图7-6示。 （1）分析控制要求 这是一个二台电动机顺序启动、同时停止的控制线路。分析可知，在M1起动之后，经过时间继电器KT的延时，M2自动启动。SB2为启动按钮，SB1为停止按钮。按下SB1，M1、M2同时断电停止。为了保证先M1、后M2的启动顺序，将KM2线圈接在KM1自锁触点后面，且由时间继电器KT的延时触点控制。 （2）统计输入、输出点数并选择PLC型号,第7章 可编程控制器的应用,图7-6 二台电动机顺序起动控制线路 输入信号有按钮2个，热继电器FR1、FR2的保护触点如作输入信号，要占2个输入点。从节省输

15、入、输出点，降低成本出发，可将其放在输出电路中，不占输入点。因此，只有2个输入信号。考虑留适当裕量，最多需3个输入点。 输出信号有接触器2个，占2个输出点，考虑留适当备用点，最多需3个输出点。 时间继电器KT既不占输入点，也不占输出点，由PLC内部定时器实现其功能。,第7章 可编程控制器的应用,综合上面分析，可选用FX2N-16MR型PLC，这是FX2N系列的最小型，有8个输入点，8个输出点，完全满足本例要求。 （3）分配PLC的输入、输出端子，设计PLC输入、输出接线图 本例中PLC输入、输出端子分配表7-3（P257）示. 将热继电器FR1、FR2的常闭触点按图7-6接线方式联接到PLC输

16、出电路中，保护功能不变，省了2个输入点。PLC输入、输出端子接线如图7-7示。图7-7 二台电动机顺序起动控制PLC输入、输出端子接线图 （4）设计PLC控制程序（梯形图） 应用经验设计法设计本例控制程序。根据控制要求，选择典型控制环节程序段。通常，所选择的程序段不能完全满足实际控制要求，还应对这些程序段进行组合、修改，才能满足实际控制要求，得到图7-8所示PLC,第7章 可编程控制器的应用,控制梯形图，根据梯形图可写出指令程序。图7-8 二台电动机顺序起动PLC控制梯形图及指令程序 3绕线转子电动机转子串电阻启动控制系统设计 绕线转子电动机转子串电阻启动的自动控制线路如图7-9示. （1）分析控制要求 这是一个按时间原则控制的转子串电阻启动自动控制线路，以限制电动机的启动电流。SB2是启动按钮，SB1是停止按钮。 线路工作过程自行分析.,第7章 可编程控制器的应用,图7-9 绕线转子电动机转子串电阻起动自动控制线路（2）统计输入、输出点数并选择PLC型号分析可知，输入信号有按钮2个，只有2个输入信号。考虑留适当裕量，最多需3个输入点。热继电器FR的保护触点如作输入信号，要占1个输入点。从节省输入、输出点，降低成本出发，可将其放在输出电路中，不占输入点。,