《可编程控制器原理与实践（三菱fx2n系列）-第6章 plc控制系统应用设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可编程控制器原理与实践（三菱fx2n系列）-第6章 plc控制系统应用设计（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 PLC控制系统应用设计,教学提示：PLC控制系统的设计主要包括系统总体设计、软件设计和安装调试等方面的内容。PLC控制系统必须经过周密的设计才能付诸实施，否则将会造成意想不到的浪费，更严重的是可能引发严重的安全事故。本章主要介绍了PLC控制系统的设计原则、方法、步骤和内容，设计与实施过程中应该注意的事项。 教学目标：通过本章的学习，读者可以了解PLC控制系统的设计原则、方法、步骤和设计内容，设计与实施过程中应该注意的事项，学会选择合适的PLC设计出合理的PLC控制系统。,7.1 PLC控制系统设计的步骤和内容,7.2 可编程控制器控制系统的可靠性设计,7.3 三菱FX2N系列PLC在电
2、梯自动控制中的应用,7.1 PLC控制系统设计的步骤和内容,7.1.1 PLC控制系统设计的原则和步骤,7.1.2 PLC系统硬件组成,7.1.3 PLC的程序设计,7.1.4 系统调试与改进,7.1.5 系统的安装,7.1.1 PLC控制系统设计的原则和步骤,1可编程控制器控制系统设计的原则 一个实际的PLC控制系统是以PLC为核心组成的电气控制系统，实现对生产设备和工业过程的自动控制,以提高生产效率和产品质量。在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则。,1) 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的最基本和最重要的要
3、求，也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料和相关国内、国外的先进资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。,2) 确保PLC控制系统的安全可靠 保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定地运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择和软件编程上全面考虑，以确保控制系统安全可靠。尤其是在以提高产品数量和质量，保证生产安全为目标的应用场合，必须将可靠性放在首位。,3) 力求PLC控制系统简单、经济、使用及维修方便 在满足控制要求和保证可
4、靠工作的前提下，应力求控制系统结构简单。只有结构简单的控制系统才具有经济性、实用性的特点，才能做到使用方便和维护容易。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。,4) 适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、IO点数和内存容量时，要适当留有余量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。,2可编程控制器控制系统设计的步骤 1) 分析被控对象并提出控制要求 详细分析被控对象的工艺过程、工作特点、控制系统的控制过程、控制规律
5、、功能和特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，包括控制的基本方式、所需要完成的功能、必要的保护和报警等。 详细了解被控对象的全部功能，如各部件的动作过程、动作条件、与各仪表的接口、是否与PLC或计算机或其他智能设备相连等。还要详细了解输入/输出信号的性质，是开关量、模拟量等，并在以上工作的基础上清楚的查询到接入PLC信号的数量，以便选择合适的PLC。,2) 确定输入/输出设备 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备(如按钮、位置开关、转换开关及各种传感器等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯及其他执行器等)，从而确定与PLC
6、有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。,3) 选择合适的PLC PLC的选择包括对PLC的机型、容量、开关输入量的点数以及输入电压、开关输出量的点数以及输出功率、模拟量I/O的点数、通信网络、电源等的选择。 4) I/O点分配 分配PLC的I/O点，画出PLC的I/O端子与输入/输出设备的连接图或分配表。在连接图或分配表中，必须指定每个I/O对应的模块编号、端子编号、I/O地址、对应的输入/输出设备等。,5) 设计软件及硬件 (1) PLC程序设计的一般步骤 根据工艺流程和控制要求，画出系统的功能图或流程图。 根据I/O分配表或I/O端子接线图，将功能图和流程图转化成梯形图。 (2)
7、 硬件设计及现场施工的一般步骤 设计控制柜布置图、操作面板布置图和接线端子图等。 设计控制系统各部分的电气图。 根据图纸进行现场接线。,6) 调试程序 先进行模拟调试，然后再进行系统调试。调试时可模拟用户输入设备的信号给PLC，输出设备可暂时不接，输出信号可通过PLC主机的输出指示灯监控通断变化，对于内部数据的变化和各输出点的变化顺序，可在上位计算机上运行软件的监控功能，查看运行动作时序图，或者借助于编程器的监控功能。 模拟调试和控制柜等硬件施工完成后，就可以进行整个系统的现场联机调试。现场调试是指将模拟调试通过的程序结合现场设备进行联机调试。通过现场调试，可以发现在模拟调试中无法发现的实际问
8、题，然后逐一排除这些问题，直至调试成功。,7) 编写有关技术文件 技术文件主要包括技术说明书、使用说明书、电气原理图、接线端子图、PLC梯形图和电器布置图等，完成整个PLC控制系统的设计。 以上是设计一个PLC控制系统的大致步骤。具体的系统设计要根据系统规模的大小、控制要求的复杂程度、控制程序步数的多少来灵活处理，有的步骤可以省略，也可进行适当的调整。,7.1.2 PLC系统硬件组成,1PLC机型的选择 目前，PLC的种类非常繁多，不同种类之间的功能设置差异很大，这就要求用户在选择PLC时，不要盲目地追求功能强大，而是在满足控制系统功能需要的前提下，力争最好的性价比，并有一定的可升级性。 1)
9、 结构形式的选择 在小型控制系统中，当使用环境条件较好、维修量较小、工艺流程相对固定的一般选用整体式结构的PLC；当环境条件较差、维修量较大、工艺流程较复杂、相对变动较大的控制系统中，一般选用模块式结构的PLC。,2) 功能的选择 由于一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于需要模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。,3) 响应速度的选择 PLC是为工业自动化设计的通
10、用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。,4) 系统可靠性的要求 对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对于控制要求较高的系统(比如实现PID运算、闭环控制等控制系统)，应选用中档机或高档机，并考虑是否采用冗余控制系统。 5) 机型统一 对于一个企业来说，应尽量做到PLC机型统一。这样，同一机型的PLC模块互为备用，便于备件的采购和管理，同时由于其机型统一，资源可以共享，便于相互通信集中管理。
11、,2PLC容量的选择 PLC容量包括I/O点数和用户程序存储器两个方面。 1) I/O点数的估算 首先确定控制系统的I/O点数，然后再留有1520数量的备用量。控制系统I/O点数加上备用的I/O点数就是所需的I/O总点数。,2) 存储容量的选择 用户程序存储器容量与许多因素有关，如I/O点数、运算处理量以及程序的结构等，因此不可能预先准确地计算出程序容量，只能作粗略的估算。一般用户存储容量=(开关量输入点数10+开关量输出点数5+模拟量输入输出点数100)字节。为了使用方便，一般应留有估算容量的3050的余量。对于经验缺乏者，留有的余量应更大些。,3开关量输入/输出模块的选择 不同的开关量I/
12、O模块的电路组成不同，开关量I/O模块的选择主要是根据I/O点数、电路结构、电压形式、电压范围等方面。 1) 开关量输入模块的选择 (1) 输入信号类型的选择 常用的开关量输入模块的输入信号类型有直流输入、交流输入和直流交流输入3种。直流输入电源一般为DC24V，交流输入电源一般为AC110V或AC220V,(2) 输入接线方式的选择 开关量输入模块的接线有共点式输入接线方式和分组式输入接线方式两种方式 。,2) 开关量输出模块的选择 (1) 输出方式的选择 开关量输出模块的输出方式有继电器输出、晶体管输出和双向可控硅输出三种。直流负载应选用晶体管输出方式或继电器输出方式；交流负载应选用双向可
13、控硅输出方式或继电器输出方式。通断动作频繁，应该选用晶体管输出方式或双向可控硅输出方式；通断动作频率较低的负载，应选用继电器输出方式。用户应该根据不同的负载类型来选取不同的输出方式，这对系统的稳定运行是很重要的。,(2) 输出接线方式的选择 开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。分组式输出接线是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出接线是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。,4. 特殊功能模块的选择
14、在设计PLC控制系统时，可能会遇到一些用开关量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块不能解决的问题，比如定位、高速计数、PLC通信、PID运算等。此时就应该考虑所选的PLC供应厂商是否提供这些特殊功能模块。,5. PLC编程方式的选择 PLC的编程方式有两种：指令编程器和编程软件。指令编程器主要用于小型PLC，其控制规模小，编程简单。对于中型和大型PLC，主要用编程软件进行编程。现在，随着笔记本电脑的普及和应用，编程软件应用的场合越来越广。,6. PLC环境因素的考虑 虽然大部分的PLC都能在相对恶劣的环境条件中可靠地工作，但是不同的PLC都有自己的环境性能指标，用户在选用时，应对环境因素予以充
15、分的考虑。,7.1.3 PLC的程序设计,1PLC程序的内容 PLC控制系统的功能就是通过程序来实现的。PLC程序的内容通常包括初始化程序；检测、故障诊断和显示程序；保护和联锁程序。初始化程序的主要内容包括将某些数据区和计数器进行清零、使某些数据区恢复所需数据、对某些输出量置位或复位以及显示某些初始状态等。应用程序一般都设有检测、故障诊断和显示程序等内容。保护和联锁程序是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、更可靠。,2PLC程序设计的要求 选用同一个机型的PLC实现同一个控制要求，采用不同的设计方法所编写的程序，其结构不同。尽管程序可以实现同一控制功能，但是程序的质量却
16、可能差别很大。一个程序的质量可以由以下几个方面来衡量：一是程序的正确性。所谓正确的程序必须能经得起系统运行实践的考验。二是程序的可靠性。应用程序要保证系统在正常和非正常工作条件下都能安全可靠地运行，也能保证在出现非法操作(如按动或误触动了不该动作的按钮)等情况下不至于出现系统控制失误。三是参数的调整性。容易通过修改程序或参数而改变系统的某些功能。四是程序要简练。编写的程序简练，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。五是程序的可读性。程序不仅仅给设计者自己看，系统的维护人员也要看。,3PLC程序设计的常用方法 1) 经验法编程 经验法编程就是根据工艺流程和控制要求，运用自己的或者别人的经验进行设计。通常在设计前先选择与自己控制要求相近的程序，再结合自己工程的实际情况，对程序进行修改，使之适合自己的工程要求。 对简单的控制系统来说，采用经验设计法进行设计是比较有效的，可以快速地完成软件的设计。但是对于比较复杂的控制系统，则很少采用经验设计法。,2) 图解法编程 图解法是靠画图来进行PLC程序设
