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1、第7章 PLC控制系统设计与应用实例,7.1 PLC控制系统设计的内容和步骤 7.2 PLC控制系统的硬件配置 7.3 PLC控制系统梯形图程序的设计 7.4 顺序控制梯形图的设计方法 7.5 PLC在工业控制系统中的典型应用实例,7.1 PLC控制系统设计的内容和步骤,7.1.1 PLC控制系统设计的内容 7.1.2 PLC控制系统设计的步骤,7.1.1 PLC控制系统设计的内容,1)分析控制对象、明确设计任务和要求是整个设计的依据。 2)选定PLC的型号及所需的输入/输出模块，对控制系统的硬件进行配置。 3)编制PLC的输入/输出分配表和绘制输入/输出端子接线图。 4)根据系统设计的要求编
2、写软件规格要求说明书，然后再用相应的编程语言(常用梯形图)进行程序设计。 5)设计操作台、电气柜，选择所需的电气元件。 6)编写设计说明书和操作使用说明书。,7.1.2 PLC控制系统设计的步骤,1.系统规划 2.硬件设计 3.软件设计 4.系统调试 5.技术文件编制,图7-1 PLC控制系统设计的步骤,7.2 PLC控制系统的硬件配置,7.2.1 PLC机型的选择 7.2.2 开关量I/O模块的选择 7.2.3 模拟量I/O模块的选择 7.2.4 智能模块的选择,7.2.1 PLC机型的选择,性能与任务相适应 PLC的处理速度应满足实时控制的要求 PLC机型尽可能统一 指令系统,1.性能与任
3、务相适应,对控制速度要求不高的开关量控制系统，选用小型PLC。 对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带D/A转换的模拟输出模块，配接相应的传感器、变送器和驱动装置，并且选择运算功能较强的小型PLC。 西门子公司的S7-200、S7-1200PLC在进行小型数字、模拟混合系统控制时具有较高的性能价格比，实施起来也较为方便。 对于比较复杂、控制功能要求较高的应用系统，如需要PID调节、闭环控制、通信联网等功能时，可选用中、大型PLC ，如西门子公司的S7-300、S7-400。,2. 提高PLC快速响应的几点措施,1)选择CPU速度比较快的PL
4、C，使执行一条基本指令的时间不超过0.5s。 2)优化应用软件，缩短扫描周期。 3)采用高速响应模块，其响应的时间不受PLC周期的影响，而只取决于硬件的延时。,3. PLC机型尽可能统一,一个大型企业，应尽量做到机型统一。因为同一机型的PLC ，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理，这不仅使模块通用性好，减少备件量，而且给编程和维修带来极大的方便，也给扩展系统升级留有余地；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外部设备通用，资源可共享，配以上位计算机后，可把控制各独立系统的多台PLC连成一个多级分布式控制系统，相互通信，集中管理。,4.指令系统,1)指
5、令系统的总语句数。 2)指令系统种类。 3)指令系统的表达方式。 4)应用软件的程序结构。,7.2.2 开关量I/O模块的选择,1.开关量输入模块的选择 2.开关量输出模块的选择,1.开关量输入模块的选择,1)选择工作电压等级。 2)选择模块密度。 3)门坎电平。,2.开关量输出模块的选择,1)输出方式的选择。 2)输出电流的选择。,7.2.3 模拟量I/O模块的选择,1.模拟量输入模块的选择 2.模拟量输出模块的选择,1.模拟量输入模块的选择,1)模拟量值的输入范围。 2)模拟量输入模块的分辨率、输入精度、转换时间等参数指标应符合具体的系统要求。 3)在应用中要注意抗干扰措施。,2.模拟量输
6、出模块的选择,模拟量输出模块的输出类型有电压输出和电流输出两种，输出范围有010V、10V、020mA等。 模拟量输出模块的输出精度、分辨率、抗干扰措施等都与模拟量输入模块的情况类似。 S7-200 PLC提供了EM231 4路模拟量输入模块、EM231 4路输入热电偶、EM231 2路热电阻(RTD)、EM232 2路模拟量输出模块、EM235 4输入/1输出组合模块，可根据实际需要选用。,7.2.4 智能模块的选择,一般的智能模块包括PROFIBUS-DP模块(如EM277模块)、工业以太网模块(如CP243-1、CP243-1 IT)、调制解调器模块(如EM241模块)、定位模块(如EM
7、253模块)等。 需要注意：一般智能模块价格比较昂贵，而有些功能采用一般I/O模块也可以实现，只是要增加软件的工作量，因此应根据实际情况决定取舍。,7.3 PLC控制系统梯形图程序的设计,7.3.1 经验设计法 7.3.2 顺序控制设计法与顺序功能图,7.3.1 经验设计法,1.考虑不周、设计麻烦、设计周期长 2.梯形图的可读性差、系统维护困难,图7-2 运料小车控制系统,7.3.2 顺序控制设计法与顺序功能图,1.顺序功能图 2.顺序功能图的基本结构 3.顺序功能图法,1.顺序功能图,(1)步与动作 (2)有向连线 (3)转换和转换条件,图7-3 顺序功能图举例,2.顺序功能图的基本结构,(
8、1)单序列结构 (2)选择序列结构 (3)并行序列结构,(1)单序列结构,单序列由一系列相继激活的步组成。每步的后面仅有一个转换条件，每个转换条件后面仅有一步，如图7-4所示。,图7-4 单序列结构,(2)选择序列结构,选择序列的开始称为分支。某一步的后面有几个步，当满足不同的转换条件时，转向不同的步，如图7-5a所示。 选择序列的结束称为合并。几个选择序列合并到同一个序列上，各个序列上的步在各自转换条件满足时转换到同一个步，如图7-5b所示。,图7-5 选择序列的分支与合并,并行序列的开始称为分支。当转换的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并行序列。它们被同时激活后，每个序列中的活动步
9、的进展将是独立的，如图7-6a所示。并行序列中，水平连线用双线表示，用以表示同步实现转换。并行序列的分支中只允许有一个转换条件，并标在水平双线之上。 并行序列的结束称为合并。在并行序列中，处于水平双线以上的各步都为活动步，且转换条件满足时，同时转换到同一个步，如图7-6b所示。并行序列的合并只允许有一个转换条件，并标在水平双线之下。,(3)并行序列结构,图7-6 并行序列的分支与合并,3.顺序功能图法,顺序功能图法首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图，然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中，实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠。这使系统中大量复杂的联锁
10、关系在步的转换中得以解决。而对于每步的程序段，只需处理极其简单的逻辑关系。因而这种编程方法简单易学、规律性强,设计出的控制程序结构清晰、可读性好，程序的调试、运行也很方便，可以极大地提高工作效率。 S7-200 PLC采用顺序功能图法设计时，可用置位/复位(S/R)指令、顺序控制继电器(SCR)指令、移位寄存器(SHRB)指令等实现编程。,7.4 顺序控制梯形图的设计方法,7.4.1 置位、复位指令编程 7.4.2 顺序控制继电器指令编程 7.4.3 具有多种工作方式的顺序控制梯形图设计方法,7.4.1 置位、复位指令编程交通灯控制,1.控制要求 2.输入、输出信号地址分配 3.设计顺序功能图
11、和梯形图程序,1.控制要求,1)接通起动按钮后，信号灯开始工作，南北向红灯、东西向绿灯同时亮。 2)东西向绿灯亮25s后，闪烁3次(1s/次)，接着东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，30s后东西向绿灯又亮如此不断循环，直至停止工作。 3)南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3次(1s/次)，接着南北向黄灯亮，2s后南北向红灯又亮如此不断循环，直至停止工作。,图7-7 交通信号灯控制示意图,2.输入、输出信号地址分配,表7-1 交通信号灯控制I/O地址分配表,图7-8 I/O接线图,3.设计顺序功能图和梯形图程序,图7-9 交通信号灯控制顺序功能图,图7-10 交通信号灯梯
12、形图程序,7.4.2 顺序控制继电器指令编程深孔钻组合机床,1.深孔钻组合机床控制要求 2. I/O信号地址分配和接线图 3.画出顺序功能图 4.由顺序功能图设计梯形图,1.深孔钻组合机床控制要求,刀具进退与行程开关示意图如图7-11所示。 在起始位置O点时，行程开关SQ1被压合，按起动按钮SB2，电动机正转起动，刀具前进。退刀由行程开关控制，当动力头依次压在SQ3、SQ4、SQ5上时电动机反转，刀具会自动退刀，退刀到起始位置时，SQ1被压合，退刀结束，又自动进刀，直到三个过程全部结束。,图7-11 深孔钻组合机床工作示意图,2. I/O端子接线图,图7-12 深孔钻控制I/O接线图,3. 顺
13、序功能图,根据深孔钻组合机床工作示意图，可画出顺序功能图如图7-13所示。,图7-13 深孔钻顺序功能图,4.由顺序功能图设计梯形图,图7-14 深孔钻控制梯形图,7.5 PLC在工业控制系统中的典型应用实例,7.5.1 节日彩灯的PLC控制 7.5.2 恒温控制,7.5.1 节日彩灯的PLC控制,1.彩灯闪烁一般控制方法环形分配器原理 2.环形分配器法编程 3.编写彩灯“花式”节拍输出分配表程序,1.彩灯闪烁一般控制方法环形分配器原理,图7-23 环形分配器示意“钟”,表7-3 节日彩灯“步进单闪”花式节拍输出分配表,表7-4 节日彩灯“奇偶跳变”花式节拍输出分配表,2.环形分配器法编程,(
14、1) 时基 (2) 单步环形移位 (3) “长针”周期触发、“短针”单步环形移位,3.编写彩灯“花式”节拍输出分配表程序,图7-24 节日彩灯控制程序,7.5.2 恒温控制,1.恒温控制的基本思路 2.数据的变换与处理 3.设计梯形图程序,1.恒温控制的基本思路,图7-25温度控制系统硬件示意图,2.数据的变换与处理,(1)数据输入变换过程 (2)控制量输出变换过程,图7-26 420mA模拟量变换坐标,3.设计梯形图程序,1)主程序(OB1)：网络1将温度信号输入值转换成025600存入VW162，以及再转换成0100范围并存入VW170，该温度值可用于数码显示或后面的“比较器”数值比较。
15、2)子程序0(SBR0)：初始化变量存储器，其中VD160、VW170开机清零；VW180置最大输出调控量32000(20mA)；VW182置0输出调控量(4mA)。 3)子程序1(SBR1)：填写除给定值以外其他PID回路表参数。 4)中断0(INT0)完成以下功能：将VW162以上16位补0成为双字整数，再划为实数，并除以25600.0使之成为0.01.0的过程变量(PVn)；I0.0置1时PID回路指令有效；将0.01.0的输出转换成025600的整数，再加6400，成为640032000的输出，其中还有上/下限幅，当失调温度超过设定值5时，输出6400，反之低于5时，输出32000。（具体程序见教材）,本章小结,本章主要介绍了PLC控制系统设计的内容和步骤；PLC控制系统的硬件配置方法。重点介绍了梯形图程序的设计方法，包括经验设计法和顺序控制设计法。介绍了顺序功能图的结构和应用方法，并通过典型的应用实例来介绍顺序控制梯形图的设计方法、步骤和内容。 通过学习，应掌握顺序功能图和顺序控制设计法的设计步骤，能进行简单的控制系统的设计，包括统计输入/输出信号点数和类型，进行合理的机型选择，画出输入输出接线图，画出顺序功能图，设计出梯形图程序并进行调试。 完成一定数量的习题。,
