《PLC编程与应用 教学课件 ppt 作者 何文雪 刘华波 吴贺荣编著 第11章_PLC应用系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC编程与应用 教学课件 ppt 作者 何文雪 刘华波 吴贺荣编著 第11章_PLC应用系统设计（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第11章 PLC应用系统设计,11.1 PLC应用系统设计内容 11.1.1 PLC应用系统设计流程,1分析控制对象，确定控制内容,这是设计功能良好的PLC控制系统的前提和基础。 （1）深入了解和详细分析被控对象（生产设备或生产过程）的工作原理及工艺流程，画出工作流程图。 （2）列出该控制系统应具备的全部功能和控制范围。 （3）拟定控制方案使之能最大限度地满足控制要求，并保证系统简单、经济、安全、可靠。,2硬件设计 硬件设计包括PLC的选型，I/O点的分配，安全回路的设计和可靠性设计等，将在11.2节详细介绍。 3软件设计 软件设计采用我们前面第八章介绍的程序设计方法对整个系统进行软件程序的编
2、制，最好画出相关的程序结构图，做好程序的注释等内容，便于程序的调试和维护。 4系统调试 系统调试分为两个阶段，第一阶段为模拟调试，第二阶段为联机调试。,11.1.2 系统设计原则,可编程序控制器应用系统的设计原则根据控制任务的不同涉及很多方面，其中最基本的可以归纳为以下四点： （1）完整性原则 最大限度地满足工业生产过程或机械设备的控制要求。 （2）可靠性原则 确保计算机控制系统的可靠性。 （3）经济性原则 力求控制系统简单、实用、合理。 （4）发展性原则 适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面要留有余地。,11.2 系统硬件设计,PLC应用系统的硬件设计是整个系统设计
3、的根本，硬件设计存在问题将会给后面的软件设计和系统调试带来很大的麻烦。因此一定要重视硬件的设计。硬件设计主要考虑PLC的选型，I/O模块的选择及I/O地址的分配，安全回路的设计和可靠性设计等内容。,11.2.1 PLC选型,1PLC的容量 PLC的容量主要包括两个方面：I/O点数和存储器容量。,2特殊功能要求 对模拟量控制系统，特别是闭环控制系统，要考虑PLC的响应时间。对于需要进行数据处理以及信息管理的系统，PLC则应具有图表传送、数据库生成等功能。对于需要高速脉冲计数的系统，PLC应具有高数计数功能，且应了解系统所需的最高计数频率。 在需要通信的场合中，应选用具有通信联网功能的PLC。 一
4、般来讲，PLC控制系统的可靠性是很高的，能够满足生产要求。对可靠性要求极高的系统，则需要考虑冗余控制系统或热备份系统。,3其它 企业内部应尽可能地做到机型统一，或尽可能地采用同一生产厂家的PLC，因为同一机型便于备用件的采购和管理，模块可互为备份，可以减少备件的数量。另外，还可以考虑技术人员的熟悉程度来选择合适的产品。,11.2.2 I/O模块选择及I/O地址分配,1开关量I/O模块的选择 根据PLC输入输出量的点数和性质可以确定I/O模块的型号和数量。 开关量输入模块的工作电压尽量与现场输入设备(有源设备)一致，可省去转换环节。对无源输入信号，则需根据现场与PLC的距离远近来选择电压的高低。
5、 开关量输出模块按输出方式可分为继电器输出、双向可控硅输出、晶体管输出模块。,2模拟量I/O模块的选择 连续变换的温度、压力、位移等非电量最终都要采用相应传感器转化成电压或电流信号，然后送入输入模块。输入模块有2、4或8个通道，根据需要进行选取。按输入信号的形式来分有电压型和电流型。需要注意输入模块信号的范围，另外还要考虑模块的精度和实时性。,4I/O地址分配 对开关量输入点应注意选择电压等级、输入点密度、输入形式、通断时间、外部端子连接方式等。 对开关量输出点应注意选择输出形式、驱动负载能力、输出点密度、通断时间、外部端子连接方式等。 确定硬件配置时对I/O点数一般应留有备用点，留作故障点更
6、换、改进和调试时使用。 表11-1是按照对象进行I/O点地址分配表，表11-2则是按照元器件的种类进行I/O点地址分配表。,表11-1 按照对象进行I/O点地址分配表,表11-2 按照元器件的种类进行I/O点地址分配表,11.2.3 安全回路设计 安全回路起保护人身安全和设备安全的作用，安全回路应能独立于PLC工作，并以硬接线方式构成。 安全回路设计的任务包括： （1）确定控制回路之间逻辑和操作上的互锁关系； （2）设计硬回路以提供对过程中重要设备的手动安全性干预手段； （3）确定其他与安全和完善运行有关的要求； （4）为PLC定义故障形式和重新启动特性。,11.2.4 可靠性设计 PLC应用
7、系统的可靠性设计问题主要涉及系统供电设计、系统接地设计、系统冗余设计等。 1系统供电设计 为提高系统的可靠性和抗干扰性，PLC的供电系统中一般采取隔离变压器、交流稳压器、UPS电源、晶体管开关电源等措施对其供电系统进行保护，如图11-2所示典型控制系统的供电设计框图。,2系统接地设计 在实际控制系统中，把接地和屏蔽正确结合起来使用，可以解决大部分干扰问题。控制系统中的地线有： 数字地 模拟地 信号地 交流地 直流地 屏蔽地 接地的一般要求如下： （1）PLC组成的控制系统接地电阻一般应小于4，这是最主要的； （2）要保证足够的机械强度； （3）要具有耐腐蚀的能力并做防腐处理； （4）在整个工厂
8、中，PLC组成的控制系统要单独设计接地。,以下针对不同的情况，给出不同的处理方法。 （1）一点接地和多点接地。 （2）交流地与信号地不能共用。 （3）浮地与接地的比较。 （4）模拟地。 （5）屏蔽地。 当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。,3冗余设计 （1）冷备份冗余配置 对容易出故障的模块，多购一套或若干套作为备份，一旦正在运行的模块出现故障能及时更换，从而减少故障后系统修复的时间，减少停工损失。不备。,（2）热备份冗余配置 热备份是冗余的模块在线工作，只是不参与控制。一旦控制系统的模块出现故障，由其自动切换接替工作。 双机系统由两套完全相同的CPU模块组成。由热备份中使用
9、较多的一个CPU工作并完成整个系统的控制：另一个CPU热备份也运行同样的程序，但它的输出是被禁止的。,（3）表决系统冗余配置 在特别或非常重要的场合，为做到万无一失，可配置成表决系统。多套模块(如3套)同时工作，其输出依少数服从多数的原则裁决。这种系统出现故障的几率几乎可以减少到0。当然，这种表决系统是非常昂贵的，也只是对那些非常重要的控制系统才采用。,11.3 PLC应用系统设计实例 11.3.1 系统的工艺流程和控制要求,圆盘锯自动控制要求如下： （1）系统设有手自动控制模式，手动模式下由操作台按钮控制各电动机的启停； （2）自动模式下，水泵不开不能切割石材； （3）自动模式下“头三刀”要
10、求按照石材宽度进行切割；从“第四刀”开始根据主电机电流的大小控制圆盘锯的下降； （4）当到达切割深度后，即“最后一刀”按石材宽度切割； （5）切割完“最后一刀”升降电动机控制圆盘锯升至初始位置； （6）圆盘锯升到位后，前后定尺电动机拖动石材前向移动（移动距离为切割后石材的厚度），移动到位后，圆盘锯重复上述过程。,11.3.2 系统硬件设计 根据系统的工艺流程和控制要求，统计系统的输入输出如下： 模拟量输入1点：主电机电流； 模拟量输出1点：变频器的电压给定提供左右行走电动机的转速； 开关量输入：20点，其中包含三路高速计数通道，因为这里采用在电动机轴上打孔通过传感器检测的方法来计算电动机的转速
11、从而推算移动的距离； 开关量输出：13点。 根据系统的I/O点数并考虑一定余量，选择西门子S7-200 CPU224XP，硬件配置如图11-4所示。CPU224XP主机自带2模拟量输入和1模拟量输出，14开关量输入和10开关量输出，EM221数字量输入扩展模块选用824V输入，EM222数字量输出扩展模块选用8继电器输出。,图11-4 硬件配置示意图,表11-3 I/O地址分配,表11-3 I/O地址分配,11.3.3 系统的软件设计 可以看出圆盘锯自动控制是一个典型的顺序控制过程，根据工艺流程绘制其自动模式下的顺序功能图。 根据第八章由顺序功能图写梯形图程序的方法可以方便地写出圆盘锯自动控制系统的梯形图程序，在此省略，注意实际程序中要加上初始化以及报警等程序。,
