《煤矿设备电气控制与PLC应用技术 三菱FX系列、西门子S7-200系列 教学课件 ppt 作者 王栋 项目7》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤矿设备电气控制与PLC应用技术 三菱FX系列、西门子S7-200系列 教学课件 ppt 作者 王栋 项目7（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目七 PLC控制系统设计,【能力目标】 1.能够根据相关控制要求，进行PLC选型、硬件配置。 2.能够应用PLC知识解决实际工程问题。 【知识目标】 1.了解PLC控制系统设计基本原则。 2.掌握PLC控制系统设计的主要内容和设计步骤。 3.掌握常用的PLC设计方法。,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,任务一 煤矿液压支架控制系统设计,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,在煤矿开采中，综采技术的应用实现了采煤工作的全面机械自动化。液压支架的电控系统能够
2、完成单架单动作、单架顺序联动、成组动作等功能，可实现地面通讯和进行远程控制，不但可以提高生产效率，增强运行的安全可靠性，而且实现了综采工作面生产设备的自动控制。本任务以单架顺序动作为例，介绍PLC在液压支架控制系统中的应用。,液压支架系统原理图,相关知识,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,（一）PLC控制系统设计原则 在了解PLC的基本工作原理和指令系统之后，可以结合实际进行PLC的设计，PLC的设计包括硬件设计和软件设计两部分，PLC设计的基本原则是： 1.充分发挥PLC的控制功能，最大限度地满足被控制的生产机械或生产过
3、程的控制要求。 2.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统经济、简单，维修方便。 3.保证控制系统安全可靠。 4.考虑到生产发展和工艺的改进，在选用PLC时，在I/O点数和内存容量上适当留有余地。 5.软件设计主要是指编写程序，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用内存少，扫描周期短。,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,（二）PLC控制系统的设计内容及设计步骤 PLC控制系统的设计内容 （1）根据设计任务书，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。 （2）选择输入设备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器
4、、接触器、指示灯等执行机构）。 （3）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。 （4）分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。 （5）编写程序并调试。 （6）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。 （7）编写设计说明书和使用说明书。,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,（二）PLC控制系统的设计内容及设计步骤 PLC控制系统的设计步骤 1）工艺分析 深入了解控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，并划分控制的各个阶段，归纳各个阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或功能流程
5、图。 2）选择合适的PLC类型,在选择PLC机型时，主要考虑下面几点：,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,1）功能的选择 对于小型的PLC主要考虑I/O扩展模块、A/D与D/A模块以及指令功能（如中断、PID等）。 2）I/O点数的确定 统计被控制系统的开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充（一般加上10%20%的备用量），从而选择PLC的I/O点数和输出规格。 3）内存的估算 用户程序所需的内存容量主要与系统的I/O点数、控制要求、程序结构长短等因素有关。一般可按下式估算： 存储容量=开关量输入点数10+开关量输出
6、点数8+模拟通道数100+定时器/计数器数量2+通信接口个数300+备用量。,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,3）分配I/O点 分配PLC的输入/输出点，编写输入/输出分配表或画出输入/输出端子的接线图，接着就可以进行PLC程序设计，同时进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 4）程序设计 对于较复杂的控制系统，根据生产工艺要求，画出控制流程图或功能流程图，然后设计出梯形图，再根据梯形图编写语句表程序清单，对程序进行模拟调试和修改，直到满足控制要求为止。 5）控制柜或操作台的设计和现场施工 设计控制柜及操作台的电器布置图及
7、安装接线图；设计控制系统各部分的电气互锁图；根据图纸进行现场接线，并检查。 6）应用系统整体调试 如果控制系统由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后连接起来总调。 7）编制技术文件 技术文件应包括：可编程控制器的外部接线图等电气图纸，电器布置图，电器元件明细表，顺序功能图，带注释的梯形图和说明文件,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,PLC的硬件设计,PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。 选定PLC的机型和分配I/O点后，硬件设计的主要内
8、容就是电气控制系统的原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统的原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I/O接线和自动、手动部分的详细连接等。电器元件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯、电磁阀等。,软件PLC的软件设计设计包括系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序的设计，小型开关量控制一般只有主程序。首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定程序的基本结构，画出控制流程图或功能流程图，简单的可以用经验法设计，复杂的系统一般用顺序控制设计法设计。,任务实施,利用乳化液泵站输出的高压液体，通过液控系统
9、控制不同功能的液压缸来实现液压支架的升架、降架、移架和推移输送机等动作。每个支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统。 升架 降架 移架 推移输送机,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,1-顶梁、前探梁、护帮板 2-立柱 3-输送机 4-底座 5-推移千斤顶 6-安全阀 7-液控单向阀 8、9-操纵阀； 10-乳化液泵；11-溢流阀；P-主供液管；O-主回液管 图7-1 液压支架工作原理,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,控制要求,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,单台
10、支架需要接收的控制信号有降柱、移架、升柱、推溜四种基本信号以及前探梁伸收和护帮板伸收等控制信号。 对于前四个信号控制采用随时检测采样值加定时控制两种方式,若反馈回的压力或位移信号已到预置值则自动执行下一个动作或发出警示信号； 若反馈部分失效或定时时间已到而检测值未到预定值,则系统可在定时到后自动执行下一个动作或发出警示信号。 对于前探梁的伸收和护帮板的伸收，采用定时控制方式。随着自动化程度提高,也可增加反馈环节。,系统设计,系统设计过程： 硬件设计 软件设计,表7-1液压支架控制I/O配置,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）
11、,在控制系统中，指定T0、T1为升柱、降柱定时器，T2、T3推溜、移架定时器，T4、T5伸、收护帮板定时器，T6、T7 伸、收前探梁定时器。,系统设计,图7-2 液压支架控制系统顺序功能图,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,程序设计,单台支架控制系统部分梯形图。,图7-3 液压支架单架降柱梯形图,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,知识拓展 PLC减
12、少输入输出点数的方法,1.减少输入点数的方法 1）分时分组输入。 2）硬件编码，PLC内部软件译码。 3）输入点合并。 4）将系统中的某些输入信号设置在PLC之外。 2. 减少输出点的方法 1）在可编程控制器输出功率允许的条件下，可将通断状态完全相同的负载并联共用一个输出点。 2）负载多功能化。,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,分时分组输入,一般系统中设有“自动”和“手动”两种工作方式，两种方式不会同时执行。将两种方式的输入分组，从而减少实际输入点。如图7-4所示，PLC通过I1.0识别“手动”和“自动”，从而执行手动程序或自动程序。图中的二极管用来切断寄生电路。若图中没有二极管，转换开关
13、在“自动”，S1、S2、S3闭合，S4断开，这时电流从L+端子流出，经S3、S1、S2形成的寄生回路电流流入I0.1，使I0.1错误的变为ON。各开关串入二极管后，则切断寄生回路。,图7-4 分时分组输入,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,硬件编码,PLC内部软件译码,a）外部接线图,b）内部译码梯形图,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,输入点合并,将功能相同的常闭触点串联或将常开触点并联，就只占用一个输入点。一般多点操作的起动停止按钮、保护、报警信号可采用这种方式。如图7-6所示。,图7-6 输入点合并,煤矿设备电气与
14、PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,思考与练习,1. 可编程控制器系统设计一般分为几步？ 2. 如何选择合适的PLC类型？ 3. 用PLC构成液体混合控制系统，如图7-7所示。控制要求如下：按下起动按钮，电磁阀Y1闭合，开始注入液体A,按L2表示液体到了L2的高度，停止注入液体A。同时电磁阀Y2闭合，注入液体B，按L1表示液体到了L1的高度，停止注入液体B，开启搅拌机M，搅拌4s，停止搅拌。同时Y3为ON，开始放出液体至液体高度为L3，再经2s停止放出液体。同时液体A注入。开始循环。按停止按扭，所有操作都停止，须重新启动。要求列出I/O分
15、配表，编写梯形图程序并上机调试程序。 4. PLC减少输入、输出点数的方法有几种？ 5.试编写液压支架单架升柱控制梯形图。,图7-7 液体混合模拟控制系统,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,任务二 专用钻床旋转工作台控制系统设计,某专用钻床四工位旋转工作台，其工作示意如图7-8所示。四个工位分别完成上料、钻孔、攻丝和卸料。,图7-8 钻床旋转工作台工作示意图,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,相关知识,一、PLC程序设
16、计常用的方法 PLC程序设计常用的方法主要有经验设计法、继电器控制电路转换为梯形图法、逻辑设计法、顺序控制设计法等。 1.经验设计法 2.继电器控制电路转换为梯形图法 3.逻辑设计法 4.顺序控制设计法,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,辅助继电器实现顺序控制,1.设计思想 用辅助继电器M来代替状态转移图中的步（状态继电器），即设计功能顺序图，然后根据顺序功能图设计梯形图。 当某一步为活动步时，对应的辅助继电器为ON，当转移现实时，该转移的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。 使用有记忆（或保持）功能的电路（如起保停电路和置位复位指令组成的电路）来控制代表步的辅助继电器。 2.优点 用辅助继电器实现顺序控制仅仅使用了与触点、线圈有关的指令，简单实用，适合任何系统的PLC，成为一种通用的编程方法。,煤矿设备电气与PLC应用技术（三菱FX系列、西门子S7-200系列）,太原理工大学阳泉学院机械电子工程系,2.用辅助继电器实现顺序控制的优点 用辅助继电器实现顺
