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1、第二节 PLC的硬件设置,第三节 PLC的软件设计,第四节 PLC在机械手臂控制中的应用,第九章 可编程控制器的应用,第一节 PLC控制系统设计的内容与步骤,本章小结,一、PLC控制系统设计的基本原则 1满足被控对象的控制要求 考虑将来发展的需要， PLC选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。 2系统安全、可靠 3尽可能简单、经济、使用与维修方便 4具有高的性能价格比。,第一节 PLC控制系统设计的内容与步骤,二、PLC控制系统设计步骤 1分析被控对象，提出控制要求。 2. 确定输入、输出设备。 3确定PLC的I/O点数，选择PLC机型。 4分配I/O点数，绘制PLC控制系统输入、输出端子接
2、线图。 5程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。 1）初始化程序；2）控制程序；3）检测、故障诊断和显示等程序；4）保护和联锁程序。 6程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。 7调试过程结束，整理技术资料，投入使用。,第一节 PLC控制系统设计的内容与步骤,PLC系统分析的基本内容,图4-1采用可编程序控制器的系统结构图,PLC系统分析的基本内容有：,了解和掌握PLC控制系统的控制对象的工作过程、 工艺要求 掌握PLC控制系统的电气、液压或气动系统的组成，分析电气、液压或气动系统的控制原理。要了解各个控制指令、检测信号和控制输出信号的作用和相
3、互关系，了解它们与PLC的端口连接关系。 控制软件的分析。PLC控制系统分析的核心是其控制软件的分析。应用程序一般是可以从PLC中输出来的，可以在系统分析时加以利用。对于用不同编程语言编制的程序，应采取不同的分析方法。,可编程序控制器系统分析的常用方法：,文字叙述法 ： 用自然语言平铺直叙地依次说明各编程元件的行为和状态，是普遍采用的方法。 图形分析法 ： 梯形图程序中的编程元件，绝大部分只存在于两种状态：对于逻辑运算值或为“1”或为“0”，对于接点或接通或断开，可用简单的线条或符号（图）来标明它们的状态 逻辑函数法： 由于梯形图程序中编程元件只存在于两种状态之中，故可以利用逻辑代数来描述其控
4、制规律，即PLC的程序与逻辑函数式建立了对应关系。,PLC控制系统设计步骤流程图,PLC机型的选择 I/O点的数量和种类 CPU的速度 内存容量 编程器 打印机 I/O模块 通讯接口模块 通讯传输电缆,第二节 PLC的硬件设置,一、PLC机型选择,结构形式,整体式,模块式,安装方式,集中式,远程IO式,分布式,功能要求,响应速度,系统可靠性,输入器件：指连接到PLC输入接线端子用于产生输入 信号的器件。,分类,主令器件,检测器件,有源触点输入器件,无源触点输入器件,输入信号,模拟信号,数字信号,开关信号,二、PLCI/O端口选择,按钮、选择开关、数字开关,行程开关、接近开关、光电开关、继电器触
5、点，接触器辅助触点,行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器辅助触点,行程开关、接近开关、光电开关、继电器触点，接触器辅助触点,压力传感器、温度传感器,数字开关,按钮、转换开关、形成开关、触点,输出器件：指连接到PLC输出接线端子用于执行程序 运行结果的器件。,分类：,驱动负载,显示负载,输出端口：,继电器输出,晶体管输出,晶闸管输出,接触器、继电器、电磁阀,二、PLCI/O端口选择,指示灯、数字显示装置、电铃、蜂鸣器,交直流负载,直流负载,交流负载,I/O点数的确定 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。 确定依据：将与PLC相连的全部输入、输出器件根据所需的电压、电流的大小和
6、种类分别统计，考虑将来发展的需要再相应增加 1015的余量,二、PLC I/O端口选择,CPU的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。对于以开关量为主的控制系统，不用考虑扫描速度，一般的PLC机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统，则需考虑扫描速度，必须选择合适CPU种类的PLC机型。,三、CPU的速度,远程I/O模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远 离控制站 高速计数器模块：当PLC内部的高速计数器的最高计数频率不能满足要求时，可选择使用 定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位 通信联网模块：PLC与PLC之间，或PLC与计算机之间的通 信与联网 模拟输入模块、输出模块：把流量、
7、速度、压力、风力、张力等变换成数字量，及把数字量变换成模拟量，进行输入、输出。,四、PLC模块的选择,PLC的外围设备主要是人机对话装置，用于PLC的编程和监控。通过人机对话装置可以进行编程、调试及显示图形报表、文件复制、报警等。PLC外围外围设备有编程器、打印机、EPROM写入器、显示器等。,五、PLC外围设备,我国优先选择220V的交流电源电压，特殊情况可选择24V直流电源供电。 输入信号电源，一般利用PLC内部提供的直流24V电源。对于带有有源器件的接近开关可外接220V交流电源，提高稳定避免干扰。 选用直流I/O模块时，需要外设直流电源。,六、电源电压的选择,PLC的软件设计指PLC控
8、制系统中用户程序的设计。,第三节 PLC的软件设计,设计内容,控制流程图,梯形图,状态转移图,指令表,设计方法,翻译法,状态转移图法（SFC),逻辑设计法,经验设计法,用PLC中软元件，代替原继电器接触器控制线路图 中的元器件，直接翻译成梯形图的方法。主要用于对 旧设备、旧控制系统的技术改造。 设计举例 正反转 时间控制 卧式镗床的PLC改造,第三节 PLC的软件设计,一、翻译法,第三节 PLC的软件设计,设计方法与步骤,分析原有系统的工作原理 PLC的I/O分配 ：确定系统的输入设备和输出设备，进行PLC的 I/O分配，画出PLC外部接线图 建立其他元器件的对应关系：确定继电器电路图中的中间
9、继电器、时间继电器等各器件与PLC中的辅助继电器和定时器的对应关系。,一、翻译法,一、翻译法,正反转,定时器,卧式镗床的PLC改造说明,镗床的主轴电机M1是双速异步电动机；继电器KM1和KM2控制主轴电机的正反转；接触器KM4、KM5和时间继电器KT控制主轴电机的变速；接触器KM3用来短接串联在定子回路的制动电阻。SQ1、SQ2和SQ3、SQ4是变速操纵盘上的限位开关；SQ5和SQ6是主轴进刀与工作台移动互锁限位开关；SQ7和SQ8是镗头架和工作台的正、反向快速移动开关。SQ：高速接通。,卧式镗床的PLC改造的I/O接线图,卧式镗床的PLC改造的梯形图,在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路
10、图的方法来设计梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和辅助触点，最后才能得到一个较为满意的结果。 这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是惟一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，它可以用于较简单的梯形图的设计 设计举例,第三节 PLC的软件设计,二、梯形图的经验设计法,如图所示：刀架开始时在限位开关X4处，按下起动按钮X0，刀架左行，开始钻削加工，到达限位开关X3所在位置时停止进给，钻头继续转
11、动，进行无进给切削，6s后定时器T0的定时时间到，刀架自动返回起始位置。,举例：钻床刀架运动控制系统的梯形图程序设计,以电动机正反转控制的梯形图为基础，设计出钻床刀架运动控制的梯形图如图所示。为使刀架自动停止在Y0和Y1前串联X3和X4的常闭触点，为使刀架在延时时间到自动返回在X1的常开触点上并联T0的常开触点。X0是进给起动，X1是返回起动按钮，X2是停止按钮，X10是过载保护。,程序设计思路：,刀架开始时在限位开关X4处，按下起动按钮X0，Y0的线圈“得电”，刀架开始左行，碰到左限位开关时，X3的常闭触点断开，使Y0“断电”，刀架停止左行。X3的常开触点闭合，使T0的线圈“得电”，开始进行
12、无进给切削延时。6s后，T0的常开触点闭合，使Y1的线圈“得电”，刀架返回。刀架离开左限位开关，X3的常开触点断开，使T0的线圈“断电”。当刀架碰到右限位开关，X4的常闭触点断开，使得Y1线圈“断电”，刀架停止在右限位开关X4处。,针对顺序控制方式或步进控制方式的程序设计。在程序设计时，首先将系统的工作过程分解成若干个连续的阶段，每一阶段称为“工步”或“状态”，以工步（或状态）为单元，从工作过程开始，一步接着一步，一直到工作过程的最后一步结束。 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。顺序控
13、制设计法又称步进控制设计法。,三、状态转移图（SFC）设计法,顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称步（Step），并且用编程元件（例如辅助继电器M和状态器S）来代表各步。如图 （a),（1）、步的划分,使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通断开等，也可能是可编程序控制器内部产生的信号如定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。如图 (b)中的SB、SQ1、SQ2、SQ3均为转换条件。,（2）、转换条件的确定,（3）绘制状态转移图与梯形图,经验
14、设计法实际上是试图用输入信号X直接控制输出信号Y，如图所示。如果无法直接控制或为了解决记亿、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点。 顺序控制设计法则是用输入量X控制代表各步的编程元件（如辅助继电器M），再用它们控制输出量Y。,（4）、顺序控制设计法的本质,顺序功能图(SFC)又叫状态转移图做或功能表图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有力工具。 顺序功能图一般形式主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）组成，如图所示。,四、顺序功能图的绘制,步。在状态转移图中用矩形框表示步，方框内是该步的编号。 初始步。与系统
15、的初始状态相对应的步称为初始步。初始状态一般是系统等待启动命令时的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个状态转移图至少应该有一个初始步。 动作。将动作或命令简称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。,（1）步与动作,四、顺序功能图的绘制,（2）有向连线、转换与转换条件,有向连线。在状态转移图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生步 的活动状态的顺序进展，这种进展按有向连线规定的路线和方向进行。 转换。转换是用有向连线上有连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两步分隔开。 转换条件是与转换相关的逻辑条件。如图所示，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图
16、形符号标注在表示转换的短线的旁边。,四、顺序功能图的绘制,（3）转换实现的基本原则, 在状态转移图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件：A.该转换所有的前级步都是活动步。B.相应的转换条件得到满足。 转换的实现应完成两个操作：A.使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步。B.使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步。 顺序功能图的特点：掌握顺序功能图的特点，可以帮助我们正确地画出系统的顺序功能图。两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。两个转换也不能直接相连，必须必须用一个步将它们隔开。,四、顺序功能图的绘制,（4）举例,某组合机床液压动力头进给运动示意图所示，其工作过程分为原位、快进、工进、快退四步，相应的转换条件为SB、SQ1、SQ2、SQ3。,液压滑台系统各液压元件动作情况如表所示。,四、顺序功能图的绘制,（4）举例,如果PLC已经确定，可直接用编程元件M200-M
