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1、第8章 PLC的工程应用,8.1 PLC系统设计的步骤和内容,图8-1 PLC控制系统设计与调试的一般步骤,在进行控制系统总体设计之前，设计人员必须深入现场，会同现场技术与操作人员，认真研究控制对象的工作原理，充分了解设备、工艺过程需要实现的动作与应具备的功能，掌握设备中各种执行元件的性能与参数，以便有效地开展设计工作。在熟悉控制对象的结构、原理及工艺过程的基础上，根据工艺过程的特点和要求分析控制要求，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件通常以设计任务书的形式给出，它是系统设计的依据。,8.1.1 明确控制要求,如果选择PLC控制系统，应从以下几个方面进行考虑。1）输入输出信号较多，且以开关量
2、为主，也有少量模拟量。2）控制对象工艺复杂，逻辑设计部分用继电接触器控制难度大。3）有工艺变化或控制系统扩充的可能性。4）现场处于工业环境，又要求控制系统具有较高的可靠性。5）系统调试比较方便，能在现场进行。,8.1.2 选择控制方案,控制系统总体设计应先根据控制的要求与功能确定系统实现的具体措施，再由此确定系统的总体结构与组成，选定关键性组成部件，如选择PLC机型、人机界面、伺服驱动器、变频器和调速装置等。总体方案确定后，设计者应同相关技术人员、用户和供应商等，对总方案进行评审，以取得项目管理部门、技术人员和操作者的认可。在充分听取各方面的意见的基础上，设计者决定是否对总体设计方案进行修改。
3、当方案有重大更改时，在修改方案完成后，还应再次进行总体方案的评审。,8.1.3 控制系统总体设计,PLC机型的选择包括PLC的结构、I/O点数、存储容量、响应时间、输入输出模块及特殊功能模块的选择等。,8.1.4 PLC选型,根据被控对象确定用户所需的输入、输出设备，如控制按钮、行程开关、传感器、接触器、电磁阀、信号灯等的型号、规格及数量；根据所选PLC的型号列出输入输出设备与PLC的I/O地址分配表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。,8.1.5 选择输入输出设备，分配I/O信号,硬件设计是在系统总体设计完成后的技术设计，包括对PLC的I/O电路、负载回路、显示电路、故障保护电路、电
4、源的引入及控制等的设计。在这一阶段，设计人员应根据总体设计方案完成电气控制原理图、电器安装布置图和安装接线图等的设计工作。在完成上述工作的基础上，就汇编完整的电器元件目录与明细表，并将其提供给生产、供应部门组织生产与采购。同时，根据PLC安装要求与现场环境条件，结合所设计的电气控制原理图、电器安装布置图和安装接线图完成控制盘、柜的制作。,8.1.6 硬件设计,软件设计就是编制用户应用程序、确定PLC及功能模块的设定参数等。为了方便系统调试与维修，在软件设计阶段，还应同时编写程序说明书、注释表等辅助文件。,8.1.7 软件设计,待控制台、柜及现场安装接线完成后，就可以进行联机调试。如不满足生产工
5、艺控制要求，可修改程序或调整硬件，直到满足控制要求为止。PLC的联机调试是检查、优化系统软硬件设计，提高系统可靠性的重要步骤。,8.1.8 联机调试,在系统安全、可靠性得到确定后，设计人员就可着手进行系统技术文件的编制工作。技术文件编写正确、全面，必须保证与实物一致，电气控制原理图、用户应用程序、设定参数必须是调试完成后的最终版本。技术文件编写应规范、系统，尽可能为设备使用者以及日后的维修工作提供方便。,8.1.9 编制技术文件及交付使用,8.2 PLC选型与硬件设计,多数小型PLC为整体式，有体积小、价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定、控制要求比较简单的系统。模块式结构的PLC采用主机模块
6、与输入模块、功能模块组合使用的方法，比整体式方便灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方便，适用于工艺变化较多、控制要求复杂的系统，价格比整体机高。FX系列FX1S系列FX1N系列FX2N系列FX2NC系列,8.2.1 PLC结构选择,通常来讲，PLC控制系统规格大小是用输入输出点数来衡量的。在实际统计I/O点数的基础上，通常加上10%15%的裕量。对于整体式的基本单元，输入/输出点数是固定的。,8.2.2 I/O点数确定,用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量和程序结构等。因此，在程序设计之前只能粗略地估算。1）对于开关量的控制系统，所需内存字数=开关量（
7、输入+输出）总点数10。2）对于有模拟量输入输出的系统，只有模拟量输入时，内存字数=模拟量点数100，模拟量输入输出共存时，内存字数=模拟量点数200。上述经验公式是针对10点左右的模拟量，当点数小于10时，要适当加大内存字数，反之可以适当减小。3）如果使用通信接口，那么每个接口需300步。,8.2.3 存储容量选择,顺序控制的扫描的工作方式 滞后现象 响应时间：包括输入滤波时间、输出滤波时间和扫描周期,8.2.4 PLC处理速度要求,开关量输入输出模式按外部接线方式分为隔离式、分组式和共点式。 开关量输入模块输入电压通常分为DC24V和AC220V两种。 开关量输出模块有继电器输出、晶体管输
8、出及可控硅输出。,8.2.5 开关量输入/出模块及扩展选择,编程器外部电路,8.2.6 PLC与外围设备的选择,8. 3 PLC应用程序设计,利用转化设计编程控制器程序的主要步骤如下：1）熟悉现有的继电器控制线路的原理，全面详细了解被控对象的机械工作性能、基本结构特点、生产工艺和生产过程。2）进行PLC的I/O分配，根据继电接触器控制电路，确定输入、输出设备的型号、规格、数量，输出设备与PLC的I/O端子的对照表。3）继电接触器控制电路中的中间继电器、定时器用PLC的辅助继电器、定时器代替。4）根据继电接触器控制电路对应关系画出梯形图，并予以简化和修改。,8. 3.1 继电器电路转化法,经验设
9、计法又叫试凑法。梯形图设计法步骤如下：1）分解梯形图程序。2）输入信号逻辑组合。3）使用辅助元件与辅助触点。4）使用定时器和计数器。5）使用功能指令。6）画互锁条件。7）画保护条件。,8. 3.2 经验设计法,设计步骤如下：1）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、输出信号各种状态时的逻辑值。2）根据控制要求，列出状态表。3）由状态表写出相应的逻辑函数，并进行化简。4）根据化简后的逻辑函数画出梯形图。5）上机调试，使程序满足要求。,8. 3.3 逻辑设计法,设计步骤如下：1）详细分析控制要求，明确各输入输出信号个数，合理选择机型。2）明确各输入和输出信号之间的时序关系，画出和
10、输入和输出信号的工作时序图。3）把时序图划分成若干个时间区段，确定各区段时间长短。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。,8. 3.4 时序图设计法,设计步骤如下：4）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各定时时间到这两个关键时刻对各输出信号状态的影响。5）对PLC进行I/O分配。6）根据定时器的功能明细表、时序图和I/O分配画出梯形图。7）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。,8. 3.4 时序图设计法,顺序控制设计法规律性很强，易于掌握。程序结构清晰、可读性好。设计步骤如下：1）详
11、细分析控制要求，根据系统的工艺过程画出顺序功能图；2）根据顺序功能图画出梯形图。,8. 3.5 顺序控制设计法,8.4 PLC应用中可靠性技术设计,8.4.1 适合的工作环境1温度2湿度3空气4振动5干扰源,8.4.2 安装与布线1电源安装2合理布线8.4.3 PLC的接地8.4.4 PLC的安全保护 1短路保护2互锁与联锁措施3失压保护与紧急停车措施,8.4.5 冗余系统或热备用系统 1冗余系统2热备用系统8.4.6 PLC的日常维护8.4.7 PLC的故障诊断1. 电源指示(POWERLED指示)2. 出错指示(ERRORLED闪烁)3. 出错指示（ERRORLED灯亮）4. 输入指示5. 输出指示（1）超时检测（2）逻辑错误检测,
