电器控制与PLCchPLC控制系统设计

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1、第5章 PLC控制系统设计,PLC控制系统的设计包括三个重要的环节： 首先，是通过对控制任务的分析，确定控制系统的总体设计方案； 其次，根据控制要求确定硬件构成方案； 最后，设计出满足控制要求的应用程序。 本章主要介绍控制系统设计的基本步骤和应用程序设计的基本方法。,第5章 PLC控制系统设计,5.1 PLC控制系统设计的基本步骤 5.2 PLC控制系统的硬件配置 5.3 PLC应用程序 5.4 PLC应用程序设计方法 5.5 PLC控制系统设计实例 习题,5.1 PLC控制系统设计的基本步骤,一、基本步骤 (1) 深入了解控制对象工艺条件和控制要求； (2) 确定I/O设备、选择PLC机型；

2、 (3) 分配I/O点，绘制I/O连接图； (4) 设计应用程序（梯形图）； (5) 设计控制台、电气柜； (6) 进行软件测试以及系统整体调试 ； (7) 系统的联机调试； (8) 编制控制系统技术文件。,5.1 PLC控制系统设计的基本步骤,二、设计流程图,5.2 PLC控制系统的硬件配置,一、PLC机型选择 1 结构合理 对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC。 对于结果较复杂或要求较高的系统一般选择模块式PLC。 2 功能适当 对于以开关量为主的选用低档PLC。 对于控制比较复杂、控制功能要求较高的选用中档机或高档机。 对于大规模过程控制、全PLC

3、的分布式控制系统和整个工厂的自动化等选用高档机。,5.2 PLC控制系统的硬件配置,一、PLC机型选择 3 机型统一 选用PLC时，应尽量做到机型统一。 4 是否在线编程 PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。 5 对网络通信的要求 在一般中型以上的PLC中都提供了一个或一个以上的串行通信接口RS-232C,以便与其他设备进行连接。,5.2 PLC控制系统的硬件配置,二、I/O分配 1、I/O点数的估算 根据功能说明书,可统计出PLC系统的开关量I/O 点数及模拟量I/O通道数，以及开关量和模拟量的信号类型，并考虑到I/O端口的分组情况以及隔离与接地要求,应在统计后得出I/O总点数的基础上，

4、增加1015%的余量，考虑余量的I/O总点数即为I/O点数估计值，该估算值是PLC选型的主要技术依据。 应尽量避免使PLC能力接近饱和，为了以后的调整扩充，选定的PLC机型的I/O能力一般应有30%左右的余量。,5.2 PLC控制系统的硬件配置,二、I/O分配 2、I/O模块的选择 （1）开关量输入模块的选择 PLC的输入模块用来检测来自工业现场的电平信号，并将其转换为PLC内部的低电平信号。 选择输入模块主要应考虑以下两点： 根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择电压的高低。一般24V以下传输距离不宜太远。 高密度的输入模块，一般同时接通的点数不得超过总的输入点数的60%。,5.2

5、 PLC控制系统的硬件配置,二、I/O分配 2、I/O模块的选择 （2）开关量输出模块的选择 输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号转换为外部所需电平的输出信号。 输出方式的选择； 输出电流的选择； 允许同时接通的输出点数。,5.2 PLC控制系统的硬件配置,二、I/O分配 2、I/O模块的选择 （3）模拟量及特殊功能模块的选择 除了开关量信号以外，工业控制中还要对温度、压力、液位、流量等过程变量进行检测和控制。模拟量输入、模拟量输出以及温度控制模块就是用于将过程变量转换为PLC可以接收的数字信号以及将PLC内的数字信号转换成模拟信号输出。,5.3 PLC应用程序,PLC的应用程序设计就

6、是在软件系统的基础上，根据PLC控制系统的硬件结构和工艺要求，使用各种编程语言，对用户控制程序的编制和相应文件的形成过程。 PLC应用程序的设计流程应该包括：熟悉控制对象、熟悉编程器及其语言、定义输入/输出、程序框图设计、编写程序及其测试、编写程序说明。,5.3 PLC应用程序,一、设计内容 1、初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作。初始化程序的主要内容为：将某些数据区、计数器进行清零；使某些数据区恢复所需数据；对某些输出位置位或复位；显示某些初始状态等等。 2、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

7、添加。 3、保护、连锁程序。各种应用程序中，保护和联锁是不可缺少的部分。它可以杜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、可靠，因此要认真考虑保护和联锁的问题。通常在PLC外部也要设置联锁和保护措施。,5.3 PLC应用程序,二、应用程序的质量 1、程序的正确性 应用程序的好坏，最根本的一条就是正确，即必须能经得起系统运行实践的考验。 2、程序的可靠性好 好的应用程序，可以保证系统在正常和非正常的工作条件下都能安全可靠地运行，也可保证在出现非法操作等情况下不至于出现系统控制失误。 3、参数的易调整性好 PLC控制的优越性之一就是灵活性好，容易通过修改程序或参数而改变系统的某些功

8、能。,5.3 PLC应用程序,二、应用程序的质量 4、程序要简练。 编写的程序应尽可能简练，减少程序的语句，一般可以减少程序扫描时间、提高PLC对输入信号的响应速度。当然，如果过多地使用那些执行时间较长的指令，有时虽然程序的语句较少，但是其执行时间也不一定短。 5、程序的可读性好。 程序不仅仅给编者自己看，系统的维护人员也要读。另外，为了有利于交流，也要求程序有一定的可读性。,5.4 PLC应用程序设计方法,一、逻辑设计法 逻辑设计法是根据数字电子技术中的逻辑设计方法进行PLC的程序设计。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，该方法是用逻辑表达式描述问题，在

9、得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图，也可以直接根据逻辑表达式写出助记符程序。当主要对开关量进行控制时，使用逻辑设计法比较好，在和时间有关的控制系统中显得较复杂。这种方法设计思路清晰，所编写的程序易于优化，是种较为实用可靠的程序设计方法。,5.4 PLC应用程序设计方法,二、经验设计法 经验设计法是在掌握了一定量典型的控制环节设计的基础上，熟悉PLC各种指令功能，凭借经验能比较准确的选择使用PLC指令而进行相应的程序设计。经验设计法没有固定的模式可循，设计出的程序质量与编者的经验有很大关系。 经验设计法对设计人员的素质要求比较高，特别是一些实践要求，要求设计者对控制系统以及工业中常用的各

10、种典型环节熟悉。但对于结构复杂，不易掌握的系统，经验设计法花费时间较长，且系统维护困难。所以经验设计法在一些结构简单的控制系统设计中比较适合。下面通过例子说明经验设计法的大体步骤。,5.4 PLC应用程序设计方法,三、时序图法 时序图法是先画出控制系统的时序图，再根据时序图的关系画出对应的程序框图，最后根据程序框图写出PLC程序。 对于输出信号状态变化有一定时间顺序的系统可以使用时序图法设计程序，对于这类系统，画出输出信号的时序图后，状态转换的时刻和转换条件就很容易理解了，对于建立清晰的设计思路很有帮助。,5.4 PLC应用程序设计方法,四、顺序控制法 顺序控制法非常适合于那些按动作先后顺序进

11、行控制的系统。顺序控制法规律性强，虽然编译的程序偏长，但结构清晰、可读性强。在顺序控制指令的配合下也可运行复杂的程序，一般复杂的程序可以分成若干个简单的功能程序段。因此，系统控制的任务可以认为是在不同时刻或者不同进程中完成对各个步的控制。 在用顺序控制设计法编程时，功能表图是很重要的工具。功能表图能清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。,5.5 PLC控制系统设计实例,一、PLC在小车自动往返运动控制中的应用 1、设计出继电接触控制的线路,5.5 PLC控制系统设计实例,一、PLC在小车自动往返运动控制中的应用 2、分配I/O端子、画出PLC外部接线图,CPU222

12、,5.5 PLC控制系统设计实例,一、PLC在小车自动往返运动控制中的应用 3、梯形图,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 1、混合装置的控制要求,控制要求,液体混合装置的用途是将A、B两种原液充分搅拌混合，以供使用。在右图其中H、I、L为液面传感器，当液面超过传感器位置时，传感器为ON，否则为OFF，X1、X2、X3为管道电磁阀，M为液体混合搅拌电机。另设启动和停止按钮。,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 2、混合装置动作过程分析,初始状态： 容器是空的，各个阀门状态为OFF，液面传感器处于自然的OFF状态，搅拌机

13、不工作，处于OFF状态。 装置启动： 按“启动”按钮，系统进入工作状态。,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 2、混合装置动作过程分析,工作过程： 控制打开电磁阀X1，X1变为ON状态，使液体A流入容器；液面开始上升，当达到I位置的时候，液面传感器I变为ON状态，此时关闭X1，打开X2，X1变为OFF状态，X2变为ON状态。,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 2、混合装置动作过程分析,工作过程： 当达到H位置的时候，液面传感器H变为ON状态，此时关闭X2，打开搅拌机M，X2变为OFF状态，M变为ON状态。 搅拌进行6

14、0s，关闭M，打开电磁阀X3，开始排放已经混合完毕的液体，液面开始下降。,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 2、混合装置动作过程分析,工作过程： 液面下降至L时，此时L传感器由ON变为OFF，经过10s的延时后，认为液体已经排空，关闭电磁阀X3，状态变为OFF。一个工作循环结束。 装置停止： 按“停止按钮”，系统会在结束了当前的工作循环后停止操作，回到初始状态。,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 3、I/O点数确定和外部接线图 （1）确定I/O点数,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中

15、的应用 3、I/O点数确定和外部接线图 （2）外部接线图,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 4、梯形图 除了实际的输入、输出端子以外，梯形图中还使用了下表 所列的内存变量：,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 4、梯形图,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 4、梯形图,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 4、梯形图,5.5 PLC控制系统设计实例,二、PLC在两种液体混合装置控制中的应用 4、梯形图,第5章 PLC控制系统设计,习 题 1、三

16、台电动机M1、M2、M3按下面的顺序启动和停车：启动时，M1、M2同时启动，此后10分钟M3才能启动；停车时，M3必须先停，M3停后5分钟M1、M2同时停。 试设计PLC控制系统，作I/O分配，画出PLC外部的接线图，设计满足要求的梯形图程序。 2、设计一个四组抢答器，任一组抢先按下按键后，显示器能及时显示该组的编号并使蜂鸣器发出响声，同时锁住抢答器，是其他组按下按键无效，抢答器有复位开关，复位后可重新抢答。试设计其PLC程序。,第5章 PLC控制系统设计,3、某包装机，当光电开关检测到空包装箱放在指定位置时，按一下启动按钮，包装机按下面的动作顺序开始运行： 料斗开关打开，物料落进包装箱。当箱中物料达到规定重量时，重量检测开关动作使料斗开关关闭，并启动封箱机对包装箱进行5秒的封箱处理。封箱机用单线圈的电磁阀控制。 当搬走处理好的包装箱再搬上一个空箱时(均为人工搬)时，又重复上述过程。 当成品包装箱满50个时，包装机自动停止运行。 设计：a：确定I/O点数和PLC外部接线图； b：画出梯形图。,第5章 PLC控制系统设计,第5章结束！,