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1、第七章 PLC的控制系统设计,学习目的：学习PLC控制系统的设计方法，提高实际应 用的能力。 学习内容：综合PLC硬件及软件知识，联系工业控制的实际，介绍小型PLC控制系统设计方法. 学习要求：（1）了解 PLC控制系统设计的内容和步骤。（2）掌握PLC控制系统硬件配置的方法。（3）掌握PLC应用程序设计方法及其设计技巧。（4）结合工业控制中的应用实例的设计，提高实际应用能力。,第一节 PLC控制系统设计的内容和步骤,设计原则 11.最大限度地满足被控对象对生产工艺的要求。 22.力求控制系统安全、可靠、优质、经济。 33.应考虑到今后控制规模的发展和工艺的改进。,设计内容,1拟定控制系统设计
2、的技术条件。 2选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。3选择PLC机型和扩展模块，配置系统硬件；4编制PLC的输入/输出分配表和绘制输入/输出端子接线图；5根据系统对控制的要求设计用户程序； 6设计操作台、电气柜，选择所需的电器元件。7编写设计说明书和操作使用说明书。根据具体控制对象，上述内容可适当调整。,设计步骤,(一) 分析控制对象(二) PLC系统的硬件配置(三) 程序设计(四) 输入程序并调试程序(五) 程序固化,第二节 PLC控制系统的硬件配置,一、选择PLC机型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。 1I/O点数的估算 2用户存储器容量的估算 3CPU性能的选
3、择 二、开关量I/O模块的选择 三、模拟量I/O模块的选择 四、智能I/O模块的选择,第三节 PLC控制系统应用程序的设计,PLC系统硬件配置后，可进行应用程序设计。PLC应用程序的设计是软、硬件知识的综合应用，有时硬件设计与应用程序设计可同时进行。,一、程序设计的步骤,1系统框图设计2分配I/O编号3设计应用程序4程序调试5编写程序说明书,自来水厂的系统框图,二、应用程序的设计方法,应用程序设计过程中，应正确选择能反映生产过程的变化参数作为控制参量进行控（例如：取水泵站的控制选用水位作控制参量）；应正确处理各执行电器、各编程元件之间的互相制约、互相配合的关系，即联锁关系（例，水不能溢出水池）
4、（参见第一章第二节）。PLC应用程序的设计方法有多种，常用的设计方法有经验设计法、顺序功能图法等。,（一）经验设计法,经验设计法要求设计者具有较丰富的实践经验，掌握较多的典型应用程序的基本环节。根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验选择基本环节，并把它们有机地组合起来。其设计过程是逐步完善的，一般不易获得最佳方案，程序初步设计后，还需反复调试、修改和完善，直至满足被控对象的控制要求。,（二）顺序功能图法,1顺序功能图所谓顺序控制，使生产过程按生产工艺的要求预先安排的顺序自动地进行生产的控制方式。,顺序功能图的基本结构,2. 依据步之间的进展形式，顺序功能图有以下几种基本结构：(1) 单序列结
5、构(2) 选择序列结构(自学)（3） 并行序列结构(自学)(4) 子步（microstep）(自学),1. 单序列结构,单序列由一系列相继激活的步组成。每一步的后面仅有一个转换条件，每一个转换条件后面仅有一步。,2 选择序列结构,分支,合并,3 并行序列结构,分支,合并,4 子步（microstep）,简略形式,子步,顺序功能图法, 经验设计法的设计方法不规范，没有一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随意性。由于联锁关系复杂，用经验设计法进行设计一般难于掌握，且设计周期较长，设计出的程序可读性差，即使有经验的工程师阅读它也很费时。同时，给日后产品的使用、维护带来诸多不便。 与经验设计法相比
6、，顺序功能图法有着明显的优势。,什么是顺序功能图法？,定义：顺序功能图法就是依据顺序功能图设计PLC顺序控制程序的方法。基本思想：是将系统的一个工作周期分解成若干个顺序相连的阶段，即“步”。,顺序功能图法的优势,顺序功能图中的各“步”实现转换时，使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠。这使系统中大量复杂的联锁关系在“步”的转换中得以解决。 对于每一步的程序段，只需处理极其简单的逻辑关系。编程方法简单、易学，规律性强。 程序结构清晰、可读性好，调试方便。工作效率。,顺序功能图法的设计步骤,SFC是基于工艺流程的高级语言。 设计步骤： 1.根据系统的工艺流程，设计顺序功能图 2.依
7、据顺序功能图设计顺序控制程序。,顺序功能图法设计举例,根据工艺流程设计顺序功能图 系统的工作过程分解为： 第一步装料 第二步右行 第三步卸料 第四步左行,（1）设计顺序功能图,运料小车顺序功能图,（2）设计顺序控制程序（梯形图）,依据顺序功能图设计梯形图。 设计步骤：（1）对各输入、输出信号进行编址，列出输入、输出信号分配表。,I/O分配表,（2）画出可编程序控制器I/O端子接线图。,（3）依据顺序功能图设计梯形图, 编程时，对应顺序功能图中的每一个“步”，组成一个SCR程序段。 4步 4个SCR段 每一个SCR程序段都由LSCR n、SCRT、SCRE指令构成。,编程步骤：（对照顺序功能图）
8、, 先设置初始步（在初始状态下启动） 编制第一SCR程序段的程序。 编制第二SCR程序段的程序。 编制第三SCR程序段的程序。 编制第四SCR程序段的程序。 编制系统停止工作的程序。,初始步 第一SCR程序段, 第二SCR程序段, 第三SCR程序段, 第四SCR程序段,注意：,系统停止后，应使所有的输出线圈 （S0.1S0.4，Q0.0Q0.3）复位，返回初始状态。保证系统再次启动时，从“初始步”开始。,课外作业与实验：,对照顺序功能图分析运料小车控制程序（梯形图）的工作原理，并上机调试。,四台电机顺序启动的顺序功能图,四台电机顺序启动I/O接线图,三、梯形图程序编写规则,1输入“继电器”的状
9、态由外部输入设备的开关信号驱动，程序不能随意改变它。 2梯形图中同一编号的“继电器线圈”只能出现一次，通常不能重复使用，但是它的接点可以无限次地重复使用。 3几个串联支路相并联，应将触点多的支路安排在上面；几个并联回路的串联，应将并联支路数多的安排在左面。按此规则编制的梯形图可减少用户程序步数、缩短程序扫描时间，如下页图所示。 4.程序的编写按照从左到右，从上到下的顺序。一个梯形始于左母线，终于右母线。线圈与右母线直接相连。,梯形图的合理画法,四、程序设计过程中应注意的几个问题,1先编制I/O分配表，后设计梯形图 2合理排列梯形图，使输入、输出响应滞后现象不影响实际响应速度。 3在PLC输入端
10、子接线图中，对于同一个发信元件通常只需选其中某一接点（例常开接点或常闭点）接入输入端子，即对一个发信元件它只能占一个输 入地址编号。4.合理接入输入信号的触点（常开或常闭触点），提高设备可靠性安全性。5.从安全考虑，重大安全部分不接入PLC的输入端而作硬件处理。 6应保证有效输入信号的电平保持时间。 7PLC指令的执行条件有信号电平有效和跳变有效的区别，编程时应加以注意。 8由电气控制图转换为梯形图时应注意的问题。,第四节 PLC应用程序基本环节及设计技巧,一、PLC应用程序基本环节 二、 PLC应用程序设计技巧 (自学),一、PLC应用程序基本环节,（一）电机的启动与停止控制程序（二）具有点
11、动调整功能的电机启、停控制程序（三）电机的正、反转控制程序（四）大电机的Y-起动控制程序(自学)（五）通电禁止输出程序 (自学)（六）闪烁控制程序 (自学)（七）定时器、计数器的扩展(自学)（八）高精度时钟程序 (自学),第五节 PLC在工业控制中的应用,一、深孔钻组合机床的PLC控制,SQ1,(二) 系统配置,1.机型选择 （1） I/O点数统计：输入8点（SB1、SB2、SB3、SB4、SQ1、SQ3、SQ4、SQ5）；输出2点（KM1、KM2），控制电动机的正反转。SB3为正向调整点动按钮，SB4为反向调整点动按钮。 （2）算PLC用户程序长度：为I/O总点数的（1020）倍，大约135
12、字节，选用S7-200CPU222 AC/DC/DC继电器输出的PLC即能满足要求。2.系统配置 S7-200CPU222单机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点，选用AC/DC/DC继电器输出的主机，构成一个独立的单机控制系统，该系统完全能满足上述控制要求。,（三）深孔钻控制I/O接线图,(四) 画出顺序功能图,根据深孔钻组合机床工作示意图，可画出顺序功能图。,顺序功能图,(五)由顺序功能图设计出的深孔钻组合机床梯形图,步1和步2对应的梯形图,步3、步4的梯形图,步5、步6的梯形图,进、退刀动作对应的梯形图,点动对应的梯形图,钻头进刀和退刀是由电机正转和反转实现的，电机的正、反转切换是使
13、用两个接触器KM1（正转）、KM2（反转）切换三相电源中的任意两相。 为防止由于电源换相所引起的短路事故，减少换相对电机的冲击，软件上采用了换相延时措施，梯形图中的T37、T38的延时时间应设在0.5s内。同时在硬件电路上也采取了互锁措施。I/O接线图中的FR用于过载保护。 为便于调整，程序中备有点动控制功能。,注意,二、四台电动机顺序启、停控制,现有四台电动机M1、M2、M3、M4，要求四台电动机顺序启动和顺序停车。启动时的顺序为M1M2M3M4，时间间隔为1分钟。停车时的顺序为M4M3M2M1，时间间隔为30秒。可选用S7-200PLC（CPU222）进行控制。,输入输出分配表,I/O接线图,顺序功能图,梯形图,系统清0程序,启动/停止控制,顺序停止控制程序,四、 十字路口交通信号灯PLC控制 （自学）,1.交通信号灯设置示意图 2.控制要求 3.交通信号灯时序图4.程序设计,子步（microstep）,简略形式,子步,将某步分为几个子步,
