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1、第7章 PLC控制系统设计与调试,7.1 PLC控制系统设计的内容和步骤 7.2 PLC控制系统的硬件设计 7.3 PLC控制系统的软件设计 7.4 PLC控制系统的抗干扰性设计 7.5 PLC控制系统的调试,7.1 PLC控制系统设计的内容和步骤,任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。 PLC控制系统是将硬件和软件分开，着力进行软件的编程设计。但是，不论什么控制系统，在设计规划时，必须符合电气控制系统设计的基本原则。,在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： （1）最大限度地满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生产工艺
2、要求是电气控制系统设计的依据。因此在设计前，应深入现场进行调查，搜集资料，并与生产过程有关人员、机械设计人员、实际操作者密切配合，明确控制要求，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中的各种问题，使设计成果满足生产工艺要求。 （2）在满足生产工艺要求前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不要盲目追求自动化和高指标。力求控制系统操作简单、使用及维修方便。 （3）正确、合理地选用电器元件，确保控制系统安全可靠地工作，同时考虑技术进步、造型美观。 （4）为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，设备能力留有适当余量。,7.1.1 PLC系统设计的原则与内容,设计内容： （1）拟订控制系统设计的技术
3、条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。 （2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。 （3）选定PLC的型号。 （4）绘制电气原理图及PLC的输入/输出分配表。 （5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计。 （6）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计。 （7）设计操作台、电气柜。 （8）编写设计说明书和使用说明书。 根据具体任务，上述内容可适当调整。,7.1.1 PLC系统设计的原则与内容,7.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤,1熟悉控制对象设计工艺布置图 2PLC选型及确定硬件配制 3设计电气原理图
4、并编制材料清单 4设计控制台（柜） 5设计安装所需的图纸 6编制控制程序 7程序调试 8编制技术文件,7.2 PLC控制系统的硬件设计,PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有不同，使用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要作用。,7.2.1 PLC机型的选择,PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几方面： 1性能与任务相适应 2结构上合理、安装要方便、机型上应统一 3编程设备的选择 4是否满足响应时间的要求 5对联网通信功能的要求 6其他特殊要求,7.2.
5、2 PLC容量估算,I/O点数的确定： PLC的I/O点数的确定以系统实际的输入输出点数为基础确定。在I/O点数的确定时，应留有适当余量。通常I/O点数可按实际需要的1015%考虑余量；当I/O模块较多时，一般按上述比例留出备用模块。 存储器容量的确定： 用户程序占用多少存储容量与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序编制前只能粗略的估算。,7.2.3 I/O模块的选择,对PLC来讲，信号形式可分为四类： （1）数字量输入信号 （2）数字量输出信号 （3）模拟量输入信号 （4）模拟量输出信号 不同的I/O模块，其电路和性能不同，它直接影响着PLC的应用范围和价
6、格，应该根据实际情况合理选择。,数字量输入模块的选择,选择数字输入模块应注意以下几个方面： （1）电压的选择 （2）漏型和源型的选择 （3）同时接通的点数,数字量输出模块的选择,选择数字输出模块应注意以下几个方面： （1）输出方式 （2）驱动能力 （3）同时接通的点数,模拟量输入/输出模块的选择,（1）典型模拟量模块的量程为： 10V+10V 0+10V 420mA （2）分辨率 （3）转换精度 （4）一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如热电阻RTD、热电偶等信号）。,电源模块的选择,电源模块的选择比较简单，只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于C
7、PU模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。,7.2.5 输入/输出点的分配,PLC机型及输入/输出（I/O）模块选择完毕后。 设计PLC系统总体配置图。 依据工艺布置图，参照具体的PLC相关说明书或手册将输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出I/O接线图。 PLC机型选择完后输入/输出点数的多少是决定控制系统价格及设计合理性的重要因素，因此在完成同样控制功能的情况下可通过合理设计以简化输入/输出点数。,输入点的简化,合并输入 分时分组输入 采用拨码开关 减少多余信号的输入 没有必要输入PLC的信号，可以不进入,输出点的简化,负载的并联使用 接触器辅助触点的使用 用闪烁的方法扩
8、展指示灯的功能 用数码显示器或文本显示器代替指示灯 注意： 不要过份去减少PLC的I/0点数，而使外部附加电路变得复杂，从而影响系统的可靠性,7.2.6 输出点的保护,直流晶体管输出的保护 :,直流晶体管输出的普通二极管保护,直流晶体管输出的齐纳二极管保护,继电器输出控制直流负载的保护,7.2.6 输出点的保护,继电器输出驱动直流负载跨接电阻电容网络的保护电路,继电器和交流输出控制交流电源的保护,7.2.6 输出点的保护,继电器或交流输出跨接电阻电容网络保护电路,7.2.7 安全回路设计,（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 （4）极限保护,7.3 PLC控制系统
9、的软件设计,7.3.1 PLC应用软件设计的内容 确定程序结构 定义输入/输出、中间标志、定时器、计数器和数据区等参数表 编制程序 编写程序说明书 文本显示器或触摸屏等人机界面（HMI）设备及其它特殊功能模块的组态。,7.3.2 PLC控制系统软件设计步骤,熟悉被控制对象、制定设备运行方案 熟悉编程语言和编程器 定义参数表,4. 编写程序 5. 测试程序 6. 编写程序说明书,7.3.3 常用基本环节编程,启动、保持、停止控制 :,常规启保停梯形图,SET、RESET分开控制的启保停梯形图,SET-RESET启保停梯形图,互锁控制,单重互锁梯形图,互锁控制,双重互锁梯形图,时间控制,长延时定时
10、器方案一 :思想十分简单，就是将多个定时器联合起来使用。,长延时定时器方案一梯形图,输入I0.0接通后T37、T38各计时半小时，总延时时间一小时为两个定时器设定值之和。,时间控制,长延时定时器方案二 :基本思想是将秒脉冲与计数器联合使用。,只要设备运行，标志M0.0就接通，计数器C100每秒计数1次，每60秒使分钟计数器C101加1，计数器C100自身复位，每60分钟使小时计数器C102加1，计数器C101自身复位，每小时使千小时计数器C103加1，计数器C102自身复位。,设备运行时间追踪梯形图,边沿信号的检测,指令检测法 :例如|P|、|N|、DIFU、DIFD 程序检测法 ：,7.4
11、PLC控制系统的抗干扰设计,7.4.1 抗电源干扰的措施 ： 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰 硬件滤波措施 正确选择接地点，完善接地系统,滤波器和隔离变压器同时使用,7.4.2 控制系统的接地设计,在设计PLC系统接地时，应注意以下几点： 接地线应尽量粗，一般用大于1.5mm2的接地线； 接地点应尽量靠近控制器，一般不大于50米； 接地线应尽量避开强电回路和主回路，不能避开时，应垂直相交。,7.4.3 抗I/O干扰设计,1从抗干扰角度选择I/O模块 I/O模块的选择一般要考虑以下因素： （1）输入输出信号与内部回路隔离的模块比非隔离的模块抗干扰性能好； （2）晶体管等无触点输出的模块比
12、有触点输出的模块在控制器侧产生的干扰小； （3）输入模块允许的输入信号ON/OFF电压差大，抗干扰性能好；OFF电压高，对抗感应电压干扰是有利的； （4）输入信号响应慢的输入模块抗干扰性能好。,2安装与布线时注意： （1）动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双绞线连接。将PLC的I/O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，可加隔板，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。 （2）PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线（二者
13、之间距离应大于200mm）。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC电路。 （3）PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。 （4）交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。,3考虑I/O端的接线： （1）输入接线一般不要太长，但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。 输入/输出线要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。但急停、限位保护等情况例外。 （
14、2）输出端接线分为独立输出和公共输出，在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。 采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。 （3）PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护等。,4正确选择接地点，完善接地系统 5对变频器干扰的抑制 变频器的干扰处理一般有下面几种方式：加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。 使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。,7.5 PLC控制系统的调试,应用程序离线调试 系统硬件电路通电前检查 系统硬件电路通电检查 应用程序在线调试 现场调试,第7章结束谢谢使用,
